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岩土研究院

加固机程灌浆法

341 2022-04-19 10:01:28

机程灌浆法就是利用气压、液压或电化学的原理,把某些能固化的浆液注入各种介质的裂隙、孔隙,以改善灌浆对象的物理力学性质,以适应各类土木工程需要的方法。就岩土工程而言,就是通过向地层灌入各类浆液,以减少地层的渗透性,并提高地层的力学强度和抗变形或抗液化能力。所以,就其效果而言,任何一类灌浆,都可归属于防渗灌浆或加固灌浆的范畴。

加固灌浆和防渗灌浆虽然目的不同,所用灌浆材料和工艺也有些差异,但这两种灌浆法所用的浆材都具有一定的力学强度,而且灌浆结果都必然会减少物体的孔隙率和提高物体的密度,所以防渗灌浆和加固灌浆的功能总是并存的。

灌浆法广义地说是指一切使浆液与地层发生填充、置换、挤密等物理和化学变化的地基处理方法,包括压力灌浆、高压喷射、深层搅拌等,但习惯上仍是指压力灌浆。

压力灌浆的理论主要有渗入性灌浆、压密灌浆、劈裂灌浆三个加固原理组成。在渗入性灌浆中,浆液在介质中的运动,是以不破坏介质原有的结构和孔隙尺寸为前提的。浆液在压力的作用下,使孔隙中存在的气体和自由水被排挤出去,浆液充填裂隙或孔隙,形成较为密实的固化体,从而使地层的渗透性减小,强度得到提高。对于粒状浆材(如水泥、膨润土等),最多只能灌入粒径不小于0.1mm的细砂及以上的土层或比细砂直径更大的裂隙;对于化学浆材,最多只能灌入粉土(渗透系数k=10~*cm/s,粒径为0.01mm)层中,见图3-13-13(a)。

压密灌浆是用极稠的浆液(坍落度25~50mm)以高压快速通过钻孔强行挤入弱透水性土中的灌浆方法。由于弱透水性土的孔隙是不进浆的,因此,不可能产生传统充填型的渗入性灌浆,而是在注浆点集中地形成近似球形的浆泡,通过浆泡挤压邻近的土体,使土体被压密,承载力得到提高,见图3-13-13(b)。在浆泡的直径或体积较小时,压力主要是径向(水平向)的,随着浆泡的扩大,在地层内部出现了复杂的径向和切向应力体系。在灌浆体邻近区,出现大的破裂、剪切和塑性变形带。这一带的地基土密度由于扰动而降低。随着地基土距灌浆体接合面距离的增加,地基土变形逐渐以弹性变形为主,地基土密度得到明显的增加。

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压密灌浆的最大优点是它对于最软弱土层区域能起到最大的压密作用。压密灌浆法一般用于比中~细砂细的粉细砂中,也可用于有充分排水条件的粘土和非饱和粘性土,此外,还可用来调整不均匀沉降,进行纠偏托换,以及在大开挖或隧道开挖时对邻近土进行加固,但在加固深度小于1~2m时,加固质量很难保证,除非其上原有建筑物能提供约束。

劈裂灌浆是指在较高的灌浆压力作用下,将较稀的浆液通过钻孔施加于弱透水性的地基中,当浆液压力超过地层的初始应力和抗拉强度时,使土层内产生水力劈裂,浆液进入裂隙扩散到更远的区域,浆液的可灌性和扩散距离都得到增大,加固范围大大扩大。

劈裂灌浆初次出现的劈裂面往往是阻力最小的小主应力面,如图3-13-14所示;劈裂压力与地基中的小主应力及抗拉强度成正比∶液体愈稀,注入愈慢则劈裂压力愈小;当液体压力超过劈裂压力时,劈裂面突然产生并且迅速扩展,浆液进入裂隙,灌浆压力下降。在土体劈裂后继续灌注大量浆液,则灌浆压力pg会缓慢提高,小主应力σ3 有所增加。一旦注浆压力提高到大于土中的中间主应力a2,就会在中间主应力面产生新的劈裂面,如图3-13-14。如此继续进行,在钻孔附近形成网状浆脉。形成浆脉网的另一原因是土体的不均匀性以及薄弱结构面的存在。浆脉网在提高土体内的法向应力之和的同时,还缩小了大、小主应力之间的差值,从而既提高土体的刚度,又提高土体的稳定性。

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由于劈裂灌浆是通过浆脉来挤压和加固邻近土体的,虽然浆脉压力较小,但与土体的接触面却很大,且远离灌浆孔处的浆脉压力与灌浆孔处相差不大。因此,劈裂灌浆适合于大体积土体的加固。