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岩土研究院

注浆的概念演变和注浆工艺

16 2022-04-28 15:38:06

一、概念演变

在19世纪注浆技术发展初期,人们用粘土、石灰和水泥等悬浮型材料,对土层进行脉状注浆。从本世纪初开始,人们为了谋求注浆材料能充分将土颗粒粘合并不扰动土体频粒结构,产生了渗透注浆的概念。毫无疑问,具有粘合效果的注浆材料如果能够全部充填土颗粒间的孔隙,并能不扰动土体颗粒结构,则是理想的情况。该时期的注浆工程师基于"渗透"的概念,致力于寻找能渗入细颗粒土体的溶液型注浆材料,至本世纪 50年代发明了诸如 AM9 的能渗人到渗透系数只有 10-5 cm/s数量级土层中的注浆材料。尽管如此,对于渗透系数小于10-5cm/s数量级的粘土,渗透注浆还是不可能。为了能将注浆技术应用于粘土地层,注浆工程师提出了这样一个问题,即使浆液体对原状土体有一些扰动,其加固效应是否仍然远远大于扰动的副作用,使得注浆加固仍然能达到预期的目的?经过实践检验,这个问题的答案是肯定的。正是突破了这样一个禁区,才产生了压密注浆和劈裂注浆。压密注浆和劈裂注浆的出现,不仅使得注浆技术能用于粘土地层,而且也使一些价格便宜的悬浮型材料。如水泥和粉煤灰等再一次运用到注浆技术中。,实现了一次螺旋式的进步,即从悬浮型到溶液型,再到悬浮型的进步。

二、注浆工艺

(一)单管注浆

1.单管注浆(或花管注浆)施工必须根据设计要求并考虑周围环境条件进行。施工前,设计单位应向施工单位提交注浆设计文件并负资技术交底,注浆设计文件一般应包括下列资料∶

(1)注浆工程设计图和设计说明书;

(2)注浆区的工程地质和水文地质资料;

(3)加固地区及附近的建筑物地下管线位置图;

(4)注浆质量要求及检验标准。

2.施工单位应对设计文件、地质情况和施工条件等进行实地了解和研究,制定施工措施和计划。如发现设计情况与实际情况有出人时,应提请设计单位修改。

3.单管注浆法施工的场地事先应予平整,并沿钻孔位置开挖沟槽与集水坑,以保持场地的整洁干燥。

4.单管注浆工程系隐藏工程,对其施工情况必须如实和准确地记录,尚应对资料及时进行整理分析,以便于指导工程的顺利进行,并为验收工作作好准备。记录的内容有;

(1)钻孔记录;

(2)注浆记录;

(3)浆液试块测试报告;

(4)浆液性能现场测试报告。

5.单管注浆法施工可按下列步骤进行(图10-3g);

(1)钻机与漕浆设备就位;

(2)钻孔;

(3)插人注浆花管进行注浆。

(4)注浆完毕后,应用清水神洗花管中的残留浆液,以利下次再行重复注浆。

6.注浆孔的钻孔宜用旋转式机械,孔径一般为70~110mm,垂直偏差应小于1%,注浆孔有设计角度时应预先调节钻杆角度,此时机镜必须用足够的锚栓等特别牢固地固定。

7.注浆开始前应充分作好准备工作,包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水和电等的检查及必要的试验,注浆一经开始即应连续进行,力求避免中断。

8.注浆的流量一般为7~10L/s,对充填型灌浆,流量可适当加快,但也不宜大于20L/s。

9.注浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁水,不宜采用pH 值小于 4的酸性水和工业废水。

10.注浆所用的水泥宜采用普通硅酸盐水泥,一般不得超过出厂日期三个月,受潮结块者不得使用,水泥的各项技术指标应符合现行国家标准,并应附有出厂试验单。不宜采用矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)或火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)进行注浆。

11.在满足强度要求的前提下,可用磨细粉煤灰或粗灰部分替代水泥,掺人量应通过试验确定。

12.注浆使用的原材料及制成的浆体应符合下列要求∶

(1)制成浆体应能在适宜的时间内凝固成具有一定强度的结石。其本身的防漆性和耐久性应能满足设计要求。

(2)浆体在硬结时其体积不应有较大的收缩。

(3)所制成的浆体短时间内不应发生离析现象。

13.为了改善浆液性能,应在浆液拌制时加人如下外加剂;

(1)加速浆体凝固的水玻璃,其模数应为 3.0~3.3。当为3.0时,密度应大于1.4l。不溶于水的杂质含量应不超过2%,水玻璃掺量应通过试验确定。

(2)提高浆液扩散能力和可泵性的表面活性剂(或减水剂),其掺量为水泥用量的 0.3%~0.5%。

(3)提高浆液均匀性和稳定性,防止固体颗粒离析和沉淀而掺加的膨润土,其掺加量不宜大于水泥用量的5%。

14.浆体必须经过高速搅拌机搅拌均匀后,才能开始压注,并应在注浆过程中不停顿地缓慢搅拌,浆体在泵送前应经过筛网过滤。

15.在冬季,当日平均温度低于5℃或最低温度低于一3℃的条件下注浆时。应在施工

现场采取适当措施,以保证不使浆体冻结。

16.在夏季炎热条件下注浆时,用水温度不得超过 30℃~35℃,并应避免将盛浆桶和注浆管路在注浆体静止状态下暴露于阳光下,以免浆体凝固。

(二)套管注浆

1.套管注浆(亦称塑料阀管注浆)施工,必须根据设计要求并考虑周围环境条件进行。施工前,设计单位应向施工单位提交注浆设计文件并负责技术交底,注浆设计文件一般应包括下列资料∶

(1)注浆工程设计图和设计说明书;

(2)注浆区的工程地质和水文地质资料;

(3)加固地区及附近的地下管线位置图;

(4)注浆质量要求及检验标准。

2.施工单位应对设计文件、地质情况和施工条件等进行实地了解和研究。制定施工措施和计划。如发现设计情况与实际情况有出人时,应提请设计单位修改。

3.套管注浆法施工的场地事先应予平整。并沿钻孔位置开挖沟在与集水坑,以保持场地的整洁干燥。

4.套管注浆工程系隐蔽工程。对其施工情况必须如实、准确地记录。并对资料及时进行整理分析。以便于指导工程的顺利进行。并为验收工作作好准备。记录的内容有∶

(1)钻孔记录;

(2)注浆记录;

(3)浆液试块测试报告;(4)浆液性能现场测试报告。

5.套管注浆法施工可按下列步骤进行(图 10-4和图 10-5);

image.png

(1)钻机与灌浆设备就位

(2)钻孔;

(3)当钻孔到设计深度后,从钻杆内灌人封闭泥浆;

(4)插人塑料单向阀管到设计深度。当注浆孔较深时。阀管中应加人水,以减少阀管插人土层时的弯曲;

(5)待封闭泥浆凝固后,在塑料阀管中插入双向密封注浆芯管再进行注浆;

image.png

(6)注浆完毕后,应用清水冲洗塑料阀管中的残留浆液,以利下次再行重复注浆。对于不宜用清水冲洗的场地,可考虑用纯水玻璃浆或陶土浆灌满阀管内。

6.注浆孔的钻孔宜用旋转式机械,孔径一般为70~110mm,垂直偏差应小于1%,注浆孔有设计角度时应预先调节钻杆角度,此时机械必须用足够的锚栓等特别牢固地固定。

7.为了保证浆液分层效果,当钻到设计深度后,必须通过钻杆注人封闭泥浆,直到孔口溢出泥浆方可提杆,当提杆至中间深度时,应再次注人封闭泥浆,最后完全提出钻杆。

8.封闭泥浆的7天无侧限抗压强度宜为gu=0.3~0.5MPa,浆液粘度 80"~90"。

9.塑料单向阀管每一节均应检查,要求管口平整无收缩,内壁光滑。事先将每六节塑料阀管对接成 2m长度作备用。准备插人钻孔时应再复查一遍,必须旋慨每一节螺纹。

10.注浆芯管的聚氨酯密封圆使用前要进行检查、应无残缺和大量气泡现象。上部密封圜裙边向下,下部密封圜裙边向上,且都应抹上黄油。所有注浆管接头螺纹均应保持有充分的油脂,这样既可保证丝牙寿命,又可避免浆液凝固在丝牙上,造成拆卸困难。

11.注浆开始前应充分作好准备工作,包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水和电等的检查及必要的试验,注浆一经开始即应连续进行,力求避免中断。

12.注浆的流量一般为7~10L/s,对充填型灌浆,流量可适当加快,但也不宜大于20L/s。

13.注浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁水,不宜采用pH值小于4的酸性水和工业废水。

l4.注浆所用的水泥宜采用普通硅酸盐水泥。一般不得超过出厂日期三个月。受潮结块者不得使用,水泥的各项技术指标应符合现行国家标准,并应附有出厂试验单。不宜采用矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)和火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)进行注浆。

15.在满足强度要求的前提下,可用磨细粉煤灰或粗灰部分替代水泥,掺人是应通过试验确定。

16.注浆使用的原材料及制成的浆体应符合下列要求;

(1)制成浆体应能在适宜的时间内凝固成具有一定强度的结石,其本身的防渗性和耐久性应能满足设计要求。

(2)浆体在硬结时其体积不应有较大的收缩。

(3)所制成的浆体短时间内不应发生离析现象。

17.为了改善浆液性能,应在浆液拌制时加人如下外加剂;

(1)加速浆体凝固的水玻璃,其模数应为3.0~3.3。当为3.0时,密度应大于 1.41。不溶于水的杂质含量应不超过 2%,水玻璃掺量应通过工程要求和试验确定。

(2)提高浆液扩散能力和可泵性的表面活性剂(或减水剂),其掺量为水泥用量的 0.3%~0.5%。

(3)想高浆液均匀件和稳定性。 防 止固 体期减离析和沉游而掺加的膨润十。其楼加1. 不宜大于水泥用量的5%。

18.浆体必须经过高速搅拌机搅拌均匀后,才能开始压注,并应在注浆过程中不停顿地缓慢搅拌,浆体在泵送前应经过筛网过滤。

19.在冬季,当日平均温度低于5℃或最低温度低于一3℃的条件下注浆时,应在施工现场采取适当措施,以保证不使浆体冻结。

20.在夏季炎热条件下注浆时。用水温度不得招过30℃~35℃,并应避免将盛浆桶和注浆管路在注浆体静止状态下暴露于阳光下,以免浆体凝固。

(三)布袋注浆1.一般规定

(1)布袋注浆应本着精心设计、精心施工的原则,根据工程地质资料制定切实可行、行之有效的技术方案及施工组织设计,以确保工程质量及地下工程与邻近建 (构)筑物的安全使用。

(2)布袋注浆可作为地下工程基坑围护结构中防水挡土处理工艺中的辅助方法,亦可用于地下工程中堵漏的场合;在地下土体温洞较大的情况下显得尤为有效。试验研究表明,布袋注浆亦可作为承载桩。

(3)布袋注浆不论是作为地下工程基础处理的辅助工艺或独立工艺,都必须具备下列条件方能施工;

1)施工区域的工程地质及水文地质资料,包括地质勘察报告及平、剖面图。

2)施工区域及其影响范围内的各类地下管线布置图。

3)施工技术方案及施工组织设计,钻孔平面布置图和剖面图。

(4)开钻前期准备工作;1)施工场地必须做到三通一平。

2)必须对钻孔布置点进行复核,确定钻孔位置和底部无地下管线后方能开钻。

3)现场必须设有泥浆排放沟槽及必要的临时设施。

4)开钻前应将布袋注浆的必用材料置于现场准备齐全,以利成孔后即投放孔内。2.材料准备

(1)根据设计孔深,配备一定量的塑料单向管和阀头。

(2)根据单孔深度配备大于期料单向管的尼龙纤维袋(需乘以孔数)。

(3)尼龙纤维袋一般选用帆300mm 卷筒型,尼龙袋应密集、紧读,无明显漏润,以保证注人的浆液能膨胀尼龙袋。

(4)选用牛筋或细铅丝作为绑扎尼龙纤维袋的扎绳。

(5)注浆用的水泥各项测试技术指标应符合现行国家标准,并附有质量保证书及出厂验收报告单。

(6〕注浆用水泥应保持新鲜,受潮结块、颗粒大于 0.5mm 者不得使用。

(7)对水泥品种不明,无出厂日期及质保书者不得使用。

(8) 水泥出厂期超过三个月,使用前应进行各项技术指标的复查试验,达到国标后方可使用。

(9)磨细粉煤灰是布袋注浆体的主要材料,与水泥配比量应根据工程技术方案而定。

(10)磨细粉煤灰受潮,结块后颗粒大于 5mm 以上者不宜使用。

(11)为保证浆液的均匀性与稳定性,防止浆体过早分离及沉淀,应在拌浆时加入适量膨润土,其加入量一般不宜大于主料(即水泥十粉煤灰)的5%。

(12)为加速浆液在布袋内的凝固,应在拌浆时加人适量KA一1,其模数应为2.5~3.0,加入量应由小样试验确定。

(13) 主料与外加剂的配比是保证浆液质量的关健,拌浆操作人员应严格按配方配料。发现失误,应立即采取措施。

(14)浆液应经过充分搅拌经筛网过滤后,并且必须在不断搅拌中予以注浆。

(15)注浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁水。不应采用含有油脂、糖类、酸性大的沼泽水、海水和工业生活废水。

3.钻孔施工

(1)根据施工组组织设计对所要施工的钻孔位置进行放样,并手以复核、定位。

(2)对施工钻孔应统一编号,并熟悉施工顺序,以免发生混乱及重复。

(3)施工中由于不属人为造成的原因需要移动设计孔位时,必须征得现场设计人员的同意和认可后方能实施。

(4)钻孔一般采用旋转式钻机,开孔直径一般选用110mm,以利塑料注浆管及布袋顺利送人孔内。

(5)开钻前必须用水准尺校平,保证机身水平,钻孔垂直偏差应小于1%。

(6)钻进时应保持中速;遇硬层时应减速慢钻,以防卡钻。

(7)钻进时一般用清水循环,但遇易塌方地层时,应改用泥浆循环,以保证成孔。

(8)为保证成孔后的孔壁,必须在成孔后灌人护壁泥浆,护壁泥浆灌入量应以滋至孔口为标准。

(9)钻孔必须严格按照操作规程进行,并遵循施工组织设计的要求进行。

(10)将塑料注浆管放入尼龙布袋内,管底用闷头旋紧,尼龙纤维袋应自底部上翻 30cm,用铅丝扎紧三道,以免泄浆,同时每隔 50cm 扎一道牛筋或细铅丝,以保证布袋顺利进入孔内。为防止窜浆,上口亦必须绑扎二道以上铅丝,直接扎紧于塑料注浆管上后方可注浆。

4.注浆施工

(1)注浆前应全面检查注浆设备与材料,包括注浆泵、拌浆贮浆、高压注浆管、压力表、水、电及其他机械零件,并用清水试泵。

(2)正式注浆后切忌随意中断,力求连续作业,以保证成桩质量。

(3)插入注浆芯管应检查密封圈是否符合要求,发现过大或过小应及时更换,以保证浆液体能按要求进入布袋。

(4)注浆压力一般为0.3~0.5MPa。一旦超过设计压力,应及时上拔注浆芯管。

(5)注浆时应严格将注浆流量控制在 10~12L/min,切忌过大。

(6)布袋注浆浆液一般为水泥-粉煤灰(CB)浆液。其配方可由∶水、膨润土、粉煤灰、水泥、KA-1、KA-2等组成。

(7)浆液基本性能应达到如下标准,1)粘度 30"~35"2)相对密度 1.4~1.5 3)析水率 <3%

4)浆液单轴抗压强度 2.4~2.84MPa(龄期7天)

(8)在气温较高时进行注浆施工,应少放KA-1、具体用量必须征得现场技术负责人同意。

(9)布袋在向外膨胀过程中形成桩体,故注浆可紧腺钻孔依次进行,亦可根据地下土体流失情况作必要的调整。

(10)布袋注浆应遵循自下而上、逐节压浆的原则。提管高度一般为每节塑料注浆管高度(即 33.3cm)。拆卸注浆管前应打开回流阀,以释放管内压力。

5.施工监控及质量检查

(1)钻孔应达到设计深度,其误差一般小于100mm,可根据注浆塑料管投放节数判断孔深。

(2)尼龙纤维的绑扎方法应以上下二头不泄漏浆液,并使中间成葫芦状为佳。

(3)每孔压入 CB浆液应为 0.07m²/m×孔深。

(4)认真记录钻孔及注浆情况,并及时予以统计。

(5)每班对现拌浆液必须有三次以上随机抽样,并交有关试验部门测试各项指标。

(6)固结的布袋注浆体应以塑料注浆管为轴心,形成圆筒或葫芦状桩体。

(7)抽水试验测定桩体两侧的水位变化及土的渗透系数。

(8)原始记录应做到全面、准确、及时、如实地反映实际情况。

6.工程验收及有关文件

(1)施工结束退场时应做好活完脚下清。

(2)工程结束后应向质量部门递交如下有关资料;

1)工程技术方案及施工组织设计(包括施工图);

2)工程开工和竣工报告单及交办任务单;

3)技术交底及复核记录;

4)钻孔和注浆工作量统计报表;

5)浆液试块测试和现场质量检测报告;

6)测量报表;

7)施工质量自检自评报告单;

8)隐蔽工程验收报告单及质量评检表;

9)地下管线图及技术变更通知单、会议纪要等;

10)单位工程竣工报告及平、剖面竣工图;

11)工程质量最终验收报告单。

(四)埋管注浆

1一般说明

(1)埋管注浆法是指利用注浆泵。通过埋设密封管和特制注浆芯管。将浆液注入地层,以达到地基加固的目的。

(2)埋管注浆法除具备分层注浆法所特有的技术特点外,还具有以下特点∶

1)能在地面建筑物和地下挡土结构施工的同时及竣工以后,控制受其影响的各类建(构)筑物和挡土结构本身的沉降。

2)预埋管跟踪注浆技术,能进行快速基础托换。亦可在既有建筑物基础附近因开挖基坑工程而威胁到既有建筑物的安全时,对其进行注浆处理,减少既有建筑物所受的影响。

3)埋管注浆通常用于地下连续墙和钻孔灌注桩形式的挡土结构墙趾加固中。

4)施工见效快。具体表现在对有沉降尚未稳定的建(构)筑物,一经埋管注浆(双液速凝浆)处理,建(构)筑物会立刻产生回升效果。

2.施工准备

(1)埋管注浆法实施前,需对实施对象进讲行搜集资料和技术设计。其内容包括。

1)搜集被实施该法的建(构)筑物所处地区的地质资料。

2)调查被实施该法的建(构)筑物周围环境以及地下埋设物结构和位置。

3)根据施工要求,进行室内浆液配方试验,确定配比。

4)根据注浆范围,确定注浆压力,计算加固后的土性指标和浆液扩散半径。

5)对建筑物纠偏施工,还需进行力学机理的分析和受力计算。

(2)为了提高浆液的早期强度,减少加固过程中的附加下沉,在进行建筑物的上抬施工时,应采用双液埋管注浆。

(3)每次注浆前,需对浆液进行现场测试,随时掌握浆液质量。双液注浆中所用到的水玻璃材料,需适当调整浓度,必要时浆液中可掺入适量黄砂,掺人量以不大干水泥用量的三倍为宜。浆液配制顺序∶水→膨润土→粉煤灰→水泥。

(4)地面建筑的基酬底板注浆顺序为∶首先沿底板外圈注浆以形成帷幕、然后,由两边向中间对称注浆。

3.工艺流程

(1)密封管埋设如下∶

1)钻孔埋管过程;

①首先利用钻机在设计孔位钻孔,此时钻头直径为密封管外径的 1.5~1.8倍。在钻穿钢筋混凝土基础底板或钢筋混凝土衬砌前,退出钻头。安装密封管套管时,应在钢筋混凝土基础底板或钢筋混凝土衬砌与密封管套管间隙中灌入"特速硬水泥",以密实缝隙。

②待密封管套管安装完毕后,改用同钻杆等直径的小钻头,打穿钢筋混凝土底板或钢筋混凝土村砌。随后,退出钻头,并拧上闷盖,待注浆时再开盖使用。

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2)预埋密封管∶如果在各类地面或地下建筑物施工以前已设计采用埋管注浆工法,则可考虑将密封管作为预埋件,直接浇筑在钢筋混凝土中。并应注意下列事宜;

①密封管套管上应设有丙纶薄膜,见图 10-6。

②密封管闷盖前需设置泡沫板,可方便以后使用。

(2)埋管注浆的顺序如下所示∶

1)御下闷盖,进行注浆管和双功能注浆头安装就位。

2)在密封管内绕上盘根,装上村套,并拧上密封管压盖。

3)利用钻机将注浆管压至设计极限深度,然后,根据需要可由下向上或由外向内进行分层注浆,也可根据要求进行固定点压密注浆。

4)正式注浆前。应按配方要求用高速拌浆机拌合浆液,并送人注浆筒,待浆液贮满后方可开始注浆。

5) 注浆时,首先启动液压注浆泵,即刻浆液便从泵中压出。经过流一仪进入注浆管,最后,由双功能注浆头注入被加固土体。

6)注浆结束前,应在孔内注入少量膨润土,并用清水冲洗注浆管和双功能注浆头中残留浆液,以便今后反复注浆。

(3)埋管注浆的机具设备如下所述∶

1)FPG-901 密封管装置;FPG-901 密封管是埋营注浆法中的个重要装置,它包括有套管、衬套、压盖、闷盖等零件组成。其作用是防止注浆时冒浆和钻孔时喷水、泛砂等情况的发生。另外,对钻孔定位也起到一定的导向作用(图 10-7)。

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