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压力注浆法
浏览: 发布日期:2017-02-17
          压力注浆法就是指利用液压过气压把能凝固的浆液均匀地注入填料地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式,驱走土颗粒间的水分和空气后填充其位置,经过一定的时间后,浆液将原来松散的土粒胶结成一个整体,从而使土基得到加固,减少工后沉降。

  
         一、注浆方案选择
  
        注浆方案选择是进行注浆施工首先解决的问题。一般把注浆方法和注浆材料的选择放在首要位置,同时还应考虑工程地质条件、工程本身性质等,依据高速公路工程实践经验,一般应遵循以下原则:
  
         高等级公路下伏软弱地基的加固注浆一般采用水泥浆液或水泥粉煤灰浆液。当软弱土层上部有硬壳存在时,要将它做为封压层,当无这种硬壳或不发育时,可在地表做一粘上垫层,厚约0.5m,以此垫层作封压层,或在低级碾压后形成封压层。对于上部沙砾层较多的软弱土层,一般宜用分段式自上而下注浆,对于上部沙砾层少或没有的软弱土层时,一般宜用分段式自上而下注浆。注浆采用直接打入式。即采用直径43mm花管直接打入,孔口采用三角形止浆塞止浆。
  
        二、注浆标准与范围
  
         注浆标准是指设计者要求注浆后应达到的质量指标。由于不同注浆工程的性质和工程地址条件千差万别,对各自的注浆目的和要求又不尽相同,因而很难规定一个比较具体和统一的准则,而只能根据具体情况作出具体规定。
  
        确定注浆范围包括在平面上确定注浆处理的长度和宽度,在纵向上确定注浆深度。注浆深度的确定应结合软弱地基的特点、路基或构造物的荷载或沉降要求诸因素综合确定。
  
        三、压力注浆材料
  
        可用于注浆的材料有很多,应根据注浆的目的和受注体的地质条件来选择。一般说来,注浆材料通常分为粒状浆材和化学浆材两大类,然后在按浆材的特点、物化性能进一步分为稳定的粒状浆材、不稳定的粒状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材。
  
       两种不同种类的浆材,其性能和使用范围也有差异。粒状浆材主要以硅酸水泥、粘土、粉煤灰等构成,来源丰富、价格低廉,操作工艺简单,广泛用于地基加固注浆中。但因其粒径大、可注性差,不宜于防渗、堵水。化学浆材料呈溶液状态,可注性好,只要能注水的细小裂隙或孔隙,化学浆材一般都可注入,主要用语防渗、堵漏加固工程,其价格较贵,施工困难。
  
        四、压力注浆参数的确定
  
       注浆参数包括确定浆液扩散半径r、容许注浆压力、注浆孔布置方式等,这些参数互相联系,与地基土渗透性等相关。
  
        (一)浆液扩散半径r
  
        注浆孔的布置中,浆液扩散半径r是一个重要的参数,r值可进行理论公式估算,如选用参数合理,则计算值具有一定的参考价值,当地质条件较复杂或计算参数不易选准时,就应通过现场试验来确定。
  
         对于粘性土层,由于地层空隙很小,浆液无法渗入,只能通过劈裂作用注放浆液,浆液扩散具有规则性,注浆设计施工可用“浆液有效半径”来表示交流扩散范围。
  
        对于砂性土层,由于地层空隙较大,浆液以填充固结为主,其扩散半径远大于粘土中的扩散半径。当为一段路段处治时,扩散半径可取大值;当为中、小构造物路段处治时,扩散半径可取小值。
 
      (二)注浆压力
  
         注浆压力是给予浆液扩散充填、压实的能量。保证注浆质量的前提下,压力大,扩散的距离大,有助于提高土体强度;但当压力超过受注土层的自重和强度时,可能导致路基及其上部构造物的破坏。所以在施工中,一般都以不使地层破坏或仅发生局部和少量破坏作为确定容许注浆压力的基本原则。
  
        注浆压力值与地层的结构、初始注浆的位置和注浆序次、方式等因素有关,有些因素较难准确地获取,在注浆处理前应通过现场注浆试验来确定,以取得施工所需参数。
  
       进行注浆试验时,一般采取逐步提高压力的办法,求得注浆压力与注浆量的关系曲线,当压力升高至某一数值,而注浆量突然增大时表明地层结构发生破坏或空隙尺寸已被扩大,因而可把此时的压力值作为确定容许注浆压力的依据。
  
       (三)注浆量的确定
  
         在正常情况下理论注入的耗浆量应填充到颗粒之间的空隙中,或沿层理或裂隙劈裂式注入。
  
        (四)注浆孔的布置方式
  
        注浆压力、浆液扩散半径r确定后,注浆孔距取值范围也就确定了,注浆孔距L取值范围在r≤L≤2r之间。
 
     桥头过渡段注浆设计一般为多排注浆孔,不同排上注浆孔设计一般有两种布置方式:一种为矩形排列,即前排孔与后排孔沿公路轴线方向上平行;另一种为三角形排列,即前排孔的位置与后排孔的位置沿公路轴线方向错开1/2的孔距,平面上呈梅花状。
  
        (五)注浆施工工艺流程
  
        根据工程地质、水文地质条件和工程要求,通过实验或类比等方法确定注浆参数,选择注浆施工设备,组织施工力量,编制施工组织计划,进行压力注浆。
  
        注浆孔施工是注浆的第一道工序,在施工中应注意以下几点:
  
        1、钻孔孔位和设计孔位的偏差不大于25cm,钻孔直径为91mm或75mm(终孔直径);
  
        2、用压缩空气清孔排渣,严禁采用水作为冲洗液。如遇塌孔严重时,可采用花管注浆。花管前端呈尖锥状,用冲击锤将花管打入受注层位;
  
        3、钻孔设备准确到位,严格按施工次序布钻施工,钻机在施工过程中应尽量减少注浆孔斜度。
 
     (1)制浆
  
        根据试验确定的配合比选择浆材,制浆时应注意以下几点:
  
        ①材料必须准确称量,误差应小于5﹪,水泥等材料宜采用重量发称量;
  
        ②掌握浆液性能,做到随用随制,使用多少浆制多少浆。
 
    ③浆液应进行充分搅拌,并坚持注浆前不断搅拌,防止再次沉淀,影响浆液质量。
 
     (2)压力注浆
  
        压力注浆是通过注浆设备,输浆管路,在压力作用下将浆液注入目的土层中。桥头过渡段填料压力注浆应注意以下几点:
  
        ①按设计要求进行分序成孔跳灌施工,由外向内分序成孔,隔孔灌注,一般情况分2~3序,条件允许时可采用1序完成;
 
     ②搭板范围内采用一次钻灌法,止浆标准为:注浆压力0.5Mpa、注浆量小于1L/min,稳压3分钟可正常止浆。否则作好记录,特殊处理。
  
        ③搭板以外采用两次钻灌法,第一次成孔深度2~3m,注浆夜里控制在0.1~0.2MPa,注浆量小于1L/min稳压3分钟,可正常止浆。
  
        ④当孔深小于5m时,窜冒浆能够有效控制时,搭板以外也采用一次钻灌法。
  
        ⑤压力注浆施工时,孔口采用止浆塞封闭,浆液搅拌均匀,随拌随用,严防石块杂物混入浆液,确保连续灌注并在灌注前进行过筛处理,以防发生堵管现象。
  
        注浆技术发展到现在,国内外在注浆材料、注浆方法和注浆工艺、注浆机具和设备,注浆效果检查及技术标准等诸多方面都取得了长足的进步。压力注浆加固桥头过渡段填料在公路建设上得到了较为广泛的应用,许多公路沉降较大的地段及桥头路堤均采用了注浆处治,从后期应运观测来看,与同期建设的其他项目相比,路基的不均匀沉降明显减少。所以进行压力注浆加固的研究,具有理论性和实际价值。
 
         一、大量涌水隧道施工1.施工方法
  
        运用新奥法原理,沿隧道开挖轮廓线(含底部)按轴向辐射状布孔(开挖面中心也布孔),进行全断面全封闭深孔注浆固结止水,使 隧道周边及开挖面形成一个堵水帷幕(加固区),切断地下水流通路,保持围岩稳定,增强施工安全。

        2.施工工艺

      (1)施工程序

       (2)超前地质预报对于构造复杂、水量丰富的地层,必须准确预报工作面前方20~25M范围的工程地质和水文地质情况,以便为制定施工方案和确定注浆参数提供依据。

        ①钻孔方法:利用液压钻孔台车或YQ-100A施钻深孔,在拱顶、起拱线和隧道中下部位各钻φ76mm孔,孔深超出注浆段5m左右。

        ②预报内容:预测工作面前方注浆段长度范围的地质构造和岩性、地下水出露位置和水量大小,以及围岩变化情况。

        ③预报方法:采用钻眼排碴取样分析,记录钻速、水质水量变化情况以及开挖后的岩面观测素描,综合判断预报前方水文、地质条件。

       (3)钻孔作业①封堵墙(止浆墙)施工:首先按照注浆设计施工封堵墙,封堵墙设于开挖面后端,封堵墙厚0.8~1.0m,用C20砼灌注一次成型。

        ②布孔:由测工站在工作平台上,用红油漆在掌子面上按设计准确画出钻孔位置,标注编号。

       ③钻孔:A.钻孔时台车大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动而影响施钻精度。

      B.钻机开孔时钻速宜低,钻深20cm后转入正常钻速。

      C.第一根钻杆钻完后,凿岩机与钻杆脱离,使用联接套接第二根,依次接杆直至钻到设计深度。

      D.钻孔深度达到设计要求后,凿岩机后退带出钻杆,人工用卡或大扳手卡紧前杆,凿岩机反转,松开连接套卸下钻杆,按同样方法依次拆卸钻杆退出孔外。

     E.注浆孔角度参数:仰角、俯角、左偏角、右偏角均控制在最小3°、最大26°内。

     ④开孔孔径及深度:注浆孔用φ100钻头开孔,孔内放置长3~6m的φ86钢管(或橡胶止浆塞管)做孔口管,掏孔清碴时用φ76钻头。注浆段长度为20m一环。

     ⑤钻孔深度控制:台车大臂按设计布孔位置点对正,用简易垂球量角器测钻杆仰角,调整至设计角度,并在钻杆上安装导向指示器,控制钻孔偏角。

     ⑥台车钻孔工作参数:凿岩台车钻孔作业的推进压力2.5~4.0MPa,回转压力5.0~6.0MPa,冲击压力19~20MPa.

      (4)注浆作业

        ①注浆材料:水泥:用425号以上的普通硅酸盐水泥,质量应符合标准。

        水玻璃:用出厂浓度42~45Bé,比重1.42~1.45,模数2.4~2.8的水玻璃原液。

        拌合水:水质应符合《铁路砼及砌石工程施工规范》中的各项规定。

       ②配合比控制:水灰比(W/C)为0.8;水玻璃稀释浓度为25~35Bé;双液体积比(C/S)为1:0.5~0.7.③凝胶与凝结时间控制:为满足浆液扩散半径的要求,采用凝结时间为:一般地段3分钟,富水地段1~2分钟。

       施工控制分以下三种:A.水灰比固定,水玻璃浓度不变,变换双浆比例。当水玻璃溶液所占比例由小到大,凝胶时间则由长到短,初、终凝由慢到快。

      B.水玻璃浓度不变,双液比例固定,变换水灰比。当水灰比由小到大,凝胶时间由短到长,初、终凝由快到慢。

      C.水灰比不变,双液比固定,变换水玻璃浓度。当水玻璃浓度由高到低,凝胶时间由短到长,初、终凝由快到慢。

       ④注浆:连接注浆管路,用注浆泵先压水检查管路是否漏水,设备状态是否正常,然后再做压水试验,以冲洗岩石裂隙,扩大浆液通路,增加浆液冲塞的密实性,核实岩石的渗透性。

        对于富水断层破碎带清孔后,先压水泥浆液,再压CS双液浆。

       标定注浆泵上电接触点压力表的最大压力指标,泵压后观察压力变化及水泥浆和水玻璃的消耗数量。

       记录注浆时间和注浆量。

       注浆达到标准后,打开三通混合器的减压阀排浆,卸下混合器换注另一孔。

       注浆结束后,拆卸各注浆器件,全部清洗干净,并对注浆泵进行检查保养。

       ⑤ 作业方式:注浆方式采用前进式或全孔一次压入式。钻孔过程中未涌水的,就一钻到底,全孔一次压入式注浆;在钻孔过程中,如发现有水,即停止钻孔,采取注一段钻一段的前进式注浆,直至达到设计段长位置。

         在水压、水量较大的情况下,还可采用分层泄水减压、分层注浆方式。即下层管注浆,中层管放水;中层管注浆,上层管放水,这样逐层抬水,把水排挤到拱顶以上规定的止水固结圈以外。

        注浆顺序为由下而上,由里向外。

       ⑥注浆参数:A.注浆压力及单孔扩散半径:注浆压力一般为地下水静水压力的2~3倍,考虑到岩层裂隙阻力,初始压力3MPa,终压4~5MPa.单孔浆液扩散半径4m. B.注浆速度:钻孔出水量大于50L/min时,注浆速度取80~100L/min.钻孔出水量等于0~50L/min时,注浆速度取60~80L/min. C.注浆扩散范围:注浆有效范围为开挖轮廓线外4.0m(塌方段为5.0m)。

        D.注浆量:按注浆范围内围岩体积的5%左右考虑,实注量由钻孔压水试验确定。(单孔注浆量V=11m3,参考值)。

        3.劳动力组织

        深孔超前预注浆工序多,要求工序衔接紧凑,因此施工组织安排要合理,使各道工序协调动作。

        4.机械设备配置

      (1)主要注浆配件

       ①制作注浆孔口管,管长3m、6m两种,管尾焊接联接套,联接套长56mm,内径90mm,外径98mm,它的另一头带有梯形螺纹丝扣,也可用止水浆塞做注浆管,止浆塞采用自制橡胶止浆塞。

      ②羊角式注浆嘴套帽注浆嘴套帽内口径螺纹能与孔口管尾外螺纹扣套接。帽头上钻两个孔,接成半角式接头,接头直径30mm,长85mm,与三通混合器连接。

      ③三通混合器三通混合器外形尺寸92mm×92mm×62mm,为逆止阀型,有4个孔,其中2个内径为28mm的螺纹孔接注浆管的入口,有一内径为30mm螺纹孔为出浆口,一个减压排浆口。逆止阀使双液混合后不能返流,直接流入羊角注浆嘴里。

       ④注浆孔口管顶进联接套顶进联接套尺寸和注浆嘴套帽相同,在帽上套焊一个钎尾套,接在钻孔台车的凿岩机上。

       ⑤注浆管φ25高压胶管长5m和10m,每一台注浆泵长短各配2根。

        φ25无缝钢管管路配长30~50m,水泥浆和水玻璃浆液各一条管路。

       钢管连接用钢制管节对接,高压胶管与钢管连接配件为快速接头或缩头锁接。

        5.质量控制要点

      (1)一次注浆段长度不大于20m;

      (2)注浆帷幕厚度不小于4.0m;

       (3)堵水率不低于90%;

       (4)注浆结石体7天的单轴抗压强度不小于5MPa.

        6.安全措施

       (1)地质超前预报和监控量测在施工中贯彻始终。

       (2)施工排水沟要及时疏排,严防积水。

        (3)针对富水断层破碎带深孔注浆固结止水施工的特点和要求,制定安全实施细则。

        (4)加强全员安全意识教育,坚持安全第一的思想,不盲目追求进度,以防止塌方。

       (5)要配备少量聚胺脂材料,作为突水应急堵漏时用。

       (6)注浆作业人员戴口罩、眼镜和软手套,以防止水泥粉尘和水玻璃溶液对人体造成伤害。

       (7)要有良好的照明条件。

        二、大量渗水隧道施工1.施工方法

        整治隧道施工渗水,采用聚氯乙烯(PVC)塑料板,即在初期支护与模筑砼衬砌之间铺一层PVC板,使衬砌表面达到干燥的要求。

       施工工艺

       ①准备工作

       A.PVC防水板的质量检查检查是否有变色、波纹(厚薄不均)、斑点、刀痕、撕裂、小孔等缺点。

       B.用特种铅笔在PVC防水板边缘上绘出焊缝搭接线,搭接线距板边10cm. 

       C.PVC防水板拱部、边墙分段铺设,拱部划出中线,并对称卷起备用。

       D.工作台就位:工作台由万能杆件拼装,接通电源,切断钢丝网露头,对超挖空洞要挂网回填砼。

       ②固定PVC防水板每环PVC防水板拱部与边墙分别铺设,先将拱部PVC防水板中线重合隧道中线,并及时在PVC防水板两边,离边缘5cm,间距0.5m,进行锚定,边墙铺设从起拱线开始,板边固定点距边缘5cm,间距1m,向下展开。防水板当中的锚固点布置:沿横断面方向间距为0.5~1.0m,沿隧道轴线方向为1.0m,梅花形布置。

       ③焊接PVC板搭接缝搭接缝的焊接工作要超前于另一边。

       ④焊缝补强焊缝有不符合质量要求时,及时进行修补处理。

      3.劳动力组织

      5.质量控制要点

     (1)固定防水板时,要将防水板放松,不可绷得太紧,根据岩石基面情况留够富余量,使二次模筑砼挤压后,防水板与喷砼层表面自然密贴。

     (2)两防水板间的搭接宽度10cm.

     (3)用电锤固定防水板时,由于塑料胀锚螺栓直径为42mm,所以选用直径8mm的钻头钻眼,孔深40~50mm.

     (4)防水板焊缝宽度不小于1cm,焊接电压110V,最高不得超过130V.

     (5)用电烙铁焊接防水板时,烙铁头在两塑料板间均匀移动,同时在上层防水板之上用手指均匀用力推挤,以防水板焊缝间挤出塑料熔液为最佳。

     (6)抽出烙铁头时,需将其上残留的熔融塑料刷掉。

       6.安全质量措施

      (1)为保证铺设PVC板的平整,隧道开挖采用光面爆破,喷砼后要达到隧道轮廓线圆顺整齐。

      (2)铺设防水板前,先将边墙基础灌注好,严禁在已铺设防水板处进行爆破作业。

      (3)喷射砼表层有淋水时,采取引、挡、排、遮等措施,保证焊接时无滴水浸入。

      (4)射钉枪或电锤,都要垂直于岩层面,同时防水板上要加垫圈。

      (5)焊接开始前,电烙铁需在小块塑料板上试温,能使塑料板熔化时才能焊接,停焊时应及时切断电源。

      (6)用电烙铁进行焊缝补强时,要防止烙铁头将下块防水板烫出沟槽,影响防水效果。若发现有烤焦变色或焊穿等现象时,要及时进行补贴处理。

      (7)隧道内各洞室铺防水板时,均须自上而下,从外向洞室内展铺,并注意正洞的防水板应搭接在洞室防水板里面,并在正洞与洞室边缘增加固定点。

      (8)在模筑砼施工时,砼不能直接冲击防水板,震捣器不得接触防水板。

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