滲入性灌漿

在灌漿壓力作用下, 漿液克服各種阻力滲入孔隙和裂隙, 壓力越大吸漿量及漿液擴散距離就越大,漿液就地凝固而達到加固或減少滲漏的灌漿方法。理論上假定在灌漿過程中地層結(jié)構(gòu)不受干擾和破壞, 所用的灌漿壓力相對較小, 即漿液滲入土孔隙排除土中的自由水和空氣, 而不破壞其原有結(jié)構(gòu) 。

滲入性灌漿灌漿標(biāo)準(zhǔn)

1.　防滲標(biāo)準(zhǔn)

我國多采用吸水量ω作為準(zhǔn)則。對比較重要的砂或砂礫石土質(zhì)的防滲工程, 要求把地基滲透系數(shù)降至10-4 ～ 10-5 cm·s-1 以下。單位吸水量是用鉆孔試驗方法求得, 其計算式為ω= QL · H · T (2)

式中

ω———地層的單位吸水量;

Q ———地層的總吸水量;

L ———壓水試驗段長;

H ———壓水壓力;

T ———試驗時間。

單位吸水量與滲透系數(shù)K 之間存在的關(guān)系

K = ω×1 .5 ×10-3 (3)

2. 　強度標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)灌漿目的是防滲時, 抵抗水壓力所需的抗剪強度為

C =P · d2l (4)

式中

C ———漿液結(jié)石與孔隙壁面間的粘結(jié)力;

P ———地下水的滲透壓力;

d ———孔隙高度;

l ———灌漿體長度。

滲入性灌漿鉆孔布置

根據(jù)漿液影響半徑和灌漿體設(shè)計厚度, 確定合理的孔距、排距、孔數(shù)和排數(shù)。

1. 　單排孔的布置灌漿體的厚度b

b =2 r2 - l 24 (5)

式中

l ———為灌漿孔距;

r ———漿液擴散半徑。

l =2 r2 - T24 (6)

式中

T ———為灌漿體的設(shè)計厚度;

其余符號同上。

2. 　雙排孔的布置

排距R m =r 1/2 時兩排孔正好緊密銜接, 最大限度發(fā)揮了各灌漿孔的作用

Rm = r r2 - l 24 (7)

Bm =2 · r r2 -l 24(8)

式中

R m ———最優(yōu)排距;

Bm ———最大灌漿有效厚度。

3.灌漿深度

灌漿深度取進入持力層后1 .5 ～ 2 倍的擴散半徑。

4.容許灌漿壓力的確定

容許灌漿壓力值與一系列因素有關(guān), 例如地層土的密度、強度、初始應(yīng)力、鉆孔深度、位置及灌漿次序等, 而這些因素又難于準(zhǔn)確地預(yù)知, 因而宜通過現(xiàn)場灌漿試驗來確定 。

滲入性灌漿水泥

灌漿工程應(yīng)用最廣的是普通硅酸鹽水泥, 其礦物成份:3CaO .SiO? , 2CaO .SiO? , 3CaO .Al?O? ,4CaO .Al?O?.Fe?O? , 其中3CaO .Al?O? 是快凝物質(zhì),并能釋放較大的熱量, 3CaO .SiO2 能在7 d 齡期內(nèi)達到全部強度, 4CaO .Al?O?Fe?O? 和2CaO .SiO? 的凝結(jié)速度也較快。

滲入性灌漿砂

砂的作用是在較大的孔隙和裂隙中灌漿時, 在水泥漿中加砂以形成經(jīng)濟的漿液, 可防止?jié){液擴散過遠, 還可用摻砂的辦法提高漿液的固體含量和降低其含水量, 從而使?jié){液獲得較高的摩擦剪切強度。

滲入性灌漿水

水的作用有:

①把固態(tài)水泥變?yōu)閼腋∫? 以供灌注;

②是對水泥粒水解和水化, 使化合物形成晶體并互相結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 從而使水泥漿逐漸形成具有一定力學(xué)強度的結(jié)石。

滲入性灌漿水玻璃

水玻璃是促使水泥漿早凝的因素, 但并不是所用的水玻璃越多, 漿液凝固就越快。相反, 在一定范圍內(nèi)凝固時間隨水玻璃用量的減少而加快。

水玻璃與水泥水解產(chǎn)物Ca(OH)?反應(yīng)機理為：

Na?O .NSiO? Ca(OH)? MH?O ※CaO .NSiO?.MH?O NaOH (1)

水泥—水玻璃漿材具有以下特征:

①漿液在加入速凝劑如氧化鈣或緩凝性磷酸二氫鈉后, 凝結(jié)時間可準(zhǔn)確控制在幾秒及幾十分內(nèi);

②凝結(jié)后的結(jié)石率高達98 %～ 100 %;

③漿液結(jié)石體強度高, 一般為5 ～ 10 MPa , 水泥含量較大時, 其抗壓強度可達20 MPa ;

④水玻璃對結(jié)石強度的影響呈現(xiàn)一峰值,超過峰值后結(jié)石體強度隨水玻璃含量的增加而降低;

⑤結(jié)石體的滲透系數(shù)為10-3 cm/s 。

滲入性灌漿法在地基加固和防滲處理中應(yīng)用廣泛。由于灌漿技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 灌漿法已成為解決工程問題的重要手段, 其技術(shù)經(jīng)濟效果顯著, 但目前在鄭州地區(qū)應(yīng)用較少。因此, 有必要根據(jù)實際工程中采用灌漿法所取得的效果, 檢驗該方法在鄭州地區(qū)是否具有推廣價值 。

其基本配方(以質(zhì)量計)為A 液:水泥100 份, 水100 ～ 200 份;B 液:水玻璃100 份, 水100 ～ 200 份, 穩(wěn)定劑0 .3 ～ 1份, 分散劑0 .5 ～ 3 份。

一般采用硅酸鹽水泥, 水玻璃模數(shù)2 .4 ～ 2 .8 ,濃度40°～ 50°Be , 按一定比例進行配制, 用兩臺灌漿泵分兩路輸送系統(tǒng)將A 液、B 液(雙液法), 運至孔口或管底混合, 然后注入土空隙中, 其灌漿量Q的計算：

Q = V ·(n ×F)·(1 L) (9)

式中

V ———加固區(qū)總體積;

n ———孔隙率;

F ———孔隙率充填系數(shù);

L ———漿液滲出加固區(qū)外的損耗系數(shù)。

在正常條件下, 每次注漿中注漿壓力由大到小。當(dāng)注漿壓力達到設(shè)計的終壓時, 注漿量50 ～60 L/min , 穩(wěn)定時間20 ～ 30 min 后即可結(jié)束注漿。

一般水泥—水玻璃化學(xué)灌漿加固土層效果較好, 含水量可降低15 %～ 30 %, 壓縮模量增大2 ～ 3 倍, 內(nèi)摩擦再增加20 %～ 30 % 。

滲入性灌漿工程概況

鄭州市城南路東段一住宅樓危房加固。地基土第1 層為雜填土, 由磚塊、爐渣和生活垃圾組成, 該層厚度2 .0 ～ 2 .8 m , 第2 層為粉土, I 1 <0 , 呈堅硬狀態(tài), 該層粉土土質(zhì)均勻, 承載力可達180 kPa , 厚6m .場地地下水埋深為17 .5 m , 屬抗震設(shè)防7 度區(qū)。

滲入性灌漿危房現(xiàn)狀

該樓北側(cè)1 -3 單元門洞處出現(xiàn)縱裂縫, 由1 層一直延續(xù)至5 層, 在樓北外墻與下水管道之間的砼路面和樓邊散水面處亦出現(xiàn)與樓房走向大致相吻合的縱向裂縫, 局部呈明顯的鋸齒狀。

地面沉降及樓墻開裂原因

所有勘探鉆孔表層均為磚塊、爐渣和生活垃圾組成的填土, 沿下水管道已發(fā)生明顯地面沉降。該5 層樓為磚砌條基, 持力層在1 層填土上, 基礎(chǔ)本身剛性較差, 且持力層不均勻, 造成基礎(chǔ)沉降不均, 樓北側(cè)下水管道斷裂, 常年漏水, 使地基受到水浸, 加速了基礎(chǔ)不均勻沉陷, 導(dǎo)致門洞樓梯間凸出部位外墻結(jié)合強度較弱, 應(yīng)力集中, 樓北地面沉降首先影響距離較近門洞的凸出部位產(chǎn)生裂縫。

滲入性灌漿治理措施

首先修理斷裂的下水管, 止住漏水使地基不再浸水, 再用滲入性灌漿, 在基本不擾動原土結(jié)構(gòu)的情況下, 加壓通過注漿液均勻注入土層, 趕走空隙水和空氣, 與土體形成強度大, 抗?jié)B性能高的結(jié)石體。施工不產(chǎn)生附加沉降, 在作業(yè)空間小的情況下完成, 不影響住戶生活, 造價較低。

滲入性灌漿工程灌漿設(shè)計

為達到托換整治土體位移, 增大變形模量, 提高抗?jié)B能力, 同時提高地基承截力, 防止地基不均勻沉降的目的, 擴散半徑由現(xiàn)場測試確定r =0 .6 m , 采用雙排孔布置, 設(shè)計厚度0 .8 m .灌漿孔距l(xiāng) =2 r2 -T24 =z 0 .62 -0 .824 =0 .9(m)

排距Rm =r r2 -l 24 =0 .6 0 .62 -0 .92

4 =1 .99 (m)樁長取進入持力層2 倍的擴散半徑, 2 ×0 .6 =1 .2m , 加上填土厚2 .8m , 為4m , 實際樁長取4 .5m .灌漿壓力現(xiàn)場測定為400 ～ 600 kPa , 下部粉土取上限, 上部填土取下限。漿液選定及配比, 水泥:425#普通硅酸鹽水泥, 水灰比W∶C =1∶1 ;水玻璃模數(shù)n =2 .5 ～ 3 .0 , 濃度50°Be .施工時采用先外排后內(nèi)排的順序灌注。

該工程加固后經(jīng)一年多時間的觀測, 加固效果良好, 未有新的沉降及裂縫出現(xiàn)。

灌漿質(zhì)量高不等于灌漿效果好, 有效的檢查方法是在灌漿體內(nèi)鉆孔, 并通過鉆孔對結(jié)石進行密度、結(jié)石性質(zhì)、漿液充填率、剩余孔隙率、無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度、滲透性、長期滲流穩(wěn)定性、變形模量和蠕變性的測試 。

水泥—水玻璃化學(xué)灌漿有材料成本低、無毒、適用性好、貨源充足、凝結(jié)時間可調(diào)節(jié)、充填率高、收縮率小、早期固結(jié)強度高、濕條件耐久性好等優(yōu)點, 還具有表面活性作用, 與土體有較好的結(jié)合力, 反應(yīng)熱量又有助于土體排氣脫水, 經(jīng)化學(xué)反應(yīng)的軟土能形成較硬的化學(xué)復(fù)合土的優(yōu)點, 采用滲入性灌漿法, 灌漿壓力較低, 不破壞原土結(jié)構(gòu), 因而水泥—水玻璃滲入性灌漿法有較廣泛的應(yīng)用價值。2100433B

當(dāng)煤層的自然發(fā)火期較長時，為避免采煤、灌漿工作互相干擾，可在一個采區(qū)結(jié)束后封閉停采線的上下出口，然后在上出口的密閉內(nèi)插管并大量灌漿(圖4)。采后灌漿的目的一是充填最易發(fā)生自燃火災(zāi)的停采線空間，二是封閉整個采空區(qū)。

灌漿材料應(yīng)選擇滲水性強、脫水快、收縮量小、不含可燃物、能就地取材以及便于開采、運輸和制備的灌漿材料?？蛇x用含砂量不超過30%的砂質(zhì)黏土;或者用黏土和10%的砂子(按體積計)配制成泥漿。 2100433B