（道路与铁道工程专业论文）带承压板注浆工法在软土路基加固中的研究及其应用.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 近几年来，我国公路建设发展迅猛，到2 0 1 0 年总计将建成8 万公里的铁路 网和3 6 万公里的高速公路网。在这些工程中存在大量的软土地基，特别是对 一些已建成的公路，由于地基的沉陷等原因严重的影响了道路的正常运行。每 年对道路的加固治理费用十分庞大。因此，寻找经济又实用的地基处理方法对 道路工程具有十分重要的意义。 注浆技术是岩土工程中随着防渗与地基土加固等工程需要而产生和发展起 来的一种岩土加固技术。注浆工法具有设备简单、施工占地面积小、施工中产 生的振动噪声小、对市容交通的影响小、工期短，见效快、加固地层的深度可 深可浅的特点。注浆工法的这些优点，致使该加固方法的应用极为广泛。特别 是在近十年来，注浆技术在公路工程中也得到了积极的推广和应用，然而相关 注浆理论还不成熟，注浆可靠性也还有待提高。因此，结合目前工程的实际情 况，在注浆加固效果的可靠性、注浆工法的注入范围和判断固结状态的检测方 法等方面进行研究具有一定的理论意义和重要的工程应用价值。 本文提出了一种新的注浆工法，通过在原有注浆工法构造上进行改进，以 增强注浆加固效果和提高注浆可靠性，并将该工法应用于软土路基加固工程实 践中。其主要研究内容如下： ( 1 )综述了注浆技术的发展过程和现状，并就其存在的问题及发展方向 进行了阐述。 ( 2 )提出了带承压板的注浆工法，阐述了承压板的构造及工法特点，并 在此基础上，介绍了该工法的相关技术，给出了带承压板的注浆工法的工艺流 程。 ( 3 )对该工法的加固效应进行了系统的分析。软土路基经过带承压板注 浆工法补强后，浆液把路面下的脱空层填充，使面层和基层粘结成整体，以减 少路面病害；另一方面，浆液的劈裂或挤压作用改善了桩周天然土体的性质， 并在深处形成柱状桩体。最终由注浆体、承压板和地基土形成的复合体提高地 基的承载力。着重对承压板在复合体中的作用进行了阐述。 ( 4 )提出了该工法相应的设计原则以及构造措施。结合实际工程采用上 述工法成功的对某道路软土地基进行灌浆加固。 武汉理工大学硕士学位论文 本文对注浆工程在设计、施工和理论研究等方面具有一定的参考价值。 关键词：承压板、注浆工法、加固机理 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ep a s td e c a d e ，t h eh i g h w a yc o n s t r u c t i o nh a sb e e ng r o w i n gi n8 1 1e x t r e m e l y f a s ts p e e di nc h i n a u n t i l2 0 1 0 ，t h e r ew i l lb e8 0 0 0 0k m r a i l w a y sa n d3 6 0 0 0k m r o a d sb u i l t h o w e v e r , p l e n t yo fs o f t - s o i lp r o b l e m sa r ei n v o l v e di nt h e s ee n g i n e e r i n g e s p e c i a l l yi nt h eb u i l tr a i l w a y sa n dr o a d sp r o j e c t s ，t h es u b s i d e n c eo fs o f ts o i lw o u l d a f f e c tt r a f f i cs e v e r e l y e v e r yy e a r t h er e i n f o r c e m e n t so f t h e s es o f ts o i lc o s tm u c h s o ， p r a c t i c a la n de c o n o m i c a lt r e a t m e n t so fs o f t s o f ta r ev e r yi m p o r t a n tt ot h er o a d e n g i n e e r i n 昏 t h eg r o u t i n gt e c h n i q u ei sar e i n f o r c e m e n tt r e a t m e n tt oc o n t r o ll e a k a g eo r r e i n f o r c ef o u n d a t i o ni nt h eg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g t h et e c h n i q u eh a sm a n y a d v a n t a g e s ，s u c ha s - u n c o m p l i c a t e de q u i p m e n t ，e a s yo p e r a t i o nw i t hl e s sl a y o u ta r e a , s m a l ln o i s ea n dl i t t l ei n f l u e n c eo nt r a f f i c ，s h o r tc o n s t r u c t i o np e r i o d , r a p i dr e v e n u e a n df l e x i b l yr e i n f o r c e dd e p t he r e b e c a u s eo ft h e s ea d v a n t a g e s ，t h i st e c h n i q u ei s w i d e l yu s e d e s p e c i a l l y ，i nt h i sd e c a d e ，t h eg r o u t i n gt e c h n i q u eh a sb e e na p p l i e d a b r o a di nt h er o a de n g i n e e r i n g h o w e v e r , t h eg r o u t i n gt h e o r ya n dt h er e l i a b i l i t yo f g r o u t i n gt e c h n i q u en e e df u r t h e ri m p r o v e d t h e r e f o r e ，a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no f g r o u t i n ge n g i n e e r i n g ，t h ei n v e s t i g a t i o no f t h i st e c h n i q u ei sv e r yu s e f u li ne n g i n e e r i n g a n dh a sa b i ge c o n o m i c a lv a l u e t h i sp a p e rp r o p o s e san e wg r o u t i n gt e c h n i q u ew h o s es t r u c t u r ei si m p r o v e ds o a st oa d v a n c et h eb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ef o u n d a t i o na n dt h er e l i a b i l i t yo fg r o u t i n g a n a p p l i c a t i o ni sp r e s e n t e d t h ec o n t e n t sa r el i s t e da sf o l l o w e d ： ( 1 ) t h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to fg r o u t i n gt e c h n i q u ea r es u m m a r i z e d a n dt h ei s s u et ob es o l v e da n dt h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o na r ed i s c u s s e d ( 2 ) t h ec o n s l n l _ c t i o np r o c e s so ft h eg r o u t i n gt e c h n i q u ew i t hb e a r i n gp l a t ei s p r e s e n t e d t h eb e a r i n gp l a t ei s b u i l tb e f o r ei n j e c t i n g u s u a l l y , i nt h ef o u n d a t i o n r e i n f o r c e dp r o j e c t ，t h eo r i g i n a lr o a d b e da n dp a v e m e n ta r ed i r e c t l ym a d eu s eo f a st h e p l a t e w h e ni n j e c t i n g , t h eb e a r i n gp l a t e i sp r e l o a d e dt op r o m o t et h e g r o u t i n g p r e s s u r e a sar e s u l t ，t h eb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ef o u n d a t i o na n dt h er e l i a b i l i t yo f g r o u t i n ga r ea d v a n c e d m 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) t h er e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s mi sr e s e a r c h e dd e e p l y t h er e i n f o r c e m e n t e f f e c to ft h es o f tf o u n d a t i o nw h i c hi sd i s p o s e db yt h eg r o u t i n gt e c h n i q u ew i t h b e a r i n gp l a t ec 觚b ei n v e s t i g a t e di nt w o 雒p e c t s t h eg r o u tc a nf i l lt h eg a pa n dc r a c k u n d e rt h ep a v e m e n tt og l u et h ep a v e m e n ta n dt h eb a s eo 。o u r s et o g e t h e r t h u s ，t h e d i s e a s e so ft h ep a v e m e n to a nb ed e c r e a s e d o nt h eo t h e rh a n d , a f t e rt h eg r o u t 询e c t e dt ot h es o rs o i l ，t h ec h a r a c t e r so f t h en a t u r es o i la r o u n dt h eg r o u t i n gp i l e sa r e i m p r o v e d t h ec o m p o s i t eo fg r o u t i n gp i l e s ，b e a r i n gp l a t ea n dt h ef o u n d a t i o nc a n e n h a n c et h eb e a r i n gc a p a c i t y i na d d i t i o n , t h ed e s i g np r i n c i p l ea n dt h ec o n s t r u c t i o n m e a s u r e m e n ti si n t r o d u c e d ( 4 ) a na p p l i c a t i o no f t h es o f tf o u n d a t i o nr e i n f o r c e dp r o j e c tw i t ht h i st e c h n i q u e i sp r e s e n t e d t h i sp a p e rh a ss o l n r e f e r e n c ev a l u a b l ei nt h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n d t h e o r e t i c a lr e s e a r c ho f g r o u t i n gt e c h n i q u e k e y w o r d s ：b e a r i n gp l a t e ，g r o u t i n gt e c h n i q u e ，r e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 注浆( h l j e e t i o ng r o u t ) ，又称为灌浆( g r o u t i n g ) ，是将一定材料配制成浆液，用压 送设备将其通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内，使其扩 散、胶凝、固化，以达到加固地层或防渗堵漏的目的l l 】。它主要用于减少岩土的 渗透性。增加其强度或减小地基的变形量，近年来它又被用来修复混凝土裂缝。 浆液及浆液注入到地层中去的方式( 注入方式) 是该工法的关键。这种加 固方法与其他加固方法相比具有以下优点：施工设备简单：规模小，耗资 少；占地面积小，对交通影响小；工期短，见效快；施工中产生的噪声 和振动较小，对环境影响小；适应性强，狭窄的场地、矮小的空间均可施工； 加固深度可深可浅，易于控制。特别是在城市大深度地下工程( 深度大于5 0 m ) 的基础加固中，这种工法更具得天独厚的优势。故它在土建、市政工程、水利 电力、交通能源、隧道、地下铁道、矿井、地下建筑等许多领域中有着广泛的 应用。目前注浆技术已发展成集高分子化学、岩土力学、机械、自动化技术、 计算机技术等多学科为一体的新兴的交叉技术的应用学科【2 】。 1 2 注浆技术发展概况 1 2 1 注浆技术发展史 注浆法出现于1 9 世纪初。在1 8 0 2 年，法国的土木工程师查理斯贝里格 尼( c h a r l e sb e r i g n y ) ，把塑状粘土用泵强制挤入至基础底板与地基之间的空隙 使其完全充填。他第一次注浆的初步应用取得了巨大成功，修复的挡潮闸又投 入使用，这是在基础工程的历史上第一次有记载的注浆技术应用。 美国第一次使用“压浆泵”是在1 8 4 5 年，w e 沃森( w e w o r t h e n ) 在一 个溢洪道陡槽基础下注入水泥砂浆，1 8 5 4 年又进行了闸墩砌体的加固。那时， 注浆仅仅作为对有缺陷的基础的补救措施来使用，并不被认为是一种旅工方法。 英国的注浆技术起步于1 8 8 6 年，豪斯古德( h o s a g o o d ) 在印度建桥时采用 武汉理工大学硕士学位论文 化学浆液固砂，自此，化学浆液在印度问世。1 8 8 6 年，金尼普尔( k i n n i p l e ) 采用秸土水泥砂浆阻止尼罗河的达梅塔( d a m i e t t a ) 和罗萨塔( r o s e t t a ) 坝基 下的地下渗流。正是在这时，英国研制出了“压缩空气注浆泵”，促进了水泥注 浆法的发展。1 8 8 7 年德国的杰沙尔斯基( j e z i o r s k y ) 利用一个钻孔灌注水玻璃， 在另一个相邻钻孔灌注氯化钙，创造了原始的硅化法。 注浆技术的进一步发展和广泛应用，是在矿山竖井的建设中用于防止竖井 开挖时地下水的渗入。1 9 2 0 年荷兰采矿工程师尤斯登( e j j o o s t e n ) 首次论证 了化学注浆的可靠性，并提出了使用水玻璃、氯化钙双液双系统的注入方式， 于1 9 2 6 年取得了专利。 注浆技术有系统的改进始于美国科罗拉多河上的胡佛坝( h o o v e r ) 岩石地 基的帷幕注浆，而且为补救由于地基开挖引起的裂缝，进行了固结注浆。根据 胡佛坝基的注浆工程实践，制定了注浆工程的设计和施工规范。4 0 年代，日本 的丸安隆和博士在注浆时采用了水玻璃、铝酸纳双液单系统的1 5 次注浆法， 为凝胶时间短的浆液的使用创造了条件。此时也出现了粘土水泥系的注浆材 料。5 0 年代美国研制了粘度接近水且凝胶时间可任意调节的丙烯酰胺树脂浆液 ( a m 9 ) 。后来又出现了丙烯酸盐类、尿醛树脂类、木质素类等各种注浆材料。 我国的注浆技术可以说是由来已久。据历史记载，我国在几千年以前就普 遍使用粘土、糯米浆作为砌块的胶结材料以及防渗止水材料。在我国的一些古 代典籍，如；抱扑子内外篇、齐民要术等著作中，均有胶粘剂的制造和使 用方面的记载。当然就现代的注浆技术而言，我国起步于5 0 年代末和6 0 年代 初，首先开始有机高分子化学注浆材料的研究工作，特别是我国中科院著名化 学家戴安邦研究员提出的硅酸聚合机理，较好地解释了水玻璃的凝胶现象，因 而推动了我国水玻璃注浆材料的发展。与此同时，结合工程进行了实验和试用。 3 0 多年来通过科学研究和生产实践，进一步改善了浆液材料的性能，如中科院 广州化学灌浆研究所叶作舟研究员研制的高渗透性的中化7 9 8 化学注浆材料， 它是一种环氧树酯类补强固结浆材，其渗透性极好，达1 0 - s m s ，该材料在青海 龙羊峡大坝的补强试验中取得了良好的效果。此外，东北工学院杜嘉鸿教授多 次带着他的科研论文参加国际注浆学术讨论会，引起国际同行的关注和好评。 目前我国可自行生产水玻璃、丙烯酰胺、木素、尿醛树酯、聚氨酯、环氧类、 超细水泥、湿磨水泥、硅粉等多种浆材，且这些浆材具有可注性好、抗渗能力 强、凝胶时间易于控制及固结强度高等特点。1 9 8 7 年，上海隧道施工技术研究 2 武汉理工大学硕士学位论文 所程骁高级工程师研制的套管分层注浆工法( 即s r f i 法) 也具新意，获国家科 技进步奖。8 0 年代铁道科学院及山东水利科学研究所等单位联手开发一整套 喷射注浆工法，受到专家的好评。此外，我国还研制成功隔膜式计量泵、调速 齿轮泵、双液调速高压注浆泵以及混合器等多种注浆设备。目前上述注浆材料 和注浆设备均成功地广泛地应用于水电、采矿、土建、市政、铁路、石油、隧 道、桥梁、公路等各个领域的注浆工程中。目前我国从事注浆研究和施工的人 员、单位近年猛增大小注浆公司近百家，该行业中仅高级职称的专业人员就有 3 0 0 人。这些均充分说明我国的注浆技术( 无论是材料、工法、应用及规模) 均已跃身于国际先进行列【2 j 【6 j 。 1 2 2 注浆技术发展的各个方面 随着注浆法的广泛应用，注浆技术也得到了较大的发展。在注浆材料、注 浆方法、注浆设备的改进、注浆技术的管理以及注浆效果的测定方法等各个方 面都有着较大的进步。 注浆材料从最早的石灰和粘土、水泥，发展到水泥水玻璃浆液、各种化学 浆液。如：高强度的水玻璃类浆液、中性和酸性水玻璃浆液、非石油来源的多 种高分子浆液、丙烯酰胺预聚体1 8 0 浆材。水利水电工程中对水泥浆液、水泥 粘土浆液进行了改性，根据不同需要使用了改性水泥浆、浓浆和膏状浆液。特 别是细颗粒水泥注浆材料的开发，克服了水泥浆液难于渗透到较细颗粒土层中 的缺点。由于化学浆液对周围环境及地下水存在有不同程度的污染，所以许多 化学高污染的注浆材料在使用上受到了限制，但在特殊条件下，一些低污染的 化学浆材得到了开发、改性和使用。渗透性强、可注性好、无污染、固结体强 度较高、凝胶时间易于控制、价格便宜和施工方便的注浆材料一直是注浆工程 界期望和研究开发的目标 7 1 【1 1 】。 为改善注浆工程的注浆效果，除研制、选用合适的注浆材料以外，注浆方 法的重要性也逐渐被人们所认识。最初采用比较经济、简便的填压式注浆法， 后来又出现了循环式注浆法、双管注浆法、花管套壳料注浆法及电渗注浆法等 许多工艺技术，大幅度改善了注浆效果。从脉状注浆、渗透注浆发展到应用多 种材料的复合注浆法。从无向压注发展到通电、抽水、压气和喷射等多种诱导 注浆法。通过预处理以及孔内爆破等方法，大大提高了浆液的可注性。应用定 向钻进、多孔同时注浆以及增大段长等方法，缩短了注浆工期。近年来，在地 3 武汉理工大学硕士学位论文 基处理方面还采用了高压旋喷、定喷和摆喷、深层搅拌等新的注浆法，使浆液 与土颗粒强制混合，不仅克服了渗透注浆扩散能力弱的不足，而且可进行一定 程度的定向注浆，迸一步提高了固结体的强度，降低了土体的透水性，改善了 注浆效果【1 2 1 。 注浆机具方面：使用了轻型全液压高速钻机；注浆设备出现了专用化、机 组化、系列化的趋势：研制了高速搅拌机、集中制浆系统和各种新型止浆塞和 混合器。 在施工管理方面也取得了长足的进步：对注浆过程的控制，出现了自动记 录，集中管理和自动化监控的趋向。 在注浆效果的测定方面：应用了压水或注水、抽水试验，电测、弹性波探 测、各种物理力学测试、放射能探测、微观测试等多种检测仪器和手段。 1 2 3 我国注浆技术的发展及主要贡献 我国的注浆技术研究起步较晚，5 0 年代以前所做工作甚少，5 0 年代开始初 步掌握注浆技术，1 9 5 3 年开始研究应用水玻璃作为注浆材料。随着水利水电工 程建设的发展和我国化学工业的形成，除水泥、粘土等材料外，5 0 年代末已形 成了环氧树脂、甲基丙烯酸甲脂等注浆材料，6 0 年代形成了丙烯酞胺注浆材料， 八十年代末形成了聚氨脂注浆材料。尤其是进入九十年代后，根据不同的需要， 各种材料在种类、性能上得到了迸一步的发展。干法、湿法细水泥和超细水泥、 稳定浆液、混合浆液、酸性水玻璃、弹性聚氨脂、水溶性聚氨脂、丙烯酸盐、 不饱和聚脂、热沥青、木质素类、脉醛树脂类和多种多样的外加剂等不同程度 地在各种工程中得到应用。 除材料品种外，我国配套的施工技术、工艺、注浆机具和检测手段相应地 获得了重大的发展。配套注浆的钻孔机具、高压注浆泵、高压耐磨阀门、高速 搅拌机、止浆装置、自动记录仪、集中制浆系统等机具设备的出现，也为注浆 技术的稳步发展创造了条件。在监铡方面，从目测样品、压水试验等常规方法， 发展到声波监测、变形检测、电子显微镜等多种宏观和微观的检测手段。注浆 工艺技术上，以高压注浆为代表的整套注浆技术、水泥浓浆注浆技术、水泥浆 液和化学浆液联合注浆技术等，为工程中复杂地基的防渗加固处理提供了条件。 可以说，经几十年注浆工作者的努力，在注浆工程领域已具备了众多的材料种 类和工艺技术，积累了丰富的工程经验，其中有些方面已达到了相当高的水平， 4 武汉理工大学硕士学位论文 与国际也逐步接轨，并在某些方面有独到之处，特别是： ( 1 )使用瞬结型浆液( 凝胶时间几秒) 的双层管型注浆工法的问世。 该工法有单液型、双液型两种。其中，单液型仅限于使用瞬结型浆液。单 液型注入工法对渗透性高的砂层和卵石层及渗透性差的粘土而言，注入效果好。 双液型注浆工法的特点是先注入瞬结型浆液使该浆液在注入孔周围先有效地形 成栓塞，防止浆液向预定地层范围之外喷溢，以便提高瞬结性或缓结性浆液向 预定地层注入的可靠性。 ( 2 )双层管双栓塞工法在我国的普及 这种工法是法国人提出的，由于注浆管外侧布设有上下两个栓塞，所以注 浆管无论对地层的哪一个深度均可自由地反复注入缓结型( 凝胶时间需要十几 分钟以上) 浆液，实现分层注入加固。 1 2 4 注浆法在道路工程中的应用 近十年，我国高速公路建设的迅速发展，新的施工技术和施工工艺被应用 到高速公路建设工程中。注浆法以其突出的技术特点，在高速公路软土地基处 理中开始广泛应用。注浆技术在处理软土地基中的作用归纳起来有三点。第一 是防渗：降低渗透性，减少渗流量，提高抗渗能力，降低孔隙压力；第二是堵 漏：截断渗透水流；第三是加固：提高岩体或土体的力学强度和变形模量。注 浆技术在软土地基处理过程中主要有以下几个技术特点： ( 1 ) 对软土路基处理过程中，工期短、效果好、规模小、成本低：注浆工 程可以连续2 4 h 进行，施工效率高，同时，通过注浆，软基可以在很短的时间 内达到固化的效果，在确保质量的前提下，为后续工程的进行赢得时间。 ( 2 ) 施工设备简单：注浆工程施工设备主要由钻孔机械、高压注浆泵、浆 液搅拌设备、发电机以及高压注浆喷枪和止浆阀门装置等，这些设备中除了钻 孔机械比较复杂以外，其他设备相对比较简单。 ( 3 ) 占地面积小、施工灵活方便、加固深度可深可浅，易于控制；由于施 工设备体积相对小。对施工周围交通影响小，同时该方法是先钻孔然后采用压力 注浆泵将浆液注入地下软基中以达到加固目的，其加固深度容易控制。 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 注浆技术存在的问题及发展方向 作为地层的加固工法，相对而言，注浆工法具有设备简单、施工占地面积 小( 狭窄的场地及矮小的空间均可施工) 、施工中产生的振动噪声小、对市容交 通的影响小、工期短，见效快、加固地层的深度可深可浅的特点，这些是其他 加固工法所不能具备的，注浆工法这一得天独厚的优点，使得该工法的应用极 为广泛【1 3 h m 。 注浆工法从5 0 年代开始实用以来，至今已有4 0 多年的施工历史了。纵观 这一时期技术进步的实绩，尽管现有注浆工法与以往的单管钻孔注浆工法相比， 加固效果有较为明显的提高，但还是不能1 0 0 满足设计的要求。这说明注浆工 法的可靠性，即效果的确定性还不是特别好。此外，目前尚无完好的检测注浆 工法的注入范围和判断固结状态的方法。 结合目前工程的需要，在注浆工程中有下述几个方面需要进一步做出努力， 以求注浆技术的进一步发展。 ( 1 ) 必须研究开发旨在提高注浆可靠性的注浆工法。在注浆工程中实际上 还是一直延用以往的设计方法( 靠施工经验进行设计) 和施工方法。而这些内 容已不能适应现时的需求，为了实现这个目标必须重视该领域人员以往积累的 研究成果及丰富的经验总结，大力组织他们攻关，方能解决好上述问题。 ( 2 ) 继续研究开发注浆设备。特别对高效钻孔机具、自动监测纪录、浆液 的集中制备与输送、专用注浆泵和有关的止浆、制浆、输浆等设备及其自动化 进行研究开发，以期达到国际先进水平。 ( 3 ) 研制开发能客观评价注浆效果的检测仪器和方法，并且使其标准化， 以利于工程应用。 ( 4 ) 发挥注浆技术的特点和优势，开拓其应用范围和领域。 注浆技术是一门古老而又新型的技术，随着化学、材料、机械、电子、计 算机等工业和工程技术的发展及建设工程的大量需求，注浆技术也必将以更高 的速度向前发展。 1 4 本文主要研究工作及成果 1 综述了注浆技术的发展过程和现状，并就其存在的问题及发展方向进行 了论述。 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 针对目前注浆的可靠性的问题，在i e l 路软土路基加固工程中，引入一种 新工法一带承压板的注浆工法。这种工法利用已有道路面层及面层下的固结 基层作为半刚性承压板。承压板与注浆后形成的柱体组成复合体来共同承担荷 载。该工法可极大的提高注浆可靠性、减小地基沉降、提高承载力。本文从该 工法的构造入手，对其工作原理以及特点做出较为详尽的阐述。在此基础上， 介绍了该注浆工法的相关技术。 3 对该工法的作用机理、加固效应进行了系统分析，从浅层加固和深层加 固两方面进行了详细的说明。着重分析了承压板在复合体中的作用。 4 。提出了相应的设计原则。结合实际工程采用上述工法成功地对某路段软 土地基进行注浆加固。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章带承压板注浆工法介绍 带承压板的注浆工法与一般的注浆工法的本质区别就在于引入了承压板的 应用。这种承压板施工方便，作用显著，可极大的提高注浆可靠性。本章详细 的阐述了带承压板注浆工法的构造、特点以及相关应用技术。 2 1 承压板的构造及工法特点 2 1 1 承压板的构造及工作原理 所谓带承压板的注浆工法，主要是以提高目前注浆工艺过程的注浆可靠性、 注浆承载力以及扩大注浆应用领域为目的而提出的一种工法改进。承压板工法 与其他工法配套使用，作为各种工法的前处理部分。其构造原理如图2 1 。 图2 - i 承压板构造原理 承压板是在注浆开始之前将整个注浆场地按照承载地基的设计走向，合理 确定承压板宽度，铺设一定厚度的混凝土垫层。在道路加固工程中，它一般是 直接利用原有道路的基层及面层，或者建筑的基础的一部份并将其提前旌工， 既对注浆体起封浆作用，又可将整个注浆复合体可靠的连成整体，有效的提高 了地基的承载力。 8 武汉理工大学硕士学位论文 对已有道路，该工法直接利用原有路基路面做为注浆部分的承压板。在民 用建筑中，对于柱下独立基础，直接利用上部基墩( 或承台) 兼作注浆部分的 承压板；对于条形基础它利用上部结构的垫层作注浆部分的承压板；对于筏板 基础它利用基础的筏板兼作注浆部分的承压板。典型布置如图2 - 2 a ，2 - 2 b ，2 - 2 c 。 其中d 为注浆孔间距离，d 为注浆孔直径口5 】【2 日，【2 7 】。在道路加固工程中，注 浆孔的布置方式与条形基础的类似。 盔 风莲网 o t j i 州雌 图2 2 a柱下独立基础注浆孔与承压板典型布置图 一 图2 - 2 b a ) 斌 b ) 槲试 卜告卜爿 日目双 条基注浆孔与承压板典型布置图 9 f 垂锹 武汉理工大学硕士学位论文 移国0一 l !il 占书占占- 一 !i 卞 上 l 。 ti 。 i 日馓 b ) i 擞 图2 - 2 c筏基注浆孔与承压板典型布置图 2 1 2 承压板工法的特点 1 适用范围广，即可用于渗透性较好的砂层，又可适用于较差的粘土。特 别适用于近期填土的注浆加固。 2 可作为各种注浆工法的前处理工序，大大提高注浆效用，增强注浆的 可靠性。 3 运用灵活，使用方便。可在上部结构施工到任何阶段时，对路基或地 基进行注浆补强。由于承压板的作用，补强效应比没有承压板的情况大得多( 其 施工方法与锚杆静压桩逆施工法类似) 。 2 2 承压板若干应用技术 2 2 1 工艺流程图 承压扳一般是利用道路工程中原有道路的路面，或者在结构工程中利用上 部结构的垫层或柱基墩式承台，在注浆之前将其施工，并在设计孔位处预留注 浆孔，然后按所确定的工艺进行注浆。由于承压板的作用，使得相应的注浆压 力在原有的基础上有一定的提高，扩大了注浆半径和注浆填实度。其工艺流程 及密封装置如图2 3 所示【7 】【3 0 】。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 图2 3 工艺流程图及密封装置 2 2 2 实用封口装置 在实际工程中，我们采用如图2 _ 4 所示简易封口装置，经济简便，效果非 常好。 图2 _ 4简易密封器 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 3 注浆材料 在注浆加固工程中，浆液的选择非常重要，在很大程度上直接关系到地基 加固后的力学性质以及灌浆工程的费用等。 1 注浆材料的分类 水泥浆材结石体强度高、造价低廉、材料来源丰富、浆液配制方便、操作 简单，是使用量最大的浆材。随着时间的发展，人们在实践中发现普通水泥的 粒径较大，当向较小裂隙的土体注入时显得无能为力，于是开始研究化学浆液 和超细水泥。化学浆材可注性较好，浆液粘度低，但一般都具有毒性且价格较 高。因此化学浆液的应用范围也受到限制。于是各种低毒、无毒、高效能的改 进浆材逐渐出现。至今，国内外各种注浆浆材品种达百余种以上。 注浆材料 粒状材料 化学材料 水泥浆 粘土浆 水泥粘土浆 水玻璃类 丙稀酰氨类 聚氨酯类 木质素类 双氧树脂类 脲醛树脂类 其他类 图2 - 5 注浆材料分类示意图 2 对理想浆液的要求 一般对理想浆液的要求是： ( 1 ) 浆液的初始粘度要低，流动性好，可注性强，能渗透到细小的裂隙或 孔隙内。 ( 2 ) 凝胶时间可以在几秒至数小时范围内任意调整，并能准确控制。 ( 3 ) 稳定性好，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放不 受温度、湿度变化的影响。 ( 4 ) 无毒、无臭、不污染环境。对人体无害，属非易燃、非易爆品。 1 2 乇l l l t 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 浆液对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性，并容易清洗 ( 6 ) 浆液固化时无收缩现象，固化后与岩体、混凝土等有一定的粘结力。 ( 7 ) 结石体具有一定的抗压、抗拉强度、抗渗性好，抗冲刷及耐老化性能 好。 ( 8 ) 材料来源丰富，价格便宜。 ( 9 ) 配制方便，操作简单。 目前已有的浆液不可能同时满足上述全部要求。一种浆液只能符合上述几 项要求，因此，在注浆施工时，应根据具体情况选用较为适合的浆液。 3 浆液材料性能指标 注浆常用浆液为单液水泥浆液、水泥粘土浆液等。 以水泥为主包括添加一定量的外加剂，用水配制成浆液，采用单液的方式 注入，这样的浆液称为单液水泥浆。所谓外加剂，系指水泥的速凝剂、早强剂、 塑化剂、悬浮剂等，最常使用的外加剂为速凝剂。 ( 1 ) 纯水泥浆的基本性能 所谓纯水泥浆是指不包括附加剂，只有水泥和水调制而成的浆液，现将纯 水泥浆的基本性能列于表2 1 。 表2 - 1纯水泥浆的基本性能 粘度密度结石率凝胶时间抗压强度( m p a ) 水灰比 ( s ) c e , c m 3 )( ) 初凝终凝3 d7 d1 4 d2 8 d 0 5 ：l1 3 91 8 69 97 h 4 1 r a i n 1 2 h 3 6 m i n4 ，1 46 4 61 5 32 2 0 0 7 5 ：13 31 6 29 7l o h 4 7 m i n2 0 h 3 3 m i n2 4 32 6 05 ，5 4l l ，2 l ：l1 8l a 98 51 4 h 5 6 r a i n2 4 1 1 2 7 r a i n2 0 02 4 02 4 28 9 0 1 5 ：l1 71 3 76 71 6 h 5 2 m i n3 4 h 4 7 m i n2 0 42 3 3i 7 8 2 2 2 2 ：l1 6i 3 05 61 7 h 7 m i n4 8 h 1 5 r a i ni 6 62 5 62 1 02 8 0 注：a ) 采用4 2 5 普通硅酸盐水泥 b ) 测定数据为平均值 从表2 1 中所列数据可以看出，随着水灰比的增大，水泥浆的粘度、密度、 结石率、抗压强度等都有明显的降低，初凝、终凝时间逐渐延长。静压注浆常 用的水灰比为o 7 ：l l ：l 。 ( 2 ) 加入外加剂的水泥浆的基本性能 因纯水泥浆易沉淀析水、稳定性差、凝结时间较长，在地下水流速较大的 武汉理工大学硕士学位论文 条件下注浆时，浆液易受水的冲刷和稀释。为了改善水泥浆的性质，常在水泥 浆中掺入各种附加剂。如：为了使水泥颗粒能较长时间悬浮于水中，需加入悬 浮剂；为了降低水泥浆液的粘度，提高浆液的注入能力，往往要加入分散剂。 这些添加剂可单独加入到主剂中，也可互相混合后再加入到主剂中，所有外加 剂能溶于水的均以水溶液状态加入。根据不同的需要，可配制出各种性能的浆 液。 注浆法水泥浆液合适的速凝早强剂加量为：氯化钙加量为水泥重量的5 以下，水玻璃加量为水泥重量3 以下。掺入了各类外加剂的水泥浆的基本性能 如表2 - 2 所示。 表2 - 2水泥浆基本性质 水灰 附加剂凝结时间 抗压强度( m p a ) 比 名称 用量c 哟 初凝 终凝l d3 d7 d2 s d l ：l1 4 h 5 6 m i n2 4 h 2 7 m i n0 82 o5 98 9 l ：1 水玻璃 37 h 5 0 m i n1 4 h 2 3 m i ni o1 85 5 l ：1氯化钙 2 7 h l o m i n 1 5 h 4 m i n1 o1 96 1 9 5 l ：1 氯化 36 h s o m i n】3 h s m l n1 12 06 59 ，8 0 4 ：l岬l l ”3l m i n2 m i n1 5 13 0 94 7 8 0 4 ：l7 l l ”54 r a i n5 r a i n1 9 83 5 94 7 1 o 4 ：l阳泉一型26 r n i n 0 6 3 4 1 l ：1三乙醇胺氯化钙 o 0 5 ，0 5 6 h 4 5 m i n 1 2 h 3 5 m i n2 43 97 21 4 5 1 ：1 三乙醇胺，氯化钙 0 1 ，o 17 h 2 3 m i n1 2 h 5 8 m i n2 34 69 31 5 2 1 ：l 三乙丙醇胺氯化钙 0 0 5 ，o 51 1 h 3 m i n1 8 h 2 2 m i ni 42 77 71 2 o 1 ：l三乙丙醇胺氯化钙 o 1 ，o ，l9 1 1 3 6 r a i n1 4 h 1 2 m i n1 8 3 5 8 21 3 o 1 水泥为4 2 5 # 普通硅酸盐水泥；2 附加剂用量为占水泥重量的百分数 备注 3 氯化钙用量一般占承泥5 以下：4 水玻璃用量一般占水泥3 以下 ( 3 ) 水泥粘土浆液的基本性能 在水泥浆中，根据施工的目的和要求，经常需要加入一定量的粘土，有时 粘土掺量比水泥的用量还要多，故单列一类水泥粘土类浆液。由于粘土的分散 性高，亲水性好，因而沉淀析水性较小。在水泥浆液中加入粘土后，使浆液的 稳定性大大提高。水泥粘土浆的浓度一般按水泥、粘土、水的质量比表示。粘 土颗粒密度通常取为2 7 5 t m 3 。水泥粘土浆液的配比及性能如表2 3 所示。从 表2 3 可以看出，水泥浆掺入粘土后可使浆液结石率提高；还可改善水泥分层 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 离析程度，从而改善浆液的可注性；但掺入粘土过多会使结石体抗压强度降低， 凝结时间延长。作为加固注浆时，粘土掺量不宜过多，一般掺量为5 1 5 ( 占 水泥重量) 。在水泥粘土类浆液中，也可以加入附加剂以改善其性能，如表2 _ 4 所示。 表2 3粘土用量对浆液性能的影响 粘土用量凝胶时间抗压强度( m p a ) 牯度密度缩石率 柬袭诧占承髭 ( s ) 佃h 初凝终凝 3 d9 d1 4 d2 蹦 ( ) o ，5 ：15滴流1 8 42 h 4 2 m i n5 b 5 2 r a i n9 91 1 8 53 3 ，21 36 o 7 5 t15 4 0 l ，酷7 h s o m i n1 3 b i m i n9 34 d s6 9 6，9 4t 8 9 1 ：i51 91 5 2邶o m i n1 4 h 3 0 m i n8 72 4 15 】74 2 88 ，1 2 i j ：151 6 51 3 71 1 h s m i n2 3 m o m i n6 61 2 93 4 53 2 47 3 6 2 ：l51 5 8i 2 8j 3 h 5 3 r a i n5 1 h 5 2 m i n5 71 2 52 5 82 5 s7 8 5 0 5 ：l1 0不流动2 h 2 a m i n5 h 2 9 m i n1 0 02 0 3 0 7 5 l 1 06 51 6 8 蛐1 5 m i n9 8 r a i n 9 92 ”6 9 65 ，1 2 l ：l1 02 l1 5 67 h 2 4 m i n 1 4 h l o m i n9 1 1 6 8t 5 528 8 1 5 ：11 01 7l4 3釉1 2 m i n2 0 b 1 5 m i n7 9l5 62 7 933 0 2 ：l 1 0 1 6i3 29 1 1 1 6 m i n3 0 h 2 4 m i n5 8 i 2 5 1 5 82 5 2 n ：i1 57 11 7 0 4 h 3 5 m i n8 h 5 0 m i n 9 9仉4 02 4 02 0 蛄 i l11 52 3l 正2 6 h 2 0 m i n1 4 h j 3 r a i n9 5 1 3 0i 5 62 1 8 1 5 ：11 51 91 5 l7 b 4 5 m i n2 4 h 5 m i n8 008 509 7i 加 2 ：11 51 61 3 49 h 5 0 m i n2 9 h 1 6 m i n6 00 7 31 1 32 2 4 表2 _ 4水玻璃用量对水泥粘土浆性能的影响 水灰比 粘土用量 水玻璃用量凝胶时间抗压强度( m p a ) 占水泥( )占水泥 1 0 1 5 ( 3 1 ) 矾5 式中：d i ，砂砾石中含量为1 5 的颗粒尺寸； 丸注浆材料中含量为8 5 的颗粒尺寸。 在注浆法的施工中，浆液先充填钻孔，再向桩周土呈柱形扩散。因此可以 采用柱形理论模型如图3 - 6 ，由达西定律： g = 枷= 羞勘阳( - 砌咖) ( 3 - 2 ) 式中：浆液在地层中的渗透系数硎几， 砖= 砉： d h f 浆液在地层中的渗透系数( 册s ) ，垮一万； 彳_ 透面积( 硎2 ) ；a = 2 m a 积分后得 h ：塞璺晰+ c 2 r o k a ( 3 3 ) 武汉理工大学硕士学位论文 由边界条件：当7 。时，h = h ；r = 时，厅5 h o ，代入上式得 日一铂= 羔妇昙 看| - 地下承 一i 二 。4 往鬟警 l | l | 【l l | 【i 【| i | | 【 1iqi i j j l l 1 l j lr l lj 舟 兰i 时 m l m i 1 ll i i l 1 l l l i 一 一a 图