注浆法施工技术.ppt

12 注浆法施工技术 注浆的功能很多 经过科技技术人员的不断努力 注浆技术已渗透地下工程的各个角落 目前 注浆技术已能较好地解决以下问题 基础加固 注浆堵水 回填防沉 竖井下沉控制 房屋下沉控制 桥台沉降控制 滑坡防治 变形控制 坍方处理 基坑截水帷幕 TBM软岩加固支护 渗漏水治理 大坝防渗 瓦斯防溢 古树木保护 砼结构裂缝整治 路面整治 工程抢险 12 1基本原理 1 基础加固 宜万线某隧道溶洞基底淤泥质地层 基底采取钢管桩注浆加固 2 注浆堵水 宜万线某隧道溶洞涌水 采取全断面超前预注浆进行注浆堵水 2 注浆堵水 宜万线齐岳山隧道DK362 060涌水 采取全断面超前预注浆进行注浆堵水 3 回填防沉 浅埋暗挖工程采取对拱顶回填注浆孔进行回填注浆控制地表下沉 盾构工程采取对预留回填注浆孔进行回填注浆防止地表下沉 4 竖井下沉控制 某竖井工程穿越淤泥质地层时竖井下沉后采取注浆技术进行下沉控制 5 桥台控沉 某大桥桥台基础为软土地基 施工后桥台下沉 采取注浆加固控制桥台下沉 6 滑坡防治 宜万线堡镇隧道进口洞口上方滑坍采取垂直注浆加固 7 变形控制 宜万线王家岭隧道大变形段采取径向注浆加固 8 截水帷幕 广州地铁二号线越秀公园站北基坑垂直注浆截水帷幕 9 TBM软岩地层超前加固支护 TBM在磨沟岭软岩隧道施工中采取超前注浆进行加固支护 10 渗漏水治理 某火车站人行通道工程采取化学注浆材料进行渗漏水治理 11 古树木保护 杭州解放路工程穿越古树木地段采取超前 299大管棚 全断面超前注浆 采用超细水泥 对古树木进行保护 注浆法分类 注浆法的分类方法很多 通常下列几种 1 按注浆材料种类分为水泥注浆 粘土注浆和化学注浆 2 按注浆施工时间不同分为预注浆和后注浆 3 按注浆对象不同分为岩层注浆和表土层注浆 4 按注浆工艺流程分为单液注浆和双液注浆 5 技注浆目的分为堵水注浆和加固注浆 6 按作用机理分为充塞注浆 渗透注浆和挤压注浆 注浆施工时 浆液在地层中的作用方式主要表现为四种 渗透扩散 劈裂扩散 裂隙填充 挤压填充 渗透扩散劈裂扩散裂隙填充挤压填充浆液在地层中扩散机理模式图 12 1 1浆液扩散原理 渗透扩散 广州地铁一号线某区间中粗砂层采用超细水泥 水玻璃双液浆注浆施工注浆固结体图片 在中粗砂层 砂砾石层 砂卵石层中采用超细型注浆材料 在干的或潮湿的粉细砂层中采用改性水玻璃进行注浆施工 如果扩散半径选取的不大 注浆压力选取的不高时 浆液在地层中一般表现为渗透扩散 否则 会产生劈裂扩散 甚至挤压充填 在中细砂层 粉细砂层 淤泥质粘土层 粉质粘土层中 由于地层颗粒细 因而产生渗透扩散难度较大 注浆材料在该类地层中一般表现为劈裂扩散 对于不同细度的注浆材料在地层中注浆将会产生不同厚度的劈裂浆脉 劈裂扩散1 广州地铁一号线某区间中细砂层采用超细水泥 水玻璃双液浆 普通水泥 水玻璃双液浆共混材料注浆施工注浆固结体图片 劈裂扩散2 渝怀线圆梁山隧道1 溶洞淤泥质地层采用普通水泥 水玻璃双液浆注浆施工注浆固结体图片 劈裂扩散3 渝怀线圆梁山隧道2 溶洞高压动水粉细砂层中采用C浆 C S浆 MC浆 MC S浆 TGRM浆 HSC浆共混材料进行注浆施工时注浆固结体图片 在残积层 岩石断层破碎带进行注浆施工时 一般当注浆材料粒径能满足小于裂隙宽度的1 3 1 5时 均能产生裂隙填充 根据施工经验 在这种地层中 一般采用普通水泥浆 普通水泥 水玻璃双液浆基本能满足裂隙填充的要求 裂隙填充1 广州地铁二号线越秀公园站北基坑采用普通水泥 水玻璃双液浆注浆施工注浆加固体图片 裂隙填充2 宜万线齐岳山隧道DK362 060富水溶槽采用普通水泥单液浆 普通水泥 水玻璃双液浆共混材料注浆施工注浆加固体图片 挤压填充 渝怀线圆梁山隧道2 溶洞粉细砂层中局部空洞采用普通水泥单液浆挤压填充固结体图片 渗透扩散 砂质地层 裂隙填充 断层破碎带 理想的注浆 劈裂扩散 最易发生的注浆 尽量产生最细的劈裂浆脉 挤压填充 不宜发生的注浆 12 1 2注浆作用机理 无黏性土地层加固 注浆材料通过渗透 劈裂将地层孔隙充填 胶结 元素离子交换 增加地层黏聚力 可从地层强度增长的角度解释黏性固结地层加固 浆液克服地层初始应力和抗拉强度 进入劈裂的地层形成脉状固结体 该固结体与挤密的地层和未受影响的原地层组成复合地基围岩劈裂加固 围岩经开挖 将出现破裂区 塑性区 弹性区的应力重分布 钻注浆孔再次重分布 劈裂注浆将产生新的裂隙和导致原裂隙扩展 并使浆液充满 与围岩凝固胶结 加固机理 围岩劈裂注浆过程 浆液充填 浆液充填注浆管 注浆孔和围岩较大裂隙初次劈裂 注浆压力上升 达到起裂压力时 在最小主应力面上发生劈裂 浆液压力迅速下降 流量增大二次劈裂 流量增加导致压力继续上升 流量逐渐减小 继而二次劈裂 压力大于初次劈裂三次劈裂 注浆压力更大结束注浆 上升到规定压力 堵水机理 注浆后 孔隙 裂隙被浆液填充 或者通过劈裂使地层密实度提高 从而降低了地层的渗透能力 起到注浆堵水作用 一 对注浆材料的一般要求 1 浆液粘度低 流动性好 可注性好 能够进入细小隙缝和粉细砂层 2 浆液凝固时间能够在几秒至几小时内任意调节 并能准确地控制 3 浆液固化时 无收缩现象 固化后有一定粘结性 能牢固地与岩石 混凝土及砂子等粘结 4 浆液的稳定性好 常温 常压下较长时间存放不改变其基本性质 不发生强烈的化学反应 5 浆液无毒 无臭 不污染环境 对人体无害 属非易燃 易爆物品 6 结石体耐老化性能好 能长期耐酸 碱 盐 生物细菌等腐蚀 并且不受温度 湿度的影响 7 浆液配制方便 操作容易掌握 原材料来源丰富 价格便宜 能够大规模使用 12 2注浆材料及选择 12 2 1注浆材料 二 浆液性质评价指标 浆液的主要性质包括 分散度 沉淀析水性 凝结性 热学性 收缩性 结石强度 渗透性和耐久性 分散度它是影响可灌性的主要因素 一般分散度越高 可灌性就越好 分散度也将影响到浆液和灌浆结石的物理力学性质 沉淀析水性是指在浆液搅拌过程中 水泥颗粒处于分散和悬浮于水中的状态 但当浆液制成和停止搅拌时 除非浆液极为浓稠 否则水泥颗粒将在重力作用下沉淀 并使水向浆液顶端上升 析水性是影响注浆质量的有害因素 凝结性 浆液的凝结过程分为两个阶段 浆液的流动性减少到不能泵送时的初期阶段 凝结后浆液随时间而逐渐硬化的阶段 研究表明 水泥浆的初凝时间一般在2 4小时 粘土水泥浆更慢 所需时间更长 浆液的热学性和收缩性 结石强度影响结石强度的因素主要包括 浆液的起始水灰比 结石的孔隙率 水泥的品种及掺合料等 其中以浆液浓度最为重要 渗透性结石的渗透性也与浆液起始水灰比 水泥含量及养护龄期等一系列因素有关 不论纯水泥浆还是粘土水泥浆 其渗透性都很小 耐久性水泥结石在正常条件下是耐久的 但若灌浆体长期受水压力作用 则可能使结石破坏 三 浆液材料分类及特性 浆液材料分类方法很多 按浆液所处状态可分为真溶液 悬浮液和乳化液 按主剂性质可分为无机系和有机系 1 粒状浆材 悬液 粒状浆材是指由水泥 粘土 沥青以及它们的混合物制成的浆液 常用的粒状浆材是纯水泥浆 水泥粘土浆和水泥砂浆 以上浆液又称水泥基浆液 并可掺入各种外加剂 以改善浆液的性质 水泥基浆液是以水泥浆为主的浆液 采用水泥灌浆可使土体形成高强度的固结体 应用最广的是普通硅酸盐水泥 在地下水无侵蚀性条件下经常使用 这种浆液是一种悬浊液 取材容易 配方简单 价格便宜 不污染环境 水泥浆的水灰比一般在0 6 2 0之间 常用的水灰比是1 1 为了调节水泥浆的性能 有时可加入速凝剂或缓凝剂等附加剂 水玻璃和氯化钙就是常用的速凝剂 其用量为水泥重量的 1 2 常用的缓凝剂有木质素磺酸钙和酒石酸 其用量约为水泥重量的 0 2 0 5 水泥浆材属于悬浮液 主要问题是析水性大 稳定性差 水灰比越大 越突出 为了改善水泥浆液的性质 常掺入各种附加剂 黏土类浆液 黏土作为主剂 比表面积大 雨水具有胶体化学特性 颗粒越细 浆液的稳定性越好 一般用于护壁或临时性的防护工程水泥黏土浆 黏土的分散性高 亲水性强 沉淀析水性较小 加入到水泥浆中 兼有黏土浆和水泥浆的优点 成本低 流动性好 稳定性高 抗渗压和冲蚀能力强水泥砂浆 由水灰比不大于1 0的水泥浆掺砂配成 流动性小 强度高 耐久性好 节省水泥 宜用于地层由较大裂隙 溶洞 耗浆量很大或者有地下水活动时水泥 水玻璃类浆液 以水泥和水玻璃为主剂 水玻璃的加入可加快凝结 2 化学浆液特性化学浆液是一种真溶液 特点是能够灌入裂隙较小的岩石 孔隙小的土层及有地下水活动的场合 按照功能分为防渗型 补强型和防渗补强型三类 1 防渗型化学浆液防渗型化学浆液常用丙烯酞胺类浆液和聚氨酯类浆液 2 补强型化学浆液补强型化学浆液常用环氧树脂类浆液和甲基丙烯酸酯类浆液3 其他化学浆液有水玻璃和木质素类浆材 1 在基岩裂隙含水层中注浆 裂隙度较大时 可选择水泥浆或水泥 水玻璃浆液 当裂隙开度较小时 可采用水泥一水玻璃浆液或水玻璃类浆液 当裂隙开度 0 1mm时 可采用MG 646或木质素类浆液 2 在含水砂砾层中 粗砂以上可以采用水泥 水玻璃浆液 中砂以下可采用化学浆液 如丙烯酰胺类 聚氨酯类 水玻璃类等 开凿地下过流砂层 应选强度高的化学浆材 动水条件下 可采用非水溶性聚氨酯浆材 3 对于持殊地质条件 破碎带 断层 岩溶等 应先注惰性材料 砾石 砂子 岩粉和炉渣 然后注单液水泥浆或c s浆液 4 壁内注浆 可采用MG 646 聚氨酯类 铬木素类浆液 裂隙较大时 也可用c s浆液 5 壁后注浆可采用单液水泥浆或c s浆液 6 应优先选择水泥 水玻璃等货广价廉的材料 化学浆液是松散含水层注浆不可缺少的浆材 但价格较贵 有的还有毒性 因此只有在必须用化学浆材的情况下才用 12 2 2注浆材料的选择 12 3注浆参数 通常所说的注浆参数主要包括 注浆压力 注浆时间 浆液有效扩散半径 浆液流量和浆液注入量 浆液起始密度和凝胶时间等 注浆参数的选择是注浆设计的主要组成部分 其合理与否 直接关系到注浆的效果和造价 当注浆介质条件 浆液条件 设备条件等确定以后 影响注浆效果的主要参数是注浆压力和浆液注入量 注浆压力 通常指注浆终了时受注点的压力Pz或注浆泵的表压Pb 地面预注浆时 主要观察和控制表压Pb 工作面预注浆时 观察和检查工作面上孔口 受注点 的表压Pz注浆压力主要以深度加深而增大为计算原则 浆液流量和浆液总注入量 浆液流量 浆液单位注入量浆液总注入量 一个注浆孔的受注段注入的浆液量 以浆液扩散范围为计算依据 注浆时间 钻孔分段注浆的时间应小于浆液的凝胶时间 注浆时间受地质条件 注浆材料 注浆设备和工艺的影响 如 细砂中化学注浆时 需要的注浆时间与注浆压力 浆液的黏度等密切相关 砂粒越细 渗透系数越小 所需压力越高 注浆时间越长 所注浆液的黏度越大 注浆压力越大 注浆时间越长 浆液有效扩散半径 扩散半径 浆液在裂隙流动扩散的范围有效扩散半径 浆液充塞胶结后起堵水或加固作用的有效范围 与地层渗透系数 裂隙大小 注浆压力 凝胶时间 注浆时间及浆液注入量等成正比 与浆液的黏度及浓度成反比 浆液的凝胶时间 凝胶时间必须大于注浆时间 12 4施工程序及施工要点 注浆泵 浆液桶 软土或含水地层 注浆管路 基本工艺 定义在井筒开凿之前 在地面围绕井筒四周钻进一些注浆孔到含水层 利用设置在地面上的注浆设备 将浆液经注浆孔压注入含水层 浆液在岩土的裂隙或孔隙中 经渗透 扩散 和凝固 在井筒周围形成一定强度的 基本不透水的注浆帷幕 一 立井地面预注浆 主要工序 钻注浆孔 安装注浆设备 压水试验 注浆 井筒掘砌 注浆孔布置与结构 注浆孔布置及其数目形式 同心圆布置位置 井筒外1 5m的圆周上 井筒断面范围内 孔数 一般6 9个 九龙口矿北风井地面注浆孔布置 钻孔作业及注浆孔结构取芯偏斜率 1 孔口管 6 10m套管 146钻孔 注浆孔 单液浆 双液浆 孔结构 注浆方式及作业 注浆方式分段下行注浆 自上而下 钻一段注一段 用止浆塞 自下而上复注 特点 能控制浆液上冒 钻孔工作量大 工期长 分段上行注浆 一次钻孔 分段上行注浆 用止浆塞 特点 不重复钻孔 止浆塞要可靠 一次全深注浆 扩散不均匀 要求供液能力大 适用于均匀裂隙 浆液单液浆 纯水泥浆 掺少量其它材料的水泥浆 化学浆双液浆 水泥 水玻璃浆液 C S浆液 初期用双液浆 控制扩散范围 后期用单液浆 二 竖井工作面预注浆 在井筒掘至含水层之前 暂停掘进工作 利用含水层上部的不透水层作为防护 岩帽 或者修筑止水垫 然后从工作面打钻 注浆 封堵含水层涌水 再继续井筒掘砌 1 止浆 岩帽 含水层顶板具有足够厚度的致密不透水层或预注浆带时 可预留岩帽止浆 岩帽厚度 中国 B 2 7m英国 B 6 12m Pf 含水层 立井井筒 2 止浆垫的设计与施工 球面型止浆垫 整体浇注混凝土 形式 球面型 平底型 平底型止浆垫 3 注浆孔布置与注浆段高 开孔位置 在井筒净断面内角度 直孔 单斜孔 径向角 双斜孔 径向角和切向角 段高 30 50m 一次注全深或分段下行钻孔数目 一般为8 12个钻孔直径 45 75mm钻机 重型风钻 小型探水钻机 三 隧道工作面注浆 穿越含水层 破碎带 断层带 孔径65 75mm 孔长40 60m 孔距 1 5 2 0m 孔数 1 2个 m2 方向 直孔 放射状 扇形 顶部 孔底超出隧道轮廓2 3m 注浆范围 断面轮廓大小的3倍 1 工作面超前深孔注浆 帷幕注浆 2 管棚注浆 隧道通过断层带的一种非常有效的方法 3 工作面浅孔 多孔注浆又叫直接堵漏技术 跟随注浆边探 边注 边掘利用炮眼注浆