化学加固法PPT课件

1 地基处理 第四章化学加固法 2 第四章化学加固法 与其他地基处理方法 换土垫层法 深层密实法 排水固结法 锚固加固法 一样 化学加固法也是为了改善软弱地基的剪切 压缩 透水和动力特性 以提高其力学强度和变形模量 满足其地基岩土的强度要求的一种地基处理方法 具体来说 化学加固法 chemicalstabilization 指利用水泥浆液 粘土浆液或其他化学浆液 环氧树脂类 甲基丙稀酸脂类 聚氨酯类 硅酸盐类等 通过气压 液压或电化学原理 采用灌注压入 高压喷射或深层搅拌 使浆液与松散的岩土颗粒胶结 以改善岩土的物理力学性质的地基处理方法 目前 化学加固法大致可以分为三类 灌浆法 高压喷射注浆法 深层搅拌法 3 第一节灌浆法 Grouting 4 一 概述 灌浆法 Grouting 是指利用液压 气压或电化学原理通过注浆管把浆液均匀地注入地层中 浆液以填充 身体和挤密等方式填入各种介质的裂缝或孔隙之中 以改善软弱地基土石的物理力学性质的一种地基处理方法 具体来说 就是通过高压将能固化的浆液注进土颗粒间或岩石裂隙中 经过人工控制一定时间后 浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体 形成一个结构物 强度大 防水 防渗性能高和化学稳定性良好的 结石体 以满足工程中强度需要 灌浆法在我国普遍使用 它涉及到了煤炭 冶金 水电 建筑 交通和铁道等部门 并都有良好的效果 5 一 概述 1 灌浆的主要目的 降低地基土的渗透性 减少渗流量 提高抗渗能力 降低孔隙压力 在工程中具体表现为防止流沙 钢板桩渗水 坝基漏水 隧道开挖时涌水等较差施工条件 防止桥墩和边坡护岸的冲刷 整沉坍塌方滑坡 处理路基老病害 提高地基土石的承载力 减少地基的沉降和不均匀沉降 进行托换技术 解决对原有建筑物的地基处理 或解决原有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近需要建造新工程而影响原有建筑物的安全 尤其是古建筑的地基加固更为常用 6 一 概述 2 灌浆的对象 松散的岩体 带裂隙密集的岩土体地基 砂及砂砾岩 断层带 强风化带 软粘土 湿陷性黄土3 目前应用范围 坝基和库区渗漏修补 砂基 砂跞石基地溶洞及断层软弱夹层等 库基 民用房屋的地基及震动基础等 包括已速建的民物的修补 道路和桥梁基础 公路 铁路和飞机场跑道 地下建筑 输水隧洞 地下铁路和地下厂房与人防工程等 海港建设与矿山维护等 7 二 灌浆法分类 灌浆法分类 按灌浆压力大大小和浆液的性质 灌浆法可分为四种 1 渗透灌浆 PermeationGrouting 指在较小的压力作用下 使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙 排挤孔隙中存在的自由水和气体 而基本上不改变原状土的结构和体积的地基和处理方法 有点把这类灌浆方式称跞性土灌浆的结构原理 其特点是 浆液压力小 但灌入距离较短 范围小 故这一类灌浆方法一般只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石等范围 2 挤密灌浆 CompactionGrouting 指以较高的压力浓度较大的水泥浆或水泥砂浆 使粘性土体变形后者注浆管端部附近形成 浆泡 由浆泡挤压土体 并向上传递反压力 地基挤密而提高其灌浆的方法 此法可用于非饱和的土体 用来调解不均匀性沉降 制转换技术 以及在大开挖或隧道开挖对邻近土坡进行加固 但加固深度不足2m时 不能保证加固的稳定性 除非其上市有建筑物制约 8 二 灌浆法分类 H 2m 因浆泡作用地层上抬 美国MaryLand州Baltimore地下铁道的Bolton山站附近施工时 为防止地面沉降采用挤密灌浆 9 二 灌浆法分类 3 劈裂灌浆 FracturingGrouting 在较高压力作用下 浆液克服地层的初始应力抗拉强度 引起岩石和土地结构的破坏和扰动 使地层中原有裂隙或孔隙张开形成的裂隙或孔隙 促使浆液的可灌性和抗散距离的增大 使较大范围内的地基注浆增加的处理方法 特点 压力大 改变地基原有结构 可灌距离 范围较大 适应于大型工程和强度要求高的地基处理过程中 4 电动化学灌浆 ElectrochemicalInjection 指在施工时将带孔的注浆管作为阳极 用滤水管作为阴极 将溶液阳极压入软地基中 并通以直流电 电压梯度0 3v cm 在电渗作用下 孔隙水由阳极流向阴极 促使通电区域中地基的含水易降低 并形成渗浆通路 而化学浆液也随之流入软地基 孔隙 裂隙中 使其硬结的处理方法 此法适用于渗透系数 孔隙很小 地下水位浅的软地基中 此法是电渗排水和灌浆法加起来的一种加固方法 注意 由于电渗排水作用 可能引起邻近原有建筑物基础部分的沉降 10 三 灌浆材料 浆液材料由主剂 原材料 溶剂 水或其它溶剂 及助剂三部分组成 主剂即为灌浆材料的主要组成部分 它可能是一种或几种 溶剂则指水或其他化学溶剂 它是浆液必备的材料之一 助剂则调节浆液功能和效用的一种附加材料 如固化剂 催化剂 速凝剂 缓凝剂和悬浮剂等 浆液的分类有 按颗粒大小分 粒状浆液和化学浆液 按状态分 真溶液 悬浊液 乳化液 按主剂性质 无机系好有机系 见P196表5 1 按工艺性质分 单浆液和双浆液 此外 还有按助剂作用和功能细分的浆液 此处不述 本节主要讲述以浆液颗粒大小分为粒状和化学浆液 11 三 灌浆材料 1 粒状浆液粒状浆液主要是指以水泥 粘土 沥青 煤渣等材料为主组成的混合浆液 12 三 灌浆材料 目前 我国常用的纯水泥浆 水泥砂浆和水泥粘土浆 通称水泥基浆 而粘土 沥青 煤渣为浆液的尚少 水泥基浆是以水泥为主的浆液 在地下水 无侵蚀性条件下 一般都采用普遍硅酸盐水泥 这是一种悬浊液 注入后能形成强度较高 渗透性较小的结合体 同时具有取材方便 配方简单 价格便宜 不污染等优点 故目前国内外所常用 苏州虎丘塔就是以此水泥浆液进行塔基托换加固的 但因浆液 对 0 2mm直径的孔隙地层就很难灌入 仅用于粗砂及以上的地层 孔隙裂隙较大的地层中 13 三 灌浆材料 目前 日本首创的超细MC 500 能灌入细砂层 颗粒浆液对地基的可灌性 可用可灌比N表示 D15 土的颗粒分析试验求得粒径级配曲线中15 的颗粒直径 G85 浆液材料的粒径分析求得粒径级配曲线中85 的颗粒直径 水泥浆的水灰比 0 6 2 0 常为1 1 速凝剂有水玻璃和CaCl 氯化钙 用量为水泥浆的 1 2 缓凝剂有木质CaCO3和酒石酸 用量为水泥重量的 0 2 0 5 适用条件 14 三 灌浆材料 粒状浆液的性质 材料的分散度 是影响可灌性的主要因素 颗粒大 沉淀析水性 凝结性 热学性质 结合强度 受水灰比的影响 15 三 灌浆材料 2 化学浆液化学浆液的种类较多 它分为无机系 硅酸盐 和有机系两大类 其特点是能灌入较小孔隙的地基岩土层中 稠度较小 能较好地控制凝固时间 但构成工艺复杂 成本高 目前常见的化学浆液有水玻璃类 丙稀酰胺类和木质素等类 现分述如下 1 水玻璃为主的浆液随科技的发展 化学浆材量渐增多 但硅酸盐类浆材依然是主要的化学浆材 因为它具有无毒 廉价和可灌性的特点 硅酸盐浆材以含水硅酸钠 又称水玻璃 为主剂另加入胶凝剂而形成凝胶而产生固结作用 硅酸盐 Na2O nSiO2 可加入不同的胶凝剂组成不同的性能和用途 具体见P199表5 2 16 三 灌浆材料 2 丙稀酰胺类国外多加AM 9化学浆液 国内则称 丙凝 MG 646化学浆液 这是以有机化合物丙稀酰胺为主剂 配合其他药剂和水注入地层而发生聚合反应 形成具有弹性的 不溶于水的聚合体 其性能优良 用途广泛的主要化学注浆材料 丙稀酰胺 白色结晶粉状物质 比重1 12g 极易溶于水 易聚合 只在30 C以下的温度和干燥环境中易保存 MG 646浆液及凝胶体性能特点 a 浆液年度小 为1 2 10 3cp 且在凝胶前一直保持不变 故具有良好渗透性 b 凝胶时间可准确地控制在几秒至几十分钟范围内 凝胶是在瞬间发生并完成的 c 凝胶体抗渗性能好 渗透系数k 10 5 10 6 s d 凝胶体抗压强度低 其强度不受配方影响 一般为40 60N 3 17 三 灌浆材料 丙稀酰胺是有毒物质 特别对神经系统有危害 现多数国家已停用 或研制新的配制方法 80年美国已研发AC 400浆材 我国水电科研院82年也研制成AC MS类似浆材 其毒性只为AM 9的1 但其他性能基本近似 3 木质素为主剂的浆液木质素类浆液是以纸浆废液为主剂 加入一定量的固化剂所组成的浆液 其源广价廉的特点 是一种待发展注浆材料 目前 木质素浆液包括铬木素浆液和硫木素浆液几种 铬木素浆液是也重铬金属酸钠 Na2Cr2O7 为固化剂 由于Cr 6离子属剧毒物质 因形成地下水环境污染 故使用范围较窄 逐步被另一种硫木素浆液所代替 即以过硫酸铵为固化剂 此外东北工学院已研究出毒性大幅度下降的铬渣木素浆液 详见P5 6 5 7 此处不述 18 三 灌浆材料 聚氨酯 它是采用多异氰酸酯和聚醚树脂等为主要原材料 再惨入各种添加剂配制而成 此浆液注入地层后 遇水即反应生成聚氨酯泡沫体 起加固地基和防渗漏等作用 它具有 粘度低 可灌性好 结合强度高 可建立高标准防渗帷幕 遇水反应 可用于动水条件下堵漏 封堵牢固 见效快 安全 无污染 耐久性好 操作简便 经济效益高 在浆液材料选择时 除考虑其基本特点和功能外 还需考虑取材 经济效益 工程规模 操作 环境污染及基本稳定性 防冲刷性 粘结性等因素 总之 以因地制宜为方针 确定良好的处理方案 19 四