给水排水工程施工课件.ppt

1、给水排水工程施工,中国建筑工业出版社 制作人 虞小其,目录,第一节 概述 第二节 换土 第三节 浅层加固 第四节 深层加固 第五节 土的脱水加固 第六节 土的注浆加固 第七节 土的热加固,第三章 土的加固第一节 概述,一、地基强度 地基在构筑物荷载作用下，既不会因地基土产生的剪应力超过土的抗剪强度而产生剪切破坏，导致地基和构筑物破坏，又不会使地基土产生超过构筑物所允许的沉降量或不均匀沉降差，导致构筑物发生裂缝，地甚的这种承受荷载的能力称地基承载力标准值fk。 附加应力引起土沉降，由于附加应力随深度增加而递减，土层的沉降量随深度增加而递减。土的沉降过程就是土体内孔隙体积压缩的过程。土的沉降量取决

2、于土的空隙度和附加应力的大小。,在荷载作用下，若同一高度的地基各点沉降量相同，这种沉降称为均匀沉降。使构筑物不致产生破坏的最大均匀沉降量，称为容许均匀沉降量或极限均匀沉降量。但是，由于土质或荷载的差异，地基各处实际沉降量往往是不一致的，称这种沉降为不均匀沉降。当构筑物的强度和刚度使构筑物尚能保持稳定和完整的最大不均匀沉降量，称容许不均匀沉降量，或极限不均匀沉降量。 因此，地基设汁应同时满足下列两个条件。 (3-1) (3-2) 式中 P基础底面处的平均压力设计值；,f地基承载力设计值； 地基变形计算值； 地基变形容许值。 当基底以下一定深度有软弱下卧层时，如图3-1所示，还须验算软卧层的承载情

3、况： (3-3) 式中 Pz软弱下卧层顶面处的附加压力设计值； Pcz软弱下卧层顶面处的自重压力标准值； fz一软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力的设计值。 各种地基土的地基承载力标准值，因土质、含水量、孔隙比等影响而不同。,地基土承载力标准值确定的方法有下列几类： (1)根据已有测试资料，统计分析，确定各种土在特定条件下可用的地基承载力标准值。建筑地基基础设计规范中所列各种上承载力值，大多都属这一类。 (2)现场载荷实验或贯入试验，确定具体测试地点的地基承裁力标准值。 (3)根据土体强度理论，计算能保证地基强度安全的地基承载力标准值，然后再验算受构筑物荷载作用的地基变形值。 (4)根据土

4、建构筑物安全性来确定相同土质的地基承载力标准值。 在一股情况下，按照建筑地基基础设计规范的承载力值，再进行必要的现场试验，予以确定。,表3-1为建筑地基基础设计规范中列出的粉土承载力基本值。 表3-2为建筑地基基础设计规范中列出的粘性土承载力基本值的常用值。 规范规定，当基础宽度大于3m或深度大于0.5m时，还应按规范所给的计算方法计算承载力设计值。 二、地基承载力现场测试 地基压实土的承载力标准值用触探试验或载菏试验测得。 标准贯入试验 标准贯入试验又称触探试验，分动力触探和静力触探两类。,动力触探一般采用标准贯人试验，是利用重为63.5kg的穿心锤，落距为76cm，直径为42mm的触探杆自

5、由下落将标准贯入器(图3-2)打入土层中15cm。以后，每打入土中30cm的锤击数，即为实测的锤击数N。当触探杆长超过3m时，应乘以校正系数： (3-4) 式中 N标准贯入试验锤击数； N实测锤击数； a触探杆长度校正系数。 建筑地基基础设计规范中根据N而确定了土承裁力，如表3-3和表3-4所列。 静力触探是用机械或液压装置把带有探头(图3-3)的触探杆压人土层用电阻应变仪测出探头锥底的单位面积阻力，即土的比贯入力，从而确定土层承载力。,载荷试验是在土面上逐级加荷，观察每级荷载土的变形。荷载试验可以在构筑物原位进行。挖掘试坑，在坑内用荷载板加压。第一级荷载一殷为试坑底的土自重压力，以后松软土按

6、1020kPa，坚硬士按50kPa逐级加载观察沉降值，绘制荷载-沉降量(P-S)曲线，图3-4所示为由荷裁-沉降量曲线求出土的承载力。 三、地基加固 如果不能满足式(3-1)、(3-2)和(3-3)时，应采取诸如减少荷载，增大基础面积，采用桩基础或其他深基础，加固土等措施，以保证构筑物安全。 土加固是由物理、化学、生物等方法，或综合应用上述方法，来提高土的的抗压强度，抗剪强度，或改善土的其他物理性质，以及改善土的某些性质，以满足修建基础的要求。,土加固方法有多种。加固方法的选择取决于土的性质和加固目的。土的性质如：颗粒的矿物成分、颗粒粒径及级配、孔隙比、渗透系数、含水量等。加固目的如：提高地基

7、承载力标准值、稳定边坡、修建止水帷幕、提高土的气密性、施工临时加固等。 土加固方法主要可分下列各类： 换土把软弱土换为密实土， 压实提高土的密实度，减少土的孔隙比； 脱水降低地下水位，使地基土脱水，提尚土的强度； 注浆向土体注入浆液，填塞土孔隙，增加土颗粒间胶结强度及提高土的抗剪强度； 烧结对粘土类土加热烧结，提高土强度。,第二节 换土,给排水管道或构筑物地基设计，经常采用换土的方法加固地基。换土有两种方式，一是挖除换填，另一是强制挤出换填。挖除换填是将基础底面下一定深度的弱承裁土挖去，换为低压缩性的散体材科，如素土、灰土、砂、卵石、碎石、砂卵石、块石等。某些工业废料也可作为垫层材料。图3-5

8、所示为排水管道的换土垫层。垫层的厚度根据附加荷载和地基强度而定。 强制挤出换填是不挖除原弱土层，而借换填土的自重下沉将软弱土挤出。这种方法施工方便，但难以保证换填断面形状的正确，从而可能导致上部构筑物失稳。 换土垫层作为地基的持力层，可提高承载九力，并通过垫层的应力扩散作用，减少对垫层下面的地基的单位面,的荷载。采用透水性大的材料作垫层时，有助于土中水分的排除，加速含水粘性土层的固结。 垫层材料，应分层铺设，分层压实。与地基土接触的最下一层的压实，应避免对地基土扰动。,第三节 浅层加固,土压实，就是用机械的方法，使土孔隙率缩小，密度提高，土的摩擦力和粘系力提高。土压实加固是各种土加固方法中施工

9、最简单，成本最低的方法。如果土质条件和对地基要求容许采用土压实加固，就应首先采用这种方法。 一、土压实过程与含水量关系 浅层土压实方法有；重锤夯实、碾压、堆载、振动等方式。 影响土压实效果的因素有：土的含水量、压实能量、压实方式、土的种类、添加材料种类等。,土在荷载作用下经过一定时间才能完成沉降(压缩)过程，因为土颗粒移动、靠拢和重新排列需要一定时间。土的沉降时间与土的颗粒组成和含水量有关。 砂土的沉降过程很快。图3-6所示为砂土样的沉降过程曲线，95的沉降量大约在1min内完成。 饱和土层的沉降与土体内自由水排出同时进行。水分没有逸出土体，孔隙比不会减少。一旦建立逸水通道，土体即会沉降。含水

10、土层的沉降速度取决于土中水排除速度。粘性土渗透系数很小，因此含水粘土的沉降要持续很长时间。图3-7为饱和粘土的沉降时间与沉降量的关系曲线。 土在最佳含水量时具有最大干密度。一般说，,土在最佳含水量时具有最大干密度。一般说，比压实土的最佳含水量略少的含水量处，具有最大压缩强度。干密度继续增大，土强度不一定随之增加，也即压实能量继续增大，土强度不一定随之增大，甚至会相应地降低。 粘土沉降时间t(年)可由下式求得 (3-5) 式中 H土层厚度(m)； CV固结系数(m2s); TV时间因数；,W水密度(kNm3)； K渗透系数(ms)； mV体积减少系数(m2g); 土的沉降量与荷载大小有关。 如图

11、3-8所示，设粘土开始受荷载作用时孔隙比为e0，荷载为P0.沉降终了时孔隙比为el，荷载为P=P1+P，则压缩指数C c为： (3-6) 而 (3-7),最终沉降量为： (3-8) 式中 H土层厚度(m) P0荷裁(kPa)。 任意时间的密实度U为: (3-9) 式中 St经过时间t的沉降量； S最终沉降量。 由式(3-5)，时间因数Tv为:,(3-9) 密实度U和时间系数T的关系如图3-9所示。 但是，另一方面压实土体应具有最佳含水量，以降低压实能量的消耗。 二、土压实方法 (一)重锤浅层夯实 重锤浅层夯实适用于地下水位以上的非饱和粘性土、砂土、湿陷性黄土和回填土等。 重锤夯实的加固深度和压

12、实程度，根据土质、含水量和夯实制度而定。夯实制度的内容为：锤重、锤尺寸、落锤高度、落点形式、锤击遍数等。,重锤采用钢筋混凝土块、铸铁块或铸钢块等。外形如图3-10所示。重锤一般为1040kN，锤落距一般为1.55m，锤重与锤底面积的关系，应使底面静压力为1520kNm2。 当锤击遍数达到一定值后，最后两遍的平均下沉量不超过1020mm，即为下沉极限值。此时的锤击遍数一般可作为重锤加固的錘击遍数。 重锤加固前应挖坑进行试夯，确定夯实制度。 施工时，重锤由移动式起重机吊挂而锤击土层。 (二)机械碾压和其他压实方法 机械碾压工具有压路机、夯捣式压路机、轮胎式压路机、振动式压路机等。夯捣式压路机是圆筒

13、碾按上安装羊蹄或蟹足形突块，即为羊足碾等。碾压的影响深度一般为0.30.5m。如果换土回填压实地基，还土厚度每层一般为0.20.3m。土含水量，碾压的每层铺土厚度、,、碾压遍数，碾压荷裁和碾压密实度要求等关系，应出试验测定。 蛙式夯、内燃夯、震动夯等都可以对浅层地基进行压实工作。,第四节 深层加固,一、土的动力固结方法 土的动力固结法，又名强夯法，是以很大的冲击能量对土层进行较大深度的固结。强夯的单击夯击能量可达1500500DkNm2。夯锤重为1002000kN，锤底面积达26m2，落锤高度十几米到几十米。加固深度达1040m。 夯锤重量可由下式确定； (3-11),式中 H加固深度； M錘

14、重(KN)； h落距(m)； 小于1的系数。 强夯法对粉砂、细砂、粉质粘土、粘土、湿陷性黄土都适用。与传统的重锤表面夯实方法不同，强夯法还适用于软钻土和饱和土加固。强夯法还广泛应用于海滩和地下地基加固。强夯处理软弱地基，方法简单，施工速度优一般夯击36遍，每遍每点夯520次，夯击间距为515m，加固软粘土两遍，夯击间隔为14周。加固后，地基承载力可提高25倍，沉降量达0.33m。强夯法的加固费用一般远较其他加固方法低。,在大夯击能量作用下，土中出现高能量的冲击波和由此产生的高应力，导致干砂或可排水的饱和砂土压密。砂土颗粒重新排列要消耗一定能量，因此压密程度取决于夯击的KN-m值。对饱和而不能排

15、水的砂土，由于孔隙中微气泡存在，使孔隙水具有压缩性。强夯使孔隙水压力增如，土的渗透性加强，土体液化，自由水，毛细水从颗粒间隙析出，由强夯导致的土体裂隙中排水，土颗粒间隙减少。 强夯还能使细颗粒土的薄膜水有一部分转化为自由水。地下水位较高的地基，经过强夯使地下水位下降，而且由于夯后基土密实，地下水位不再回升。 对于非饱和黄土类土，大夯击能量导致土体大量沉陷，使原来欠压密状态转化为超压密状，消除湿陷性。而在再次受水浸时由于土吸附水而造成土体微量膨胀。在锤底范围内的土层形成超压密土的硬壳，承载力提高。,施工时，应根据加固要求，确定强夯的夯实制度。 强夯的夯实效果可用静力触探、动力触探、或荷载试验等方

16、法检验。 二、挤密桩地基深层加固 (一)挤密桩种类和加固作用 在承压软弱土层内，一般用振动或冲击的方法在地基中打设很多桩孔，以挤密原土层，同时在桩孔内灌入各种密实填充物，使原土受到振动或冲击作用而密实，同时桩孔内填充物如砂土等的密实度提高，从而使原土地基孔隙比减少，密实度提高。 根据灌注填料不同，有土桩、石灰桩、灰土桩、砂桩、砾石桩等。 土桩填料一般为粉质粘土、粉土、黄土等。 石灰桩填料为生石灰或生石灰与砂混合物。生石灰灌入桩孔后，吸收土中水份，发生消解作用，体积膨胀,，对桩孔壁横向挤压。这种挤压作用导致土体内水分继续排出，使消解作用持续进行。因此，石灰桩使土的孔隙比和含水量部减少。 灰土桩孔

17、的填料为三七灰土或二八灰土。 砂桩，根据被加固土的不同，或起挤密土层的作用，或起排水的作用。前者称挤密砂桩，后者称排水砂井，简称砂井。前者提高土体的密实度，增强地基的承载力和稳定性。后者主要起排水作用。 在桩孔内灌注级配石或级配砂石，成为砾石桩。 混凝土灌注桩根据所起作用的不同，或为挤密桩，或为悬承桩。前者填料为贫混凝土，后者填料为C15C20级混凝土。 深层挤密桩的作用，除了挤密土层外，还起换土作用。在桩孔内以工程性质更好的土置换原来的弱土或,饱和土。挤密桩体与周围原土组成复合地基，共同承受荷载作用。 在含水粘土层内，砂桩还作为排水井，成为土中水的逸水通道。挤密砂桩还可防止地震时松散砂土的液

18、化，防止各种震动对地基的消极影响，改善板桩前后两面的土压力，增强桩的水平阻力，防止挖掘时基底隆起等。 深层挤密桩加固可用于各种给排水构筑物和建筑物的地基加固，给水厂和污水厂的场地地基加固，管道地基加固等外，还使荷载较多地集中于砂桩，也使粘性土与砂桩成为整体的复合地基。 (二)挤密砂桩加固 1挤密砂桩应用范围 上述各类深层挤密桩中，砂桩应用最为普遍。挤密,砂桩普遍。挤密砂桩用于砂土、粉土，还可用于粘土、填土、泥碳、火山灰土等地基，以及各类土的煤层地基。砂桩加固的较优效果和原土颗粒级配有关。原土粒度大，加固效果好，可能达到的最大贯入度(N)在25左右，一般为l520，如图3-11所示。 回填料也应

19、有良好级配，粒径范围不应小于图3-11中曲线e0。 管沟地基的砂桩加固如图3-l2所示。 挤密砂桩加固地基的范围，常取1.2乘基础宽度，但基础每边至少必须放出0.5m。两者中取大值。加固深度根据地应力分布曲线确定。,为了增加加固深度，加固层上限标高可取降低原地面后的某一标高。上限标高根据技术经济比较确定，但应高于基础地面。 2.挤密砂桩加固设计 桩孔可按正方形或三角形布置，见图3-13所示。若按正三角形布置，假设松散土中的砂桩挤密效果可达100，则加固前ABC中土的总重等于加固后阴影部分土的总重，即： (3-12) (3-13),式中 L砂桩间距(m); 1加固后土重度(KNm3); 加固前土

20、重度(KNm3); d桩孔直径(m)。 其中 (3-14) 式中 G土颗粒相对密度； e1加固后土孔隙比； 土的含水量。 根据对原地基所测定的N值,参照相对密度Dr与颗粒试验结果，可求出原地基的孔险比e0。今需要压实后地基为N，也可求出Dr和e1。因此，只需要使原地基e0提高到e1，即可满足加固要求。,松散中砂地基用砂桩加固时，通常要求加固后的相对密度Dr0.8,即： (3-15) 则加固后孔隙比为： (3-16) 式中 e1加固后地基土的孔隙比； emax土最大孔隙比； emin土最小孔隙比。 粘性土地基的加固后孔隙比可按下式求出： (3-17),式中 土颗粒相对密度； W水密度； L液限含

21、水量； P塑限含水量。 根据加固后的el，即可求出l，从而决定L。 一般多选用加固施工地基的最大贯入度N1025。 砂桩加固效果与桩距有关。桩距较密，如L2d，土层各处加固效果较均匀。砂桩间距一般为1.21.5m。超过1.5m，边缘部分密实度显著降低。图3-14为砂桩加固的密实度分布。 总桩数和每个桩孔用砂量可按下述计算。 设原地基总体积为V0，孔隙比为e。，则颗粒体积V为：,(3-18) 设土内桩孔总体积为V1: (3-19) (3-20) 设桩孔长为h(m)，压入砂量一般为0.30.5m3m，则每米深度用砂量为： (3-21),砂桩总面积F为: (3-22) 即 (3-23) 式中 F0砂

22、桩加固范围总面积。 总桩数n为： (3-24) 每个桩孔用砂量g为： (3-25),式中 d桩孔直径(m)； h桩长(m)； 砂密度(KN/m3)； e2桩孔中砂捣实后的孔隙比； 砂含水量。 (三)砂桩施工 挤密砂桩的桩孔借工具管打设。 工具管为一钢管。砂桩施工的基本过程是将工具管打入土层中，形成注孔。然后在注孔内填入并压实砂或其他填料，同时把工具管拔出。 图3-15所示为末端装设单向舌门的工具管。工具管在土中成孔后，自管上端灌砂，提起工具管舌门打开，砂就漏入桩孔。,图3-16所示为下端由两块半圆舌门组成，在管内外设有压缩空气管的工具管。通入管内的压缩空气的作用是为了注砂，而管外压缩空气的作用

23、是为有助于穿透复杂土层，保证桩孔成型。 施工方法有振动压实法、地基振浮压实法和挤实砂振法等。 振动式砂校施工的机械设备如图3-17所示。工具管由起重机吊挂定位，在工具管顶端上设有振动器。首先，借振动器的高频振动，将工具管打入至设计深度，然后砂料由提砂斗提升，经投砂口投入工具管，提起工具管，砂舌门漏出。当工具管再次放下时，舌门关闭并与砂子接触。此时，开动振动器，低频低幅的振动经过工具管将砂子击实，施工过程如图3-18所示。,砂桩振动成桩过程中，为了保证施工质量应采用如图3-19所示的装置，测定工具管打入深度，工具管内砂面标高或投入工具管砂的斗数以及振动器的工作电流。 为了确定加固后地基承载能力，

24、应对加固土层进行承载能力的试验。 粘土层的排水压实过程中，发生地基下沉，土内间隙水压力减少，以及粘着力提高。地基下沉值可采用测深板(图3-20)测定。测深板埋入地下，记录土在压实前后的测深板顶标高，即可得地基下沉值。 间隙水压力可用图3-21所示的间隙水压力计测定。间隙水压力为：,(3-26) 式中 W水相对密度； 水银相对密度。 则点的压力面高度为： (3-27) 粘着力增加值通常取土样测定，或用放射性同位素测定。 (四)粘土砂井(砂桩)复合地基,滞水粘土地基或饱和粘土地基加固的主要措施是设法排除土层内水分。土孔隙中水被排除，土体在外载作用下就可被压密。提高滞水层排水速度的方法很多，缩短径流

25、途径、增加滞水层土体承载，都有助于粘土中水分排除。 砂井是利用加荷载而使粘土加速固结，土的孔隙比和含水量减少。并由于固结沉降而提高抗剪强度的方法。 如图3-22所示，在滞水层内打设砂桩，并在桩顶铺砂垫层，砂垫层上再可堆载。砂桩作为排水管道，使地下水径流途径缩短，水经砂垫层而排走。在砂垫层上加载，加速土中水的排除，使固结沉降。 砂井按正三角形布置时，地下水径流距离de为图3-23所示。,砂井按正方形布置时： (3-28) (3-29) 式中 d砂井布置间距。 常用的砂井间距为1.53m。 滞水层的压实时间和砂井直径dw和径流距离de有关，如图3-24所示。井径比，即砂井间距与砂井直径之比Nd/d

26、w，一般为59。但是，大直径砂井施工较困难。而砂井直径过小，细颗粒进入砂井，有可能导致“断裂”，或者砂井中粘土粒混入过多，均使砂井渗透性恶化，砂井排水效率急剧下降。常用砂井直径为0.30.5m。,但是，砂井的实际作用并不仅仅作为排水管道。由于砂井的影响，使砂井周围的粘性土产生固结效果，压实砂井成为饱和粘性地基的加固材料。荷载较多地集中在砂井，导致了粘性土与砂井整体作用的复合地基。 复合地基的承载力将较原地基承载力提高。根据计算和实测，原地基的平均主应力p0为： (3-30) 则砂井建立后平均主应力为: (3-31) 式中 k静止土压力系数； z覆盖土压力； c粘聚力；,r矢径； R塑性区域的半

27、径。 复合地基中的应力状态为粘土层与砂井两者同时发挥抗剪强度作用，则深度Z处复合地基的抗剪强度为： (3-23) c粘性土的粘聚力； s砂井的抗剪强度； as砂的压入率； c砂井造成后粘性土的粘聚力； s应力集中系数；,上部荷载的平均应力； s砂井的密度； s砂井的内摩擦角； 穿切面和水平面的夹角； a*复合剪切系数, a* 1； c0原地基粘聚力。 复合地基减少沉降量。原地基沉降量S为: (3-33) 式中 H压实层厚； mv原地基土压缩系数; 平均垂直应力。,复合地基沉降量S为: (3-34) 式中 mv复合地基土压缩系数； 复合地基平均垂直应力， =c 0。 则沉降减低率为： (3-35

28、) (3-36) 不考虑原地基加固效果，设MV/Mv1，则1。 复合地基的固结特性，如与砂井的计算方法一样，是偏于安全的。,铺设水平砂垫层的目的是为了疏流和加载。当地基表土为砂层时，就不必铺垫。砂垫层厚度一股为0.5m。如在水下，由于厚度难以控制，砂垫层平均厚度可加大到1m。 三、扫动水冲法 振动水冲法是在地基中振动挤密土层，水冲成孔，同时在振孔中填入砂，石等密实填料，加固地基。振冲器的偏心块高速转动产生水平振动力，挤密土层，射水管穿越电机中空轴和偏心偏中空轴向土中射水，射水量一股为0.20.3m3min，射水速度为1015m/s。冲成泥浆上翻到地面排走。 填料可在振冲过程中边振边加入，避免振

29、冲器提出后，土落坍冲孔内。分层回填、分层填入，由于冲振器系水平振动，垂直振动分量很少，水平振力因静态泥水阻碍而急速衰减，填料也不易密实。应控制投料速度，使孔内受振材料高度在1m左右。加固后桩柱质量可用,载荷试验标准贯人试验或静力触探试验检查。振浮压实方法的施工顺序，振动浮筒是一棒状振动器，高压水由振动器末端喷出。由于射水和振动，使振动浮筒沉入土中，并在土中形成钻孔。振动导致下部土压实，而横向射水又使钻孔四周水密实。钻孔上部土落下。随着振动浮筒上提，落下土也被压实。此时，在钻孔上部填砂，提起振动浮筒，继续压实填砂，形成土中挤密砂桩。,第五节 土的脱水加固,(一)降低地下水位加固土 含水层地下水位

30、降落后，土中应力增加。如图3-25所示，A点因原地下水位为d2(cm)，距降落地下水位为d2-d1cm。 水位降落前，A点自重应力为: p=d2 (kPa) (3-37) 式中 土密度(kN/m3)； A点受地下水浮力1为: 1=w d2 (kPa) (3-38),式中 w水相对密度。 A点实际应力Pl为： P1=P-1=(-w)d2 (kPa) (3-39) 地下水位降落后，A点受浮力2为： 2=w(d2-d1) (kPa) (3-40) 此时A点实际应力P2为： P2=d2-w(d2-d1)=(-w)d2+wd1 (kPa) (3-41) 因此，A点应力增加为： p=p2-p1=d1 (k

31、Pa) (3-42) 由于土中应力提高，土被加固，土的承载力标准值或抗剪强度随之提高。 砂性土采用井点系统或粘性土采用电渗井点系统降落地下水位后，即可使槽底承载力标准值提高，沟槽,边坡稳定。 (二)毛细管干燥土方法 填筑土层或沼泽地等地基土，为了提高土的稳定性，可采用毛细管干燥土方法排水加固。 毛细管干燥土方法是把毛细管现象大的物体按适当间距置人地基土中。地下水由于毛细作用，通过毛细管而上升。毛细管体地上部分，使土中水排除，从而土由于自重和从地表面蒸发土中水而达到固结。 这种方法所需的设备简单，不需要施工能量投入，因此是经济的。 毛细管体可以采用把毛细管作用大的纸卷如：浆纸、报纸、纱布等缠在木

32、材和聚氯乙烯管上。毛细管体的直立埋置深度，在处理表层土时大约为1m；加深层加固，则埋深距离应设计决定。,毛细管干燥方法的最主要作用是由于毛细作用而使土中水上升到地面蒸发。土中水地面蒸发量受毛细水上升高度、蒸发面积和形状、毛细管体垂直插入的间距和埋置深度等因素而定。,第六节 土的注浆加固,一、概述 软弱土层或饱和土层采用浅层压实或深层挤密加固方法失效时，可用注桨加固，又称浆液加固。浆液注人土体的孔隙内，填塞孔隙，而浆液固结。有些浆液还与土中成分发生化学反应，在颗粒间生成胶凝物质，固结土颗粒。因此有些注浆固结又称化学加固。 浆液填塞土孔隙的过程，按土质不同而不同。砂性土由于土颗粒间有较大的孔隙，浆

33、液在重力或压力作用下，将在土孔隙中渗流导致土加固。由于浆液渗流作用存在，可以认为原土颗粒的排列并不因注入压力的作用而遭破坏。粘性土呈另外状况。粉性土呈蜂窝构造，,渗透性很少。注桨材料灌入后，大部分情况是粉性土的骨架，构造受到破坏，颗粒重新排列，颗粒间呈接触状态。粘土颗粒骨架破坏后所残留的空隙被固结材料填充。因此，要求浆液本身应具有足够的粘聚力，以保证土体的稳定性。 注浆固结可以提高地基承载力标准值，降低土孔隙比，修建人工阻水帷幕等。 图3-26(a)所示为沉井地基的注浆固结。 图3-26(b)所示注浆固结是为了保持地下坑道掘进时工作面土体稳定，防止高压空气泄漏，或防止地表沉陷。 图3-26(c

34、)为注浆加固上层形成防水帷幕。 图3-26(d)为注浆稳定土体，减少对档土墙的压力。,地下气压掘进时，为了防止压缩空气在土中散逸；或者为了防止含水砂层开挖时产生流砂；或者为了防止在基坑或沟槽开挖时槽壁坍塌或地面建筑物沉降，均可采用注浆固结。 二、浆液种类及其选择 浆液种类很多。浆液应满足下列要求：在土中的化学生成物凝胶质安定性良好，有一定耐久性和耐水性，不受稀酸、稀碱和其他外界因素如某些微生物的侵蚀；胶凝体或固结体有良好抗渗性，浆液在胶凝或固化时收缩率小；凝胶质对土颗粒附着力良好；凝胶质本身有一定抗压和抗拉强度；施工配料和注入方便；采用不同配比等调节化学反应速度；注入后一昼夜土地基承载力标准值

35、不小于0.5MPa；无毒，防止对环境，尤其对地下水源污染，价廉。,按材料性质分，浆液有水泥类，水玻璃类，沥青类、木质素类和树脂类。按液态物理性质分，浆液有悬浊液、溶液、乳浊液3类。 为了改善桨液性能，可采用两种或两种以上浆液混合使用的复合浆液或改性浆液。 浆液选择取决于土的性质；土颗粒和地下水的矿物成分，土颗粒的粒径及级配，渗透系数等。 图3-27所示为各种浆液所适用的土颁粒的粒径范围。 (一)水泥类浆液 水泥类浆液有水泥浆、水泥砂浆、水泥沥青浆。 水泥类浆液注入土体后，水泥凝胶存在于砂石,水泥类桨液注入土体后，水泥凝胶存在于砂石颗粒之间，使松散或裂隙土体固结成整体。水泥类浆液可加固裂隙岩石、

36、砾石、砾砂、粗砂及一部分中砂。加固的颗粒粒径范围为100.4mm。水泥浆凝固时间较长，当地下水流速超过l00m/d时，不宜采用纯水泥浆加固。通常用普通硅酸盐水泥。矿渣水泥和火山灰水泥的水化收缩较大，固结效果不好。 水泥浆的水灰比，根据需要加固强度、土颗粒粒径和级配、渗透系数、注入压力、酒注管直径和布置间距等确定，可取范围为0.5:l4：1，由现场试验确定。 为了提高水泥浆的凝固速度，改善可注性，提高土体早期强度，可掺人速凝剂、早强剂、加气剂、悬浮剂和填料等附加剂。附加剂的种类和掺量根据土质情况和加固要求确定。,水泥类浆液为碱性，不宜用于强酸性土层。 (二)水玻璃类浆液 1.水玻璃溶液 水玻璃又

37、名硅酸钠是碱性金属的硅酸盐，无色，稍浊。水玻璃与盐类反应，生成硅酸凝胶，填塞土孔隙。水玻璃加固含钙盐的土，如含硫酸钙的湿陷性黄土，化学反应式为： Na2OnSiO2+CaSO4mH2OnSiO2(m-1)H2O+Ca(OH)2+Na2SO4 nSiO2(m-1)H2O为硅酸盐凝胶。 注浆用水破璃溶液的浓度用波美(Be)度表示，采用的浓度值为3545Be。波美度按溶液的相对密度换算：,(3-43) 式中 G相对密度。 溶液浓度太低，加固强度降低；溶液浓度太高，可注性恶化。 注浆用水玻璃的模数m为2.42.8。模数m为： (3-44) 模数愈小，水玻璃中SiO2含量愈少，导致凝胶体强度愈低，甚至不

38、疑固。模数愈高硅酸凝胶的强度愈高，但水玻璃在水溶液中的溶解度降低。 2.水玻璃复合液,在水玻璃中掺入胶凝剂，成为水玻璃复合液，可形成胶凝物质，加固土体。胶凝物质种类很多。 (1)水玻璃+氯化钙溶液 不含盐类的砾砂、砂土、粉质粘土等，用水玻璃+氯化钙双液加固，反应式为： Na2OnH2O+CaCl2+mH2OSiO2(m-1)H2O+Ca(OH)2+2NaCl (2)水玻璃+铝酸钠溶液 生成硅酸和硅酸铝盐凝胶，用于加固砂土。反应式为： 3(Na2OnSiO2)+Na2OAl2O3Al2(SO4)3+3(n-1)SiO2+4Na2O (3)水玻璃+磷酸溶液 加固粉砂土。反应式为：,Na2OnSiO

39、2+H3PO4+mH2OnSiO2(m+1)H2O+Na2HPO4 (4)水玻璃-水泥浆液 为悬浊液。水玻璃是作为速凝剂渗入水泥浆液的。浆液凝固时间从十几秒至几十分。加固后结石体的抗压强度为520MPa。 水泥浆和水玻璃的体积比，当水灰比大于1，为1：0.41: 0.6，当水灰比小于1，为1：0.61:0.8。水灰比愈小，凝固时间愈短；水玻璃浓度愈低，凝固时间也愈短。在上述体积比范围内，水玻璃用量愈小，凝固时间也愈短。此外，水泥标号愈高，水灰比愈低，水玻璃模数愈高，结石体强度就愈高。 水破璃复合液的种类还有很多，如水玻璃-二氧化碳，水玻璃-重碳酸钠-氯硅酸钠，水玻璃-草酸-硫酸钠，以及各种有机

40、物：醋酸、酸性有机盐、有机酸脂、乙二醛、 聚乙烯醇等。应根据土质经过试验选用。,(三)铬木素类浆液 亚硫酸盐纸浆废液和重铬酸盐组成铬木素浆液。纸浆废液为浓黑的废水，废液中的木质素硫酸盐是阳离子表面活性物质。重铬酸盐是胶凝剂。常用重铬酸钠。重铬酸钠是强氧化汛并和纸浆废液反应生成凝胶。浆液的粘度为34厘泊，粘度小，可灌性好，加固土粒径范围为100.04mm，胶凝时间在几十秒到几十分钟之间；结石体强度可达1MP；防渗性好，结石体渗透系数可达10-610-7mm。新老胶凝体间，胶结较好，原料来源广泛。 纸浆废液的固体物含量小于35，粘度小于4厘泊时，可注性很好，但强度较低。固体物含量增加，强度和粘度都

41、随之增加，纸浆废液固体物含量与波美度之间的关系为：,G=1.51Be-0.90 (3-45) 式中 G废液固体物含量(); Be波美度。 重铬酸钠的用量不同，胶凝时间和强度也不同。因此，可调整重铬酸钠用量来控制胶凝时间和强度。还可掺加铁盐、氯盐、铝盐和铜盐等促凝剂，加速胶凝和提高凝胶体强度。其中，氯化铝对强度提高作用最显著，结合体强度可达1.52MPa.一般采用价格较低的三氯化铁，加速胶凝，但强度较低。掺加硼砂也可提高结合体强度。 浆液可采用各种配方，根据加固要求而定。 其中一种配方为：,纸浆废液(固体含量50%) 100mL 重铬酸钠 20g 氯化铝 20g 100mL 水 另外的配方还有：

42、 纸浆废渣固体掺量 2535g/100mL 重铬酸钠 810g/100mL 氯化铁 13g/100mL 硫酸亚铁 2g/100mL 铭木素浆液凝胶的化学稳定性较好，不溶于水、强酸和弱碱，抗渗性也好，价格低。但结石体的强度较低。重铬酸钠有剧毒应注意安全施工。,铬木素为强酸性，不宜用于强碱性土层。 (四)树脂系浆液 树脂系浆液有丙烯酰胺、尿素甲醛、苯胺糖醛、间苯二酚甲醛、三聚氰酰胺甲醛、尿醛、丙凝、丙强、木胺、氰凝等。 1.丙烯酰胺浆液 20C时粘度为1.2厘泊，可注性好，胶凝时间在几秒至数小时，可准确调整控制。结实体强度为0.40.6MPb，但抗渗性很好。缺点是有毒而且价格贵。 丙烯酰胺复合浆液

43、有丙凝、丙强等。 丙凝为双液。甲液成分为：丙烯酰胺：NN亚甲基双丙烯酰胺：二甲氨基丙氰；氯化亚铁或硫酸亚,铁：铁氰化钾520(常用95)：0.251(常用0.5)，0.11.0：00.1;00.05。丙烯酰胺是浆液的主剂，NN亚甲基双丙烯酰胺是交联剂，有聚凝作用；二甲氨基丙腈、氯化亚铁、硫酸亚铁都是还原剂，起促凝作用。铁氰化钾是阳聚值，可延长胶凝时间。乙液过硫酸铵，为氧化剂，起引发作用。在某些还原剂作用下，能生成游离基，使丙烯酰胺聚合。用量为0.11.0。两种浆液加水至等体积使用。溶液浓度常用10，20C温度时粘度为1.2厘泊，可加固额粒粒径大于0.01mm的土层。凝胶时间为几秒至几十分钟。调

44、整还原剂B二甲氨基丙腊、氯化亚铁或硫酸亚铁和氧化剂过硫酸铵的用量，可改变胶凝时间。丙凝凝胶不溶于水， 不易受蚀，抗渗性很好，渗透系数达10-410-5mm/s，但强度较低，浆液浓度为10时， 结合体的强度为：细砂，0.70.8MPa;中砂，0.50.6MPa；粗砂，020.3MPa。丙凝可在水中凝结。,丙强由丙烯酰胺、尿素、甲醛等组成加固颗粒粒径大于0.06mm的土层，结石体渗透系数达10-410-5mm/s。 丙凝、丙强为中性浆液。 2.尿素甲醛类浆液 有尿醛树脂浆液和尿素甲醛桨液。尿醛树脂浆液是尿醛树脂和硫酸、磷酸或铵盐等固化剂组成，可加固颗粒粒径大于0.06mm的土层。尿素甲醛浆液由尿素

45、、甲醛和固化剂组成，加固结石体强度达2MPa。 尿醛树脂为强酸性，不宜用于强碱性土层。 3.木胺浆液 由亚硫酸盐纸浆废液、尿素、甲醛和硝酸铵组成，桨液结石体强度达2l2MPa，渗透系数为10-210-4mm/s.,凝胶时间为十几秒至几十分钟，可控制调整，浆液可注性好，而且不会收缩干裂。 4.氰凝 以氨基甲酸乙脂为主要成分的氰凝，可加固颗粒粒径大干0.01mm的土层，可注性很好，凝胶结石体强度高，但价格贵。 三、注入方法 (一)注浆设计参数和设备 岩石或岩性土层加固，可在钻孔内压入浆液。在砂砾石层、砂层内，应埋没注浆管。 注浆管如图3-28所示，注浆管内径D为38或50mm，管壁开设直径d为15

46、或20mm的注浆孔，呈梅花形布置，管外壁焊钢丝骨架和包扎滤网。,1.注浆设计参数 (1)注浆管加固半径 以注浆管为中心的土的有效加固半径大小取决于土种类、土孔隙率、浆液粘度、注浆压力。注浆的量、注浆管直径、胶凝时间等。实际的有效加固半径根据现场试验确定。表3-5所列为有效加固半径的经验数据。 (2)注浆管布置 注浆管布置的基本形式如图3-29所示。根据注浆管有效加固半径和上层加固面积，确定注浆管在加固土层中的布置形式，如图3-30所示。 (3)注入率 单位体积土的浆液注入量称注入率。粘土的注人率,根据土的压缩性确定，如图3-3l所示。浆液注入前，土体积为1+e0，土中应力为p0,浆液注入后，由

47、于浆液体积增加，土体积为l+e+e，土中应力为p0+p,注入率gr为： (3-46) 式中 f补充系数，取1.11.6。 根据土的压缩定律： (3-47) 式中 CC土的压缩系数。 则 (3-48) 砂土注入率gr可由下式决定：,(3-49) 式中 gv加固土的孔隙体积(m3); f补充系数，取0.81。 (4)注浆流量 注浆流量与土渗透系数、浆液粘度、注入压力有关。表3-6所列为各种土的常用注浆流量。 (5).注入压力 注入压力与加固半径、土内孔隙大小和孔隙壁粗糙度、浆液种类和浓度、地下水压力等有关。常用的注入压力为1MPa。深层加固，可达到1.4MPa。 注入压力高，则浆液充填饱满，凝胶强

48、度高，抗渗 性好。但是，注入压力过高，会使土的空隙扩展，浆液,流失，地表冒浆，地表隆起。 2.注浆设备 注浆用泵有泥浆泵、灰浆泵等。 浆液搅拌机如图3-32所示，有效容积一股为0.82.0m3。 (二)注入方式 分单泵注入，双泵注入，交替注入，双管同时注入和分层注入等，根据土质和溶液性质而定。 单泵注入示意如图3-33(a)所示，二种浆液在浆桶混合后，由泵压入土中。这种方法适用于胶凝时间长，甚至是两种浆夜在土外不产生胶凝作用的注浆施工。 混合浆液的胶凝时间短时，用双泵注入如图3-33(b),所示。两种浆液由泵注入混合器混合后进入土内。 交替注入方式如图3-33(c)所示。两种浆液用单管交替注入土内。这种方法适用于瞬时胶凝的浆液。 双管同时注入如图3-33(d)。也适用于瞬时胶凝的浆液。 分层注入是在加固深度大或各层土质不同时，采取分数层注入。每层的注入方式根据土质和浆液情况可分别采用单泵注入，双泵注入，交替注入或同时注入。表3-7所列为常用的分层厚度。 分层注入有两种顺序：自上而下分层注入和自下而上分层注入。当各土层渗透系数大致相同时，自上而下注入的质量较好。当注入时发生地面冒浆现象，应改用自下而上注入。当各层土的渗透系数相差较大时，应先,注渗透系数大的土层。 四、旋转喷射桩注浆加固 采用压力注浆，往往由于土结构的非匀一性和土中渗透途径的非匀布，导致注入浆液