灌浆法

灌浆法定义：灌浆法是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性质。目的：1.防渗：降低渗透性，减少渗流量，提高抗渗能力，降低孔隙压力。2.堵漏：截断渗透水流。3.加固：提高岩土的力学强度和变形模量，恢复混凝土结构及圬工建筑物的整体性。4.纠正建筑物偏斜：使已发生不均匀沉降的建筑物恢复原位。1.按照灌浆的作用来划分:固结灌浆;帷幕灌浆;接触灌浆。2.按照基础的构成来划分:砂砾石灌浆;岩石灌浆。3.按照灌浆材料来划分:水泥灌浆;水泥粘土灌浆;化学灌浆.4.按照使用的压力来划分:常压灌浆;高压灌浆。5.按照灌浆工艺所依据的理论来划分:渗入性灌浆;劈裂灌浆;压密灌浆；电动化学灌浆。还有其他不同的分类方法，如常见到的有充填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、界面灌浆等灌浆分类：1.渗入性灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙。2.劈裂灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的裂缝或孔隙，从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。3.压密灌浆。通过钻孔向土层中压入浓浆。4.电动化学灌浆。在粘性土中插入金属电极并通以直流电，在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用，促使在通电区域中的含水量显著降低，从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在“通道”上形成硅胶，并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。按照灌浆工艺所依据的理论的灌浆分类：灌浆材料：1.水泥浆水泥浆是由水泥和水混合经搅拌而制成的浆液.为了改进浆液性能，有时需要在浆中加入少量的添加剂。2.粘土浆粘土浆是粘土的微小颗粒在水中分散，并与水混合形成的半胶体悬浮液。选择灌浆用的粘土，一般要求：塑性指数17；粘粒(粒径小于0.005mm)含量不小于40％～50％；粉粒(粒径0.005～0.05mm)含量小于45％～50％；含砂量（0.05～0.25mm）不大于5％。粘土浆的结石强度和粘结力都比较低，抗渗压和冲蚀的能力很弱，故仅在低水头的防渗工程上才考虑采用纯粘土浆灌浆.灌浆材料：3.水泥粘土浆由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点，构成性能较好的灌浆浆液。水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低，流动性、抗渗性好，结石率高，目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕，几乎都是采用水泥粘土浆灌注的4.水泥-水玻璃浆液以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺点，水泥-水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟，甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提高，尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理。灌浆材料：5.水泥砂浆在对较大缺陷的部位灌浆时，可采用水泥砂浆灌浆，一般要求砂的粒径不大于1.0mm,砂的细度模数不大于2。在水泥砂浆中加入粘土，组成水泥粘土砂浆，水泥起固结强度作用，粘土起促进浆液的稳定作用，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷，大洞穴的充填灌浆。6.水玻璃类浆液由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后，经过化学反应生成硅酸凝胶，在土(砂)的孔隙中充填，达到固结和防渗堵漏的目的。灌浆材料：几种灌浆材料的主要特点名称主要特点适用范围备注水泥浆施工简单、方便；浆液凝结时间较长粗砂地基的防渗加固可灌性差粘土浆材料来源广，价廉；强度低堤身的防渗加固水泥粘土浆价格低，使用方便。粗砂地基的防渗加固可灌性比水泥浆好水泥—水玻璃浆液施工要求高，浆液凝结时间短，且容易调节动水状态下粗砂地基的防渗加固在特殊情况下使用水泥砂浆强度高，价格便宜，但施工要求较高。较大缺陷的充填加固和防渗处理易沉淀，可灌性差，在特殊情况下使用。水玻璃浆液浆液粘度与水接近，可灌性好，但价格较高。细砂层和粉砂层地基的防渗加固在水泥等颗粒状浆液满足不了可灌性要求时采用灌浆材料的选择原则：1.为提高地基的力学强度和抗变形能力为目的时，一般要选用以水泥为基本材料的高强度混合物。如纯水泥浆，水泥砂浆、水泥水玻璃浆，也可采用如环氧树脂的高强度化学浆材。2.以防渗堵漏为目的时，可选用粘土水泥浆、粘土水玻璃浆、水泥粉煤灰混合物、丙凝等。3.在裂隙岩层中，灌浆一般采用纯水泥浆；在砂砾层中或喀斯特溶洞中多采用粘土水泥浆；在砂层中只能采用如硅酸盐浆液的化学灌浆。4.对孔隙较大的砂砾石层和裂隙岩层，可采用渗入性注浆法，在砂层中，灌注粒状浆材时宜选用水力劈裂法。(注：水力劈裂法，即是在高压下能使一些微小的孔隙或岩石的裂隙张开，使软弱材料的密度强度及不透水性得到改善)灌浆设计：地基灌浆设计一般遵循以下几个程序：1.地质调查:探明地基的工程地质特性和水文地质条件2.方案选择:根据工程性质、灌浆目的及地质条件,初步选定灌浆方案；3.灌浆试验:除进行室内灌浆试验外,对较重要的工程,还应选择有代表性的地段进行现场灌浆试验,以便为确定灌浆技术参数及灌浆施工方法提供依据；4.设计和计算:用图表及数值方法,确定各项灌浆参数和技术措施；5.补充和修改设计:在施工期间和竣工后的运用过程中,根据观测所得的异常情况,对原设计进行必要的调整.方案选择：主要是灌浆方法和灌浆材料的选择，考虑因素：1.灌浆目的：是为了加固地基还是为了防渗?加固的目的是提高地基承载能力、抗滑稳定性还是降低地基变形量?2.地质条件：包括地层构造、土的类型和性质、地下水位、水的化学成分、灌浆施工期间的地下水流速及地震级别等。3.工程性质：是永久性工程还是临时工程?是重要建筑物还是一般建筑物?是否振动基础以及地基将要承受多大的附加荷载等。工程上常采用多种方案组合，例如：1.开挖隧洞过程中因流砂而造成大规模塌方，先用低压或中压灌注含有机固化剂的硅酸盐浆液，然后再用高压劈裂法灌注水泥浆。2.在砂砾石地层中含有可灌性较差的中细砂夹层时，先用粘土水泥浆封闭卵砾石中的较大孔隙，再用硅酸盐浆液灌注砂中的较小孔隙。3.岩基中的断层破碎带和软弱夹泥层，先用高压劈裂法灌注纯水泥浆，然后用中压灌注高强度环氧树脂浆液，用以封闭水泥颗粒不能进入的微小裂隙。4.在裂隙岩层中建造较高标准的防渗帷幕，先灌注纯水泥浆，后灌化学浆液。方案选择：设计内容主要包括下述几方面：1.灌浆标准：通过灌浆要达到的效果和质量指标；2.施工范围：包括灌浆深度、长度和宽度；3.灌浆材料：包括浆材种类和浆液配方；4.浆液影响半径：指浆液在设计压力下所能达到的有效扩散距离；5.钻孔布置：根据浆液影响半径和灌浆体设计厚度，确定合理的孔距、排距、孔数和排数；6.灌浆压力：规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力；7.灌浆效果评估：用各种方法和手段检测灌浆效果。灌浆设计：1.灌浆标准防渗标准：渗透系数k，单位吸水率，吕容值(Lu)2.浆液影响半径灌浆结束后，对浆液影响半径进行评价：钻孔压水或注水，观察浆液体的渗透性；钻孔取样检查。灌浆设计：3.灌浆压力一般倾向于采用较高的灌浆压力，理由：1)减少钻孔数。2)使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。3)当孔隙中被某种软弱材料充填时，高灌浆压力能在充填物中造成劈裂灌注，使软弱材料的密度、强度和不透水性等得到改善。4)有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结石的强度提高。一般以不使地层结构破坏或仅发生局部的和少量的破坏，作为确定地基允许灌浆压力的基本原则。灌浆设计：注浆量Q灌浆压力P允许灌浆压力：进行灌浆试验时，一般是用逐步提高压力的办法，求得注浆压力与注浆量关系曲线。Pf为允许灌浆压力。经验公式：砂砾石地基：hKCTpe——系数，在1～3范围内选择——地表面以上覆盖层的重度——地基覆盖层的厚度——与灌浆期次有关的系数——与灌浆方式有关的系数——与地层性质有关的系数——地面至灌浆段的深度。hKCT岩石地基：0111sHHHmHppwe加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和六角形。方格形的主要优点是便于补加灌浆孔，在复杂的地区宜采用这种方法，而梅花形和六角形布孔的主要缺点是不便于补加灌浆孔，预计灌浆后不需补加孔的地基多采用这种形式。灌浆孔的布设灌浆孔布置1)采用“围、挤、压”的原则，就是先将灌浆区圈围住，再在中间插孔灌浆挤密，最后逐序压实，这样易于保证灌浆质量。最好采用分序灌浆的办法。2)在可能的情况下，以采用较大的压力为好。3)灌浆开始时，以稀浆开始，采用逐步加稠的方法。灌浆施工技术要点帷幕灌浆灌浆技术除作为加固地基外，也适合透水地基的防渗处理，构筑防渗帷幕。1.帷幕的设置:堤防基础的灌浆帷幕应与堤防防渗体相连，因此帷幕宜设在堤防临水侧铺盖下或临水坡脚下1)均厚式帷幕帷幕各排孔的深度均相同。在砂砾石层厚度不大，灌浆帷幕不甚深的情况下，一般多采用这种形式。2)阶梯式帷幕在深厚的砂砾石层中，因为渗流坡降随砂砾石层的加深（即随帷幕的加深）而逐渐减小，故设置深帷幕时，多采用上宽下窄呈阶梯状的帷幕。幕宽的部位，灌浆孔的排数多；幕窄的部位，灌浆孔的排数少。2.帷幕的形式:帷幕灌浆3.帷幕的深度和厚度一般情况下，帷幕深度宜穿过砂砾石层达到基岩，这样可以起到全部封闭渗流通道的作用。帷幕的厚度(T)主要是根据幕体内的允许坡降值来确定的。但可按下式作初步估算T=H/J式中H为最大作用水头；J为帷幕的容许比降，对一般粘土浆可采用J≤3～4。对于砂砾石厚度较浅，一般设置1～2排灌浆孔即可，对基础承受的水头超过25～30m时，设置2～3排灌浆孔。灌浆孔距主要决定于地层的渗透性、灌浆压力、灌浆材料等有关因素，一般要通过试验确定。通常孔距为2～4m。如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范围不足，则可采用缩小孔距，加密钻孔的办法来补救。帷幕灌浆钻孔灌浆方法主要有打花管灌浆法、套管护壁法、循环钻灌法和袖阀管法。帷幕灌浆4.帷幕灌浆方法（1）打花管灌浆法首先在地层中打入一下部带尖头的花管，然后冲洗进入管中的砂土，最后自下而上分段拨管灌浆。此法比较简单，但遇卵石及块石时打管很困难，故只适用于较浅的砂土层。打花管灌浆法(2)套管护壁法a)边钻孔边打入护壁套管,直至预定的灌浆深度；b)接着下入灌浆管；c)然后拔套管灌注第一灌浆段；d)再用同法灌注第二段及其余各段,直至孔顶。帷幕灌浆4.帷幕灌浆方法套管护壁灌浆法（3）循环钻灌法这种方法仅在地表埋设护壁管，而无需在孔中打入套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止，钻孔时需用泥浆固壁或较稀的浆液固壁。如砂砾层表面有粘性土复盖，护壁管可埋设在土层中，如无粘土层则埋设在砂砾石层中。帷幕灌浆4.帷幕灌浆方法循环钻灌法（4）袖阀管法帷幕灌浆4.帷幕灌浆方法a)钻孔；b)插入袖阀管；c)浇注套壳料；d)灌浆。裂隙岩石地基灌浆方法：(a)自上而下孔口封闭分段灌浆；(b)自下而上拴塞分段灌浆；(c)自上而下拴塞分段灌浆。灌浆效果检查：灌浆效果则指灌浆后能把地层的物理力学性质改善到什么程度.1.灌浆施工结束后,通过灌浆体内钻孔,用压水、注水或抽水等办法测定地基的流量及渗透系数。根据各孔段的单位灌入量或以单位吸水量值表示幕体的渗透性。2.通过钻孔，从灌浆体内取出原状样品，送实验室进行必要的试验(样品的密度、结石的性质、浆液充填率及剩余孔隙率、无侧限抗压强度及抗剪强度、渗透性及长期渗流稳定性、变形模量和蠕变性).3.建筑物投入运行后，通过钻孔网观测灌浆体上下游的水位和渗流量。土坝坝体劈裂灌浆劈裂灌浆是利用堤身的最小主应力面和堤轴线方向一致的规律，以土体水力劈裂原理，沿堤轴线布孔，在灌浆压力下，以适宜的浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，在堤身形成密实、竖直、连续、一定厚度的浆液防渗固结体，同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实。适应于处理堤身浸润线出溢点过高、有散浸现象、裂缝(不包括滑坡裂缝)、各种洞穴。1.泥浆对坝体的劈裂与充填作用；2.湿陷作用；3.浆坝互压作用；4.泥浆和坝体的固结与压密。劈裂灌浆机理灌浆期间出现的纵、横向裂缝劈裂灌浆的主要作用建立防渗帷幕,解决坝体渗透稳定调整坝体内