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注浆法在土建工程地基加固中的应用研究 |
来源:本站原创 新闻频道 时间:2014/12/29 9:04:54 点击:943 |
注浆加固法是利用液压、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、渗透和挤密的等方式,赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置,经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,形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”.能显著改善土的物理学性能及水理性能的一种加固方法。
1 在土建基础工程中注浆加固的主要方法
为改善实际工程的注浆效果,除研制合适的注浆材料以外,注浆方法也逐渐被人们所重视。
1.1 静压注浆法
静压注浆也叫做劈裂灌浆。其主要应用于软土地基中,在软土地基中进行静压注浆施工,是利用了劈裂作用机理。采用压力注入比重较大的水泥浆或水泥砂浆,在压力传递作用下,灌入的浆液沿地基应力场中的最小主应力面或弱应力分布区劈裂、延伸,所形成的浆脉状或不规则形状的凝结体,对周围土体产生挤压和密实作用,使土体的孔隙减小,压缩模量增加。浆液凝结体在土体中起到骨架作用,从而达到提高地基承载力,减少沉降变形的目的。
静压注浆既可用于地基加固工程,又可用于基坑止水帷幕工程。这种方法在施工时容易产生地面冒浆、串浆等现象,不易保证注浆加固效果,因此,为了规避这种情况。设计和生产时往往采用静压振冲注浆方案。
振冲注浆就是利用振动钻机造孔,并直接利用钻杆注浆,由于振动造孔时地基原状土的扰动较小,钻杆和土层间相互挤压、抱紧,注浆施工时可以保证在一定压力下所注浆液不会顺钻杆窜出地面,并可根据土层的特点,进行下行或上行分层注浆,使浆液均匀扩散,提高加固效果。
1.2 高压喷射注浆法
高压喷射注浆法就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进到土层的预定位置后,用高压设备把浆液或者是水以20~40 MPa 左右或更高的高压射流从喷嘴中喷射出来,冲击切割土体,在切割土体的同时,钻杆以一定的速度向上提升,使浆液与土粒强制性的充分搅拌混合,在浆液凝固后,使其在地下形成一个固结体。
高压喷射注浆法起始于20 世纪60 年代后期的日本,当前在我国也已经有了比较广泛的应用,且制定了相应的施工设计规范。在众多工民建筑的地基加固与防渗等方面得到了越来越多的应用。在一些大城市,随着地铁建设和高层建筑的崛起,不少深基坑工程亦都采用了高压喷射注浆技术来进行深基坑的止水防渗。
1.3 复合注浆法
将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合就是复合注浆法,这能发挥两种注浆技术各自的优势。实际工程中先采用高压旋喷注浆成桩柱体,再采用静压注浆增强旋喷效果,扩散加固浆液,防止固结收缩,消除注浆盲区。将复合注浆方法应用在桩基础加固中,能充分发挥静压注浆法和高压旋喷注浆法的优点,克服其缺点。复合注浆法适用地层范围广,且可操作性强,施工也较为简便,对环境无污染,是较好的注浆方法之一。
2 高压喷射注浆法加固地基的施工方法
2.1 施工机具
施工机具主要由钻机和高压发生设备两大部分组成。由于喷射种类不同,所使用的机器设备和数量均不相同。
多重管的功能,不但可输送高压水,而且还同时将冲下来的土、石抽出地面。因此管子的外径较大,达到300mm.它由导流器、钻秆和喷头组成。在喷嘴的上方设置了一个超声波传感器,电缆线装在多重管内。
喷嘴是直接明显影响喷射质量的主要因素之一。气液同轴喷嘴的结构一般有圆柱形、收敛圆锥形和流线开头的喷嘴三种。为了保证喷嘴内高压喷射流的巨大能量较集中地在一定距离内有效破坏土体,一般都用收敛圆锥形的喷嘴。流线形喷嘴的射流特性最好,喷射流的压力脉冲经过流线形状的喷嘴的,不存在反射波,因而使喷嘴具有聚能的效能。
2.2 施工程序
第一步钻机就位。钻机安放在设计的孔位上并要保持垂直,在施工时旋喷管的允许倾斜不允许大于1.5%;第二步钻孔。单管旋喷较常使用的是旋转振动钻机,钻进深度通常可达30 米以上,适用于标准贯入度小于40 的砂土和粘性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。一般在二重管和三重管旋喷法施工中都采用地质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不应大于50mm;第三步插管。插管是将喷管插入地层预定的深度。使用振动钻机钻孔时,插管与钻孔两道工序合二为一,就是钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地质钻机钻孔完毕,必须拔出岩芯管,并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中,为防止泥砂堵塞喷觜,要一边射水,一边插管,水压力一般不要超过1MPa.如果压力太高,容易将孔壁射塌;第四步喷射作业。当喷管插入到预定深度后,就开始由下而上进行喷射作业。在作业过程中,值班的技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求,并随时做好记录,绘制作业过程曲线;当浆液初凝时间超过20h,应及时停止使用该水泥浆液(正常水灰比1:1 初凝时间为15h 左右);第五步冲洗。喷射施工完毕后,应把注浆管等机具设备冲洗干净,管内机内不得残存水泥浆;最后将钻机等机具设备移到新孔位上。
2.3 施工中需要注意的问题
2.3.1 钻机或旋喷机就位时机座一定要稳固,立轴或转盘要与孔位对正,倾角与设计误差一般不得大于0.5O.
2.3.2 喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好,各通道和喷嘴内不得有杂物。
2.3.3 喷射注浆作业后,由于浆液析水作用,一般均有不同程度收缩,使固结体顶部出现凹穴,所以应及时用水灰比为0.6 的水泥浆进行补灌。并要预防其它钻孔排出的泥土或杂物进入。
2.3.4 为了加大固结体尺寸,或对深层硬土,为了避免固结体尺寸减小,可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施,也可以采用复喷工艺。
2.3.5 在喷射注浆过程中,应观察冒浆的情况,以及时了解土层情况,喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。彩单管或二重管喷射注浆时,冒浆量小于注浆量20%为正常现象。当超过20%成为完全不冒浆时,或者冒浆过大时,应查明原因并采取有效措施加以解决。采用三重管喷射注浆时,冒浆量则应大于高压水的喷射量,但其超过量应小于注浆量的20%.
2.3.6 在软弱地层旋喷时,固结体强度低。可以在旋喷后用砂浆泵注入150# 砂浆来提高固结体的强度。
2.3.7 在湿陷性地层进行高压喷射注浆成孔时,如用清水或普通泥浆作冲洗液,会加剧沉降,此时宜用空气洗孔。
2.3.8 在砂层尤其是干砂层中旋喷时,喷头的外径不宜大于注浆管,否则易夹钻。
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