注漿加固邊坡的設(shè)計(jì)與施工課件.pptVIP

邊坡技術(shù)加固 注漿加固邊坡的設(shè)計(jì)與施工 1 1概述 1 1 1注漿加固技術(shù)的概念注漿加固技術(shù) 用液壓或者氣壓將能凝固的液漿注入物體的裂縫或孔隙 以改變注漿對(duì)象的物理力學(xué)性質(zhì) 以滿足各類土木建筑工程的需要 1 1 2注漿技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1 施工設(shè)備簡(jiǎn)單注漿工程施工設(shè)備主要由鉆孔機(jī)械 注漿泵 攪拌裝置 噴槍 流量計(jì) 止?jié){塞等 這些設(shè)備除鉆孔機(jī)械稍復(fù)雜外 其他都比較簡(jiǎn)單 2 規(guī)模小 耗資少這種加固方法相對(duì)其他方法而言 工程實(shí)施規(guī)模小 人工 材料 機(jī)械消耗小 相應(yīng)減少加固施工耗資 3 占地面積小 施工靈活方便 由于施工設(shè)備簡(jiǎn)單 施工場(chǎng)地小 在狹小的場(chǎng)地 矮小的空間均可施工 對(duì)施工周圍交通影響小 在城市高層建筑 市政工程深基礎(chǔ)施工中顯示出得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì) 4 工期短 見(jiàn)效快注漿工程施工必須連續(xù)進(jìn)行 可以小時(shí)進(jìn)行 施工效率高 由于通常屬化學(xué)注漿 膠凝時(shí)間短 工程實(shí)施見(jiàn)效快 5 施工噪聲和震動(dòng)小施工機(jī)械簡(jiǎn)單 且大部分時(shí)間都是靠注漿泵工作由液體壓力完成 施工中產(chǎn)生的噪聲和震動(dòng)很小對(duì)施工周圍環(huán)境影響小 在居民區(qū)施工其優(yōu)點(diǎn)更顯突出 6 加固深度可深可淺 易于控制由于該工法是采用成孔壓力把漿液注入地層達(dá)到加固的目的 其加固深度就好控制 只要地層允許可在成孔范圍內(nèi)任意實(shí)施 7 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛注漿的應(yīng)用極廣 而切其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大 目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域有土建 市政工程 水利電力 交通能源 隧道 地下鐵路 礦井 地下建筑等 1 1 3注漿技術(shù)的歷史 注漿技術(shù)的發(fā)展已有百年歷史 法國(guó)人開(kāi)辟了注漿施工的先河英國(guó)于1860年在阿里因普瑞貝礦首次用水泥注漿對(duì)井筒進(jìn)行注漿堵水 成功地解決了井筒漏水問(wèn)題 發(fā)明了硅酸鹽水泥 從此水泥開(kāi)始成為注漿的主要材料 此后又有化學(xué)注漿 水玻璃注漿材料和雙液?jiǎn)蜗到y(tǒng)注漿法和水玻璃氯化鈣注漿法的出現(xiàn) 特別是到了20世紀(jì)40年代 注漿技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)鼎盛時(shí)期 各種水泥漿材 化學(xué)漿材相繼問(wèn)世 注漿技術(shù)的應(yīng)用范圍及規(guī)模也越來(lái)越大 1 1 4注漿法的分類 按工程問(wèn)題分為 1 壩基注漿2 隧道注漿3 基坑注漿4 邊坡加固注漿5 混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)注漿 按材料分為 1 水泥注漿2 化學(xué)注漿 主要使用于微裂縫的注漿 3 混合注漿 注漿法的分類 按注漿對(duì)象分為 1 巖石注漿2 砂礫注漿3 粘土注漿按功能分為 1 防滲注漿2 加固注漿3 基礎(chǔ)托換注漿 注漿法的分類 按漿液的分布狀態(tài)分1 滲透注漿 指漿液以滲透滲入方式 滲入土體孔隙的注漿方式 2 擠密注漿 指用很稠的漿液灌入事先在地基土內(nèi)鉆進(jìn)的孔中并擠向土體 在注漿處形成漿泡 漿液的擴(kuò)散靠對(duì)周圍土體的壓縮 3 劈裂注漿 劈裂注漿是目前應(yīng)用最廣泛的一種注漿方法 是在鉆孔內(nèi)施加液體壓力于土體 當(dāng)液體壓力超過(guò)劈裂壓力時(shí)土體產(chǎn)生水力劈裂 也就是土體突然出現(xiàn)裂縫 吃漿量突然增加 劈裂注漿在注漿孔附近形成網(wǎng)狀漿脈 通過(guò)漿脈擠壓土體和漿脈的骨架作用加固土體 1 1 5注漿加固在邊坡中的應(yīng)用 注漿在邊坡中有兩方面的應(yīng)用 一方面是對(duì)于由崩滑堆積體 巖溶角礫巖堆積體 以及松動(dòng)巖體構(gòu)成的極易滑動(dòng)的邊坡或由于開(kāi)挖形成的多卸荷載裂隙邊坡 對(duì)坡體注入水泥砂漿 以固結(jié)坡體并提高坡體強(qiáng)度 避免不均勻沉降 防止出現(xiàn)滑裂面 另一方面對(duì)于正處于滑動(dòng)的邊坡 存在潛在滑面的邊坡 或者處于不穩(wěn)定的滑坡運(yùn)用注漿技術(shù)對(duì)滑帶壓力注漿 從而提高滑面的抗剪強(qiáng)度 提高坡體穩(wěn)定性 影響注漿效果技術(shù)的因素 工程問(wèn)題 地質(zhì)特征 注漿材料 壓漿技術(shù)顏峰姜福興 裂隙巖體注漿加固效果的影響因素分析 1 2注漿材料1 2 1注漿材料的分類 1 2 2注漿漿液的性質(zhì) 1 漿液的滲入性漿液的滲入性是指漿液滲入巖土的能力 漿液的滲透性直接影響漿液的擴(kuò)散距離 滲入性好 漿液的擴(kuò)散距離大 漿液的滲透性與所用的灌漿原理和漿液的種類有關(guān) 不同的灌漿原理和不同的漿液品種 其控制因素是不同的 滲透灌漿在采用粒狀漿液材料時(shí) 漿液的滲透能力與顆粒的大小有關(guān) 化學(xué)灌漿 漿液的滲透能力將受到流動(dòng)性的影響 劈裂灌漿 尺寸效應(yīng)和流變效應(yīng)將產(chǎn)生較復(fù)雜的影響 顆粒細(xì)度和漿液濃度對(duì)漿液黏度的影響 從尺寸效應(yīng)出發(fā) 漿液的顆粒的細(xì)度越高 滲入能力越強(qiáng) 但同時(shí)導(dǎo)致漿液的黏度增加 漿液變稠 影響滲入能力 因此在實(shí)際的漿液配制時(shí)硬正確處理漿液的細(xì)度 2 漿液的穩(wěn)定性漿液的穩(wěn)定性主要是指漿液的化學(xué)穩(wěn)定性 即漿液是否會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng) 以致影響漿液的基本力學(xué)性質(zhì) 在邊坡注漿加固中采用的粒狀漿材的穩(wěn)定性主要指水泥漿和水泥砂漿的分層性和析水性 3 漿液的結(jié)石率結(jié)石率是指漿液的最初體積與凝結(jié)后的結(jié)石體積比 一般用百分?jǐn)?shù)表示 結(jié)石率越高加固效果越好 影響結(jié)石率降低的因素主要由析水沉淀和漿液的自身收縮 改良方法 在漿液中摻入高塑性粘土和降低漿液的含水量 4 漿液的強(qiáng)度特性漿材的強(qiáng)度越高加固效果越好 5 漿液的耐久性加固巖體處于的特殊環(huán)境下 如養(yǎng)護(hù)條件差 水壓力長(zhǎng)期作用 化學(xué)侵蝕等 可能使?jié){液灌注后強(qiáng)度降低 灌注效果降低甚至無(wú)效 因此漿液的耐久性是注漿工程的一個(gè)重要課題 1 3注漿理論 注漿理論研究漿液在巖土裂隙中的流動(dòng)規(guī)律 揭示地質(zhì)條件 漿液的性質(zhì)和注漿工藝之間的相互關(guān)系 為注漿設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工提供科學(xué)依據(jù) 滲透注漿理論注漿理論水力劈裂注漿理論 1 3 1滲入注漿理論 1 砂土注漿體球形擴(kuò)散公式假定砂土各向同性 漿液為牛頓流體 漿液從灌漿管底部進(jìn)入地層后呈球形擴(kuò)散 式中 k 砂土的滲透系數(shù) cm s 漿液的黏度對(duì)水的粘度比 漿液的擴(kuò)散半徑 cm 漿液的壓力水頭高度 cm 灌漿管的半徑 cm t 灌漿時(shí)間 s n 砂土的孔隙率 2020 1 29 21 可編輯 2 砂土注漿的柱形擴(kuò)散公式 3 砂礫石層的注漿擴(kuò)散公式 4 裂隙巖石的注漿擴(kuò)散公式pc 注漿壓力 p0 裂隙內(nèi)水壓力 b 裂隙寬度 cm 漿液的粘度 2 滲入性注漿的尺寸效應(yīng)滲入性注漿的尺寸效應(yīng)是指由于滲入性注漿是在壓力較小 地層結(jié)構(gòu)不受破壞的條件下使?jié){液滲入裂縫 因而要完全實(shí)現(xiàn)滲入性注漿 就必須使?jié){材的顆粒尺寸小于裂縫尺寸 假設(shè)漿液的顆粒尺寸為d 地層裂縫的尺寸為尺寸效應(yīng)可以表示為R d 1 R通常稱為凈空比 理論上只要R 1即可實(shí)現(xiàn)滲入性注漿 但在實(shí)際過(guò)程中 當(dāng)漿液濃度較大時(shí) 漿粒會(huì)群集進(jìn)入裂縫 從而使裂縫堵塞 為了避免這種現(xiàn)象 一般使R 3 這時(shí)漿材顆粒的群集容易被注漿壓力沖散 地層裂縫的尺寸的確定1 砂礫石的空隙尺寸一般采用數(shù)學(xué)方法估算 設(shè)D為砂礫石的顆粒直徑 可定義有效空隙比有效空隙比一般在0 195 0 215之間變化 如果取平均值0 2 則砂礫石的空隙尺寸可近似表示為 0 2D2 巖石裂隙的尺寸由一種運(yùn)用鉆孔壓水實(shí)驗(yàn)的方法確定式中 水的粘度 R 水的擴(kuò)散距離 3 滲入性灌漿的流變效應(yīng)流變效應(yīng)指漿液在裂縫中流動(dòng)時(shí) 漿液內(nèi)部 漿液與孔壁之間將產(chǎn)生摩擦阻力 從而影響滲入性灌漿的可灌性 這種影響可以從漿液在空隙中流動(dòng)時(shí)單位時(shí)間的流量計(jì)算公式中看出來(lái) 對(duì)于牛頓流型體 在圓管中流動(dòng)時(shí)剪切率與剪應(yīng)力成正比式中 r 毛細(xì)管的半徑 有效灌漿壓力 牛頓型流體的粘度 L 漿液在管中流動(dòng)的距離 對(duì)于非牛頓流型體 當(dāng)剪應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力的時(shí)候 流體才能流動(dòng) 式中 漿液的塑性粘度 屈服應(yīng)力 4 滲入性灌漿的局限性由前述可知 滲透性灌漿由于存在尺寸效應(yīng)和流變效應(yīng)的制約 一般在大空隙介質(zhì)中容易實(shí)施 而在實(shí)際地層中的裂隙有大有小 要在小裂隙中提高漿液的注滿度 一方面縮小漿材的顆粒尺寸 另一方面要準(zhǔn)確確定裂縫尺寸 1 3 2劈裂注漿理論 鑒于滲入性注漿的局限性 后來(lái)提出了劈裂注漿理論 該理論是通過(guò)增大注漿壓力 使細(xì)小裂縫產(chǎn)生水力劈裂 以提高漿液的可注性 1 巖層的劈裂公式假定地層為各向同性 均勻的線彈性體 鉆孔壁開(kāi)始發(fā)生水力劈裂的條件是垂直劈裂 水平劈裂式中 注漿壓力 h 巖石的豎向自重應(yīng)力 巖石的泊松比 巖石的側(cè)壓力系數(shù) 巖石的抗拉強(qiáng)度 N 比例系數(shù) 與地層的滲透系數(shù)有關(guān)和漿液的粘度有關(guān) 在0 1之間變化 對(duì)于不透水巖石取1 透水性較大的巖石接近0 2 砂和砂礫石的劈裂公式在砂和砂礫石地層中注漿 當(dāng)注漿壓力達(dá)到下述公式的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致地層破壞 式中 注漿壓力 砂礫石的容重 水的容重 h 注漿段的深度 地下水位高度 K 主應(yīng)力比 3 粘性土劈裂公式在粘性土中 水力劈裂將引起土體固結(jié)和擠出等現(xiàn)象 當(dāng)僅有固結(jié)時(shí) 注漿量體積V及單位體積所需的漿量Q可由以下公式計(jì)算 式中 注漿壓力 p 有效注漿壓力 a 漿液擴(kuò)散半徑 u 注漿壓力 土的壓縮系數(shù) 1 4 1設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)程序邊坡工程地質(zhì)的調(diào)查工程調(diào)查的內(nèi)容有 地質(zhì)構(gòu)造和地層分布情況 土的顆粒級(jí)配 含水量 孔隙率 滲透系數(shù) 土體強(qiáng)度 有機(jī)質(zhì)含量等物理力學(xué)指標(biāo) 地下水分布和特性 注漿處理范圍及其周邊區(qū)域的構(gòu)筑物情況 注漿方案的選擇注漿標(biāo)準(zhǔn)的確定邊坡注漿位置的確定漿液的配方設(shè)計(jì)鉆孔的布置與注漿壓力的確定注漿后的邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算 1 4注漿加固設(shè)計(jì) 注漿加固設(shè)計(jì)前而言 注漿法的設(shè)計(jì)和施工還存在很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性 邊坡注漿加固可按下方案選擇 注漿標(biāo)準(zhǔn)注漿標(biāo)準(zhǔn)是指注漿后應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 在邊坡工程中 由于邊坡的地質(zhì)條件千差萬(wàn)別 穩(wěn)定性差異較大 因而很難規(guī)定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 基本原則是要求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到公路規(guī)范的規(guī)定 一般而言 可以根據(jù)邊坡的地質(zhì)情況和要求的穩(wěn)定性反求邊坡巖土體的強(qiáng)度參數(shù) c 值 以該強(qiáng)度參數(shù)作為對(duì)邊坡注漿加固設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn) 注漿材料及配方設(shè)計(jì)原則1 劈裂注漿法的漿液材料可選用以水泥為主劑的懸濁液 也可選用水泥和水玻璃的雙液型混合液 2 用作防滲堵漏的漿液可選用水玻璃 水玻璃與水泥的混合液或化學(xué)漿液 3 壓密注漿可選用低坍落度的水泥砂漿 4 動(dòng)水情況下的堵漏注漿宜采用雙液注漿或其它初凝時(shí)間短的速凝配方 5 在有地下動(dòng)水流的情況下 不宜采用單液水泥漿等初凝時(shí)間長(zhǎng)的漿液 漿液使用的原材料及制成的漿體應(yīng)符合下列要求 1 制成的漿體應(yīng)能在設(shè)計(jì)要求的時(shí)間內(nèi)凝固 其本身的強(qiáng)度 防滲性和耐久性應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)要求 2 漿體在凝固后其體積不應(yīng)有較大的收縮率 一般應(yīng)小于3 體積量 3 所制成的漿體在1小時(shí)內(nèi)不應(yīng)發(fā)生析水現(xiàn)象 為了改善漿液性能 根據(jù)工程需要可在漿液拌制時(shí)加入早強(qiáng)劑 減水劑 微膨脹劑 抗凍劑 緩凝劑等外加劑 摻加量可參考產(chǎn)品說(shuō)明并應(yīng)作相關(guān)試驗(yàn)確定 漿液的擴(kuò)散半徑的確定及注漿孔平面布置漿液擴(kuò)散半徑與漿液的流動(dòng)性和膠凝時(shí)間 注漿壓力 注漿量 注漿時(shí)間等因素有關(guān) 其確定方法包括理論公式計(jì)算 經(jīng)驗(yàn)判斷和現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn) 由于地層條件的復(fù)雜性 理論公式計(jì)算時(shí)采用的參數(shù)很難符合實(shí)際情況 所以在沒(méi)有足夠施工經(jīng)驗(yàn)的條件下 推薦采用現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)方法確定漿液擴(kuò)散半徑 在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)時(shí)要選擇不同特點(diǎn)的地基 最好采用多種注漿方法 以求得不同條件下的漿液擴(kuò)散半徑 現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)常采用三角形布孔或矩形布孔的方式 如圖所示 注漿試驗(yàn)結(jié)束后可通過(guò)以下方法評(píng)價(jià)漿液擴(kuò)散半徑 1 鉆孔壓水或注水 求出注漿體的滲透性 2 鉆孔取樣 檢查空隙充漿情況 3 用大口徑鉆井或人工開(kāi)挖豎井 肉眼觀察地層充漿情況 并取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究 考慮到地基土的不均勻性 在確定設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑時(shí)要注意選取符合設(shè)計(jì)要求的 在多數(shù)條件下可以達(dá)到的擴(kuò)散距離 確定了漿液擴(kuò)散半徑后 即可設(shè)計(jì)注漿孔布置 注漿孔的布置應(yīng)能使被加固土體在平面和深度范圍內(nèi)連成一個(gè)整體 在一般情況下 用作防滲的注漿應(yīng)設(shè)置不少于3排的注漿孔 多排孔的布置以梅花形布孔為宜 注漿孔間距可按0 8 1 2m范圍設(shè)計(jì) 用作提高土體強(qiáng)度的劈裂注漿孔間距可按1 0 2 0m范圍設(shè)計(jì) 壓密注漿在選用落度較小的水泥砂漿時(shí) 注漿孔間距可按理論球狀漿體直徑的2 5倍設(shè)計(jì) 灌漿壓力的確定滲透注漿的最大容許注漿壓力推薦采用注漿試驗(yàn)曲線確定 即在注漿試驗(yàn)過(guò)程中 逐步提高注漿壓力 求得壓力和流量關(guān)系曲線 如右圖所示 當(dāng)壓力升到某一數(shù)值 pf 時(shí) 注漿流量突然增大 表明地層已產(chǎn)生劈裂 因而把這一壓力值作為確定最大容許注漿壓力的依據(jù) 在缺乏試驗(yàn)資料或在進(jìn)行注漿試驗(yàn)前需預(yù)定一個(gè)試驗(yàn)壓力值時(shí) 也可根據(jù)以下砂礫地基注漿的經(jīng)驗(yàn)公式確定 pe c 0 75T K h 或 pe T cK h式中 pe 容許注漿壓力 100kPa c 與注漿期次有關(guān)的系數(shù) 第一期孔c 1 第二期c 1 25 第三期孔c 1 5 T 地基覆蓋層厚度 m K 與注漿方式有關(guān)的系數(shù) 自上而下注漿時(shí)K 0 8 自下而上時(shí)K 0 6 與地層性質(zhì)有關(guān)的系數(shù) 可在0 5 1 5之間選擇 結(jié)構(gòu)疏松 滲透性強(qiáng)的地層取低值 結(jié)構(gòu)緊密 滲透性弱的地層取高值 h 注漿段至地面深度 m 系數(shù) 在1 3之間選擇 地面以下 注漿段以上土層的重度 2 巖石注漿壓力式中 容許注漿壓力 D 注漿段深度 表面段容許注漿壓力 m 注漿段每加深1m容許增加的應(yīng)力 可見(jiàn)下表 1 5邊坡注漿加固技術(shù)的施工1 5 1注漿施工前期工作 施工前的原位現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)原位注入試驗(yàn)制定施工計(jì)劃1 5 2注漿施工管理在暫行準(zhǔn)則中對(duì)工法的選擇 設(shè)計(jì) 施工和水質(zhì)監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目做了如下規(guī)定1 注漿法中使用的漿液 目前為水玻璃類漿液 不允許使用有毒或者氟化物 2 關(guān)于注漿法的設(shè)計(jì)和施工 要求注漿地點(diǎn)周圍的地下水和公共水域應(yīng)維持在一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)切實(shí)掌握該地區(qū)地層的性質(zhì) 地下水位和公共水域等狀況 3 注入機(jī)器的清洗水 注漿注入地點(diǎn)的涌水等廢水排向公共水域時(shí) 其水質(zhì)必須達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) 4 為了防止注漿造成的地下水和公共水域的水質(zhì)污染 施工單位必須監(jiān)視注漿周圍的地下水位和公共水域的水質(zhì)污染狀況 在邊坡加固中如采用純水泥漿液 則上述問(wèn)題就可以避免 1 5 3注漿施工的常