巖土工程特殊施工技術(shù)降水凍結(jié)法注漿旋噴樁

巖土工程特殊施工技術(shù)降水凍結(jié)法注漿旋噴樁第一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第一講地下水

目前，水資源嚴(yán)重短缺，是世界性的難題。這不是我們研究的范疇，而是研究地下水的另一面，即地下水對(duì)土建工程的影響和危害。地下水對(duì)地下工程（深基坑、橋基、路基及礦山建設(shè)、城市管線(xiàn)附設(shè)等）設(shè)計(jì)方案、施工方法與工期、工程投資以及工程長(zhǎng)期使用都有著十分密切的關(guān)系。如果對(duì)地下水處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生不良影響，甚至發(fā)生重大工程事故。例如（思考題）：市政管線(xiàn)、橋基、路基（翻漿）。地下工程特殊施工方法大都針對(duì)如何處理地下水或減少其對(duì)工程的危害而相應(yīng)產(chǎn)生的，是地下建筑施工的重要組成部分。一、地下水的分類(lèi)地下水按埋藏條件不同，分為三類(lèi)，如圖1-1所示。

第二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日海（江、河）潛水位第一隔水層承壓水透水層局部隔水層地下通道上層滯水C*A*

B*圖1-1地下水埋藏條件示意圖第三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日1上層滯水地表水下滲，積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水，稱(chēng)為上層滯水。這種水靠雨水補(bǔ)給，有季節(jié)性，存在于雨季，旱季可能干涸。勘察時(shí)，應(yīng)注意與潛水區(qū)分。2潛水（凈壓水）埋藏在地表以下第一個(gè)連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的重力水，稱(chēng)為潛水。其自由水面為潛水面，水面標(biāo)高稱(chēng)為地下水位。地面至潛水面的鉛直距離稱(chēng)為地下水的埋藏深度。潛水由雨水與河水補(bǔ)給，水位也有季節(jié)性變化。地下水埋藏深度各地區(qū)相差較大，如南方一些地區(qū)不足1m，西北黃土高原深達(dá)100~200m。3承壓水埋藏在兩個(gè)連續(xù)分布的隔水層之間，完全充滿(mǎn)的有一定壓力的地下水，稱(chēng)為承壓水。如打穿承壓水上面的第一隔水層，則承壓水因有壓力而上涌，壓力大時(shí)可以噴出第四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日地面。對(duì)于礦山工程中的立井，深度達(dá)幾百米至千米，在施工過(guò)程中可能穿過(guò)多個(gè)承壓含水層，應(yīng)引起足夠重視。思考：

1.試舉例說(shuō)出上述三類(lèi)地下水（湖水、井水、泉水及江河）。

2．計(jì)算水壓力：A點(diǎn)、B點(diǎn)及C點(diǎn)。

3．不同地下水對(duì)地下工程的危害。如地下通道經(jīng)過(guò)A點(diǎn)、B點(diǎn)及C點(diǎn)時(shí)。第五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日二.人工降低水位法

降低水位法分明排法和人工降低水位法。明排法是在基坑開(kāi)挖至地下水位時(shí)，在基坑周?chē)鷥?nèi)基礎(chǔ)范圍以外開(kāi)挖排水溝或在基坑開(kāi)挖排水溝。相隔一定距離設(shè)集水井，地下水沿排水溝流入集水井，然后用水泵將水抽走。流砂去了水，好象老虎去了腿明排法是一種簡(jiǎn)單的地下水處理法，當(dāng)?shù)叵滤畨狠^大而又為細(xì)粉砂時(shí)，采用明排法往往會(huì)發(fā)生涌砂冒泥即流砂現(xiàn)象，難以施工。此時(shí)應(yīng)采用人工降低地下水位方法。

第六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日1、方法實(shí)質(zhì)人工降低地下水位，就是在井筒或地下工程基坑開(kāi)挖前，預(yù)先在其四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管或井，用抽水設(shè)備抽水，形成聯(lián)合降水漏斗，使地下水位降落到坑底以下，同時(shí)在開(kāi)挖過(guò)程中仍不斷抽水。從根本上防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生，改善了工作條件，同時(shí)由于土中水被排除后，動(dòng)水壓力減少或消除，邊坡可以放陡，減少挖土量。此外，由于滲流向下，在動(dòng)水壓力的作用下，增加了土顆粒間的壓力，使坑底土層更為密實(shí)。人工降低地下水位方法有：輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)，電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)及深井泵井點(diǎn)等，可根據(jù)土的滲透系數(shù)、要求降低水位的深度、工程特點(diǎn)及設(shè)備條件等。

第七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2、輕型井點(diǎn)系統(tǒng)輕型井點(diǎn)就是沿基坑四周將許多根直徑較細(xì)的井點(diǎn)管埋入地下含水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過(guò)彎管與總管相連接，用抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)管內(nèi)不斷抽出，這樣便可將原有地下水降至坑底以下。輕型井點(diǎn)布置，見(jiàn)圖１－２所示。

第八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

輕型井點(diǎn)包括由井點(diǎn)管、總管組成的管路系統(tǒng)和抽吸設(shè)備兩大部分。井點(diǎn)管長(zhǎng)5~8m，直徑38~50mm的鋼管做成。濾管長(zhǎng)1~2m，直徑同井管，管壁鉆有直徑38~50mm的濾孔，按梅花狀排列，濾孔總面積與濾管表面積之比約為20~25%。

第九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日3、噴射井點(diǎn)系統(tǒng)當(dāng)基坑開(kāi)挖深度或降水深度超過(guò)6m時(shí)，上述輕型井點(diǎn)必須采用多層井點(diǎn)，但增加了挖土量與設(shè)備數(shù)量，有時(shí)因場(chǎng)地狹小，不可能布置。此時(shí)可考慮采用噴射井點(diǎn)。噴射井點(diǎn)系統(tǒng)布置，見(jiàn)圖7-7所示。

第十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日噴射井點(diǎn)系統(tǒng)除抽水原理與輕型井點(diǎn)系統(tǒng)不同外，兩者的布置基本相同。其工作原理是：高壓水泵將具有一定壓力(7~8kg/cm2)的工作水通過(guò)供水總管分配到各個(gè)井點(diǎn)管，從各個(gè)井點(diǎn)管的內(nèi)管與外管之間的環(huán)形空腔入進(jìn)水窗，由噴嘴噴出。因噴射水流流速急劇增加，壓力水頭相應(yīng)降低，吸走周?chē)諝舛纬筛叨日婵?700mm以上)。管內(nèi)外的壓力差將地下壓力水吸入井管。地下水及一部分空氣通過(guò)濾網(wǎng)，從濾管中的芯管上升至揚(yáng)水器，經(jīng)過(guò)噴嘴兩側(cè)與噴射出來(lái)的高速水流一起進(jìn)入混合室，并在混合室中混合，進(jìn)行能量交換，流速逐漸減小，由流速水頭逐漸變?yōu)閴毫λ^，地下水被排至地面，并經(jīng)排水總管進(jìn)入集水池重新參與工作循環(huán)，多余的水被排走。

第十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日4、管井井點(diǎn)和深井泵井點(diǎn)在遇有流砂，特別是地下水充沛的土層，宜用管井井點(diǎn)或深井泵井點(diǎn)，兩者與輕型井點(diǎn)的不同之處是每個(gè)井點(diǎn)均單獨(dú)采用一臺(tái)泵，而后者是將泵放置在井管中。井點(diǎn)布置，見(jiàn)圖7-8及圖7-9所示。

第十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日5、電滲井點(diǎn)在飽和的粘性土中，由于土的透水性差(滲透系數(shù)小于0.1m/d)，用一般的抽水方法很難抽出地下水，因此，必須用電滲井點(diǎn)排水。

19世紀(jì)初，列斯用直流電通過(guò)含水土?xí)r，發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)現(xiàn)象。電動(dòng)主要包括電滲和電泳兩種現(xiàn)象。在飽和粘土中插入兩根電極，通過(guò)直流電，則陽(yáng)極周?chē)耐林兴畷?huì)向陰極流動(dòng)，土中細(xì)顆粒向陽(yáng)極移動(dòng)或壓密，前者稱(chēng)電滲現(xiàn)象，后者稱(chēng)電泳現(xiàn)象。第十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日分減少，陰極處則增加。因此，電滲現(xiàn)象在粘土顆粒含量多且含水量大的飽和土層較顯著，若含水量接近塑性限界，則電滲現(xiàn)象很弱。電泳現(xiàn)象是帶負(fù)電荷的土顆粒由陰極向陽(yáng)極移動(dòng)，對(duì)土層起固結(jié)作用，從而對(duì)軟土地基有加強(qiáng)作用。電滲井點(diǎn)布置，（金屬棒——鋼筋和井點(diǎn)管的陰陽(yáng)極）。問(wèn)題：降水方法的優(yōu)化選擇、降水對(duì)周邊建筑的影響。第十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日三.板樁法當(dāng)通過(guò)厚度不大的松軟巖層或不穩(wěn)定含水層的地下工程施工中，可采用板樁法施工。板樁法的實(shí)質(zhì)是在地下工程尚未開(kāi)挖前，在其開(kāi)挖范圍以外，將板樁依次打入，穿過(guò)不穩(wěn)定含水層，插入到隔水層一定深度（即預(yù)先在地下構(gòu)筑防水帷幕）。此后，在板樁的臨時(shí)支護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖與砌筑作業(yè)。條件：厚度不大（含水層厚度大，板樁未插入隔水層會(huì)發(fā)生何情況）、不含漂石、探頭石等。問(wèn)題：地質(zhì)條件、水平抗力、封底。第十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第二講

凍結(jié)法

凍結(jié)法是通過(guò)人為制冷的方法，將土層（巖層）中的水凍結(jié)，形成有一定強(qiáng)度和厚度的凍結(jié)體（臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)），在其保護(hù)下進(jìn)行巖土開(kāi)挖的特殊施工方法。它是受自然法的啟發(fā)發(fā)展起來(lái)的，人工凍結(jié)法和液氮或干冰（固體CO2）。下面簡(jiǎn)單介紹各方法的實(shí)質(zhì)。1。自然凍結(jié)法來(lái)自西伯利亞河床下金礦開(kāi)采。（包括直接凍結(jié)和木垛加碎石凍結(jié)）

第十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日自然凍結(jié)厚度木垛流動(dòng)水流砂層礦床碎石2-2木垛加碎石凍結(jié)示意圖圖2-1直接凍結(jié)示意圖第十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2．人工凍結(jié)法（壓縮機(jī)制冷）

即采用人工制冷的方法（如冰箱、冷凍機(jī)等），將巖土凍結(jié)。制冷的主要設(shè)備如下：

壓縮機(jī)

冷凝器（蒸發(fā)器）

調(diào)節(jié)閥如何將以上四種設(shè)備組成制冷系統(tǒng)。？關(guān)鍵是兩個(gè)要點(diǎn)：物質(zhì)的狀態(tài)變化伴隨熱量的傳遞，二是熱的傳遞規(guī)律（第二定律）。11）

熱量傳遞

吸熱

吸熱固態(tài)

液態(tài)

汽態(tài)（如水）

放熱放熱

第二十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

現(xiàn)象：室內(nèi)噴水、涼水、酒精、丙酮擦身，立冬溫、開(kāi)春冷等。制冷的過(guò)程也就是利用某種特定的物質(zhì)的狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種物質(zhì)叫制冷劑。從上式分析，水變汽吸熱（100度），能做制冷劑嗎。必須是汽化溫度低于0度（必要條件），這類(lèi)物質(zhì)很多，常用的有：氨（一個(gè)大氣壓下，汽化溫度—35℃）、液氮——制氧副產(chǎn)品—195℃、CO2—78℃、氟里昂—30℃等。人為造成這類(lèi)物質(zhì)狀態(tài)變換機(jī)制，即能實(shí)現(xiàn)制冷。如何構(gòu)建這種機(jī)制，這就是第二個(gè)問(wèn)題。熱量從高溫?zé)嵩吹降蜏責(zé)嵩磦鬟f是熱力學(xué)第二定律。我們的目的是將熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f，如何實(shí)現(xiàn)，這就是熱力學(xué)第二定律，外界作功。以氨為例說(shuō)明制冷過(guò)程（地層或冰箱）——設(shè)備連接圖和壓焓圖。

第二十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日冷卻水循環(huán)——去冷水塔（+25℃）p冷媒劑循環(huán)（-30℃）供液管凍結(jié)管回液管12３３｀圖2-3凍結(jié)系統(tǒng)示意圖壓-焓圖i凍土冷媒劑（鹽水）4214３｀3

制冷（劑）循環(huán)

第二十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2）制冷、凍結(jié)原理飽和蒸汽氨（-35℃）由1進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)對(duì)其作功，飽和蒸汽氨變成過(guò)熱蒸汽氨（+120℃），沿等熵線(xiàn)到達(dá)2；過(guò)熱蒸汽氨等壓進(jìn)入冷凝器，與冷卻水進(jìn)行熱交換，轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽氨（+30℃），到達(dá)3｀（+30℃）為飽和液態(tài)，繼續(xù)冷卻變?yōu)檫^(guò)冷液態(tài)3（+25℃），經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥，等焓降壓到4，進(jìn)行汽化，同時(shí)吸收周?chē)橘|(zhì)（冷媒劑）的熱量，到達(dá)1（-35℃），至此完成一次制冷循環(huán)，周而復(fù)始，達(dá)到制冷的目的。鹽水（冷媒劑）在蒸發(fā)器內(nèi)，吸收氨氣的冷量，低溫鹽水由鹽水泵，有供液管進(jìn)入凍結(jié)管，與巖土進(jìn)行熱交換后進(jìn)入回液管，再回到蒸發(fā)器，完成一次鹽水循環(huán)。循環(huán)的結(jié)果，鹽水不斷吸收巖土的熱量使其凍結(jié)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)的凍土厚度。

第二十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日人工凍結(jié)熱量傳遞的途徑是：巖土（凍土）→鹽水→氨→冷卻水→大自然。作功冷源熱源3）液氮或干冰（固體CO2）直接凍結(jié)

根據(jù)上述原理即不難理解液氮或干冰（固體CO2）直接凍結(jié)，它是針對(duì)一些局部的工程量不大的制水工程（成本高）。固體CO2可以直接汽化（密封高壓），液氮可直接汽化。（與打火機(jī)同理）問(wèn)題：體溫混凝土強(qiáng)度研究、斷管問(wèn)題、凍脹壓力、溫度場(chǎng)、支護(hù)結(jié)構(gòu)、混凝土裂縫等。

第二十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第三講

水（泥漿）下澆注混凝土技術(shù)一．應(yīng)用情況此法引自水電部門(mén)，在水庫(kù)壩堤的防滲工程中稱(chēng)其為“地下防滲墻”，水下筑墻、樁基、墩臺(tái)基礎(chǔ)、邊坡穩(wěn)定等常用此法。建筑部門(mén)用此法構(gòu)筑地基基礎(chǔ)，稱(chēng)之為“地下連續(xù)墻”。

第二十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日已有建筑擬建建筑已有建筑連續(xù)墻滑動(dòng)面邊坡防滲墻基巖壩堤已有建筑

圖3-1水下（泥漿下）澆注混凝土應(yīng)用事例

擬建建筑

已有建筑

第二十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日二．特點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備少、施工安全、質(zhì)量可靠。適用有于松軟的穩(wěn)定土層，不應(yīng)有大的卵石、漂石。技術(shù)關(guān)鍵是：槽孔施工、泥漿下澆注混凝土及接頭的處理。三．泥漿護(hù)壁原理一般地，在槽孔施工中為了維護(hù)槽孔的形態(tài)（不塌孔），必須采取維護(hù)措施，一般采取水或泥漿護(hù)壁，即在造孔的過(guò)程中，始終保持孔內(nèi)充滿(mǎn)泥漿，泥漿的作用除了平衡土壓（水壓）力外，泥漿中的顆粒還充填了土的裂隙或孔隙，起到維護(hù)槽壁的作用。

槽孔形成后，將泥漿排凈后可見(jiàn)槽壁表面有一層“泥皮”，有的泥皮薄而韌，而有的則厚而松。就是這層薄而韌的泥皮起著隔離和保護(hù)槽壁的作用（相當(dāng)于“噴層”），那么，泥皮是如何形成的？

第二十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日泥皮PJPN圖3-2泥漿護(hù)壁原理示意圖

第二十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日四．壓氣洗孔原理

在水（泥漿）下，如何將鉆鑿下來(lái)的土體運(yùn)出地面？通常采用壓氣排碴的方法，其原理如下：

γxyH0鉆桿Lw鉆頭壓氣管壓氣排液器

圖3-3壓氣洗孔原理示意圖γxh

γh

第二十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日在鉆桿內(nèi)放入壓氣排液器。h——揚(yáng)程；H0————排液器置入深度；Lw————尾管長(zhǎng)度；γx——泥漿比重；γh——三相混合體比重；γxy——二相混合體比重。未通壓氣前：γx=γh=γxy（均為泥漿），系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。通壓氣后：γx不變，γh下降，γxy上升，系統(tǒng)平衡打破，呈現(xiàn)以下?tīng)顟B(tài)：γxy>γx>γh由于壓縮空氣進(jìn)入鉆桿，比重降低，在鉆頭底部形成負(fù)壓，盡而產(chǎn)生液體流動(dòng)，洗井液帶動(dòng)巖碴進(jìn)入鉆頭、鉆桿，最終排出地面，流入沉淀池凈化。同時(shí)，地面泥漿系統(tǒng)不斷向井內(nèi)補(bǔ)充新的泥漿，確保泥漿面水平不變。這里γh是變量，隨著氣泡的上升，氣泡逐漸變大，γh變小，流速增大。

第三十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日五．泥漿下灌注混凝土1．泥漿下灌注混凝土的實(shí)質(zhì)

（1）沿槽孔的長(zhǎng)度方向布置若干垂直導(dǎo)管；（2）把地面配置好的混凝土同時(shí)注入導(dǎo)管；3）隨著混凝土頂面的上升，頂出泥漿（進(jìn)入地面泥漿池參與循環(huán)），同時(shí)提拔導(dǎo)管，直至混凝土灌滿(mǎn)整個(gè)槽段。

問(wèn)題：接頭問(wèn)題？

圖3-4泥漿下灌注混凝土示意圖混凝土導(dǎo)管泥漿槽孔第三十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2．

泥漿下灌注混凝土的施工要點(diǎn)（1）管底部高出基底300~500mm，頂部高出泥漿面一定高度；（2）隨著混凝土面的上升，不斷提、拆導(dǎo)管，但必須保證其埋在混凝土一定的深度以防提漏；（3）開(kāi)始灌注時(shí)導(dǎo)管內(nèi)必須放置隔水栓，以防止混凝土與泥漿的混合；（4）確定拔管時(shí)間，即不能過(guò)早也不能過(guò)晚；（5）混凝土必須連續(xù)一次澆注完畢，尤其是澆注開(kāi)始，必須一次埋住導(dǎo)管。第三十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日3.漿下混凝土的流動(dòng)規(guī)律

混凝土在不同的超壓力的作用下，呈不同的流動(dòng)狀態(tài)（規(guī)律），而不同的流動(dòng)狀態(tài)，直接影響混凝土的成型質(zhì)量，一般的混凝土在泥漿下可能呈現(xiàn)以下?tīng)顟B(tài)：

⑴⑶⑵⑵（1）⑵⑶（1）⑶圖3-5漿下混凝土的流動(dòng)規(guī)律

第三十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日4.混凝土的技術(shù)要求泥漿下澆注混凝土是通過(guò)在導(dǎo)管內(nèi)靠自重下流、在超壓力作用下向兩側(cè)擴(kuò)散、頂升等環(huán)節(jié)完成的，因此與一般的混凝土澆注有所不同，要求混凝土有好的流動(dòng)性（不堵管、能流暢的擴(kuò)散及頂升），好的和易性（流動(dòng)時(shí)不離析、穩(wěn)定性好），在配比方面要保證混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性。一般的，混凝土的流動(dòng)性和和易性是對(duì)立的，解決的辦法是填加外加劑（如減水劑、緩凝劑，或適當(dāng)增加水泥的用量。5.直升導(dǎo)管法幾個(gè)參數(shù)的確定按泥漿下澆注混凝土的實(shí)質(zhì)及施工要點(diǎn)的要求，有以下幾個(gè)參數(shù)需要確定：h1—導(dǎo)管高出泥漿面的最小距離；h—導(dǎo)管埋入混凝土的最大深度；L—導(dǎo)管間距。h1hγ2γ1

h2p第三十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日(1).h1的確定根據(jù)壓力平衡關(guān)系，可得導(dǎo)管出口處的超壓力p：p=γ1*h1+(γ1-γ2)*h2從上式便可得到h1。混凝土順利擴(kuò)散的基本條件是超壓力p≥0，但是由于混凝土為多相流體，p>k(k>0).（2）導(dǎo)管間距的確定一般地，導(dǎo)管的間距越小，混凝土的上升越平穩(wěn)、越均勻，否則混凝土上升表面坡度大，易將泥漿卷入混凝土。但同時(shí)灌注的導(dǎo)管多，灌注過(guò)程控制困難，目前還無(wú)理論計(jì)算方法，可按經(jīng)驗(yàn)，一般取3~3.5m。(3).管埋入深度的確定如果將混凝土視為理想流體，從理論上講p>0即可流動(dòng)，但混凝土為多相流體，其力學(xué)特征隨時(shí)間變化。如果導(dǎo)管埋的過(guò)深，則灌注困難（超壓力小、下部可能初凝），過(guò)淺則可能出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象，該問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行理論試驗(yàn)研究，一般的取1.5~2.5m.第三十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日六.接頭處理技術(shù)一個(gè)完整的地下連續(xù)墻是有若干個(gè)槽段組成的，問(wèn)題是如何將槽段與槽段連接成一個(gè)整體，使其即防滲，又有一定的連接強(qiáng)度，這就是接頭的處理問(wèn)題。接頭的形式有多種，一般的有以下幾種：（1）弧型接頭

ⅠⅡ

弧型接頭（Ⅰ——第一槽段；Ⅱ——第二槽段）利用弧型鉆頭造孔，該接頭即承壓又抗?jié)B，是較理想的接頭方式，問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)該接頭？（加一鉆）

第三十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）直線(xiàn)型接頭

Ⅰ Ⅱ

該接頭形式利用矩形鉆頭（抓斗）造孔，即不穩(wěn)定，也不抗?jié)B，易造成兩槽段間不連續(xù)，達(dá)不到抗?jié)B加固的目的，一般不宜采用。澆注混凝土之前，在形成的槽段兩端，放置形狀適宜的隔板（鋼板、預(yù)制鋼筋混凝土隔板等），固定后建筑混凝土。

該接頭的技術(shù)關(guān)鍵是，要求有一定剛度的隔板，安裝時(shí)不偏寫(xiě)斜、不扭轉(zhuǎn)。

（3）隔板接頭

隔板第三十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日（4）間隔接頭 間隔接頭

Ⅰ Ⅱ

（1） （2） （3）

導(dǎo)向孔分別或同時(shí)構(gòu)造Ⅰ、Ⅱ槽段并澆注混凝土（1）；在兩槽段中間鉆導(dǎo)向孔（2）；利用雙反弧沖擊鉆頭造孔并澆注混凝土，實(shí)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ槽段的連接。（5）預(yù)留法接頭見(jiàn)圖*所示，該法要點(diǎn)為：在混凝土澆注之前，預(yù)先在槽段的兩端下放接頭管，邊澆注混凝土邊拔導(dǎo)管，最后形成凹型的連續(xù)墻兩側(cè)端頭。問(wèn)題：接頭結(jié)構(gòu)形式、提拔力的確定、提拔時(shí)間的確定等。

間隔接頭

第三十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日接頭管圖3-5預(yù)留法接頭示意圖

第三十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日注漿理論與實(shí)踐

第四講：概論一．注漿技術(shù)的提出地下工程施工（地表以下各類(lèi)建筑物與結(jié)構(gòu)物的總稱(chēng)）與地面建筑施工相比更多地受到地質(zhì)與水文地質(zhì)的影響，增加了工程的難度，延誤工期、加大成本。在施工中經(jīng)常遇到以下問(wèn)題：

1.涌水（冒水）：如深基坑開(kāi)挖（也可通過(guò)地面井點(diǎn)排水解決）、地鐵、隧道工程、人防工程、礦山井巷工程、露天開(kāi)采工程、地下商業(yè)街等，施工中常常遇到涌水問(wèn)題，無(wú)法正常施工。這些地下水可分為靜水（自然水頭）、動(dòng)水（地下暗河）、承壓水（隔水層）。巖土開(kāi)挖后，地下水由于失去平衡而沿著巖層的裂隙或土層的空隙涌入地下空間，危機(jī)人身安全。

第四十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2．

漏（滲）水：地下結(jié)構(gòu)施工或竣工使用后，在地下水頭的作用下，地下水會(huì)沿著結(jié)構(gòu)縫、施工縫或質(zhì)量薄弱部（在水環(huán)境下難以保證施工質(zhì)量）位漏（滲）入地下空間。如地鐵、隧道、地下室、壩體漏（滲）水、礦山井巷、洞室等，也可以通過(guò)敷設(shè)隔水層加以解決。3．

沉降與失穩(wěn)：受軟巖、地下降水或人為擾動(dòng)的影響，建筑物可能產(chǎn)生沉降甚至失穩(wěn)，如比薩斜塔、西安大雁塔等；建筑物倒塌事故（平均每天一棟，80%以上是基礎(chǔ)的處理不當(dāng)或未處理所造成的）；地下空間開(kāi)挖后的塌落（冒頂或片邦）；路基路面的突起或塌陷等。第四十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日．二.注漿法的含義及其應(yīng)用1．注漿法的含義及其工藝過(guò)程含義：就是將可凝固的漿液在注漿壓力的作用下，注入到巖層的裂隙或土層的孔隙中，用以堵水或加固（通俗地講就像醫(yī)生給病人注射液體類(lèi)似---血管既裂隙，不同的是注入的材料不同，否者即為人為“血栓”。注漿法的關(guān)鍵是可凝固的漿液（注漿材料）和有一定的注漿壓力。工藝過(guò)程：漿液配制同時(shí)鉆孔和注漿設(shè)備安裝→壓水實(shí)驗(yàn)→注漿→壓水→質(zhì)檢→施工。

第四十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-1注漿工藝過(guò)程示意圖第四十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2．注漿的目的及其應(yīng)用注漿的目的在于堵水、加固或二者兼有之，實(shí)質(zhì)是人為地改變客觀(guān)的地質(zhì)環(huán)境。如地下工程的堵水加固工程、壩體防滲工程、山體護(hù)坡（邊坡穩(wěn)定）工程、建筑基礎(chǔ)（房屋、橋梁等）加固工程及路基加固工程等。第四十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

三．注漿基本理論（一）。注漿堵水（加固）原理

(A).滲流注漿原理（即巖層裂隙中的擴(kuò)散規(guī)律---充塞作用）在巖層裂隙注漿中常用單液水泥漿或水泥---水玻璃漿。水泥漿屬于懸濁液的非穩(wěn)定材料（靜放后有沉降），水泥漿在巖層裂隙中的流態(tài)是由紊流變?yōu)閷恿?，在層流狀態(tài)下固體顆粒沉降而產(chǎn)生充塞作用（紊流狀態(tài)中固體顆粒呈脈動(dòng)流動(dòng)，使其保持懸浮狀態(tài)，層流狀態(tài)中固體顆間無(wú)交換現(xiàn)象，顆?？孔灾叵侣?，沉積凝固）。如何判定紊流還是層流?一般地采用流體力學(xué)中的雷諾數(shù)作為判定的依據(jù)：Re=V.de.ρ/μc=V.2h.γ/μc.g式中V——平均速度；

de——裂隙相當(dāng)直經(jīng)；

h——裂隙開(kāi)度；

ρ——漿液密度；

第四十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

γ——漿液容重；

g——重力加速度;μc——液體有效粘度。

層流：Re≤2100V.h小時(shí)

對(duì)于粘塑體漿液：

紊流:Re≮2100V.h大時(shí)流速與注漿壓力關(guān)系密切，在一定過(guò)水?dāng)嗝?，注壓大、流速高，但是隨著液流長(zhǎng)度的增加壓力減弱（克服裂隙的摩阻力）、流速降低、Re減小，即漿液由紊流變?yōu)閷恿?，水泥顆粒開(kāi)始沉降?？梢猿霈F(xiàn)以下不同階段：

第四十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-2滲流——堵塞過(guò)程示意圖

PrPv(a)(b)(d)

(c)第四十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日(a)階段：漿液在注漿壓力作用下通過(guò)注漿孔進(jìn)入巖層裂隙，此時(shí)注漿壓力必須大于水壓力。壓力（Pa）、流速（Vk）沿流程逐漸降低，流速分布如圖（沿壁V=0）；(b)階段：上部水泥顆粒降入中區(qū)被帶走，下部沉積，故過(guò)漿斷面縮小，壓力、流速增加，但不足以將全部沉積物帶走；(c)階段：在這些沉積物的后面，壓力、流速突然減低，并在其后發(fā)生新的沉積；(d)階段：隨著沉積床的增大，流量減少、壓力增大，沉積床上端發(fā)生沉積，直到整個(gè)鉆孔，至此完成裂隙全過(guò)程充塞過(guò)程。

第四十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

注漿是一項(xiàng)隱蔽工程，即看不見(jiàn)摸不著，上述過(guò)程是理論分析的結(jié)果，反映在注漿壓力、漿液流量的變化（可控變量）見(jiàn)下圖。

圖4-3滲流注漿P---t曲線(xiàn)tPQmin

P0第四十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日注意的幾個(gè)問(wèn)題：*漿液的凝膠時(shí)間（時(shí)間的長(zhǎng)與短均是不允許的）；*不能立即卸壓（待結(jié)石體有一定強(qiáng)度）。(B).管道（割裂或脈狀）注漿粘土層或細(xì)砂土層的擠壓加固注漿（利用化學(xué)漿或磨細(xì)水泥高壓注漿）。在注漿過(guò)程中，首先是孔隙水被排除，漿液擠入孔隙并沿薄弱部位壓出一樹(shù)狀通道，隨著漿液的不斷擴(kuò)散，土層的密實(shí)性、抗?jié)B性穩(wěn)定性增加（枝體間的土體被壓密、枝體為“筋體”）,形成有一定強(qiáng)度的復(fù)合體，見(jiàn)圖4-4。第五十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日（C）。滲透注漿（均勻擴(kuò)散）在流砂層、粗砂層，采用單液水泥漿、化學(xué)漿、或磨細(xì)水泥漿，高壓注入。過(guò)程為：均勻排水、漿液擴(kuò)散、擠壓、密實(shí)，形成固砂體。

圖4-4管道注漿原理圖

第五十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）。注漿參數(shù)的基本方程（均勻土層）滲流微分方程：

Qo=Kf.W/(dp/dr).μ式中Qo——注入量；

Kf——砂層滲透系數(shù)；

μ——漿液動(dòng)力粘度；

W——柱體表面積.（三）。注漿參數(shù)注漿參數(shù)包括注漿壓力（Po）、注入量（Qo）、擴(kuò)散半徑等，是控制施工、保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵，后面有專(zhuān)門(mén)論述。

圖4-5滲透注漿原理圖

第五十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

四．注漿技術(shù)所涉及的主要技術(shù)問(wèn)題1.

地質(zhì)及水文地質(zhì)影響地質(zhì)及水文地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，注漿工程施工前，科學(xué)準(zhǔn)確地探測(cè)、分析研究地質(zhì)及水文地質(zhì)狀況（如含水量、賦存深度、水壓、水質(zhì)、裂隙產(chǎn)狀、孔隙率等）是保證注漿效果、甚至是工程成敗的關(guān)鍵。目前的探測(cè)手段（抽、壓水、超聲波等）可靠度低（30%左右），對(duì)工程造成極大的被動(dòng)。2.注漿材料的影響注漿材料是注漿技術(shù)的主體，注漿材料的性能直接影響注漿效果及注漿成本（注漿材料占注漿總成本的40%~70%，材料從幾公斤~幾千噸，價(jià)格從幾百元/噸~幾十萬(wàn)元？噸）。同時(shí)對(duì)注漿技術(shù)的發(fā)展起主導(dǎo)作用。對(duì)注漿材料的總要求體現(xiàn)在“三性”的控制上，即可注性、可控性和抗?jié)B性。第五十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日l(shuí)可注性是指漿液的流動(dòng)性好（粘度小）、滲透能力強(qiáng)；l可控性是指漿液凝膠時(shí)間人為控制，即不能擴(kuò)散的過(guò)遠(yuǎn)有能達(dá)到要求的距離；l抗?jié)B性是指漿液結(jié)石后有較強(qiáng)的抗?jié)B水能力。3．注漿參數(shù)的影響為了最大限度地克服注漿的盲目性，實(shí)現(xiàn)注漿工程的科學(xué)化，就應(yīng)有科學(xué)的控制參數(shù)，對(duì)注漿工程實(shí)現(xiàn)全過(guò)程控制。

第五十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日4．注漿設(shè)備的影響注漿設(shè)備是注漿工程的必備硬件。注漿設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便，主要包括：注漿泵（動(dòng)力源，有單液泵、雙液泵、液壓泵、電動(dòng)泵及風(fēng)動(dòng)泵等）、攪拌機(jī)（風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)）、混合器（類(lèi)似“三通”實(shí)現(xiàn)不同漿液的均勻混合）、止?jié){塞（防止跑漿、實(shí)現(xiàn)分段注漿的技術(shù)手段。5．注漿方式（方案）的影響根據(jù)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的要求，一般把注漿方式（方案）分為：預(yù)注漿、后注漿、前進(jìn)式注漿、后退式注漿，如果選擇不當(dāng)既浪費(fèi)材料、增加工程難度，也難以保證注漿效果。

第五十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日五．注漿新技術(shù)簡(jiǎn)介

旋噴注漿法，即利用高壓水射流旋轉(zhuǎn)切割土體，同時(shí)進(jìn)行泥漿、水泥漿地下攪拌，形成地下混合灌注樁；綜合注漿法，即將以粘土為主作為注漿材料，配備可移式注漿站（注漿臺(tái)車(chē)）；直接堵漏技術(shù)，即對(duì)構(gòu)筑物的滲漏水直接封堵（需特殊的材料及設(shè)備）；還有其他的化學(xué)注漿新技術(shù)等。問(wèn)題：注漿技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展；注漿堵水應(yīng)用技術(shù)；注漿加固應(yīng)用技術(shù)；注漿在路基加固工程中的應(yīng)用等。第五十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第五講：注漿參數(shù)一.注漿壓力注漿壓力是給予漿液擴(kuò)散、充塞、壓實(shí)的能力。壓力過(guò)大則漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)，造成浪費(fèi)，壓力過(guò)小則漿液難以進(jìn)入，或達(dá)不到所需的厚度而造成注漿失效。影響注漿壓力的因素很多，可用以下函數(shù)關(guān)系表示：

Po=f(H,Ro,μ,1/K,1/t)

式中H——水頭壓力；

Ro——擴(kuò)散距離；

μ——漿液粘度；

1/K——裂隙開(kāi)度；

1/t——凝膠時(shí)間。第五十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

把所有的因素都表述出來(lái)或考慮進(jìn)去是不可能的，也是不科學(xué)的，一般的常用以下公式計(jì)算：

1．

以地下水壓為計(jì)算依據(jù)：Po′=(2~2.5)PbPo′=3~5+Pb式中Po′——受注點(diǎn)注漿壓力；

Pb——受注點(diǎn)最大水壓力。．2.

以水壓力同時(shí)考慮巖層產(chǎn)狀為計(jì)算依據(jù)：Po′=N.Pb式中N——與裂隙產(chǎn)狀有關(guān)的參數(shù)。第五十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日此外還有在特定環(huán)境下推導(dǎo)的公式，如H.B佳賓公式等。二．注入量注入量是了解漿液的充塞狀態(tài)、選擇注漿泵、材料估算及配制漿液的依據(jù)，有如下計(jì)算方法：1．

依據(jù)壓水實(shí)驗(yàn)估算：Qo=K.q.Pb.h式中K——灌注系數(shù)；

q——吸水率；

h——注漿段高度。第五十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2．

按理想狀態(tài)下柱狀體（如滲透注漿）估算：Qo=A.π.R2.h.n.β式中A——漿液損耗系數(shù)

R——擴(kuò)散半徑；

n——孔隙率，%；

β——漿液充填系數(shù)。三．

有效擴(kuò)散半徑有效擴(kuò)散半徑或叫有效擴(kuò)散距離是指漿液擴(kuò)散后形成有效堵水或加固厚度所需要的擴(kuò)散距離。下面以裂隙注漿為例探討如何估算有效擴(kuò)散距離。

第六十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

為了使問(wèn)題明了化，便于問(wèn)題的研究,做如下的簡(jiǎn)化，即將結(jié)石體簡(jiǎn)化為直徑為裂隙開(kāi)度δ的圓柱體，柱體的表面積所受的抗剪切應(yīng)力為τc，，則合抗力為T(mén)c，擋水?dāng)嗝嫠軕?yīng)力為Pb.，合力為Fb。為保證有效堵水則應(yīng)滿(mǎn)足：

Tc≥Fb

Tc=π.δ.E.[τc]Fb=π.Pb..δ2/4代入上式簡(jiǎn)化后得出有效擴(kuò)散距離為：E≥N.δ.Pb./[τc](N：綜合系數(shù))

Pb.τc第六十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日R=

牛頓流體球狀滲透當(dāng)漿液僅從注漿孔端部注入時(shí)，可以設(shè)想為以該點(diǎn)為中心的球形注漿。馬格(Maag)應(yīng)用達(dá)西(Darcy)定律作為原始公式推導(dǎo)了注漿的滲透理論公式。根據(jù)達(dá)西定律，得出漿液的擴(kuò)散半徑：第六十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第六講注漿材料

注漿材料即是配制漿液的原材料，這種材料配制出的漿液基本特點(diǎn)是其物體特征是可變的，即由液相變?yōu)楣滔啵ㄓ梢后w狀態(tài)變?yōu)楣腆w狀態(tài)），以實(shí)現(xiàn)堵水加固的作用。一．

注漿材料的技術(shù)要求（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）不是所有的材料都可以作為注漿材料的，必須符合行業(yè)的技術(shù)要求，下面從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面探討注漿材料的基本要求。定性分析：1。有良好的可注性，即粘度低、流動(dòng)性強(qiáng)、滲透力高；2。良好的穩(wěn)定性，即不沉淀、不離析；3．凝膠時(shí)間可調(diào)，能滿(mǎn)足特殊情況的要求，如動(dòng)水情況；4．結(jié)實(shí)后的收縮量小，結(jié)石率高、抗?jié)B性強(qiáng)；5．

對(duì)環(huán)境無(wú)污染且成本低。第六十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日定量分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)試其性能參數(shù)，主要參數(shù)包括：1．粘度：流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩阻力的大小。粘度的大小與材料的組成、性質(zhì)、配比及環(huán)境溫度等因素有關(guān)，通常以“秒”、“泊”、“厘泊”為計(jì)量單位；2．滲透能力：即漿液進(jìn)入巖層的難易程度。對(duì)懸濁液取決于內(nèi)中顆粒的大小，對(duì)溶液則取決于粘度的大??；3．

凝膠時(shí)間（指初凝時(shí)間）：指漿液開(kāi)始攪拌到失去自由流動(dòng)性的這段時(shí)間，以“秒”、“分”、“小時(shí)”表示。以肉眼觀(guān)察或?qū)嶒?yàn)測(cè)定；4．

滲透系數(shù)（Kf）：指結(jié)石后的抗?jié)B水能力，由滲透儀測(cè)定；5．

抗壓強(qiáng)度：指結(jié)石體的單軸或雙軸抗壓強(qiáng)度，意義不大。

第六十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D6-1不同漿液的粘度變化μcμwt第六十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

．

二.幾種常有的注漿材料施工中常用的注漿材料有：?jiǎn)我核酀{、水泥---水玻璃漿（CS）、化學(xué)漿（水玻璃類(lèi)、脲醛樹(shù)脂類(lèi)、烙木素類(lèi)、聚氨脂類(lèi)、丙烯酰胺類(lèi)等）。11．

單液水泥漿常用的水泥品種有325#、425#普通硅酸鹽水泥。這種漿液配制簡(jiǎn)單，結(jié)石后的強(qiáng)度高，但是其穩(wěn)定性差、結(jié)石率低、凝膠時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)達(dá)十幾個(gè)小時(shí)），一般僅用于裂隙巖層、靜水條件下。為了改善單液水泥漿的性能常加入某些添加劑，如NaCl、水玻璃、紅星1#、2#等，或采用水泥新品種，如磨細(xì)水泥、膨脹水泥、速凝水泥等。

第六十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

1．

CS漿液在單液水泥漿中加入少量的水玻璃是為了加速漿液的凝膠（占水泥量的1~1。5），當(dāng)水玻璃加到一定程度，單液水泥漿的特性發(fā)生了質(zhì)的變化（凝膠時(shí)間可調(diào)、穩(wěn)定性增強(qiáng)、抗?jié)B性好），經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，形成了較為完善的雙液漿體系。CS漿是我國(guó)注漿工程中最常用的注漿材料，常用于裂隙大水、動(dòng)水、壁后注漿、直接堵漏注漿的情況，水玻璃又稱(chēng)刨花堿（Na2O.nSiO2）——含氧硅酸鈉，是石英砂與碳酸鈉在高溫條件下反應(yīng)而得到的副產(chǎn)品，與水泥的理化反應(yīng)尚不完全清楚，初步認(rèn)為是與水泥中的反應(yīng)生成含水硅酸鈣（CaSi.nH2O），其兩個(gè)重要的性能指標(biāo)是模數(shù)和波美度，分別以下式表示：

第六十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

M=SiO2/Na2O取2。4~2。8

Be’=145-145/γ取30~35

衡量漿的兩個(gè)重要指標(biāo)是凝膠時(shí)間和抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度：與水灰比（w/c）、環(huán)境溫度、水泥與水玻璃比（c/s）等因素有關(guān)，其中有最佳級(jí)配的問(wèn)題，即一定量的與一定量的水玻璃反應(yīng)，當(dāng)比例相當(dāng)時(shí)強(qiáng)度最高。在未達(dá)到以前c/s越高反應(yīng)越充分，強(qiáng)度越高，當(dāng)?shù)扔趕/c#時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最高值，當(dāng)超過(guò)s/c#時(shí)，再增加水玻璃則強(qiáng)度下降（多余的水玻璃不參與反應(yīng)，而水玻璃本身是沒(méi)有機(jī)械強(qiáng)度的）。

圖6-2σ與s/c關(guān)系曲線(xiàn)σs/cs/c#第六十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日凝膠時(shí)間：影響漿液凝膠時(shí)間的因素很多，如水灰比、水泥品種、水玻璃濃度、c/s、環(huán)境溫度等，①.水泥品種的影響：含硅酸三鈣越多凝膠時(shí)間越短；水泥越新時(shí)間越短；w/c越小時(shí)間越短。②.水泥漿及水玻璃濃度的影響：在w/c一定的條件下波美度越高則凝膠時(shí)間越長(zhǎng)；在波美度一定的條件下w/c越高則凝膠時(shí)間越長(zhǎng)。③.溫度的影響：溫度越高則凝膠時(shí)間越短。第六十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

ttt

w/cw/cT

圖6-3水泥品種的影響圖6-4水泥漿及水玻璃濃度的影響圖6-5溫度的影響

注：普通硅酸鹽水泥35Be’

礦渣硅酸鹽水泥40Be’

過(guò)期水泥45Be’

第七十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

④.c/s（水泥與水玻璃的體積比）的影響：上述三種影響凝膠時(shí)間的因素理論上是成立的，但在施工中不易人為準(zhǔn)確控制。而通過(guò)調(diào)整水泥與水玻璃的體積比就能較準(zhǔn)確地控制凝膠時(shí)間，雙液注漿通過(guò)控制兩種漿液的不同流量而達(dá)到上述目的。

t

s/c

圖6-6

s/c（水泥與水玻璃的體積比）的影響

（注：w/c=1：1，自下而上分別是30~45Be’）從圖4-12得出以下結(jié)論：在w/c一定的條件下水玻璃增加則凝膠時(shí)間加長(zhǎng)；水玻璃濃度越高則凝膠時(shí)間越長(zhǎng)。3.

水玻璃類(lèi)漿液（溶液型）水玻璃本身不能稱(chēng)做注漿材料（即不能從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)），只有在固化物的作用下才能產(chǎn)生凝膠物。一般地需加入酸性鹽或有機(jī)物，產(chǎn)生硅酸——穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。第七十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

水玻璃遇水發(fā)生如下水解反應(yīng)：

Na2O.nSiO2+H2O=2NaOH+n.SiO2如果向水玻璃水溶液中投入酸、酸性鹽和某些有機(jī)化合物均能消耗掉體系內(nèi)含有的NaOH，打破上述平衡，使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，同時(shí)產(chǎn)生大量的硅酸，而硅酸呈凝膠體狀態(tài)。

硅酸形成的穩(wěn)定三元體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示：

∣∣∣∣—O—Si—O—Si—O—Si—O—Si—O—∣∣∣∣OOOO∣∣∣∣—O—si—O—Si—O—Si—O—Si—O—∣∣∣∣第七十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日水玻璃類(lèi)注漿也稱(chēng)為硅化注漿，下面舉兩個(gè)硅化注漿的例子：（A）。水玻璃——氯化鈣（CaCl2）漿液此類(lèi)漿液主要用于建筑、交通部門(mén)的地基加固工程，其化學(xué)反應(yīng)如下式所示：Na2O.nSiO2+CaCl2+H2O=Ca(OH)2+n.SiO2+2NaCl

水玻璃：模數(shù)=2.5~3.0

波美度Be’=43~45

漿液配比方案氯化鈣：γ=1.26~1.28

模數(shù)=2.5~3.0

水玻璃：氯化鈣=0.8：1

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此類(lèi)漿液可在瞬間凝固，按常規(guī)注漿工藝是不可行的，而應(yīng)結(jié)合漿液的特點(diǎn)探討新的施工工藝，下面介紹三套方案。方案一：交替注漿法注入定量的水玻璃→沖洗管路→注入定量的CaCl2→沖洗管路。。。。。。。。。方案二：地層混合注漿法兩套獨(dú)立的注漿系統(tǒng)，分別注入兩種不同的漿液，地層中混合。方案三：電滲注漿法注漿系統(tǒng)與方案二基本相同，只是在注漿管上加上直流電以增加漿液的擴(kuò)散能力。（B）.水玻璃——鋁酸鈉漿液(鐵道部科研院的科研成果)漿液配比方案：一般的取S:AL=1:1也可根據(jù)需要調(diào)制。凝膠時(shí)間1min左右，可采用地面混合器注漿方式。

第七十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日1．

4.聚氨脂類(lèi)（溶液型）屬于高分子聚合物，其特點(diǎn)是該漿液不容于水，見(jiàn)水發(fā)泡膨脹，凝固后體積增大8~9倍，但成本高，價(jià)格昂貴，2萬(wàn)元/m3以上，只用在特種工程中。5.丙烯酰胺類(lèi)（溶液型）適用于雙液注漿（主劑、膠聯(lián)劑、還原劑），其特點(diǎn)是可注性好（似水）、凝膠時(shí)間可調(diào)幾秒~幾小時(shí)）、凝固突變。適用于封堵動(dòng)水，價(jià)格為5000/m3元/以上。第七十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第七講注漿方案及難題解疑一．

注漿方案注漿方案包括：地面預(yù)注漿（前進(jìn)式、后退式及全程式）、工作面注漿及后注漿。地面預(yù)注漿是指土體開(kāi)挖前預(yù)先打孔注漿。如果注漿段較長(zhǎng)則進(jìn)行分段注漿，見(jiàn)圖7-1：

(1)全程式(2)前進(jìn)式(3)后退式圖7-1注漿方案示意圖第七十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

都是通過(guò)止?jié){塞實(shí)現(xiàn)分段注漿的，但止?jié){效果不理想是個(gè)技術(shù)問(wèn)題，分段注漿時(shí)上分段或下分段都能得到復(fù)注，提高注漿效果。工作面注漿與地面預(yù)注漿基本相同，只是工作場(chǎng)地不同。如隧道掘進(jìn)施工中，探知前方有水，此時(shí)應(yīng)在距含水段一定距離前停止掘進(jìn)，必要時(shí)構(gòu)筑止?jié){墊（或止?jié){墻），打孔注漿，然后繼續(xù)掘進(jìn)。后注漿是指地下構(gòu)筑物形成后滲漏水的注漿處理方法。即將注漿孔打入構(gòu)筑物內(nèi)或構(gòu)筑物后，從里向外止水，是一種主動(dòng)的標(biāo)本兼制的水處理方法，直接堵漏技術(shù)是行之有效的新技術(shù)。二．復(fù)雜地層的注漿方法所說(shuō)的復(fù)雜地層是指裂隙或孔隙不發(fā)育，漿液難以注入或裂隙、孔隙十分發(fā)育，已經(jīng)形成大的孔洞或溶洞，甚至形成地下暗河（如本溪水洞）。此類(lèi)地層給注漿帶來(lái)很大困難，常規(guī)注漿難以奏效,下面介紹幾種成功的注漿方法。

第七十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日難題一：裂隙不發(fā)育、注入困難（高壓不進(jìn)漿）方案一：壓裂法。利用清水或稀漿（w/c=2~4）高壓（60~120kg/cm2）注入，待正常進(jìn)漿后，再根據(jù)壓力、流量的大小調(diào)整濃度。原理：難以注入無(wú)非是裂隙開(kāi)度小、連通性差，高壓稀漿進(jìn)入裂隙增加了裂隙的開(kāi)度，且使不連續(xù)的裂隙連通，從而提高了吸漿量。技術(shù)關(guān)鍵：注意觀(guān)察進(jìn)漿量的變化，逐漸調(diào)高濃度，保證注漿過(guò)程的連續(xù)性（不停泵、不卸壓），否則打開(kāi)的裂隙又恢復(fù)了原狀。在后注漿中，注漿壓力以不超過(guò)結(jié)構(gòu)的承載能力為原則。此法在軟巖、破碎帶較理想。第七十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

方案二：預(yù)處理法。在正式注漿之前，預(yù)先注入一定量的預(yù)處理液（常用水玻璃或碳酸鈉），以水玻璃為例。首先將水玻璃稀釋至18~25Be’，然后按下列程序操作：壓水→注稀釋水玻璃→壓水→正常注漿第一次壓水是為了沖開(kāi)水道（把充塞物帶走），壓水量可以大些，第二次壓水是為了將裂隙中的水玻璃帶走（否則水泥漿遇水玻璃凝膠堵塞通道），只留下薄層以潤(rùn)滑裂隙面。此法適用于穩(wěn)定的裂隙含水層，砂層中也可以試用，有待于進(jìn)一步的研究。方案三：爆破注漿法。在注漿前向注漿孔內(nèi)裝藥（間隔、少裝藥），進(jìn)行震動(dòng)爆破，人工制造裂隙、勾通裂隙，以增大注入量。其他還有電滲注漿、旋噴注漿等（以后講）。第七十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日難題二：大空洞、溶洞、大裂隙（跑漿不升壓）方案一：材料方面增加漿液濃度、或采用雙液漿、或加惰性材料（砂、碎石、爐渣、鋸末、壓縮木串等）。方案二：注漿設(shè)備方面采用大流量泵，或數(shù)臺(tái)泵并聯(lián)以增大流量。方案三：注漿工藝方面間歇（間隔）注漿，間歇時(shí)間不超過(guò)漿液的初凝時(shí)間。

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三．直接堵漏注漿直接堵漏注漿是處理結(jié)構(gòu)漏水的有效技術(shù)手段，設(shè)備布置簡(jiǎn)單，見(jiàn)效快，有進(jìn)一步研究應(yīng)用的價(jià)值。其主要工藝過(guò)程為：壓顏色水，以確定水道，尋找最佳布孔位置、鉆孔深度及鉆孔角度。測(cè)定過(guò)水時(shí)間，以確定漿液的凝膠時(shí)間；向堵漏器加速凝堵漏材料，根據(jù)返漿情況及時(shí)停泵，結(jié)束注漿。設(shè)備布置見(jiàn)圖7-2。

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漿液遇水后，將沿壓力降方向，向漏水點(diǎn)反向流動(dòng)，當(dāng)流至出水點(diǎn)時(shí)，按設(shè)定的時(shí)間，此時(shí)堵漏材料剛好凝膠，停泵結(jié)束注漿，完成堵漏過(guò)程。圖7-2直接堵漏注漿設(shè)備布置圖第八十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第八講高壓噴射灌漿技術(shù)高壓噴射法就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過(guò)安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周?chē)馏w高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液)，同時(shí)鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞，并強(qiáng)制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體。第八十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴)，定向噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)定噴)和擺動(dòng)噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)擺噴)。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度，改善地基土的變形性能，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過(guò)大的變形。定噴固結(jié)體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體。定噴和擺噴通常用于地基防滲，改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程。一．加固機(jī)理高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動(dòng)土體，同時(shí)用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壓水、氣射流卷吸帶入，同時(shí)與被攪動(dòng)土體混合形成固結(jié)體。加固地基，形成樁、板、墻的機(jī)理可用五種作用來(lái)說(shuō)明：

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1.高壓噴射流切割破壞土體作用噴流動(dòng)壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結(jié)構(gòu)破壞出現(xiàn)空洞。

2.混合攪拌作用鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過(guò)程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動(dòng)相反的方向(即阻力小的方向)移動(dòng)，與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。

3.置換作用三重管高噴法又稱(chēng)置換法，高速水射流切割土體的同時(shí)，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補(bǔ)入。

4.充填、滲透固結(jié)作用高壓漿液充填沖開(kāi)的和原有的土體空隙，析水固結(jié)，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體。

第八十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日5.壓密作用高壓噴射流在切割破碎土體的過(guò)程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對(duì)土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度高于中心部分。二．基本種類(lèi)按噴射介質(zhì)及其管路多少可分為單管法、二管法、三管法等。

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圖8-1高壓噴射灌漿示意圖

第八十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第八十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日1.單管旋噴法通過(guò)單根管路，利用高壓漿液（20～30MPa），噴射沖切破壞土體，成樁直徑為40～50cm。其加固質(zhì)量好，施工速度快和成本低，但固結(jié)體直徑較小。2.二管旋噴法在單管法的基礎(chǔ)上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側(cè)面有一個(gè)同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速?lài)姵觯谏淞鞯耐鈬右?.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體，達(dá)80～150cm。3.三管旋噴法使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重灌漿管。高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體，在高壓水射流的噴嘴周?chē)由蠄A筒狀的空氣射流，進(jìn)行水、氣同軸噴射，可以減少水射流與周?chē)橘|(zhì)的摩擦，避免水射流過(guò)早霧化，增強(qiáng)水射流的切割能力。第八十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日噴嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射，邊提升，在地基中形成較大的負(fù)壓區(qū)，攜帶同時(shí)壓入的漿液充填空隙，就會(huì)在地基中形成直徑較大、強(qiáng)度較高的固結(jié)體，起到加固地基的作用。三．漿液材料水泥是噴射灌漿的基本材料，水泥類(lèi)漿液可分為以下幾種類(lèi)型。1.普通型漿液一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑，水灰比一般為0.8：1～1.5:1，固結(jié)體的抗