[PPT]边坡技术加固之注浆加固设计与施工

边坡技术加固——注浆加固边坡的设计与施工1.1概述1.1.1注浆加固技术的概念•注浆加固技术：用液压或者气压将能凝固的液浆注入物体的裂缝或孔隙，以改变注浆对象的物理力学性质，以满足各类土木建筑工程的需要。1.1.2注浆技术的优点1.施工设备简单注浆工程施工设备主要由钻孔机械、注浆泵、搅拌装置、喷枪、流量计、止浆塞等,这些设备除钻孔机械稍复杂外,其他都比较简单。2.规模小、耗资少这种加固方法相对其他方法而言,工程实施规模小,人工、材料、机械消耗小,相应减少加固施工耗资。3.占地面积小、施工灵活方便。由于施工设备简单、施工场地小,在狭小的场地、矮小的空间均可施工,对施工周围交通影响小,在城市高层建筑、市政工程深基础施工中显示出得天独厚的优势。4.工期短、见效快注浆工程施工必须连续进行,可以小时进行,施工效率高。由于通常属化学注浆,胶凝时间短,工程实施见效快。5.施工噪声和震动小施工机械简单,且大部分时间都是靠注浆泵工作由液体压力完成,施工中产生的噪声和震动很小对施工周围环境影响小,在居民区施工其优点更显突出。6.加固深度可深可浅,易于控制由于该工法是采用成孔压力把浆液注入地层达到加固的目的,其加固深度就好控制,只要地层允许可在成孔范围内任意实施。7.应用领域广泛注浆的应用极广,而切其应用范围还在不断扩大。目前的主要应用领域有土建、市政工程、水利电力、交通能源、隧道、地下铁路、矿井、地下建筑等。1.1.3注浆技术的历史注浆技术的发展已有百年历史，法国人开辟了注浆施工的先河英国于1860年在阿里因普瑞贝矿首次用水泥注浆对井筒进行注浆堵水,成功地解决了井筒漏水问题,发明了硅酸盐水泥,从此水泥开始成为注浆的主要材料；此后又有化学注浆、水玻璃注浆材料和双液单系统注浆法和水玻璃氯化钙注浆法的出现。特别是到了20世纪40年代,注浆技术的研究和应用进入了一个鼎盛时期,各种水泥浆材、化学浆材相继问世,注浆技术的应用范围及规模也越来越大。1.1.4注浆法的分类•按工程问题分为：1.坝基注浆2.隧道注浆3.基坑注浆4.边坡加固注浆5.混凝土结构补强注浆•按材料分为：1.水泥注浆2.化学注浆（主要使用于微裂缝的注浆）3.混合注浆注浆法的分类•按注浆对象分为：1.岩石注浆2.砂砾注浆3.粘土注浆按功能分为：1.防渗注浆2.加固注浆3.基础托换注浆注浆法的分类按浆液的分布状态分1.渗透注浆：指浆液以渗透渗入方式，渗入土体孔隙的注浆方式。2.挤密注浆：指用很稠的浆液灌入事先在地基土内钻进的孔中并挤向土体，在注浆处形成浆泡，浆液的扩散靠对周围土体的压缩。3.劈裂注浆：劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法，是在钻孔内施加液体压力于土体，当液体压力超过劈裂压力时土体产生水力劈裂，也就是土体突然出现裂缝，吃浆量突然增加，劈裂注浆在注浆孔附近形成网状浆脉，通过浆脉挤压土体和浆脉的骨架作用加固土体。1.1.5注浆加固在边坡中的应用注浆在边坡中有两方面的应用：•一方面是对于由崩滑堆积体、岩溶角砾岩堆积体，以及松动岩体构成的极易滑动的边坡或由于开挖形成的多卸荷载裂隙边坡，对坡体注入水泥砂浆，以固结坡体并提高坡体强度，避免不均匀沉降，防止出现滑裂面。•另一方面对于正处于滑动的边坡、存在潜在滑面的边坡，或者处于不稳定的滑坡运用注浆技术对滑带压力注浆，从而提高滑面的抗剪强度，提高坡体稳定性。•影响注浆效果技术的因素：工程问题，地质特征，注浆材料，压浆技术颜峰姜福兴《裂隙岩体注浆加固效果的影响因素分析》1.2注浆材料1.2.1注浆材料的分类1.2.2注浆浆液的性质（1）浆液的渗入性浆液的渗入性是指浆液渗入岩土的能力。浆液的渗透性直接影响浆液的扩散距离，渗入性好，浆液的扩散距离大。浆液的渗透性与所用的灌浆原理和浆液的种类有关，不同的灌浆原理和不同的浆液品种，其控制因素是不同的。•渗透灌浆在采用粒状浆液材料时，浆液的渗透能力与颗粒的大小有关;•化学灌浆，浆液的渗透能力将受到流动性的影响;•劈裂灌浆，尺寸效应和流变效应将产生较复杂的影响。颗粒细度和浆液浓度对浆液黏度的影响从尺寸效应出发，浆液的颗粒的细度越高，渗入能力越强，但同时导致浆液的黏度增加，浆液变稠，影响渗入能力。因此在实际的浆液配制时硬正确处理浆液的细度。编号123456水泥比表面积385038505550555071007100浆液的水灰比0.6:11:10.6:11:10.6:11:1浆液粘度（s）28.318.842.819.451.826.22cm/g（2）浆液的稳定性浆液的稳定性主要是指浆液的化学稳定性，即浆液是否会发生强烈的化学反应，以致影响浆液的基本力学性质。在边坡注浆加固中采用的粒状浆材的稳定性主要指水泥浆和水泥砂浆的分层性和析水性。（3）浆液的结石率结石率是指浆液的最初体积与凝结后的结石体积比，一般用百分数表示。结石率越高加固效果越好。影响结石率降低的因素主要由析水沉淀和浆液的自身收缩。改良方法：在浆液中掺入高塑性粘土和降低浆液的含水量。（4）浆液的强度特性浆材的强度越高加固效果越好。（5）浆液的耐久性加固岩体处于的特殊环境下，如养护条件差，水压力长期作用，化学侵蚀等，可能使浆液灌注后强度降低、灌注效果降低甚至无效。因此浆液的耐久性是注浆工程的一个重要课题。1.3注浆理论•注浆理论研究浆液在岩土裂隙中的流动规律，揭示地质条件、浆液的性质和注浆工艺之间的相互关系，为注浆设计和现场施工提供科学依据。渗透注浆理论•注浆理论水力劈裂注浆理论1.3.1渗入注浆理论31101031rnt=3khr3khrtr=n•1.砂土注浆体球形扩散公式假定砂土各向同性，浆液为牛顿流体，浆液从灌浆管底部进入地层后呈球形扩散：式中：k—砂土的渗透系数，cm/s；β—浆液的黏度对水的粘度比;—浆液的扩散半径，cm；—浆液的压力水头高度，cm；—灌浆管的半径,cm；t—灌浆时间，s；n—砂土的孔隙率。1r1h0r•2.砂土注浆的柱形扩散公式：•3.砂砾石层的注浆扩散公式•4.裂隙岩石的注浆扩散公式pc—注浆压力；p0—裂隙内水压力；b—裂隙宽度，cm；η—浆液的粘度；21101rnlnr/t=2khr（）20110d1t=rn4kvhr0.21c02.2110r=9005rr20（p-p）tb•2.渗入性注浆的尺寸效应渗入性注浆的尺寸效应是指由于渗入性注浆是在压力较小、地层结构不受破坏的条件下使浆液渗入裂缝，因而要完全实现渗入性注浆，就必须使浆材的颗粒尺寸小于裂缝尺寸。假设浆液的颗粒尺寸为d，地层裂缝的尺寸为尺寸效应可以表示为R=/d1.R通常称为净空比。理论上只要R1即可实现渗入性注浆，但在实际过程中，当浆液浓度较大时，浆粒会群集进入裂缝，从而使裂缝堵塞。为了避免这种现象，一般使R≥3，这时浆材颗粒的群集容易被注浆压力冲散。pDpDpDpe=D/ED地层裂缝的尺寸的确定1）砂砾石的空隙尺寸一般采用数学方法估算：设D为砂砾石的颗粒直径，可定义有效空隙比有效空隙比一般在0.195~0.215之间变化，如果取平均值0.2，则砂砾石的空隙尺寸可近似表示为=0.2D2）岩石裂隙的尺寸由一种运用钻孔压水实验的方法确定式中：η—水的粘度；R—水的扩散距离pD36qlogre=P0R（）48rPQLP3.渗入性灌浆的流变效应流变效应指浆液在裂缝中流动时，浆液内部，浆液与孔壁之间将产生摩擦阻力，从而影响渗入性灌浆的可灌性。这种影响可以从浆液在空隙中流动时单位时间的流量计算公式中看出来：•对于牛顿流型体（在圆管中流动时剪切率与剪应力成正比式中：r—毛细管的半径;—有效灌浆压力；η—牛顿型流体的粘度；L—浆液在管中流动的距离。•对于非牛顿流型体（当剪应力超过屈服应力的时候，流体才能流动）式中：—浆液的塑性粘度；—屈服应力。40p2)8rPQLr（0p•4.渗入性灌浆的局限性由前述可知，渗透性灌浆由于存在尺寸效应和流变效应的制约，一般在大空隙介质中容易实施。而在实际地层中的裂隙有大有小，要在小裂隙中提高浆液的注满度，一方面缩小浆材的颗粒尺寸，另一方面要准确确定裂缝尺寸。1.3.2劈裂注浆理论鉴于渗入性注浆的局限性，后来提出了劈裂注浆理论。该理论是通过增大注浆压力，使细小裂缝产生水力劈裂，以提高浆液的可注性。1）岩层的劈裂公式假定地层为各向同性、均匀的线弹性体，钻孔壁开始发生水力劈裂的条件是垂直劈裂：水平劈裂式中：—注浆压力；γh—岩石的竖向自重应力；υ—岩石的泊松比；—岩石的侧压力系数；—岩石的抗拉强度；N—比例系数，与地层的渗透系数有关和浆液的粘度有关，在0~1之间变化，对于不透水岩石取1，透水性较大的岩石接近0.00t1p()(2)1hKSN0K0t1p()()(1)hSNtS0p2）砂和砂砾石的劈裂公式在砂和砂砾石地层中注浆，当注浆压力达到下述公式的标准时就会导致地层破坏。式中：—注浆压力；γ—砂砾石的容重；—水的容重；h—注浆段的深度；—地下水位高度；K—主应力比；w0pwhwwww0h-h-h-h-p=+cctg22sin拻’（）（1K）（）（1K）3）粘性土劈裂公式在粘性土中，水力劈裂将引起土体固结和挤出等现象，当仅有固结时，注浆量体积V及单位体积所需的浆量Q可由以下公式计算：式中：—注浆压力；p—有效注浆压力；a—浆液扩散半径；u—注浆压力；—土的压缩系数。20v0v(-u)m4pmaVprdrQ0pvm1.4.1设计内容与设计程序•边坡工程地质的调查工程调查的内容有：地质构造和地层分布情况；土的颗粒级配、含水量、孔隙率、渗透系数、土体强度、有机质含量等物理力学指标；地下水分布和特性；注浆处理范围及其周边区域的构筑物情况。•注浆方案的选择•注浆标准的确定•边坡注浆位置的确定•浆液的配方设计•钻孔的布置与注浆压力的确定•注浆后的边坡的稳定性验算1.4注浆加固设计注浆加固设计前而言，注浆法的设计和施工还存在很强的经验性。边坡注浆加固可按下方案选择：岩土类别适用的注浆原理注浆方法常用浆材岩层渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆水泥浆或硅粉水泥浆岩石堆积体、松散岩体渗入性注浆自上而下分段注浆水泥浆或水泥砂浆断层带、滑带渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆水泥浆或先灌水泥浆后灌改性环氧树脂卵石、砾石渗入性注浆自上而下分段注浆水泥浆或硅粉水泥浆砂土、粉细砂渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆硅粉水泥浆或酸性水玻璃粘性土渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆水泥浆或硅粉水泥浆•注浆标准注浆标准是指注浆后应达到的质量标准，在边坡工程中，由于边坡的地质条件千差万别，稳定性差异较大，因而很难规定一个统一的标准，基本原则是要求边坡稳定安全系数达到公路规范的规定。一般而言，可以根据边坡的地质情况和要求的稳定性反求边坡岩土体的强度参数（c，φ值），以该强度参数作为对边坡注浆加固设计的标准。•注浆材料及配方设计原则1）劈裂注浆法的浆液材料可选用以水泥为主剂的悬浊液，也可选用水泥和水玻璃的双液型混合液。2）用作防渗堵漏的浆液可选用水玻璃、水玻璃与水泥的混合液或化学浆液。3）压密注浆可选用低坍落度的水泥砂浆。4）动水情况下的堵漏注浆宜采用双液注浆或其它初凝时间短的速凝配方。5）在有地下动水流的情况下，不宜采用单液水泥浆等初凝时间长的浆液。浆液使用的原材料及制成的浆体应符合下列要求：(1)制成的浆体应能在设计要求的时间内凝固，其本身的强度、防渗性和耐久性应能满足设计要求。(2)浆体在凝固后其体积不应有较大的收缩率，一般应小于3‰体积量。(3)所制成的浆体在1小时内不应发生析水现象。为了改善浆液性能，根据工程需要可在浆液拌制时加入早强剂、减水剂、微膨胀剂、抗冻剂、缓凝剂等外加剂，掺加量可参考产品说明并应作相关试验确定。•浆液的扩散半径的确定及注浆孔平面布置浆液扩散半径与浆液的流动性和胶凝时间、注浆压力、注浆量、注浆时间等因素有关，其确定方法包括理论公式计算、经验判断和现场注浆试验。由于地层条件的复杂性，理论公式计算时采用的参数很难符合实际情况，所以在没有足够施工经验的条件下，推荐采用