第二节砂砾石地基灌浆

第二节砂砾石地基灌浆砂砾石地基是比较松散的地层，其空隙率大，渗透性强、}L壁易坍塌等。因而在灌浆施工中，为保证灌浆质量和施工的进行，还需要采取一些特殊的施工工艺措施。一、砂砾石地基的可灌性可灌性指砂砾石地基能接受灌浆材料灌入的一种特性。可灌性主要取决于地基的颗粒级配、灌浆材料的细度、浆液的稠度、灌浆压力和施工工艺等因素。砂砾石地基的可灌性一般常用以下几种指标衡量。1）可灌比值M：M=式中D——受灌砂砾石层的颗粒级配曲线上相应于含量为15%粒径，mm；——灌注材料的颗粒级配曲线上相应于含量为85%粒径，mm。M值愈大，可灌性就愈好。一般认为，当M≥15时，可灌水泥浆；M=10~15时，可灌水泥粘土浆；M=5～l0时，宜灌含水玻璃的高细度水泥粘土浆。2）砂砾石层中粒径小于0.1mm的颗粒含量百分数愈高，则可灌性愈差。当含量5％时，可进行水泥粘土浆的灌注。3）用砂砾石层的有效粒径及渗透系数判断其可灌性，两者存在着下列关系：K=αD（3-4）式中K——砂砾石层的渗透系数，m／s；D——砂砾石层的有效粒径，即砂砾石颗粒级配曲线上相应于含量为10%的粒径，cm;α——系数。一般认为：K≥（6.9～9.3）×10m/s，可灌水泥浆；K=（3．5～6．9）×10m/s，可灌水泥粘土浆；K3．5×10m／s，宜采用化学灌浆。4）砂砾石层的不均匀系数C;C=（3-5）式中、—砂砾石层颗粒级配曲线上相应于含量为60％、10％的粒径，mm。C反映了砂砾石层中颗粒大小不均匀的程度，颗粒级配曲线比较平缓的，C值较大，即砂砾石层的密度较大，透水性较小，则可灌性较差；反之，可灌性较好。工程实践中，为了有效的灌浆，需对上述有关指标进行综合分析，再通过灌浆试验而定。二、灌浆材料砂砾石地基灌浆，多用于修筑防渗帷幕，很少用于加固地基，一般多采用水泥粘土浆。有时为了改善浆液的性能，可掺少量的膨润土和其它外加剂。砂砾石地基经灌浆后，一般要求帷幕幕体内的渗透系数能够降低到10～10cm/s以下；浆液结石28d的强度能够达到0.4～0.5MPa。水泥粘土浆的稳定性和可灌性指标，均优于水泥浆。其缺点是析水能力低，排水固结时间长，浆液结石强度不高，粘结力较低，抗渗和抗冲能力较差等。要求粘土遇水以后，能迅速崩解分散，吸水膨胀，并具有一定的稳定性和粘结力。浆液配比，视帷幕的设计要求而定，一般配比（重量比）为水泥：粘土=1：2～l：4，浆液的稠度为水：干料=6：1：～1：1。有关灌浆材料的选用，浆液配比的确定以及浆液稠度的分级等问题，均需根据砂砾石层特性和灌浆要求，通过室内外的试验来确定。三、钻灌方法砂砾石层中的灌浆孔都是铅直向的钻孔，除打管灌浆法外，其造孔方式主要有冲击钻进和回转钻进两大类；就使用的冲洗液来分，则有清水冲洗钻进和泥浆固壁钻进两种。砂砾石层防渗帷幕灌浆，可分为以下四种基本方法。1.打管灌浆灌浆管由厚壁的无缝钢管、花管和锥形体管头所组成，用吊锤夯击或振动沉管的方法，打入到砂砾石受灌地层设计深度，打孔和灌浆在工序上紧密结合，如图3-15所示。每段灌浆前，用压力水通过水管进行冲洗，把土砂等杂质冲出管外或压入地层中去，使射浆孔畅通，直至回水澄清。可采用自流式或压力灌浆，自下而上，分段拔管分段灌浆，直到结束。此法设备简单，操作方便，一般适用于深度较浅，结构松散，空隙率大，无大孤石的砂砾石层，多用于l临时性工程或对防渗性能要求不高的帷幕。2．套管灌浆施工程序是：边钻孔、边下护壁套管（或随打入护壁套管，随冲淘管内砂砾石），直到套管下到设计深度。然后将钻孔冲洗干净，下入灌浆管，再起拔套管至第一灌浆段顶部，安好阻塞器，然后注浆。如此自下而上，逐段提升灌浆管和套管，逐段灌浆，直至结束，如图3-16所示。也可自上而下，分段钻孔灌浆，缺点是施工控制较为困难。采用这种方法灌浆，由于有套管护壁，不会产生塌孔埋钻事故。但压力灌浆时，浆液容易沿着套管外壁向上流动，甚至产生表面冒浆，还会胶结套筒造成起拔困难，甚至拔不出。3．循环灌浆循环灌浆，实质上是一种自上而下，钻一段、灌一段，无需待凝，钻孔与灌浆循环进行的一种施工方法。钻孔时用粘土浆或最稀一级水泥粘土浆固壁。钻灌段的长度，视孔壁稳定情况和砂砾石渗漏大小而定，一般为1～2m。逐段下降，直到设计深度。这种方法灌浆，没有阻塞器，而是采用孔口管顶端的封闭器阻浆。用这种方法灌浆，在灌浆起始段以上，应安装孔口管，其目的是防止孔口坍塌和地表冒浆，提高灌浆质量，同时也兼起钻孔导向的作用，如图3—17所示。孔口管的安装方法有两种：（1）埋管法在孔位处先挖一个深l～1.5m，半径大干0.5m的坑。由底用干钻向下钻进至砂砾石层1～1．5m，把加工好的孔口管下入孔内，孔口管下端1～1.5m加工成花管，孔口管管径要与钻孔孔径相适应，上端应高出地面20cm左右。在浅坑底部设止浆环，防止灌浆时浆液沿管壁向上窜冒，浅坑用混凝土回填（或粘、壤土分层夯实），待凝固后，通过花管灌注纯水泥浆，以便固结孔口管的下部，并形成密实的防止冒浆的盖板。（2）打管法钻机钻孔，孔口管插入钻孔用吊锤打至预定位置，然后再向下钻深30~50cm，并清除孔内废渣，灌注水泥浆。4．预埋花管灌浆在钻孔内预先下入带有射浆孔的灌浆花管，管外与孔壁的环形空间注入填料，后在灌浆管内用双层阻塞器（阻塞器之间为灌浆管的出浆孔）进行分段灌浆。其施工程序是：（1）钻孔及护壁常使用回转钻机钻孔至设计深度，接着下套管护壁或用泥浆固壁。（2）清孔钻孔结束后，立即清除孔底残留的石渣，将原固壁泥浆更换为新鲜泥浆。（3）下花管和下填料若套管护壁时，先下花管后下填料（若泥浆固壁时，则先下填料后下花管）。花管直径为75~110mm，沿管长每隔0.3～0.5cm环向钻一排（4个）孔径为10mm的射浆孔。射浆孔外面用弹性良好的橡胶圈箍紧，橡胶圈厚度为1.5~2mm，宽度10~15cm。花管底部要封闭严密、牢固。安设花管要垂直对中，不能偏在套管（或孔壁）的一侧。用泵灌注花管与套管（或孔壁）之间环形空间的填料，边下填料，边起拔套管，连续浇注，直到全孔填满将套管拔出为止。填料配比为水泥：粘土=1：2～1：3；水：干料=1：1～3：l；浆体密度1．35～1．36t／m³；粘度25s；结石强度R=0.1～0.2MPa，R≤0．5～0．6MPa。（4）开环孔壁填料待凝5～15d，达到一定强度后，可进行开环。在花管中下入双层阻塞器，灌浆管的出浆孔要对准花管上准备灌浆的射浆孔，如图3-18所示。然后用清水或稀浆逐渐升压至开环为止。压开花管上的橡皮圈，压裂填料，形成通路，称为开环，为浆液进入砂砾石层创造条件。（5）灌浆开环以后，继续用清水或稀浆灌注5～l0min，再开始灌浆。花管的每一排射浆孔就是一个灌浆段，灌完一段，移动阻塞器使其出浆孔对准另一排射浆孔，进行另一灌浆段的开环和灌浆。由于双层阻塞器的构造特点，可以在任一灌浆段进行开环灌浆，必要时还可重复灌浆，比较机动灵活。灌浆段长度一般为0.3～0.5m，不易发生串浆、冒浆现象，灌浆质量比较均匀，质量较有保证。国内外比较重要的砂砾石层灌浆多采用此法。其缺点是有时有不开环的现象，且花管被填料胶结后，不能起拔回收，耗用钢材较多；工艺复杂，成本较高。前三种灌浆方法的灌浆结束后，应立即封孔，以防坍孔冒浆；预埋花管法则可在帷幕检查后集中进行封孔，但要孔口加盖进行保护。砂砾石地基灌浆，应根据各工程的具体条件和灌浆应达到的要求，通过灌浆试验，提出需要掌握的控制标准，用以指导灌浆施工。