13 岩土注浆加固施工与检测

13岩土注浆加固施工与检测13岩土注浆加固施工与检测13.1注浆设备13.1.1钻孔机械13.1.2注浆机械13.2施工工艺13.2.1注浆方法13.2.2注浆次序13.3注浆控制技术13.3.1定浆量控制法13.3.2定压控制法13.3.3定时控制法13.3.4注浆强度控制（GIN）法13.4注浆加固效果检验13.1注浆设备13.1.1钻孔机械13.1.2注浆机械13.1.1钻孔机械注浆钻孔采用的钻机与地质钻机相同。可分为三大类：回转式回转冲击式冲击式一般需根据注浆孔的大小、深度、地质情况、注浆工艺等选用钻机型号。13.1.1钻孔机械钻孔机械及其适应条件类别名称型号及规格适用条件凿岩机气腿式、湿式气腿式、电动式、重型导轨式等7655型（YT-23型）、YSP-45型、YT－24型、YDX-40型、YG－80型、FZ-30型井筒或巷道壁内、壁后以及工作面注浆钻探设备钻机TXU-1200A型、XB-1000A型、TXB-1000A型、XU-650A型、XB-500型、XY-1、2型、XJ100-1型、XJ100-2型、IXU-75型、KD-100型、TAS-3型(日本)、OE-ZL型(日本)、FRB型(英国)用于工作面预注浆钻铤直径88mm、壁厚20mm直径83mm、壁厚25mm用于防渗13.1.2注浆机械制浆设备注浆工程多采用旋流式高速搅拌机。注浆搅拌机类型及其特征类型规格立式水泥搅拌机风动水泥搅拌机旋流式造浆机水力喷射式水泥搅拌机主轴转速（r/min）40～60搅浆能力（L/min）167～2508.3～25特点及用途1.各种注浆2.一次和二次搅拌池用砖砌抹面或用混凝土浇注3.一次和二次搅拌为叶片式机械搅拌4.减速器可选用Ⅱ型溜子减速器5.胶带传动1.地面注浆2.以风压为动力搅拌水泥浆3.可集中控制4.劳动强度低，粉尘小1.各种注浆2.以水为动力搅拌3.旋流式搅拌桶有效容积为600L4.一次造浆需要2～3min5.劳动强度低1.以TBW-200/40型泥浆泵为动力2.大量连续制浆3.大规模制浆4.备有储灰仓和放灰漏斗5.备有二次搅拌池6.浆液配比误差大13.1.2注浆机械注浆泵注浆泵是注浆的主要设备。注浆泵大都是以泥浆泵或在此基础上经过改进的一些代用泵，随着注浆领域的扩展和技术的提高，对注浆泵的功能和特点要求也越来越高。注浆泵一般应满足下列要求：能进行双液注浆，甲、乙液的比例能在泵的运行过程中调节，特别适用于化学注浆。流量和压力能任意调节。调节装置方便、灵活、准确、平稳。泵体内与化学浆液接触部分必须使用抗腐蚀材料，易磨部分要耐磨。拆卸、清洗、组装方便。体积小、能耗小、重量轻、搬运方便。13.1.2注浆机械最常用的注浆泵是往复式泵——它主要是靠缸内活塞往复运动来完成吸入和排出浆液。按活塞在缸内往复一次完成吸排的次数分为单作用和双作用泵两类：活塞往复运动一次只完成一个吸浆与排浆过程，称为单作用往复式注浆泵。在活塞两侧都装有吸排浆阀，活塞往复运动一次可完成二个吸浆和排浆过程，称为双作用往复式注浆泵。（a）单作用往复式泵工作原理（b）双作用往复式泵工作原理13.1.2注浆机械往复式泵使用盘状活塞称为活塞泵，柱式活塞称为柱塞泵。活塞泵活塞与缸套直接接触，因而缸套与缸体磨损较快。柱塞泵是柱塞与橡皮密封圈接触，磨损的速度较慢，因而柱塞泵基本替代了活塞泵，较为常用。1）专用注浆泵2TGZ-60/10（120/105）型双液调速高压注浆泵。YZB型液压注浆泵。BW（BWT）系列高压注浆泵。YSB-250/120型液力调速注浆泵。HFV型稳压自变量液压注浆泵（日本注浆泵）。2MJ-3/40隔膜计量浆。QZB-50/60型气动注浆泵。SNS系列注浆泵。13.1.2注浆机械2）代用注浆泵TBW型电动往复泥浆泵。300型电动水泥泵。其它代用泵。（3）其它注浆配套设备止浆塞孔口封闭器高压胶管阀门监测仪表压力表；流量计；自动记录仪。13.1.2注浆机械（4）注浆设备的布置注浆机械应尽可能靠近注浆场地，且机械设备应放在面积较大的场地，这样既安全又便于操作。注浆施工时，应把从注浆机械、搅拌机等设备中排出的废液集中到沉淀池中沉淀之后再向外排放，防止对周围环境造成污染。13.2施工工艺13.2.1注浆方法13.2.2注浆次序13.2.1注浆方法注浆方法：花管注浆袖套管法双重管双栓塞复合注浆法循环注浆岩溶注浆选择注浆方法时要考虑介质的类型和浆液的凝胶时间。土体注浆：一般吸浆量较大，采用纯压式注浆；裂隙岩体：注水泥浆时，吸浆量一般较小，可采用循环式注浆。13.2.1注浆方法双液化学注浆时，浆液的凝胶时间不同，混合的方法也不同：凝胶时间较长时，A、B液在罐内混合后用单泵注入，称为单枪注射；凝胶时间中等（2～5min)，A、B液用双泵在孔口混合后注入，称为1.5枪注射；凝胶时间较短时，A、B液用双泵泵入在孔底混合，又称为双枪注射。A、B浆液混和方式X-阀门；VM-测量装置；M-混合器；P-注浆泵；PG-压力计；F-流量计；MC-混合室13.2.1注浆方法花管注浆钻杆注浆是将浆液从钻杆底端向地层注入。如果地层的可注性差，压力急剧上升，就会只向地层中松软区域窜浆，有时还会从钻杆周围涌到地表。花管注浆是在注浆管前端的一段管上打许多直径2～5mm小孔，使浆液从小孔水平地喷到地层里。与钻杆注浆法相比，由于注浆管喷出的断面积明显增大，因此，大大减小了压力急剧上升和浆液涌到地表层的可能性。注浆钻杆的直径为25～40mm，在前端1～2m左右侧壁开孔眼，孔眼呈梅花型布置。有时为防止孔眼堵塞，可以在开口孔眼外包一圈橡皮环。13.2.1注浆方法花管注浆适用条件：花管注浆可用于砂砾层渗透注浆；也可用于土体的水泥一水玻璃双液劈裂注浆。与止浆塞组合，还可用于孔壁较好的裂隙岩体注浆。13.2.1注浆方法袖套管法此法为法国Soletanche公司首创，故又称Soletanche方法。在国内80年代末广泛用于砂砾层渗透注浆、软土层劈裂注浆（SRF工法）和深层土体劈裂注浆（超过30m）。袖套管法施工步骤如下：a)钻孔；b)插入袖套管；c)孔内灌套壳料；d)注浆。袖阀管法施工程序13.2.1注浆方法袖套管法的主要优点为：①可根据需要注任何一个注浆段，可进行重复注浆；②可使用较高的注浆压力，注浆冒浆和窜浆的可能性小；③钻孔和注浆作业可以分开，设备利用率提高。袖套管法的主要缺点为：①袖套管被具有一定强度的套壳料胶结，难于拔出重复使用，费管材；②每个注浆段长度固定为33～50cm，不能根据地层的实际情况调整注浆段长度。13.2.1注浆方法袖套管法注浆的开环方法有：快速法、慢速法、隔环法、间歇法：慢速法。用清水或浆液开环，泵压由小到大逐级施加，每级需稳定2～3min。并测读每级压力相应的吸水量，直至套壳开始吸水和压力表压力有所下降时，即为临界开环压力。快速法。采用较大的起始泵压，较短的升压间隔时间和较大的压力增值进行开环，快速法使套壳的破碎程度和均匀性提高。隔环法。按n+2的次序开环和注浆，隔段开环注浆。这种方法可降低中间环的开环压力，对处理开环压力特别大的注浆段特别有效。间歇法。当采用较大压力仍不开环时，可在间歇一定时间后再用同样的压力重复开环，一般重复2～3次后即可收效，甚至能用比第一次开环时更小的压力达到良好的开环。13.2.1注浆方法（3）双重管双栓塞复合注浆法法国人为了在土体中注凝胶时间较长浆液，用塑料套管内加双塞办法，并在塑管孔眼外套上一圈橡皮阀门，因而研制了Soletanche法。日本研究了许多精密注浆方法。为注短时凝胶浆液，研制了双管喷射头——喷射头设有单向阀门，只能让两种浆液在地层内混和，可防止浆液在混合室内形成倒流堵塞管路。有的喷头还考虑了既能注长凝胶浆液，又能注短凝胶浆液。同时将这种喷头与Soletanche法结合，组成双重管双栓塞复合注浆法。13.2.1注浆方法Soletanche法：注浆管为单管，双塞间为花管。双重双栓塞复合注浆法：注浆管为双重管，双塞间为具有单向阀的混和射枪。双重双栓塞复合注浆法装置13.2.1注浆方法复合注浆：先用廉价、高强的悬浊型(水泥)浆液进行脉状注浆，充填大空隙，提高地层的均质性，防止昂贵的浆液流失。然后用粘度低、凝胶时间长、溶液型化学浆液谋求渗透注浆，提高地层的致密性。13.2.1注浆方法（4）循环注浆在土体中采用纯压式注浆，而对吸浆率较小的裂隙岩体，注水泥浆液或水泥粘土浆液，则可采用循环注浆，将过剩浆液从孔中再返回到注浆泵继续循环注浆。我国水电部门的防渗帷幕注浆多采用循环工艺。循环注浆的工序为：钻孔—钻孔冲洗—压水试验—注浆—全孔终了封孔。循环式注浆13.2.1注浆方法（5）岩溶注浆岩溶注浆法：是针对岩溶具有较大的缝、隙、洞的通道，在水的流速大到足以冲走浆液最大颗粒的情况时，不能产生浆液颗粒沉淀堵塞作用，出现所谓“灌不住”现象而研究的一种特殊的注浆工艺。一般岩溶注浆，可以在浆液中掺加粗料，促使浆液产生沉积推移作用，堵塞流水通道。但是当通道水流流速很大时，只靠在浆液中掺加粗料办法就很难实现封堵目的。原因是目前注浆设备只允许掺加不大于5mm的砾料。山东水科所研究了一套级配反滤注浆法较好解决了该问题。13.2.1注浆方法级配反滤注浆法：是先通过钻孔充填砾、砂、卵石级配料，堵塞漏水通道，减小水流速度，形成反滤条件，然后注水泥浆形成防渗凝结体。冲填级配料示意图级配反滤注浆法的要点：首先测准套管口以下深度数据，即孔内静止水位为H1，孔底深度为H3。然后往孔内边冲水，边抛2～5mm粒径的砂砾20～50kg左右，测得孔内稳定的淤填深度H2，此深度为漏浆通道高程位置。13.2.1注浆方法再视情况用水泵往套管内送清水，每分钟注水量可在200～500L，用水表测调，使水位抬高但不得超过套管口，此时水位为H4，此后开始往孔内由细到粗逐级冲填各级配料。在冲填过程中，当发现水位H4突然升高或淤塞H3抬高，说明该级级配料的粒径太大，应停止该级冲填，改用较细一级配料。在冲填过程中应根据注水量及水位变化，随时调整冲填速度，更改级配料，直至认为溶洞内不再进料为止。冲填料结束后，随即由稀到稠注水泥浆。冲填级配料示意图13.2.2注浆次序孔序顺序注浆：顺序注浆是按照排序逐孔注浆。这是以排除地下水为主的注浆顺序，先中间孔注浆后外围孔的开放式注浆。可防止浆液逸失。一般先做周边封闭孔注浆，再做封闭圈内孔的注浆。13.2.2注浆次序孔序跳孔注浆：它是在一孔注浆完后，间隔一孔或者多孔注浆，也可以在一排注浆完后，间隔一排或数排注浆。一般间隔一个孔或一个排。间隔孔做为检查孔和补充注浆孔。在加固已有建筑物时，逐孔注浆在浆液还没有形成强度之前会造成基础下沉。因此，采用跳孔注浆次序可防止注浆过程中下沉。砂砾层和裂隙岩体的帷幕注浆，一般采用由外围向内逐渐加密的原则，多采用1～3次加密。排序也实行逐渐加密法。13.2.2注浆次序段序自上而下分段法：先做上部第一段的钻孔和注浆，然后再向下做第二段的钻孔和注浆，如此办法，自上而下地逐段进行。这是在软弱破碎、竖向裂隙发育、容易串冒浆的岩土层中注浆采用的一种分段方法。自下而上分段法：先将注浆孔钻至设计深度，自下而上的分段注浆至孔口，这种分段法将钻孔与注浆两道工序分开，效率高。在孔壁坚硬、不易冒浆岩土层内较为适用。13.3注浆控制技术13.3.1定浆量控制法13.3.2定压控制法13.3.3定时控制法13.3.4注浆强度控制法13.3.1定浆量控制法注浆总量控制当注浆扩散半径确定后，注浆总量就确定了，在地层均匀无空洞的条件下，调整注浆压力，使总注浆量达到设计值。吸浆速率控制法在设计时，吸浆率小到一定程度，即达到注浆要求。这种方法适用于防渗帷幕注浆。水电部门规定