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摘 要:高压喷射灌浆法被广泛应用于各个领域,本文结合工程实际应用,对高压喷射注浆的原理、设计参数、工艺及应用进行了介绍。
关键词:高压喷射 注浆 防渗加固
中图分类号:TV5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0131-01
1 引言
注浆技术是一项应用性广、实用性强的工程技术,被大量应用于大坝、隧道、地下建筑、地铁、桥梁等各个领域,该技术能增强岩土的强度,降低渗透性和地基土的压缩性。高压喷射注浆具有可控性、连接性及灵活性等众多优点,自我国20世纪70年代在乌江渡大坝防渗采用该法取得成功以来,高压喷射注浆技术得到了迅速的发展,被广泛应用于水利工程的防渗加固,解决了一些其它方法难以应付的工程难题。
2 高压喷射注浆技术概况
高压喷射注浆法的原理,在土层的预定位置处通过带有喷嘴的注浆管用高压设备将浆液高压喷射出来,冲击破坏岩土,当速度快、能量大的喷射流的动压超过岩土的结构强度时,岩土粒出现剥离,一部分细小的颗粒随浆液冒出地面,其余岩土粒在喷射流的冲击力、重力和离心力的作用下,与浆液混合并按某个比例重新组合凝固形成固结体。
高压喷射注浆法适用于残积层、第四纪冲积层及人工填土层等,对软土、砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能进行加固,但对含大量纤维质的腐植土层、大块砾石、地下水流速较大的工程效果稍差,所以应根据现场试验结果确定其是否适用[2]。高压喷射注浆法除可以强化地基外,还可用于工程中土层的加固防水。根据土质条件、工程经验并结合工程实际需要,确定具体的施工设备和工艺,我国目前高压喷射注浆法的设计主要依据《建筑地基处理技术规范》。
高压喷射注浆设备简单,设备体积较小、结构紧凑、操作简单,可在较小空间内安全施工。施工进行注浆作业时仅需在土层钻直径为50～300mm的小孔,就能形成比孔径直径大8～10倍的固结体,还能结合工程实际需要,控制加固范围和强度。施工可以通过调整浆液喷射速度、增减喷射压力、改变喷射角度和喷嘴孔径,使工程形成的固结体满足设计所需。不同的喷射参数,得到的固结体形状不同,有均匀圆柱体、非均匀圆柱体、板墙体、圆盘体等。高压喷射注浆的主材料是无环境危害且耐久性好的水泥,普通的硅酸盐水泥就能满足要求,并可以根据环境和工程需要在浆液中加入外加剂(膨胀剂、抗冻剂、速凝剂等)和添加剂(粉煤灰等),以提高注浆体性能、扩展其应用范围、改善材料缺陷及降低成本等。高压喷射注浆形成的固结体,孔隙小且不贯通,加上致密的硬外壳,防渗性能强。
高压喷射注浆有单管法、二重管法、三重管法及多重管法等,按喷射方式分为旋喷、摆喷和定喷,按持续时间又可分为驻喷和复喷。单管法利用高压泵以20MPa压力喷射出浆液,冲击破坏土体,通过提升和旋转注浆管使浆液与土充分混合,固化后形成固结体。单管法固结体直径小,单桩垂直极限荷载也较小。二重管法固结体直径较单管法有明显的增加,其单桩垂直极限荷载也大大增大,其原理是利用两个输送管同时高压喷射浆液和空气来冲击破坏土体。三重管法输送水、气、浆三种介质,在高压或超高压下以水气冲击土体,同时以高压注入泥浆液填充,其单桩垂直极限荷载可到达2000kN。
注浆参数设计前应准备的资料:(1)施工区具体的地质条件,如岩层形态、深度和各项力学性质;土层种类及组成等;(2)水文条件,土层的渗透系数,地下水质成分、附近暗河的分布及连通等;(3)周围环境,包括施工区域的地形、地貌及周围地下管道的分布及存埋,材料和设备的交通运输条件等;(4)室内模拟喷射试验,在现场取土样在室内按不同的设计方案进行试验,择优选择合适的浆液配方。对重大工程,还必须先进行现场试喷,测试固结体的直径和强度来验证设计方案的可靠性。
固结体尺寸主要影响因素有:(1)土的种类及各种性质;(2)施工过程中注浆方法;(3)具体施工参数,例如压力、流速、喷嘴角度等。在没有试验资料或相应工程经验可以借鉴的情况下,对大型工程应该进行现场喷射试验后,确定固结体的尺寸。
固结体强度主要影响因素:(1)土的性质;(2)注浆材料配比;(3)施工中注浆管的类型及具体参数;(4)注浆量的大小。一般情况下,固结体强度按28天来计算,有试验证明,土层中粘土矿物与水泥化合物发生相互作用,固结体强度在28天后还会增长。施工质量检验包括:(1)打孔的质量,检查孔位和孔斜符合规范,孔深满足设计要求后,才能进行下道工序;(2)控制水压、浆液密度及提升速度,当参数随机抽查不合格时立即停止施工进行调整;(3)钻孔取芯检查、压水试验、旋喷心样室内抗压抗折试验、开挖检查、弹性波CT检测等。
3 堤坝高压喷射注浆技术的应用研究
在堤坝防渗加固工程中高压喷射注浆法应用非常广泛,在我国长江、黄河等流域的堤坝均有应用成功的实例。
新设备和工艺的开发应用极大地提高了高喷注浆的技术水平,增强了高喷板墙的整体性、连续性和防渗性能,特别是高喷注浆技术在长江三峡一期工程中的应用,推动了该技术更好的发展。三峡二期围堰修建防渗墙工程中,采用了新三重管法和二重管两种工艺,因为围堰堰基中有砂砾石、淤砂和残积块等覆盖层,基础地质条件比较复杂,采用的新三管法以水气浆为介质进行喷射能更好的满足工程设计需求,达到更好的施工效果。此工程中,专家们认为高压旋喷注浆施工设备及工艺先进,在国内处于领先水平,且项目成果多,并为我国在复杂地层中的防渗技术积累了宝贵的经验。
坞罗水库大坝发现漏水严重后,设计方案确定采用高压喷射注浆和帷幕注浆相结合的方法进行防渗加固。高压喷射注浆从2004年7月开始施工,到10月结束,帷幕线长150m,最小孔深40mm,最大52.3m;主要技术参数为:4500L/h的水流量,40MPa的水压力;气压力约0.7MPa左右;浆液压力约0.4MPa左右;提升速度8m/h;摆喷摆角35°,摆速5°/s。施工过程中采用三重管法输送介质和双喷嘴摆动的新工艺,全自动监测仪记录数据。为了提高堤坝复杂地层的防渗能力,用32.5级硅酸水泥制备的水泥豁土浆液为主浆材,其中水泥∶粘土∶水=l∶0.15∶0.8,进浆密度约在1.63左右。在高喷区施工结束14d后,根据注浆孔段耗浆情况对施工区进行了静水头压水试验,结果完全满足设计要求。
4 结语
随科学技术的进步,高压喷射注浆技术在理论研究、施工设备和工艺上不断的完善和发展,其应用领域和效能必将不断扩展和提高,应用前景十分广阔。
参考文献
[1] 邝健政等.岩土注浆理论与工程实例[M].北京:科学出版社,2001.
[2] 杨震.高压喷射注浆法防渗加固机理与施工技术应用研究[M].中南大学,2008.
[3] 杨米加,陈明雄,贺永年.注浆理论的研究现状及发展方向[J].岩石力学与工程学报,2001,20(6):839-841.
[4] 王雷,高印军.高喷注浆施工设备性能特点综述[J].水利水电技术,1997(8):32-34.
关键词:高压喷射 注浆 防渗加固
中图分类号:TV5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0131-01
1 引言
注浆技术是一项应用性广、实用性强的工程技术,被大量应用于大坝、隧道、地下建筑、地铁、桥梁等各个领域,该技术能增强岩土的强度,降低渗透性和地基土的压缩性。高压喷射注浆具有可控性、连接性及灵活性等众多优点,自我国20世纪70年代在乌江渡大坝防渗采用该法取得成功以来,高压喷射注浆技术得到了迅速的发展,被广泛应用于水利工程的防渗加固,解决了一些其它方法难以应付的工程难题。
2 高压喷射注浆技术概况
高压喷射注浆法的原理,在土层的预定位置处通过带有喷嘴的注浆管用高压设备将浆液高压喷射出来,冲击破坏岩土,当速度快、能量大的喷射流的动压超过岩土的结构强度时,岩土粒出现剥离,一部分细小的颗粒随浆液冒出地面,其余岩土粒在喷射流的冲击力、重力和离心力的作用下,与浆液混合并按某个比例重新组合凝固形成固结体。
高压喷射注浆法适用于残积层、第四纪冲积层及人工填土层等,对软土、砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能进行加固,但对含大量纤维质的腐植土层、大块砾石、地下水流速较大的工程效果稍差,所以应根据现场试验结果确定其是否适用[2]。高压喷射注浆法除可以强化地基外,还可用于工程中土层的加固防水。根据土质条件、工程经验并结合工程实际需要,确定具体的施工设备和工艺,我国目前高压喷射注浆法的设计主要依据《建筑地基处理技术规范》。
高压喷射注浆设备简单,设备体积较小、结构紧凑、操作简单,可在较小空间内安全施工。施工进行注浆作业时仅需在土层钻直径为50～300mm的小孔,就能形成比孔径直径大8～10倍的固结体,还能结合工程实际需要,控制加固范围和强度。施工可以通过调整浆液喷射速度、增减喷射压力、改变喷射角度和喷嘴孔径,使工程形成的固结体满足设计所需。不同的喷射参数,得到的固结体形状不同,有均匀圆柱体、非均匀圆柱体、板墙体、圆盘体等。高压喷射注浆的主材料是无环境危害且耐久性好的水泥,普通的硅酸盐水泥就能满足要求,并可以根据环境和工程需要在浆液中加入外加剂(膨胀剂、抗冻剂、速凝剂等)和添加剂(粉煤灰等),以提高注浆体性能、扩展其应用范围、改善材料缺陷及降低成本等。高压喷射注浆形成的固结体,孔隙小且不贯通,加上致密的硬外壳,防渗性能强。
高压喷射注浆有单管法、二重管法、三重管法及多重管法等,按喷射方式分为旋喷、摆喷和定喷,按持续时间又可分为驻喷和复喷。单管法利用高压泵以20MPa压力喷射出浆液,冲击破坏土体,通过提升和旋转注浆管使浆液与土充分混合,固化后形成固结体。单管法固结体直径小,单桩垂直极限荷载也较小。二重管法固结体直径较单管法有明显的增加,其单桩垂直极限荷载也大大增大,其原理是利用两个输送管同时高压喷射浆液和空气来冲击破坏土体。三重管法输送水、气、浆三种介质,在高压或超高压下以水气冲击土体,同时以高压注入泥浆液填充,其单桩垂直极限荷载可到达2000kN。
注浆参数设计前应准备的资料:(1)施工区具体的地质条件,如岩层形态、深度和各项力学性质;土层种类及组成等;(2)水文条件,土层的渗透系数,地下水质成分、附近暗河的分布及连通等;(3)周围环境,包括施工区域的地形、地貌及周围地下管道的分布及存埋,材料和设备的交通运输条件等;(4)室内模拟喷射试验,在现场取土样在室内按不同的设计方案进行试验,择优选择合适的浆液配方。对重大工程,还必须先进行现场试喷,测试固结体的直径和强度来验证设计方案的可靠性。
固结体尺寸主要影响因素有:(1)土的种类及各种性质;(2)施工过程中注浆方法;(3)具体施工参数,例如压力、流速、喷嘴角度等。在没有试验资料或相应工程经验可以借鉴的情况下,对大型工程应该进行现场喷射试验后,确定固结体的尺寸。
固结体强度主要影响因素:(1)土的性质;(2)注浆材料配比;(3)施工中注浆管的类型及具体参数;(4)注浆量的大小。一般情况下,固结体强度按28天来计算,有试验证明,土层中粘土矿物与水泥化合物发生相互作用,固结体强度在28天后还会增长。施工质量检验包括:(1)打孔的质量,检查孔位和孔斜符合规范,孔深满足设计要求后,才能进行下道工序;(2)控制水压、浆液密度及提升速度,当参数随机抽查不合格时立即停止施工进行调整;(3)钻孔取芯检查、压水试验、旋喷心样室内抗压抗折试验、开挖检查、弹性波CT检测等。
3 堤坝高压喷射注浆技术的应用研究
在堤坝防渗加固工程中高压喷射注浆法应用非常广泛,在我国长江、黄河等流域的堤坝均有应用成功的实例。
新设备和工艺的开发应用极大地提高了高喷注浆的技术水平,增强了高喷板墙的整体性、连续性和防渗性能,特别是高喷注浆技术在长江三峡一期工程中的应用,推动了该技术更好的发展。三峡二期围堰修建防渗墙工程中,采用了新三重管法和二重管两种工艺,因为围堰堰基中有砂砾石、淤砂和残积块等覆盖层,基础地质条件比较复杂,采用的新三管法以水气浆为介质进行喷射能更好的满足工程设计需求,达到更好的施工效果。此工程中,专家们认为高压旋喷注浆施工设备及工艺先进,在国内处于领先水平,且项目成果多,并为我国在复杂地层中的防渗技术积累了宝贵的经验。
坞罗水库大坝发现漏水严重后,设计方案确定采用高压喷射注浆和帷幕注浆相结合的方法进行防渗加固。高压喷射注浆从2004年7月开始施工,到10月结束,帷幕线长150m,最小孔深40mm,最大52.3m;主要技术参数为:4500L/h的水流量,40MPa的水压力;气压力约0.7MPa左右;浆液压力约0.4MPa左右;提升速度8m/h;摆喷摆角35°,摆速5°/s。施工过程中采用三重管法输送介质和双喷嘴摆动的新工艺,全自动监测仪记录数据。为了提高堤坝复杂地层的防渗能力,用32.5级硅酸水泥制备的水泥豁土浆液为主浆材,其中水泥∶粘土∶水=l∶0.15∶0.8,进浆密度约在1.63左右。在高喷区施工结束14d后,根据注浆孔段耗浆情况对施工区进行了静水头压水试验,结果完全满足设计要求。
4 结语
随科学技术的进步,高压喷射注浆技术在理论研究、施工设备和工艺上不断的完善和发展,其应用领域和效能必将不断扩展和提高,应用前景十分广阔。
参考文献
[1] 邝健政等.岩土注浆理论与工程实例[M].北京:科学出版社,2001.
[2] 杨震.高压喷射注浆法防渗加固机理与施工技术应用研究[M].中南大学,2008.
[3] 杨米加,陈明雄,贺永年.注浆理论的研究现状及发展方向[J].岩石力学与工程学报,2001,20(6):839-841.
[4] 王雷,高印军.高喷注浆施工设备性能特点综述[J].水利水电技术,1997(8):32-34.