1、地基处理化学加固,第六章灌浆法,第一节 灌浆法 灌浆法是用液压或气压把能凝固的浆液注入有缝隙的岩土中，以改善灌浆对象的物理力学性质，适应各类建筑工程的需要。 灌浆法适用于土木工程各个领域，如房屋、公路、铁路机杨跑道、坝基、桥梁、隧道、地下铁道及各类地下建筑等工程。,灌浆的主要目的有： (1)加固，提高岩土的力学强度和变形模量、增强基础与周围岩土之间的结合，提高地基承载力，减少地基压缩变形，保证土体稳定性。 (2)纠偏，使已发生不均匀沉降的建筑物恢复正常位置。 (3)防渗，降低岩土渗透性，减少渗流量，提高抗渗能力。 (4)堵漏，截断岩土中渗透水流。,灌浆浆液由：主剂、 溶剂和各种外加剂混合而成。
2、,第二节 灌浆材料,灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统，再按浆材不同成分进一步分类。例如：粒状浆材：有纯水泥浆、水泥砂浆、粉煤灰水泥浆、硅粉水泥浆、粘土水泥浆等；化学浆材：有硅酸盐浆材、丙烯酰胺类及无毒丙凝、改性环氧树脂浆材、聚氨酯浆材等。还有混合浆材：如水泥水玻璃浆材是粒状浆材与化学浆材的混合浆材。,按灌浆原理分为：渗透灌浆、压密灌浆、劈裂灌浆和电动化学灌浆。 一、渗透灌浆渗透灌浆是指在压力作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙，排挤初出孔隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力相对较小。适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。主要有：球形扩散理论、柱形扩散理
3、论和袖套管法理论。,第三节 灌浆理论,劈裂灌浆是指在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。,二、劈裂灌浆,电动化学灌浆是指在施工时将带孔的注浆管作为阳极，用滤水管作为阴极，将溶液由阳极压入土中，并通以直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使通电区域中土的含水量降低，并形成渗浆通路，化学浆液也随之流入土的孔隙中，并在土中硬结。,四、电动化学灌浆,一、设计程序和内容 二、灌浆方案选择 三、灌浆标准 四、浆液的扩
4、散半径,第四节 灌浆设计与计算,化学加固,第七章水泥土搅拌法,水泥土搅拌法,利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。,一、特点： 能最大限度的利用原土。 对周围建筑物影响很小。 施工时无振动，无噪音，无污染，可在市区内进行施工。 土体加固后重度基本不变。 与钢筋混凝土桩相比节省了大量钢筋，并降低造价。 目前使用水泥搅拌法加固的土质有饱和粘土。含有高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好。,二、水泥与土的固结机
5、理,1.水泥的水解和水化反应水泥主要由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、及三氧化硫等组成。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙等。所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水反应，这样周围的水溶液逐渐达到饱和，新生成物只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。,2. 粘土颗粒与水泥水化物的作用（1） 离子交换和团粒作用土中含量较多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶 体微粒，其表面带有钠离子，能和水泥水化反 应生成的氢氧化钙中的钙离子进行交换。 较小 的土颗粒形成较大的土团，使土
6、体强度增大。,（2）硬凝反应水泥水化反应析出的钙离子，在碱性环境中能 使组成粘土矿物的二氧化硅的一部分或大部分与 钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定 结晶化合物。 （3）碳酸化作用水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空 气中的二氧化碳，发生碳化反应，使水泥土增加 强度。,从水泥土的加固机理分析：由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。只有经过较长的时间，土团内的颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质，因此在水泥土中会产生强度较大和水稳定性较好的水泥石区和强度较低的土块区。搅拌越充分,土块被粉碎的越小,水泥土的强度越高.,水泥土搅拌法施工工艺流
7、程,第三节 高压喷射注浆法,一、概述 它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至 土层的预定深度后，通过底面的高压设备 使装置在注浆管上的喷嘴喷出2040MPa 的高压射流冲击切割地基土体，与此同时， 注入浆液使之与冲下的土强制混合，待凝 结后，在土中形成具有一定强度的固结体， 以达到改良土体的目的。,基本不存在挤土效应，对周围地基的扰动小； 可根据不同土质和工程设计要求，合理选择固化剂及配方，应用较为灵活； 施工无振动，无噪音，污染小，可在市区和建筑物密集地带施工； 土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层不致产生较大附加沉降 ；结构型式灵活多样，可根据工程需要，选用块状，柱状、壁状、格栅状。,固结体
8、的基本形状示意图,高压喷射注浆法分类,应用范围,已有建筑物和新建建筑的地基处理，提高地基强度，减少或整治建筑物的沉降和不均允沉降； 深基坑侧壁挡土或当水以保护邻近建筑物及保护地下工程建设；基坑底部加固、防止管涌与隆起； 坝体的加固及防水帷幕； 边坡加固及隧道顶部加固 。,高压喷射注浆的三种型式 旋喷施工时，喷嘴一面喷射一面旋转并提升，施工后在地基中形成圆柱体。主要用于提高地基强度，改善土的变形性质，截阻地下水流和治理流砂。,定喷施工时，喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向固定不动，固结体呈壁状。,摆喷施工时喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，固结体呈较厚墙状。用于基坑防渗、稳定边坡
9、,二、高压喷射注浆法的工艺类型 单管法是利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，用高压把浆液喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体。,单管法高压喷射注浆示意图,二重管法使用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈的空气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大。喷嘴一面喷射一面旋转提升，最后在土中形成圆柱状固结体。,二重管法高压喷射注浆示意图
10、,三重管法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵喷出高压水流的周围，环绕圆筒状的气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体。,三重管法高压喷射注浆示意图,多重管法高压喷射注浆示意图,三、高压喷射注浆法的特征 适用范围广由于固结体的质量高，既可用于工程新建之前，也可以用于工程竣工之后的托换工程。且能使已有建筑物在施工时能正常使用。 施工简便施工时只需在土层中钻一个孔径为50mm或300的小孔，便可在土中喷射成直径为0.4-4.0m的固结体.,可控制固结体的形状在施工中可调整
11、旋喷速度和提升速度、增减喷射压力，使固结体形成工程设计所需的形状。 可垂直、倾斜和水平喷射通常在地面上进行垂直喷射注浆，但在隧道、矿山井巷工程、地下铁道等建设中可采用倾斜或水平喷射注浆。,耐久性好能得到稳定的加固效果并有较好的耐久性，可用于永久工程。 材料广阔浆液以水泥为主 设备简单高压喷射注浆全套设备结构紧凑、体积小，占地小、能在狭窄和低矮的空间施工,四、高压喷射注浆法的适用范围 土质条件和适用范围处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土等地基。对地下水流速过大，浆液无法在注浆管周围凝固的情况，对无填充物的岩溶地段，永冻土以及对水泥有严重腐蚀的地基，均不宜采用高压喷射注浆法,
12、工程使用范围 增加地基强度提高地基承载力，整治已有建筑物的不均匀沉降。减少建筑物的沉降，加固持力层和软弱下卧层。 挡土围堰及地下工程建设保护邻近建筑保护地下工程建设,增大土的摩擦力和粘聚力 防止小型坍方滑坡 锚固基础,五、加固机理 1.高压水喷射流的性质 高压水喷射流是通过高压发生设备，使它获得巨大的能量后，从一定形状的喷嘴，用一种特定的流体运动方式，以很高的速度连续喷射出来的、能量高度集中的一股液流。 在高压高速的条件下，喷射流具有很大的功率，其功率与速度和喷射流的压力有关。,2.单液高压喷射流的构造 单管旋喷射注浆使用高压喷射水泥浆流，其射流构造可用高压水连续喷射流在空气中的模式予以说明。
13、高压喷射流由三个区域所组成：,一、喷射流的有关性质 分为单液高压喷射流和水(浆)气同轴喷射流。 A区：主要区域分为喷射核和迁移区高压喷射流构造,初始区域A区:轴向动压为常数,喷嘴出口处速度分布均匀,当达到某一位置后,断面上的流速分布不再是均匀的。 速度分布均匀的这一区域称为喷射核(E区)。 轴向动压力有所减小的区域称为迁移区(D区)。 可依据初始区域的长度判断破碎土体和搅拌效果 。,主要区域B：轴向动压力减弱，喷射流的混合搅拌在这一部分内进行。 终期区域C：到此喷射流能量衰减很大，末端呈雾化状态。 喷射加固的有效喷射长度为初始区域长度和主要区域长度之和，若有效喷射长度愈长，则搅拌土的距离越大，
14、喷射加固体的直径也越大。,水、气同轴喷射流的构造 二重管旋转喷注浆的浆气同轴喷射流，是在喷射流的外围同轴喷射圆筒状气流。 在初期区域A内，水喷流的速度保持喷嘴的速度，空气和水流的相互作用，在高压喷射流中形成气泡，喷射流受到干扰。 在迁移区域D，高压水喷射流与空气开始混合，出现较多的气泡。,在主要区域B内，高压水喷射流衰减，内部含有大量气泡，气泡逐渐分裂破坏，成为不连续的细水滴状，同时喷射流的宽度迅速扩大。 水气同轴喷射的初期区域长度增加了6倍。,加固机理 高压喷射流对土体的破坏作用 喷射流冲击破坏土体，使土与浆液混合，凝固成圆柱状的固结体。 喷射流在终期区域，能量衰减很大，不能直接冲击破坏土体
15、，但能对土产生挤压作用，对周围土有压密作用。 旋喷时，高压喷射流在地基中，把土体切削破坏，其加固范围是喷射距离加上渗透部分的长度为半径的圆柱体。,加固过程中，一部分细小的土粒被喷射的浆液的置换，随着液流被带到地面上，其余的土颗粒与浆液搅拌混合。在喷射动压力和重力共同作用下，在横断面上土粒按质量大小有规律地排列起来，小颗粒的在中部居多,大颗粒多数在外侧或边缘。固结体的中心部分强度较高，边缘部分较低,高压射流对土体的破坏作用,成桩机理,1.旋喷成桩机理,旋喷时，高压射流边旋转边缓慢提升，对周围土体进行切削破坏，被切削下来的一部分细小的土颗粒被喷射浆液置换，被液流携带到地表(冒浆)，其余的土颗粒在喷
16、射动压，离心力和重力的共同作用下，在横断面按质量大小重新分布，形成一种新的水泥土网络结构。,2.定(摆)喷成壁机理,定喷施工时，喷嘴在逐渐提升的同时，不旋转或按一定角度摆动，在土体中形成一条沟槽。被冲下的土粒一部分被携带流出底面，其余土粒与浆液搅拌混合，最后形成一个板(墙)状固结体。,定喷时，高压喷射注浆的喷嘴不旋转，形成一板状的固结体。,高压喷射注浆设计计算,一、设计计算,(一)设计前应取得的资料； (二)固结体尺寸设定； (三)固结体强度设定； (四)单桩竖向承载力；,(五)复合地基承载力；(六)复合地基变形计算；,(七)孔距及布置旋喷桩的孔距应根据工程需要经计算确定，一般情况下取L(23)d；布孔方式可采用正方形、矩形或三角形。,(八)喷浆材料与配方 1.对浆液材料的要求： 优良好的可喷性； 有足够的稳定性； 气泡少； 有良好的力学性能及耐久性； 结石率高。,2.常用的水泥浆液类型： 普通型； 速凝早强型； 高强型； 填充剂型； 抗冻型； 抗渗型； 抗蚀型。 3.浆液配方 水灰比：单重管和双重管应取1：11.5：1对三重管：1：1或更小。外加剂,
