堤防灌漿加固與防滲技術(shù)圖文詳解

灌漿技術(shù)是利用壓力將能固結(jié)的漿液通過鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力學性能改善的一種方法。

    一、灌漿分類

    1.按照灌漿的作用來劃分 （1）固結(jié)灌漿 ；（2）帷幕灌漿；（3）接觸灌漿。
    2.按照基礎的構(gòu)成來劃分 （1）砂礫石灌漿；（2）巖石灌漿。
    3.按照灌漿材料來劃分 （1）水泥灌漿；（2）水泥粘土灌漿；（3）化學灌漿。
    4.按照使用的壓力來劃分 （1）常壓灌漿；（2）高壓灌漿。
    5.按照灌漿工藝所依據(jù)的理論來劃分 （1）滲入性灌漿；（2）劈裂灌漿；（3）壓密灌漿
    還有其他不同的分類方法，如常見到的有充填灌漿、裂縫灌漿、應急灌漿、糾偏灌漿、界面灌漿等等。

    二、灌漿材料

    用于堤防工程的灌漿技術(shù)，是在灌漿壓力作用下，漿液克服各種阻力而滲入孔隙和裂隙，壓力越大，吸漿量及漿液擴散距離就大，因此又稱滲入性灌漿。這種灌漿是在地層結(jié)構(gòu)不被破壞的條件下滲入地層，因而漿液的顆粒尺寸必須小于土的孔隙尺寸，也就是說，漿液必須滿足地層的可灌性條件，因此漿材的選用尤為重要。

適合于堤防灌漿的材料主要有以下幾種：
    1.水泥漿 水泥漿是由水泥和水混合經(jīng)攪拌而制成的漿液.為了改進漿液性能，有時需要在漿中加入少量的添加劑。
    水泥漿液具有來源豐富，價格便宜，漿液結(jié)石體抗壓強度高、抗?jié)B性能好、工藝設備簡單、操作方便等優(yōu)點，但是水泥漿液是一種顆粒狀的懸浮材料，受到水泥顆粒粒徑的限制，通常用于粗砂層的加固。
    2.粘土漿 粘土漿是粘土的微小顆粒在水中分散，并與水混合形成的半膠體懸浮液。選擇灌漿用的粘土，一般有如下幾個要求：
塑性指數(shù) 17；
粘粒（粒徑小于0.005mm）含量不小于40％～50％；
粉粒（粒徑0.005～0.05mm）含量一般不多于45％～50％；
含砂量（0.05～0.25mm）不大于5％。
    粘土漿的結(jié)石強度和粘結(jié)力都比較低，抗?jié)B壓和沖蝕的能力很弱，故僅在低水頭的防滲工程上才考慮采用純粘土漿灌漿。
    在粘土漿液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃漿液，水玻璃加量為粘土漿的10％— 15％，漿液的凝結(jié)時間可縮短為幾十秒至幾十分，固結(jié)體滲透系數(shù)為10 5～10 6cm/s。
    3.水泥粘土漿 水泥粘土漿是由水泥和粘土兩種基本材料相混合所構(gòu)成的漿液。水泥和粘土混合可以互相彌補缺點，構(gòu)成性能較好的灌漿漿液。
    水泥粘土漿液較單液水泥類漿液成本低，流動性、抗?jié)B性好，結(jié)石率高，目前大壩的砂礫石基礎的防滲灌漿帷幕，幾乎都是采用水泥粘土漿灌注的。
    4.水泥— 水玻璃漿液 水泥— 水玻璃漿液是以水泥和水玻璃溶液組成的一種灌漿材料。它克服了水泥漿液凝結(jié)時間過長的缺點，水泥— 水玻璃漿液的膠凝時間可以縮短到幾十分鐘，甚至數(shù)秒鐘。可灌性比純水泥漿也有所提高，尤其適合在動水狀態(tài)下粗砂層地基的防滲加固處理。
    5.水泥砂漿 在對較大缺陷的部位灌漿時，可采用水泥砂漿灌漿，一般要求砂的粒徑不大于1.0mm,砂的細度模數(shù)不大于2。
    在水泥砂漿中加入粘土，組成水泥粘土砂漿，水泥起固結(jié)強度作用，粘土起促進漿液的穩(wěn)定作用，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂漿適用于靜水頭壓力較大情況下的較大缺陷，大洞穴的充填灌漿。
    6.水玻璃類漿液 水玻璃類漿液是由水玻璃溶液和相應的膠凝劑組成。灌入地層后，經(jīng)過化學反應生成硅酸凝膠，在土（砂）的孔隙中充填，達到固結(jié)和防滲堵漏的目的。
    水玻璃漿液的粘度小，流動性好，在用水泥漿或粘土水泥漿難于處理的細砂層和粉砂層地基，可使用水玻璃漿液。
    在堤防基礎的加固及防滲處理施工中，漿液的可灌性是決定灌漿效果的最重要參數(shù)
    堤基灌漿可以用下式評價其可灌性：
M=D15/d85                               (5-1)
式中：M為灌入比；D15為受灌地層中15％的顆粒小于該粒徑(mm)；d85為灌注材料中85％的顆粒小于該粒徑(mm)。
    M 15可灌注水泥漿；M  10可灌注水泥粘土漿。如可灌性不好，可采用水玻璃類漿液灌漿。幾種灌漿材料的主要特點見表5— 2
表5— 2 幾種灌漿材料的主要特點

    上述幾種材料中，除水玻璃漿液外，價格都比較低，水玻璃漿液的價格比其它漿液的價格要高一些，工程多采用水泥漿和水泥粘土漿。對一些非均質(zhì)的粉砂土地基還可以采用水泥和水玻璃漿液分別灌注的方法，達到復合加固的目的。
    水泥漿液只能灌入粗砂層，而對顆粒細、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌漿只能進入地基土體結(jié)構(gòu)受到破壞而形成的空洞或裂縫中，起不到防滲灌漿的作用，難以提高地基的抗?jié)B性能。而水玻璃漿液可以進入細砂層和細砂層的孔隙。
    采用復合灌漿方法，可取長補短，先用水泥灌漿處理，使水泥漿液先行填充地基土體中大小不一的孔洞和裂隙，經(jīng)48小時的沉淀和固化，然后對同一孔進行清孔，再灌注水玻璃漿液(如酸性水玻璃漿液)。這樣既可以充分發(fā)揮水泥漿液強度高的特點，又可以充分利用水玻璃漿液的優(yōu)點，提高注漿的效果。這種復合灌漿的方法，已在江蘇豐縣廢黃河畔的范樓閘應用，粉砂土的滲透系數(shù)由2.7-4.7×10-4cm/s降至1.3×10-7cm/s以下。

    三、灌漿工藝

  （一）灌漿加固工藝
    1.灌漿孔的布設。加固灌漿孔的布設常用方格形、梅花形和六角形，見圖5－1。方格形的主要優(yōu)點是便于補加灌漿孔，在復雜的地區(qū)宜采用這種方法，而梅花形和六角形布孔的主要缺點是不便于補加灌漿孔，預計灌漿后不需補加孔的地基多采用這種形式。
    2.鉆孔。鉆孔可采用機鉆、錐鉆、打管等各種成孔方法。
    3.灌漿施工技術(shù)要點
（1）采用“圍、擠、壓”的原則，就是先將灌漿區(qū)圈圍住，再在中間插孔灌漿擠密，最后逐序壓實，這樣易于保證灌漿質(zhì)量。最好采用分序灌漿的辦法。

圖5－1 灌漿孔布置圖
（2）在可能的情況下，以采用較大的壓力為好。
（3）灌漿開始時，以稀漿開始，采用逐步加稠的方法。

（二） 帷幕灌漿工藝
    灌漿技術(shù)除作為加固地基外，也適合堤防工程透水地基的防滲處理，構(gòu)筑防滲帷幕。
   1.帷幕的設置
  （1）帷幕的位置
  堤防基礎的灌漿帷幕應與堤防防滲體（多由粘土一類的不透水材料所構(gòu)成）相連，因此帷幕宜設在堤防臨水側(cè)鋪蓋下或臨水坡腳下，見圖5—2
（2）帷幕的形式
1）均厚式帷幕 帷幕各排孔的深度均相同。稱為均厚式帷幕。在砂礫石層厚度不大，灌漿帷幕不甚深的情況下，一般多采用這種形式。
2）階梯式帷幕 在深厚的砂礫石層中，因為滲流坡降隨砂礫石層的加深（即隨帷幕的加深）而逐漸減小，故設置深帷幕時，多采用上寬下窄呈階梯狀的帷幕。幕寬的部位，灌漿孔的排數(shù)多；幕窄的部位，灌漿孔的排數(shù)少。

圖5—2 灌漿帷幕位置示意圖
（3）帷幕的深度和厚度
    一般情況下，帷幕深度宜穿過砂礫石層達到基巖，這樣可以起到全部封閉滲流通道的作用。帷幕的厚度（T）主要是根據(jù)幕體內(nèi)的允許坡降值來確定的。但可按下式作初步估算：
T=H/J                （5-2）
式中 H為最大作用水頭，m；J為帷幕的容許比降，對一般粘土漿可采用J≤3～4。
    對于砂礫石厚度較淺，一般設置1～2排灌漿孔即可，對基礎承受的水頭超過25～30m時，帷幕的組成才設置2～3排。
    灌漿孔距主要決定于地層的滲透性、灌漿壓力、灌漿材料等有關因素，一般要通過試驗確定，通常孔距為2～4m。如果在灌漿施工過程中，發(fā)現(xiàn)漿液擴散范圍不足，則可采用縮小孔距，加密鉆孔的辦法來補救。

    2.帷幕灌漿方法
    鉆孔灌漿方法主要有打花管灌漿法、套管護壁法、循環(huán)鉆灌法和袖閥管法。
    （1）打花管灌漿法 首先在地層中打入一下部帶尖頭的花管，然后沖洗進入管中的砂土，最后自下而上分段撥管灌漿。見圖5—3。此法比較簡單，但遇卵石及塊石時打管很困難，故只適用于較淺的砂土層。
    （2）套管護壁法 套管護壁法的施工見圖5— 4所示，邊鉆孔邊打入護壁套管，直至預定的灌漿深度（a），接著下入灌漿管（b），然后拔套管灌注第一灌漿段（c），再用同法灌注第二段（d）及其余各段，直至孔頂。
    （3）循環(huán)鉆灌法 如圖5—5，這種方法僅在地表埋設護壁管，而無需在孔中打入套管，自上而下鉆完一段灌注一段，直至預定深度為止，鉆孔時需用泥漿固壁或較稀的漿液固壁。如砂礫層表面有粘性土復蓋，護壁管可埋設在土層中（a），如無粘土層則埋設在砂礫石層中（b）。

圖5—3 打花管灌漿法

圖5－4 套管護壁灌漿法

圖5—5 循環(huán)鉆灌法

圖5— 6 袖閥管法施工程序
（4）袖閥管法
    袖閥管法的施工可分四個步驟，見圖5—6。 鉆孔 用優(yōu)質(zhì)泥漿（如膨潤土）固壁，不用套管護壁（a）；插入袖閥管 為使套殼料的厚度均勻，應設法使袖閥管位于鉆孔的中心（b）；澆注套殼料 用套殼料置換孔內(nèi)泥漿（c）；套殼料的作用是封閉袖閥管與鉆孔壁之間的環(huán)狀空間，防止灌漿時漿液流竄，套殼在規(guī)定的灌漿段范圍內(nèi)受到破碎而開環(huán)，逼使灌漿漿液在一個灌漿段范圍內(nèi)進入地層。灌漿 待套殼料只有一定強度后，在袖閥管內(nèi)放入帶雙塞的灌漿管進行灌漿（d）。
    灌漿方法的選用主要取決于施工隊伍的經(jīng)驗和技術(shù)熟練程度，其中打花管法灌漿最為簡單，袖閥管法比較復雜一些，但施工質(zhì)量較高。袖閥管法可根據(jù)需要灌注任何一個灌漿段，還可以進行重復灌漿。而且可使用較高的灌漿壓力，冒漿和串漿的可能性小。
    在砂礫石層灌漿中，對灌漿壓力的確定，目前還缺乏統(tǒng)一的、比較準確的計算灌漿壓力的公式。灌漿初期，也可先憑經(jīng)驗預估的壓力灌漿，然后根據(jù)吸漿情況以及對地表的觀察，視有無冒漿或抬動變形情況，再做壓力調(diào)整。
    灌漿的施工機具比較簡單，可采用專用灌漿泵，也可以自行用普通的泥漿泵加設一個簡單的攪拌器組成。對進漿量較小的粉砂層灌漿，也可以采用簡單的手壓注漿泵或隔膜泵來代替。

    （三）灌漿效果檢查
    灌漿法作為地基加固和地基防滲處理，灌漿效果的檢查還沒有比較合適的標準，但一般常用下列幾個方法判斷。
    1.漿液的灌入量 同一地區(qū)堤防地基的差異不是很大，可以根據(jù)各孔段的單位灌入量來衡量。
    2.壓水試驗 設檢查孔做壓水試驗，以單位吸水量值表示幕體的滲透性。

    四、堤身劈裂灌漿

    劈裂灌漿是利用堤身的最小主應力面和堤軸線方向一致的規(guī)律，以土體水力劈裂原理，沿堤軸線布孔，在灌漿壓力下，以適宜的漿液為能量載體，有控制地劈裂堤身，在堤身形成密實、豎直、連續(xù)、一定厚度的漿液防滲固結(jié)體，同時與漿脈連通的所有裂縫、洞穴等隱患均可被漿液充填密實。適應于處理堤身浸潤線出溢點過高、有散浸現(xiàn)象、裂縫（不包括滑坡裂縫）、各種洞穴。
    堤身劈裂灌漿防滲處理，多采用單排布孔。孔距5～10m。在彎曲堤段應適當縮小孔距。
    劈裂灌漿和錐探充填灌漿漿液多采用土料漿，參見表5－3、5－4。根據(jù)不同的需要可摻入水泥、各種外加劑。
表5－3 漿土料選擇表

    灌漿孔口壓力以產(chǎn)生沿堤線方向脈狀擴散形成一連續(xù)的防滲體，但又不得產(chǎn)生有害的水平脈狀擴散和變形為準，需要現(xiàn)場灌漿試驗或施工前期確定。堤防灌漿口壓力多在0.1～1MPa間。
    堤身劈裂灌漿應“少灌多次”，分序灌漿，推遲壩面裂縫的出現(xiàn)和控制裂縫的開度在3cm之內(nèi)，并在灌后能基本閉合。每孔灌漿次數(shù)應在5次以上，每次灌漿量控制在每米0.5～1m3之間。形成的脈狀泥墻厚度應在5～20cm之間。一年后脈狀泥墻的容重應大于14kN/m3，一般可達15～17 N/m3，水平向滲透系數(shù)達10-6～10-8cm/s。
    考慮到堤身應力，劈裂灌漿應在不擋水的枯水期進行，同時應核算灌漿期堤坡的穩(wěn)定性，進行堤身變形、裂縫等觀測，以策安全。對于較寬的堤防，也應核算堤身應力分布，避免貫穿性橫縫產(chǎn)生。
表5－4 漿漿液物理力學性能表

    劈裂灌漿鉆孔均是一次成孔。在沖擊鉆進中一般采用取土鉆頭干鉆鉆進或沖擊錘頭錐擊鉆進。在回轉(zhuǎn)鉆進中最好采用泥漿循環(huán)鉆進，特別是在一些較重要的水利工程堤壩施工中，應合理選用沖洗液循環(huán)鉆進，采用清水鉆進時，應依據(jù)堤壩的土質(zhì)條件、滲透程度來慎重選用。鉆孔孔徑可小到Φ25mm，一般孔徑在Φ60-Φ130mm之間。所有灌漿鉆孔均需埋設孔口管，使頂部灌漿壓力由孔口管承擔，可施加較大的灌漿壓力，促使?jié){液析水固結(jié)，有利于提高漿液的固結(jié)速率和漿體結(jié)石的密實度。
    灌漿壓力是劈裂式灌漿施工中的一個重要參數(shù)。應注意掌握：起始劈裂壓力、裂縫的擴展壓力、最大控制灌漿壓力。灌漿壓力的大小不僅與灌漿范圍大小、水文工程地質(zhì)條件等因素有關，而且還與地層的附加荷載及灌漿深度有關，所以不能用一個公式準確地表達出來，應根據(jù)不同情況通過經(jīng)驗和灌漿試驗確定。
    灌漿過程中，對冒漿、串漿、隆起等一些特殊情況做好相應的處理。必須做好灌漿結(jié)束后的封孔工作。
    灌漿效果檢查有：標準貫入試驗、彈性波法、現(xiàn)場透水試驗、現(xiàn)場載荷試驗等。

漿液 粘土 水泥

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