12巖土注漿加固設(shè)計(jì)課件

1、12 巖土注漿加固設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共30頁(yè)。12 巖土注漿加固設(shè)計(jì)12.1 注漿工程調(diào)查12.2 注漿加固試驗(yàn)12.3 注漿加固參數(shù)設(shè)計(jì)12.3.1 注漿加固范圍的確定12.3.2 注漿量的計(jì)算12.3.3 注漿壓力12.3.4 注漿孔距第2頁(yè)，共30頁(yè)。12.1 注漿工程調(diào)查在進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)之前，要進(jìn)行工程地質(zhì)和巖土工程性質(zhì)的調(diào)查。調(diào)查的范圍是地層需要處理的范圍。工程調(diào)查的目的是解決以下三個(gè)問(wèn)題：(1) 能否采用注漿方法處理；(2) 注漿處理時(shí)采用何種漿液材料，注漿壓力和注漿量的確定；(3) 注漿處理后，地層強(qiáng)度增加或滲透性減小的程度。工程調(diào)查的內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：(1)注漿區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及漿液可能流

2、失的通道和空穴；(2)地質(zhì)分層及需要注漿處理地層的土質(zhì)或巖性特征；(3)需要處理地層的強(qiáng)度或滲透程度；(4)構(gòu)筑物的損害程度和注漿會(huì)對(duì)周圍構(gòu)筑物的影響；(5)注漿過(guò)程中，廢漿排放對(duì)環(huán)境的影響和注漿后地下水位的變化對(duì)鄰近居民飲水及灌溉的影響。第3頁(yè)，共30頁(yè)。12.1 注漿工程調(diào)查砂礫沉積層注漿，一般采用滲透注漿，因而要獲得每一層的滲透系數(shù)、孔隙率、孔隙的大小、地下水位及流速、流向和水的化學(xué)性質(zhì)。土的顆粒大小是選擇漿液類型和可注性的衡量指標(biāo)。地層的孔隙率(n)決定著漿液的消耗量。滲透系數(shù)的大小影響漿液的注入速率。粘性土注漿加固，多采用劈裂注漿。土體的力學(xué)特性較為重要。裂隙巖體注漿，要了解注漿部位

3、是屬于斷層、破碎帶，還是軟弱層，查明其產(chǎn)狀及分布范圍。要了解結(jié)構(gòu)面的滲透幾何參數(shù)。工程調(diào)查中的試驗(yàn)內(nèi)容分為室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。第4頁(yè)，共30頁(yè)。12.1 注漿工程調(diào)查表12-1 注漿調(diào)查的試驗(yàn)內(nèi)容室內(nèi)土工試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)1土顆粒分析2空隙率3透水系數(shù)4土的含水量5土的密度與土顆粒比重6有機(jī)質(zhì)含量7土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)1地基強(qiáng)度方面：動(dòng)力、靜力觸探，旁壓試驗(yàn)2水力學(xué)性質(zhì)方面：抽水或壓水試驗(yàn)3水流、水質(zhì)方面：地下水流向、流速，水的pH值和離子含量4節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)：節(jié)理的組數(shù)、產(chǎn)狀、密度、寬度、粗糙度等5巖體力學(xué)性質(zhì)：裂隙的水力劈裂，斷裂指數(shù)第5頁(yè)，共30頁(yè)。12.2 注漿加固試驗(yàn)（1）注漿試驗(yàn)的目的及內(nèi)

4、容注漿試驗(yàn)研究目的及內(nèi)容1注漿管的入土方式振動(dòng)入土法射水入土法旋轉(zhuǎn)入土法2注漿材料的選擇注漿材料的性質(zhì)試驗(yàn)注漿模擬試驗(yàn)3注漿工藝4注漿效果降低滲透性現(xiàn)場(chǎng)抗?jié)B試驗(yàn)取樣抗?jié)B試驗(yàn)強(qiáng)度提高值標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)靜力觸探荷載試驗(yàn)取樣強(qiáng)度試驗(yàn)彈性波探測(cè)5對(duì)周圍環(huán)境的影響周圍地層的變形周圍建筑物的變形地下水質(zhì)變化第6頁(yè)，共30頁(yè)。12.2 注漿加固試驗(yàn)（2）注漿孔的布置注漿試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)孔的布置分為單孔注漿試驗(yàn)和群孔注漿試驗(yàn)。單孔試驗(yàn)是來(lái)檢查設(shè)備能力是否滿足試驗(yàn)要求，調(diào)查注漿的難易程度、注漿量和注漿壓力等參數(shù)。群孔試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)各種試驗(yàn)效果。圖12-1 各種注漿孔的布置方式第7頁(yè)，共30頁(yè)。為地基土的重度，水下采用有

5、效重度 ；為基礎(chǔ)荷載面上的地基土的重度，水下采用有效重度 ；12.3.1 注漿加固范圍的確定（1）地基加固計(jì)算 地基承載力的大小可用下式計(jì)算（圖12-2）：圖12-2 地基注漿加固范圍 式中:為長(zhǎng)期承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；、為形狀系數(shù)；為地基土的粘聚力；為承載力系數(shù)（粘聚力項(xiàng)）；為承載力系數(shù)（內(nèi)摩擦項(xiàng)）；為承載力系數(shù)（埋深項(xiàng)）；為基礎(chǔ)埋深。如果進(jìn)行短期強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，可將式右邊系數(shù)1/3變成2/3。第8頁(yè)，共30頁(yè)。（1）地基加固計(jì)算注漿加固地基，主要改變地基土的 、 、 值，注漿后地基土的 值變化較大，而 和 變化不太大。注漿加固地基，注漿范圍超出基底寬度 (1/2)b 左右為好。 在持力層較淺時(shí)

6、，持力層以上軟弱層全部加固。持力層較深時(shí)，可用威斯塔卡特公式，根據(jù)等應(yīng)力線或塑性區(qū)決定加固范圍（圖12-3），也可用有限元法模擬計(jì)算加固范圍。圖12-3 等應(yīng)力線和注漿范圍 1-加載產(chǎn)生的等應(yīng)力線2-加固后地基承載力等應(yīng)力線第9頁(yè)，共30頁(yè)。減小 。值，可增大 ，（2）基坑邊坡及基底注漿加固1）基坑邊坡注漿加固 基坑邊坡的主動(dòng)土壓力為（圖12-4）圖12-4 具有粘聚力的土壓力強(qiáng)度分布 被動(dòng)土壓力為注漿增加土體的第10頁(yè)，共30頁(yè)。（2）基坑邊坡及基底注漿加固1）基坑邊坡注漿加固 設(shè)注漿前的土壓力：注漿后的土壓力：注漿后使坑壁穩(wěn)定性增加量：考慮到安全性，注漿范圍應(yīng)深入到滑動(dòng)面以下。注漿范圍如圖

7、所示。圖12-5 基坑邊坡注漿范圍 第11頁(yè)，共30頁(yè)。（2）基坑邊坡及基底注漿加固2）擋土墻背后的注漿加固對(duì)于擋土墻為 H 型鋼的橫向板樁，其注漿范圍參數(shù)如下：圖12-6 擋土墻后的注漿范圍 第12頁(yè)，共30頁(yè)。（2）基坑邊坡及基底注漿加固3）基坑底板的加固計(jì)算在滑動(dòng)面附近化學(xué)注漿 基坑壁后荷重為滑動(dòng)力矩為抗滑力矩為安全系數(shù)為圖12-7 坑壁穩(wěn)定分析圖 為了不產(chǎn)生基底隆起，采用注漿方法提高 ，滿足 1.2的條件，加固的深度應(yīng)大于 （即滑動(dòng)面以下），加固的寬度應(yīng)大于2 。第13頁(yè)，共30頁(yè)。（2）基坑邊坡及基底注漿加固 加固基坑底板 據(jù)BBBroms的計(jì)算，對(duì)基底軟粘土進(jìn)行了 3 m 厚的注漿

8、加固，能使墻體的水平位移及地表沉降減少約 50，支撐軸力減少約 40，基底隆起減少約 35。 他還作了加固 6 m 厚的比較，發(fā)現(xiàn)加固6m厚的各項(xiàng)指標(biāo)僅比加固3m厚的減少了1020。因此，他認(rèn)為：加固3m厚是經(jīng)濟(jì)合理的。 但根據(jù)上海工程實(shí)踐情況，加固 3 m 厚，地表沉降量與開挖深度之比為0.54，加固 910 m 厚，沉降量與開挖深度之比僅為0.10.2。因此，軟粘土在很軟弱時(shí)，加固厚度的增加，其效果是明顯的。第14頁(yè)，共30頁(yè)。（3）隧洞及地下工程注漿加固1）土質(zhì)隧洞的注漿加固 隧道開挖后，拱頂部的松動(dòng)范圍圖12-8 土質(zhì)隧洞松動(dòng)區(qū)注漿范圍 拱頂松動(dòng)土壓力 注漿后，松動(dòng)范圍內(nèi)的 值增加，松

9、動(dòng)壓力 減小。第15頁(yè)，共30頁(yè)。（3）隧洞及地下工程注漿加固2）環(huán)形隧洞注漿加固 均勻土質(zhì)隧道超前注漿 應(yīng)力表達(dá)式為其中注漿寬度為圖12-9 隧道應(yīng)力圖 第16頁(yè)，共30頁(yè)。（3）隧洞及地下工程注漿加固 裂隙巖體圍巖的注漿厚度可根據(jù)圍巖松動(dòng)圈厚度確定。圍巖松動(dòng)圈厚度可通過(guò)多點(diǎn)位移計(jì)或聲波測(cè)試儀等測(cè)得。也可根據(jù)圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，按有關(guān)公式進(jìn)行圍巖松動(dòng)圈厚度的計(jì)算，如修正的芬納公式等。在松動(dòng)圈內(nèi)注漿，可形成外殼支護(hù)層，它具有較大的承載能力，支護(hù)層與巖體共同作用。加固圈的半徑可使加固巖石環(huán)的承載力滿足或大于作用于加固殼的壓力，即：水電部門統(tǒng)計(jì)，圍巖固結(jié)注漿深度在 0.52.0 倍隧洞半徑間變化，

10、建議按 1.3 倍隧洞半徑計(jì)算。前蘇聯(lián)在巷道注漿加固中，加固帶的厚度取 35 m，我國(guó)煤炭部門巷道注漿加固厚度約為 23 m。日本青函隧道則采用了如下的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：一般地質(zhì)條件，壓漿半徑是隧洞半徑的 24 倍，地質(zhì)條件不好時(shí)，壓漿半徑是隧洞半徑的 36 倍，地質(zhì)條件特別壞時(shí)，壓漿半徑是隧洞半徑的 8 倍。第17頁(yè)，共30頁(yè)。（4）豎井加固地面預(yù)注漿與圓形隧洞相同，注漿厚度為第18頁(yè)，共30頁(yè)。12.3.2 注漿量的計(jì)算計(jì)算注漿量時(shí)應(yīng)考慮：注漿類型、巖土的孔隙率和裂隙率、漿液充填程度等因素。滲透注漿的好壞取決于滲透半徑內(nèi)體積土的孔隙充填程度，充填率越高，注漿的效果越好。劈裂注漿的注漿量與注漿范圍內(nèi)

11、漿脈的多少有關(guān)，漿脈越多，注漿量也越多，注漿效果也越好。但漿液不可能無(wú)限制地注，應(yīng)該有個(gè)最佳的注漿量。壓密注漿的漿量和漿泡的直徑有關(guān)。壓密范圍越大，要求的漿泡直徑也越大。在不產(chǎn)生劈裂的條件下，漿泡直徑是很有限的，漿量也有限。裂隙巖體注漿的注漿量與吸水率有關(guān)。下面分別討論滲透注漿、劈裂注漿、裂隙巖體的注漿量計(jì)算方法。第19頁(yè)，共30頁(yè)。（1）滲透注漿的注漿量計(jì)算常用的滲透注漿的漿量計(jì)算公式為常見的滲透注漿地層有砂層和砂礫層，各地層的灌注充填率見表12-5。表12-5 不同土層的灌注充填率土質(zhì)類型N 值孔隙率 n（%） （%） （%）松散砂質(zhì)土0105050802540中等密實(shí)砂質(zhì)土1030405

12、0702030密實(shí)砂質(zhì)土30以上3050651520濕陷性黃土306050801548第20頁(yè)，共30頁(yè)。（2）劈裂注漿的注漿量計(jì)算對(duì)于脈狀劈裂注漿，只考慮孔隙率為主體的注漿率是不能確定注漿量的。下面從三個(gè)方面來(lái)求注漿量。 1）從土的含水率來(lái)求注漿量 對(duì)于軟塑性土，注漿時(shí)漿脈可以使土體發(fā)生壓縮脫水，使天然含水量降低到塑限以下，土體變?yōu)橛菜軤?，加之脈狀漿體成網(wǎng)狀分布于土體，使土體穩(wěn)定性增加，這種注漿通常稱為軟土固結(jié)注漿。注漿量表示為2）從土被壓縮的難易程度來(lái)求注漿量漿脈的插入可認(rèn)為土顆粒間孔隙縮小，孔隙縮小的體積即為漿脈的總體積，這樣可按照土的壓縮指數(shù)來(lái)求注漿量第21頁(yè)，共30頁(yè)。（2）劈裂注漿

13、的注漿量計(jì)算 3）經(jīng)驗(yàn)法 仍按滲透注漿公式 ， ，對(duì)于粘性土 值見表12-6。表12-6 粘性土值N 值孔隙率 n（%） （%） （%）粘性土松散04607530401830中等48506020301018 工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，注漿量約為土體體積的 10或更大些。比較合理的辦法是在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)觀測(cè)到的注漿壓力的變化來(lái)決定注漿量。第22頁(yè)，共30頁(yè)。（3）裂隙巖體注漿量計(jì)算 1）注水泥漿液的起始水灰比 霍爾斯比(1982)建議根據(jù)裂隙的平均寬度選擇初始水灰比為：裂縫平均寬度 1.0，水灰比 1:1。還可根據(jù)相同壓力條件下的鉆孔壓水試驗(yàn)資料，按照表12-7選擇漿液的起始濃度。表12-7 注漿漿液的起始濃度單

14、位鉆孔吸水量 （L/min.m）漿液的起始濃度水泥漿（水：灰）水玻璃：水泥漿（體積比）1.53:1-3.02;15.021.5:17.01.51.25:18.01.2:10.6:19.01:10.85:111.00.85:11:113.00.75:1150.6:1第23頁(yè)，共30頁(yè)。（3）裂隙巖體注漿量計(jì)算 2）注灰量的估計(jì) 水泥漿的注漿量與水灰比有很大的關(guān)系，故常將注漿量折算成注灰量或單位注灰量（每米段長(zhǎng)的耗灰量），這樣注漿量就與水灰比無(wú)關(guān)。 迪爾提出單位耗漿量的分級(jí)，并指出任何小于 10 kg/m 的耗漿量完全是浪費(fèi)時(shí)間和金錢。表12-8 單位耗漿量的分級(jí)單位耗漿量 （kg/m）分 級(jí)40

15、0非常高400200高200100中等高10050中等5025中等低2512.5低12.5非常低第24頁(yè)，共30頁(yè)。12.3.3 注漿壓力注漿壓力控制的好壞是注漿成敗的關(guān)鍵。在不考慮邊界條件下，提高注漿壓力，滲透注漿可以把土層顆?？紫吨锌諝夂退热颗抛?。劈裂注漿脈壓提高后，土顆粒更加密實(shí)和固結(jié)。但是壓力超過(guò)邊界條件允許的范圍，就會(huì)引起地面、基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)物的變形和破壞。壓力應(yīng)控制在邊界條件允許的最大注漿壓力內(nèi)。下面討論最大容許注漿壓力的確定。第25頁(yè)，共30頁(yè)。（1）滲透注漿 1）根據(jù)注漿試驗(yàn)曲線確定 注漿試驗(yàn)過(guò)程中，逐步提高注漿壓力，可求得注漿壓力與注漿量關(guān)系曲線。當(dāng)壓力升至某一數(shù)值（ ），注

16、漿量突然增大時(shí)，表明了地層已產(chǎn)生劈裂，因而把這一壓力值定義為最大容許注漿壓力。圖12-10 注漿壓力和注漿量的關(guān)系 2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定砂礫地基注漿： 或 3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定 最大容許注漿壓力等于 12 倍覆蓋層土壓力加上上部結(jié)構(gòu)的荷載壓力。第26頁(yè)，共30頁(yè)。（2）劈裂注漿 最大容許注漿壓力 式中: h 為注漿處以上土柱高度，m； 為注漿地基的天然重度，kN/m3； 為土的抗拉強(qiáng)度，kPa。 一般軟土地基中注漿壓力在 0.30.5 MPa之間。 在隧道內(nèi)突泥或塌方處劈裂注漿，封閉情況下終壓可以提高。第27頁(yè)，共30頁(yè)。（3）裂隙巖體注漿 圖12-11是最大允許注漿壓力的經(jīng)驗(yàn)曲線，曲線未考慮允

17、許壓力上限，高壓力將導(dǎo)致地層的水力劈裂，在帷幕注漿中是不希望發(fā)生的。 圖12-11中：堅(jiān)固巖石；歐洲的經(jīng)驗(yàn)法則，0.1 MPa/m；中等堅(jiān)固巖石；軟弱巖石；美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)法則，0.022 MPa/m；很不穩(wěn)定的巖石 2）考慮地質(zhì)條件、注漿方法以及漿液濃度的經(jīng)驗(yàn)公式 1）考慮注漿段深度、地質(zhì)條件的經(jīng)驗(yàn)曲線圖12-11 覆蓋層厚度與允許注漿壓力的經(jīng)驗(yàn)曲線（Houbby,1991）第28頁(yè)，共30頁(yè)。（3）裂隙巖體注漿 3）隧洞圍巖固結(jié)注漿壓力 襯砌隧洞圍巖固結(jié)注漿加固中，控制注漿壓力不使襯砌擠裂，注漿壓力可按下式確定： 其中 4）井壁注漿壓力第29頁(yè)，共30頁(yè)。12.3.4 注漿孔距漿液的擴(kuò)散半徑與漿液的流變特性、膠凝時(shí)間、注漿壓力、注漿時(shí)間等因素有關(guān)。在注漿范圍和注漿半徑確定后，就可以確定孔間距。確定孔間距時(shí)，既要考慮最