巖土工程特殊施工技術(shù)

講授：張彬?qū)W時(shí)：40巖土工程特殊施工技術(shù)第一講地下水

目前，水資源嚴(yán)重短缺，是世界性的難題。這不是我們研究的范疇，而是研究地下水的另一面，即地下水對(duì)土建工程的影響和危害。地下水對(duì)地下工程（深基坑、橋基、路基及礦山建設(shè)、城市管線附設(shè)等）設(shè)計(jì)方案、施工方法與工期、工程投資以及工程長(zhǎng)期使用都有著十分密切的關(guān)系。如果對(duì)地下水處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生不良影響，甚至發(fā)生重大工程事故。例如（思考題）：市政管線、橋基、路基（翻漿）。地下工程特殊施工方法大都針對(duì)如何處理地下水或減少其對(duì)工程的危害而相應(yīng)產(chǎn)生的，是地下建筑施工的重要組成部分。一、地下水的分類地下水按埋藏條件不同，分為三類，如圖1-1所示。

海（江、河）潛水位第一隔水層承壓水透水層局部隔水層地下通道上層滯水C*A*

B*圖1-1地下水埋藏條件示意圖1上層滯水地表水下滲，積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水，稱為上層滯水。這種水靠雨水補(bǔ)給，有季節(jié)性，存在于雨季，旱季可能干涸?？辈鞎r(shí)，應(yīng)注意與潛水區(qū)分。2潛水（凈壓水）埋藏在地表以下第一個(gè)連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的重力水，稱為潛水。其自由水面為潛水面，水面標(biāo)高稱為地下水位。地面至潛水面的鉛直距離稱為地下水的埋藏深度。潛水由雨水與河水補(bǔ)給，水位也有季節(jié)性變化。地下水埋藏深度各地區(qū)相差較大，如南方一些地區(qū)不足1m，西北黃土高原深達(dá)100~200m。3承壓水埋藏在兩個(gè)連續(xù)分布的隔水層之間，完全充滿的有一定壓力的地下水，稱為承壓水。如打穿承壓水上面的第一隔水層，則承壓水因有壓力而上涌，壓力大時(shí)可以噴出地面。對(duì)于礦山工程中的立井，深度達(dá)幾百米至千米，在施工過程中可能穿過多個(gè)承壓含水層，應(yīng)引起足夠重視。思考：1.試舉例說出上述三類地下水（湖水、井水、泉水及江河）。2．計(jì)算水壓力：A點(diǎn)、B點(diǎn)及C點(diǎn)。3．不同地下水對(duì)地下工程的危害。如地下通道經(jīng)過A點(diǎn)、B點(diǎn)及C點(diǎn)時(shí)。二.人工降低水位法

降低水位法分明排法和人工降低水位法。明排法是在基坑開挖至地下水位時(shí)，在基坑周圍內(nèi)基礎(chǔ)范圍以外開挖排水溝或在基坑開挖排水溝。相隔一定距離設(shè)集水井，地下水沿排水溝流入集水井，然后用水泵將水抽走。流砂去了水好象老虎去了腿明排法是一種簡(jiǎn)單的地下水處理法，當(dāng)?shù)叵滤畨狠^大而又為細(xì)粉砂時(shí)，采用明排法往往會(huì)發(fā)生涌砂冒泥即流砂現(xiàn)象，難以施工。此時(shí)應(yīng)采用人工降低地下水位方法。

1、方法實(shí)質(zhì)人工降低地下水位，就是在井筒或地下工程基坑開挖前，預(yù)先在其四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管或井，用抽水設(shè)備抽水，形成聯(lián)合降水漏斗，使地下水位降落到坑底以下，同時(shí)在開挖過程中仍不斷抽水。從根本上防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生，改善了工作條件，同時(shí)由于土中水被排除后，動(dòng)水壓力減少或消除，邊坡可以放陡，減少挖土量。此外，由于滲流向下，在動(dòng)水壓力的作用下，增加了土顆粒間的壓力，使坑底土層更為密實(shí)。人工降低地下水位方法有：輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)，電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)及深井泵井點(diǎn)等，可根據(jù)土的滲透系數(shù)、要求降低水位的深度、工程特點(diǎn)及設(shè)備條件等。

2、輕型井點(diǎn)系統(tǒng)輕型井點(diǎn)就是沿基坑四周將許多根直徑較細(xì)的井點(diǎn)管埋入地下含水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過彎管與總管相連接，用抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)管內(nèi)不斷抽出，這樣便可將原有地下水降至坑底以下。輕型井點(diǎn)布置，見圖１－２所示。

輕型井點(diǎn)包括由井點(diǎn)管、總管組成的管路系統(tǒng)和抽吸設(shè)備兩大部分。井點(diǎn)管長(zhǎng)5~8m，直徑38~50mm的鋼管做成。濾管長(zhǎng)1~2m，直徑同井管，管壁鉆有直徑38~50mm的濾孔，按梅花狀排列，濾孔總面積與濾管表面積之比約為20~25%。

3、噴射井點(diǎn)系統(tǒng)當(dāng)基坑開挖深度或降水深度超過6m時(shí)，上述輕型井點(diǎn)必須采用多層井點(diǎn)，但增加了挖土量與設(shè)備數(shù)量，有時(shí)因場(chǎng)地狹小，不可能布置。此時(shí)可考慮采用噴射井點(diǎn)。噴射井點(diǎn)系統(tǒng)布置，見圖7-7所示。

噴射井點(diǎn)點(diǎn)系統(tǒng)除除抽水原原理與輕輕型井點(diǎn)點(diǎn)系統(tǒng)不不同外，，兩者的的布置基基本相同同。其工工作原理理是：高高壓水泵泵將具有有一定壓壓力(7~8kg/cm2)的工作水水通過供供水總管管分配到到各個(gè)井井點(diǎn)管，，從各個(gè)個(gè)井點(diǎn)管管的內(nèi)管管與外管管之間的的環(huán)形空空腔入進(jìn)進(jìn)水窗，，由噴嘴嘴噴出。。因噴射射水流流流速急劇劇增加，，壓力水水頭相應(yīng)應(yīng)降低，，吸走周周圍空氣氣而形成成高度真真空(700mm以上)。管內(nèi)外外的壓力力差將地地下壓力力水吸入入井管。。地下水水及一部部分空氣氣通過濾濾網(wǎng)，從從濾管中中的芯管管上升至至揚(yáng)水器器，經(jīng)過過噴嘴兩兩側(cè)與噴噴射出來來的高速速水流一一起進(jìn)入入混合室室，并在在混合室室中混合合，進(jìn)行行能量交交換，流流速逐漸漸減小，，由流速速水頭逐逐漸變?yōu)闉閴毫λ^，地地下水被被排至地地面，并并經(jīng)排水水總管進(jìn)進(jìn)入集水水池重新新參與工工作循環(huán)環(huán)，多余余的水被被排走。。4、管井井井點(diǎn)和深深井泵井井點(diǎn)在遇有流流砂，特特別是地地下水充充沛的土土層，宜宜用管井井井點(diǎn)或或深井泵泵井點(diǎn)，，兩者與與輕型井井點(diǎn)的不不同之處處是每個(gè)個(gè)井點(diǎn)均均單獨(dú)采采用一臺(tái)臺(tái)泵，而而后者是是將泵放放置在井井管中。。井點(diǎn)布布置，見見圖7-8及圖7-9所示。5、電滲井井點(diǎn)在飽和的的粘性土土中，由由于土的的透水性性差(滲透系數(shù)數(shù)小于0.1m/d)，用一般的的抽水方方法很難難抽出地地下水，，因此，，必須用用電滲井井點(diǎn)排水水。19世紀(jì)初，，列斯用用直流電電通過含含水土?xí)r時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了電動(dòng)動(dòng)現(xiàn)象。。電動(dòng)主要要包括電電滲和電電泳兩種種現(xiàn)象。。在飽和粘粘土中插插入兩根根電極，，通過直直流電，，則陽極極周圍的的土中水水會(huì)向陰陰極流動(dòng)動(dòng)，土中中細(xì)顆粒粒向陽極極移動(dòng)或或壓密，，前者稱稱電滲現(xiàn)現(xiàn)象，后后者稱電電泳現(xiàn)象象。分減少，，陰極處處則增加加。因此此，電滲滲現(xiàn)象在在粘土顆顆粒含量量多且含含水量大大的飽和和土層較較顯著，，若含水水量接近近塑性限限界，則則電滲現(xiàn)現(xiàn)象很弱弱。電泳泳現(xiàn)象是是帶負(fù)電電荷的土土顆粒由由陰極向向陽極移移動(dòng)，對(duì)對(duì)土層起起固結(jié)作作用，從從而對(duì)軟軟土地基基有加強(qiáng)強(qiáng)作用。。電滲井井點(diǎn)布置置，（金屬棒棒——鋼筋和井井點(diǎn)管的的陰陽極極）。問題：降降水方法法的優(yōu)化化選擇、、降水對(duì)對(duì)周邊建建筑的影影響。三.板樁法當(dāng)通過厚厚度不大大的松軟軟巖層或或不穩(wěn)定定含水層層的地下下工程施施工中，，可采用用板樁法法施工。。板樁法法的實(shí)質(zhì)質(zhì)是在地地下工程程尚未開開挖前，，在其開開挖范圍圍以外，，將板樁樁依次打打入，穿穿過不穩(wěn)穩(wěn)定含水水層，插插入到隔隔水層一定深度度（即預(yù)先先在地下下構(gòu)筑防防水帷幕幕）。此此后，在在板樁的的臨時(shí)支支護(hù)下進(jìn)進(jìn)行開挖挖與砌筑筑作業(yè)。。條件：厚厚度不大大（含水水層厚度度大，板板樁未插插入隔水水層會(huì)發(fā)發(fā)生何情情況）、、不含漂漂石、探探頭石等等。問題：地地質(zhì)條件件、水平平抗力、、封底。。第二講凍結(jié)法凍結(jié)法是是通過人人為制冷冷的方法法，將土土層（巖巖層）中中的水凍凍結(jié)，形形成有一一定強(qiáng)度度和厚度度的凍結(jié)結(jié)體（臨臨時(shí)防護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)）），在其其保護(hù)下下進(jìn)行巖巖土開挖挖的特殊殊施工方方法。它它是受自自然法的的啟發(fā)發(fā)發(fā)展起來來的，人人工凍結(jié)結(jié)法和液液氮或干干冰（固固體CO2）。下面簡(jiǎn)單介紹各各方法的實(shí)質(zhì)。。1。自然凍結(jié)法來自西伯利亞河河床下金礦開采采。（包括直接接凍結(jié)和木垛加加碎石凍結(jié)）自然凍結(jié)厚度木垛流動(dòng)水流砂層礦床碎石2-2木垛加碎石凍結(jié)結(jié)示意圖圖2-1直接凍結(jié)示意圖圖2．人工凍結(jié)法（（壓縮機(jī)制冷））即采用人工制冷冷的方法（如冰冰箱、冷凍機(jī)等等），將巖土凍凍結(jié)。制冷的主主要設(shè)備如下：：壓縮機(jī)冷凝器（蒸發(fā)器器）調(diào)節(jié)閥如何將以上四種種設(shè)備組成制冷冷系統(tǒng)。？關(guān)鍵是兩個(gè)要點(diǎn)點(diǎn)：物質(zhì)的狀態(tài)態(tài)變化伴隨熱量量的傳遞，二是是熱的傳遞規(guī)律律（第二定律））。11）熱量傳遞吸熱吸熱固態(tài)液態(tài)汽態(tài)（如水）放熱放放熱現(xiàn)象：室內(nèi)噴水水、涼水、酒精精、丙酮擦身，，立冬溫、開春春冷等。制冷的過程也就就是利用某種特特定的物質(zhì)的狀狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的，這種物質(zhì)質(zhì)叫制冷劑。從從上式分析，水水變汽吸熱（100度），能做制冷冷劑嗎。必須是是汽化溫度低于于0度（必要條件）），這類物質(zhì)很很多，常用的有有：氨（一個(gè)大大氣壓下，汽化化溫度—35℃）、液氮——制氧副產(chǎn)品—195℃、CO2—78℃、氟里昂—30℃等。人為造成這這類物質(zhì)狀態(tài)變變換機(jī)制，即能能實(shí)現(xiàn)制冷。如如何構(gòu)建這種機(jī)機(jī)制，這就是第第二個(gè)問題。熱量從高溫?zé)嵩丛吹降蜏責(zé)嵩磦鬟f是熱力學(xué)第第二定律。我們的目的是將將熱量從低溫?zé)釤嵩聪蚋邷責(zé)嵩丛磦鬟f，如何實(shí)實(shí)現(xiàn)，這就是熱熱力學(xué)第二定律律，外界作功。以氨為例說明制制冷過程（地層層或冰箱）——設(shè)備連接圖和壓壓焓圖。冷卻水循環(huán)——去冷水塔（+25℃）p冷媒劑循環(huán)（-30℃）供液管凍結(jié)管回液管12３３｀圖2-3凍結(jié)系統(tǒng)示意圖圖壓-焓圖i凍土冷媒劑（鹽水））4214３｀3制冷（劑）循環(huán)環(huán)2）制冷、凍結(jié)原原理飽和蒸汽氨（-35℃）由1進(jìn)入壓縮機(jī)，壓壓縮機(jī)對(duì)其作功功，飽和蒸汽氨氨變成過熱蒸汽汽氨（+120℃），沿等熵線到到達(dá)2；過熱蒸汽氨等等壓進(jìn)入冷凝器器，與冷卻水進(jìn)進(jìn)行熱交換，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽汽氨（+30℃），到達(dá)3｀（+30℃）為飽和液態(tài)，，繼續(xù)冷卻變?yōu)闉檫^冷液態(tài)3（+25℃），經(jīng)過調(diào)節(jié)閥閥，等焓降壓到到4，進(jìn)行汽化，同同時(shí)吸收周圍介介質(zhì)（冷媒劑））的熱量，到達(dá)達(dá)1（-35℃），至此完成一一次制冷循環(huán)，，周而復(fù)始，達(dá)達(dá)到制冷的目的的。鹽水（冷媒劑））在蒸發(fā)器內(nèi)，，吸收氨氣的冷冷量，低溫鹽水水由鹽水泵，有有供液管進(jìn)入凍凍結(jié)管，與巖土土進(jìn)行熱交換后后進(jìn)入回液管，，再回到蒸發(fā)器器，完成一次鹽鹽水循環(huán)。循環(huán)環(huán)的結(jié)果，鹽水水不斷吸收巖土土的熱量使其凍凍結(jié)，直到達(dá)到到設(shè)計(jì)的凍土厚厚度。人工凍結(jié)熱量傳傳遞的途徑是：：巖土（凍土））→鹽水→氨→→冷卻水→大自自然。作功冷源熱熱源3）液氮或干冰（（固體CO2）直接凍結(jié)根據(jù)上述原理即即不難理解液氮氮或干冰（固體體CO2）直接凍結(jié)，它是是針對(duì)一些局部部的工程量不大大的制水工程（（成本高）。固體CO2可以直接汽化（（密封高壓），，液氮可直接汽汽化。（與打火火機(jī)同理）問題：體溫混凝凝土強(qiáng)度研究、、斷管問題、凍凍脹壓力、溫度度場(chǎng)、支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)、混凝土裂縫縫等。第三講水（泥漿）下澆澆注混凝土技術(shù)術(shù)一．應(yīng)用情況此法引自水電部部門，在水庫(kù)壩壩堤的防滲工程程中稱其為“地地下防滲墻”，，水下筑墻、樁樁基、墩臺(tái)基礎(chǔ)礎(chǔ)、邊坡穩(wěn)定等等常用此法。建建筑部門用此法法構(gòu)筑地基基礎(chǔ)礎(chǔ)，稱之為“地地下連續(xù)墻”。。已有建筑擬建建筑已有建筑連續(xù)墻滑動(dòng)面邊坡防滲墻基巖壩堤已有建筑圖3-1水下（泥漿下））澆注混凝土應(yīng)應(yīng)用事例擬建建筑已有建筑二．特點(diǎn)及技術(shù)術(shù)關(guān)鍵工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備備少、施工安全全、質(zhì)量可靠。。適用有于松軟軟的穩(wěn)定土層，，不應(yīng)有大的卵卵石、漂石。技技術(shù)關(guān)鍵是：槽槽孔施工、泥漿漿下澆注混凝土土及接頭的處理理。三．泥漿護(hù)壁原原理一般地，在槽孔孔施工中為了維維護(hù)槽孔的形態(tài)態(tài)（不塌孔），，必須采取維護(hù)護(hù)措施，一般采采取水或泥漿護(hù)護(hù)壁，即在造孔孔的過程中，始始終保持孔內(nèi)充充滿泥漿，泥漿漿的作用除了平平衡土壓（水壓壓）力外，泥漿漿中的顆粒還充充填了土的裂隙隙或孔隙，起到到維護(hù)槽壁的作作用。槽孔形成后，將將泥漿排凈后可可見槽壁表面有有一層“泥皮””，有的泥皮薄薄而韌，而有的的則厚而松。就就是這層薄而韌韌的泥皮起著隔隔離和保護(hù)槽壁壁的作用（相當(dāng)當(dāng)于“噴層”）），那么，泥皮皮是如何形成的的？泥皮PJPN圖3-2泥漿護(hù)壁原理示示意圖四．壓氣洗孔原原理在水（泥漿）下下，如何將鉆鑿鑿下來的土體運(yùn)運(yùn)出地面？通常常采用壓氣排碴碴的方法，其原原理如下：γxyH0鉆桿Lw鉆頭壓氣管壓氣排液器圖3-3壓氣洗孔原理示示意圖γxhγh在鉆桿內(nèi)放入壓壓氣排液器。h——揚(yáng)程；H0————排液器置入深度度；Lw————尾管長(zhǎng)度；γx——泥漿比重；γh——三相混合體比重重；γxy——二相混合體比重重。未通壓氣前：γx=γh=γγxy（均為泥漿），系系統(tǒng)處于靜止?fàn)顮顟B(tài)。通壓氣后：γx不變，γh下降，γxy上升，系統(tǒng)平衡衡打破，呈現(xiàn)以以下狀態(tài)：γxy>γx>γh由于壓縮空氣進(jìn)進(jìn)入鉆桿，比重重降低，在鉆頭頭底部形成負(fù)壓壓，盡而產(chǎn)生液液體流動(dòng)，洗井井液帶動(dòng)巖碴進(jìn)進(jìn)入鉆頭、鉆桿桿，最終排出地地面，流入沉淀淀池凈化。同時(shí)時(shí)，地面泥漿系系統(tǒng)不斷向井內(nèi)內(nèi)補(bǔ)充新的泥漿漿，確保泥漿面面水平不變。這這里γh是變量，隨著著氣泡的上升升，氣泡逐漸漸變大，γh變小，流速增增大。五．泥漿下灌灌注混凝土1．泥漿下灌注注混凝土的實(shí)實(shí)質(zhì)（1）沿槽孔的長(zhǎng)長(zhǎng)度方向布置置若干垂直導(dǎo)導(dǎo)管；（2）把地面配置置好的混凝土土同時(shí)注入導(dǎo)導(dǎo)管；3）隨著混凝土土頂面的上升升，頂出泥漿漿（進(jìn)入地面面泥漿池參與與循環(huán)），同同時(shí)提拔導(dǎo)管管，直至混凝凝土灌滿整個(gè)個(gè)槽段。問題：接頭問問題？圖3-4泥漿下灌注混混凝土示意圖圖混凝土導(dǎo)管泥漿槽孔2．泥漿下灌注混混凝土的施工工要點(diǎn)（1）管底部高出出基底300~500mm，頂部高出泥漿漿面一定高度度；（2）隨著混凝土土面的上升，，不斷提、拆拆導(dǎo)管，但必必須保證其埋埋在混凝土一一定的深度以以防提漏；（3）開始灌注時(shí)時(shí)導(dǎo)管內(nèi)必須須放置隔水栓栓，以防止混混凝土與泥漿漿的混合；（4）確定拔管時(shí)時(shí)間，即不能能過早也不能能過晚；（5）混凝土必須須連續(xù)一次澆澆注完畢，尤尤其是澆注開開始，必須一一次埋住導(dǎo)管管。3.漿下混凝土的的流動(dòng)規(guī)律混凝土在不同同的超壓力的的作用下，呈呈不同的流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)（規(guī)律律），而不同同的流動(dòng)狀態(tài)態(tài)，直接影響響混凝土的成成型質(zhì)量，一一般的混凝土土在泥漿下可可能呈現(xiàn)以下下狀態(tài)：⑴⑶⑵⑵（1）⑵⑶（1）⑶圖3-5漿下混凝土的的流動(dòng)規(guī)律4.混凝土的技術(shù)術(shù)要求泥漿下澆注混混凝土是通過過在導(dǎo)管內(nèi)靠靠自重下流、、在超壓力作作用下向兩側(cè)側(cè)擴(kuò)散、頂升升等環(huán)節(jié)完成成的，因此與與一般的混凝凝土澆注有所所不同，要求求混凝土有好好的流動(dòng)性（（不堵管、能能流暢的擴(kuò)散散及頂升），，好的和易性性（流動(dòng)時(shí)不不離析、穩(wěn)定定性好），在在配比方面要要保證混凝土土的強(qiáng)度和抗抗?jié)B性。一般的，混凝凝土的流動(dòng)性性和和易性是是對(duì)立的，解解決的辦法是是填加外加劑劑（如減水劑劑、緩凝劑，，或適當(dāng)增加加水泥的用量量。5.直升導(dǎo)管法幾幾個(gè)參數(shù)的確確定按泥漿下澆注注混凝土的實(shí)實(shí)質(zhì)及施工要要點(diǎn)的要求，，有以下幾個(gè)個(gè)參數(shù)需要確確定：h1—導(dǎo)管高出泥漿漿面的最小距距離；h—導(dǎo)管埋入混凝凝土的最大深深度；L—導(dǎo)管間距。h1hγ2γ1h2p(1).h1的確定根據(jù)壓力平衡衡關(guān)系，可得得導(dǎo)管出口處處的超壓力p：p=γ1*h1+(γ1-γ2)*h2從上式便可得得到h1?；炷另樌麛U(kuò)擴(kuò)散的基本條條件是超壓力力p≥0，但是由于混凝凝土為多相流流體，p>k(k>0).（2）導(dǎo)管間距的確確定一般地，導(dǎo)管管的間距越小小，混凝土的的上升越平穩(wěn)穩(wěn)、越均勻，，否則混凝土土上升表面坡坡度大，易將將泥漿卷入混混凝土。但同同時(shí)灌注的導(dǎo)導(dǎo)管多，灌注注過程控制困困難，目前還無理論論計(jì)算方法，，可按經(jīng)驗(yàn)，一一般取3~3.5m。(3).管埋入深度的的確定如果將混凝土視為為理想流體，從理理論上講p>0即可流動(dòng)，但混凝凝土為多相流體，其力學(xué)特征隨時(shí)時(shí)間變化。如果導(dǎo)導(dǎo)管埋的過深，則則灌注困難（超壓壓力小、下部可能能初凝），過淺則則可能出現(xiàn)翻漿現(xiàn)現(xiàn)象，該問題應(yīng)進(jìn)行理論論試驗(yàn)研究，一般的取1.5~2.5m.六.接頭處理技術(shù)一個(gè)完整的地下連連續(xù)墻是有若干個(gè)個(gè)槽段組成的，問問題是如何將槽段段與槽段連接成一一個(gè)整體，使其即防滲，又有一定定的連接強(qiáng)度，這就是接頭的處理理問題。接頭的形形式有多種，一般般的有以下幾種：：（1）弧型接頭ⅠⅡⅡ弧型接頭（Ⅰ——第一槽段；Ⅱ——第二槽段）利用弧型鉆頭造孔孔，該接頭即承壓壓又抗?jié)B，是較理理想的接頭方式，，問題是如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)該接頭？（加一一鉆）（2）直線型接頭Ⅰ Ⅱ該接頭形式利用矩矩形鉆頭（抓斗））造孔，即不穩(wěn)定定，也不抗?jié)B，易易造成兩槽段間不不連續(xù)，達(dá)不到抗抗?jié)B加固的目的，，一般不宜采用。。澆注混凝土之前，，在形成的槽段兩兩端，放置形狀適適宜的隔板（鋼板板、預(yù)制鋼筋混凝凝土隔板等），固固定后建筑混凝土土。該接頭的技術(shù)關(guān)鍵鍵是，要求有一定定剛度的隔板，安安裝時(shí)不偏寫斜、、不扭轉(zhuǎn)。（3）隔板接頭隔板（4）間隔接頭 間隔隔接頭ⅠⅡⅡ（1）（（2） （3）導(dǎo)向孔分別或同時(shí)構(gòu)造Ⅰ、Ⅱ槽段并澆注混凝土土（1）；在兩槽段中間間鉆導(dǎo)向孔（2）；利用雙反弧沖沖擊鉆頭造孔并澆澆注混凝土，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ槽段的連接。（5）預(yù)留法接頭見圖*所示，該法法要點(diǎn)為：在混凝凝土澆注之前，預(yù)預(yù)先在槽段的兩端端下放接頭管，邊邊澆注混凝土邊拔拔導(dǎo)管，最后形成成凹型的連續(xù)墻兩兩側(cè)端頭。問題：接頭結(jié)構(gòu)形形式、提拔力的確確定、提拔時(shí)間的的確定等。間隔接頭接頭管圖3-5預(yù)留法接頭示意圖圖注漿理論與實(shí)踐第四講：概論一．注漿技術(shù)的的提出地下工程施工（地地表以下各類建筑筑物與結(jié)構(gòu)物的總總稱）與地面建筑筑施工相比更多地地受到地質(zhì)與水文文地質(zhì)的影響，增增加了工程的難度度，延誤工期、加加大成本。在施工工中經(jīng)常遇到以下下問題：1.涌水（冒水）：如深基坑開挖（也也可通過地面井點(diǎn)點(diǎn)排水解決）、地地鐵、隧道工程、、人防工程、礦山山井巷工程、露天天開采工程、地下下商業(yè)街等，施工工中常常遇到涌水水問題，無法正常常施工。這些地下下水可分為靜水（（自然水頭）、動(dòng)動(dòng)水（地下暗河））、承壓水（隔水層））。巖土開挖后，地下下水由于失去平衡衡而沿著巖層的裂裂隙或土層的空隙隙涌入地下空間，，危機(jī)人身安全。。2．漏（滲）水：地下結(jié)構(gòu)施工或竣竣工使用后，在地地下水頭的作用下下，地下水會(huì)沿著著結(jié)構(gòu)縫、施工縫縫或質(zhì)量薄弱部（（在水環(huán)境下難以以保證施工質(zhì)量））位漏（滲）入地地下空間。如地鐵鐵、隧道、地下室室、壩體漏（滲））水、礦山井巷、、洞室等，也可以以通過敷設(shè)隔水層層加以解決。3．沉降與失穩(wěn)：受軟巖、地下降水水或人為擾動(dòng)的影影響，建筑物可能能產(chǎn)生沉降甚至失失穩(wěn)，如比薩斜塔塔、西安大雁塔等等；建筑物倒塌事事故（平均每天一一棟，80%以上是基礎(chǔ)的處理理不當(dāng)或未處理所所造成的）；地下下空間開挖后的塌塌落（冒頂或片邦邦）；路基路面的的突起或塌陷等。。．二.注漿法的含義及其其應(yīng)用1．注漿法的含義及其其工藝過程含義：就是將可凝固的漿漿液在注漿壓力的的作用下，注入到巖層的的裂隙或土層的孔孔隙中，用以堵水或加固（通俗俗地講就像醫(yī)生給給病人注射液體類似---血管既裂隙，不同同的是注入的材料料不同，否者即為人為為“血栓”。注漿漿法的關(guān)鍵是可凝固的漿液（注漿漿材料）和有一定定的注漿壓力。工藝過程：漿液配制同時(shí)鉆孔孔和注漿設(shè)備安裝裝→壓水實(shí)驗(yàn)→注漿漿→壓水→質(zhì)檢→→施工。圖4-1注漿工藝過程示意意圖2．注漿的目的及其其應(yīng)用注漿的目的在于堵堵水、加固或二者者兼有之，實(shí)質(zhì)是是人為地改變客觀觀的地質(zhì)環(huán)境。如如地下工程的堵水水加固工程、壩體體防滲工程、山體體護(hù)坡（邊坡穩(wěn)定定）工程、建筑基基礎(chǔ)（房屋、橋梁梁等）加固工程及及路基加固工程等等。三．注漿基本理論（一）。注漿堵水水（加固）原理(A).滲流注漿原理（即即巖層裂隙中的擴(kuò)擴(kuò)散規(guī)律---充塞作用）在巖層裂隙注漿中中常用單液水泥漿漿或水泥---水玻璃漿。水泥漿漿屬于懸濁液的非非穩(wěn)定材料（靜放放后有沉降），水水泥漿在巖層裂隙隙中的流態(tài)是由紊紊流變?yōu)閷恿鳎谠趯恿鳡顟B(tài)下固體體顆粒沉降而產(chǎn)生生充塞作用（紊流流狀態(tài)中固體顆粒粒呈脈動(dòng)流動(dòng)，使使其保持懸浮狀態(tài)態(tài)，層流狀態(tài)中固固體顆間無交換現(xiàn)現(xiàn)象，顆?？孔灾刂叵侣?，沉積凝固固）。如何判定紊流還是是層流?一般地采用流體力力學(xué)中的雷諾數(shù)作作為判定的依據(jù)：：Re=V.de.ρ/μc=V.2h.γγ/μc.g式中V——平均速度；de——裂隙相當(dāng)直經(jīng)；h——裂隙開度；ρ——漿液密度；γ——漿液容重；g——重力加速度;μc——液體有效粘度。。層流：Re≤2100V.h小時(shí)對(duì)于粘塑體漿液液：紊流:Re≮2100V.h大時(shí)流速與注漿壓力力關(guān)系密切，在在一定過水?dāng)嗝婷?，注壓大、流流速高，但是隨隨著液流長(zhǎng)度的的增加壓力減弱弱（克服裂隙的的摩阻力）、流流速降低、Re減小，即漿液由由紊流變?yōu)閷恿髁?，水泥顆粒開開始沉降。可以以出現(xiàn)以下不同同階段：圖4-2滲流——堵塞過程示意圖圖PrPv(a)(b)(d)(c)(a)階段：漿液在注注漿壓力作用下下通過注漿孔進(jìn)進(jìn)入巖層裂隙，，此時(shí)注漿壓力力必須大于水壓壓力。壓力（Pa）、流速（Vk）沿流程逐漸降低低，流速分布如如圖（沿壁V=0）；(b)階段：上部水泥泥顆粒降入中區(qū)區(qū)被帶走，下部部沉積，故過漿漿斷面縮小，壓壓力、流速增加加，但不足以將將全部沉積物帶帶走；(c)階段：在這些沉沉積物的后面，，壓力、流速突突然減低，并在在其后發(fā)生新的的沉積；(d)階段：隨著沉積積床的增大，流流量減少、壓力力增大，沉積床床上端發(fā)生沉積積，直到整個(gè)鉆鉆孔，至此完成成裂隙全過程充充塞過程。注漿是一項(xiàng)隱蔽蔽工程，即看不不見摸不著，上上述過程是理論論分析的結(jié)果，，反映在注漿壓壓力、漿液流量量的變化（可控控變量）見下圖圖。圖4-3滲流注漿P---t曲線tPQminP0注意的幾個(gè)問題題：*漿液的凝膠膠時(shí)間（時(shí)間的的長(zhǎng)與短均是不不允許的）；*不能立即卸卸壓（待結(jié)石體體有一定強(qiáng)度））。(B).管道（割裂或脈脈狀）注漿粘土層或細(xì)砂土土層的擠壓加固固注漿（利用化化學(xué)漿或磨細(xì)水水泥高壓注漿））。在注漿過程程中，首先是孔孔隙水被排除，，漿液擠入孔隙隙并沿薄弱部位壓出一樹狀狀通道，隨著漿漿液的不斷擴(kuò)散散，土層的密實(shí)實(shí)性、抗?jié)B性穩(wěn)穩(wěn)定性增加（枝枝體間的土體被被壓密、枝體為為“筋體”）,形成有一定強(qiáng)度度的復(fù)合體，見圖4-4。（C）。滲透注漿（均勻勻擴(kuò)散）在流砂層、粗砂砂層，采用單液液水泥漿、化學(xué)學(xué)漿、或磨細(xì)水泥漿，，高壓注入。過過程為：均勻排排水、漿液擴(kuò)散散、擠壓、密實(shí)實(shí)，形成固砂體體。圖4-4管道注漿原理圖圖（二）。注漿參參數(shù)的基本方程程（均勻土層））滲流微分方程：：Qo=Kf.W/(dp/dr).μ式中Qo——注入量；Kf——砂層滲透系數(shù)；；μ——漿液動(dòng)力粘度；；W——柱體表面積.（三）。注漿參數(shù)數(shù)注漿參數(shù)包括注漿壓力（Po）、注入量（Qo）、擴(kuò)散半徑等，是控制施工、保保證施工質(zhì)量的的關(guān)鍵，后面有有專門論述。圖4-5滲透注漿原理圖圖四．注漿技術(shù)所所涉及的主要技技術(shù)問題1.地質(zhì)及水文地質(zhì)質(zhì)影響地質(zhì)及水文地質(zhì)質(zhì)條件千差萬別別，注漿工程施施工前，科學(xué)準(zhǔn)準(zhǔn)確地探測(cè)、分分析研究地質(zhì)及及水文地質(zhì)狀況況（如含水量、、賦存深度、水水壓、水質(zhì)、裂裂隙產(chǎn)狀、孔隙隙率等）是保證證注漿效果、甚甚至是工程成敗敗的關(guān)鍵。目前前的探測(cè)手段（（抽、壓水、超超聲波等）可靠度低（（30%左右），對(duì)工程程造成極大的被被動(dòng)。2.注漿材料的影響響注漿材料是注漿漿技術(shù)的主體，，注漿材料的性性能直接影響注注漿效果及注漿漿成本（注漿材材料占注漿總成成本的40%~70%，材料從幾公斤斤~幾千噸，價(jià)格從從幾百元/噸~幾十萬元？噸））。同時(shí)對(duì)注漿漿技術(shù)的發(fā)展起起主導(dǎo)作用。對(duì)對(duì)注漿材料的總總要求體現(xiàn)在““三性”的控制制上，即可注性性、可控性和抗抗?jié)B性。l可注性是指漿液液的流動(dòng)性好（（粘度小）、滲滲透能力強(qiáng)；l可控性是指漿液液凝膠時(shí)間人為為控制，即不能能擴(kuò)散的過遠(yuǎn)有有能達(dá)到要求的的距離；l抗?jié)B性是指漿液液結(jié)石后有較強(qiáng)強(qiáng)的抗?jié)B水能力力。3．注漿參數(shù)的影影響為了最大限度地地克服注漿的盲盲目性，實(shí)現(xiàn)注注漿工程的科學(xué)學(xué)化，就應(yīng)有科科學(xué)的控制參數(shù)數(shù)，對(duì)注漿工程程實(shí)現(xiàn)全過程控控制。4．注漿設(shè)備的影影響注漿設(shè)備是注漿漿工程的必備硬硬件。注漿設(shè)備備系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操操作方便，主要要包括：注漿泵泵（動(dòng)力源，有有單液泵、雙液液泵、液壓泵、、電動(dòng)泵及風(fēng)動(dòng)動(dòng)泵等）、攪拌拌機(jī)（風(fēng)動(dòng)、電電動(dòng)）、混合器器（類似“三通通”實(shí)現(xiàn)不同漿漿液的均勻混合合）、止?jié){塞（（防止跑漿、實(shí)實(shí)現(xiàn)分段注漿的的技術(shù)手段。5．注漿方式（方方案）的影響根據(jù)地質(zhì)及水文文地質(zhì)條件的要要求，一般把注注漿方式（方案案）分為：預(yù)注注漿、后注漿、、前進(jìn)式注漿、、后退式注漿，，如果選擇不當(dāng)當(dāng)既浪費(fèi)材料、、增加工程難度度，也難以保證證注漿效果。五．注漿新技術(shù)術(shù)簡(jiǎn)介旋噴注漿法，即即利用高壓水射射流旋轉(zhuǎn)切割土土體，同時(shí)進(jìn)行行泥漿、水泥漿漿地下攪拌，形形成地下混合灌灌注樁；綜合注注漿法，即將以以粘土為主作為為注漿材料，配配備可移式注漿漿站（注漿臺(tái)車車）；直接堵漏漏技術(shù)，即對(duì)構(gòu)構(gòu)筑物的滲漏水水直接封堵（需需特殊的材料及及設(shè)備）；還有有其他的化學(xué)注注漿新技術(shù)等。。問題：注漿技術(shù)術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展展；注漿堵水應(yīng)應(yīng)用技術(shù)；注漿漿加固應(yīng)用技術(shù)術(shù)；注漿在路基基加固工程中的的應(yīng)用等。第五講：注漿參參數(shù)一.注漿壓力注漿壓力是給予予漿液擴(kuò)散、充充塞、壓實(shí)的能能力。壓力過大大則漿液擴(kuò)散過過遠(yuǎn)，造成浪費(fèi)費(fèi)，壓力過小則則漿液難以進(jìn)入入，或達(dá)不到所所需的厚度而造造成注漿失效。。影響注漿壓力力的因素很多，，可用以下函數(shù)數(shù)關(guān)系表示：Po=f(H,Ro,μ,1/K,1/t)式中H——水頭壓力；Ro——擴(kuò)散距離；μ——漿液粘度；1/K——裂隙開度；1/t——凝膠時(shí)間。把所有的因素都都表述出來或考考慮進(jìn)去是不可可能的，也是不科學(xué)學(xué)的，一般的常常用以下公式計(jì)計(jì)算：1．以地下水壓為計(jì)計(jì)算依據(jù)：Po′=(2~2.5)PbPo′=3~5+Pb式中Po′——受注點(diǎn)注漿壓力力；Pb——受注點(diǎn)最大水壓壓力。．2.以水壓力同時(shí)考考慮巖層產(chǎn)狀為為計(jì)算依據(jù)：Po′=N.Pb式中N——與裂隙產(chǎn)狀有關(guān)關(guān)的參數(shù)。此外還有在特定定環(huán)境下推導(dǎo)的的公式，如H.B佳賓公式等。二．注入量注入量是了解漿漿液的充塞狀態(tài)態(tài)、選擇注漿泵泵、材料估算及及配制漿液的依依據(jù)，有如下計(jì)計(jì)算方法：1．依據(jù)壓水實(shí)驗(yàn)估估算：Qo=K.q.Pb.h式中K——灌注系數(shù)；q——吸水率；h——注漿段高度。2．按理想狀態(tài)下柱柱狀體（如滲透透注漿）估算：：Qo=A.π.R2.h.n.ββ式中A——漿液損耗系數(shù)R——擴(kuò)散半徑；n——孔隙率，%；β——漿液充填系數(shù)。。三．有效擴(kuò)散半徑有效擴(kuò)散半徑或或叫有效擴(kuò)散距距離是指漿液擴(kuò)擴(kuò)散后形成有效效堵水或加固厚厚度所需要的擴(kuò)擴(kuò)散距離。下面面以裂隙注漿為為例探討如何估估算有效擴(kuò)散距距離。為了使問題明了了化，便于問題題的研究,做如下的簡(jiǎn)化，，即將結(jié)石體簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為直徑為裂裂隙開度δ的圓柱體，柱體體的表面積所受受的抗剪切應(yīng)力力為τc，，則合抗力為Tc，擋水?dāng)嗝嫠軕?yīng)應(yīng)力為Pb.，合力為Fb。為保證有效堵水水則應(yīng)滿足：Tc≥FbTc=π.δ.E.[τc]Fb=π.Pb..δ2/4代入上式簡(jiǎn)化后后得出有效擴(kuò)散散距離為：E≥N.δ.Pb./[τc](N：綜合系數(shù))Pb.τcR=牛頓流體球狀滲透當(dāng)漿液液僅從注漿孔端端部注入時(shí)，可可以設(shè)想為以該該點(diǎn)為中心的球球形注漿。馬格格(Maag)應(yīng)用達(dá)西(Darcy)定律作為原始公公式推導(dǎo)了注漿漿的滲透理論公公式。根據(jù)達(dá)西定律，，得出漿液的擴(kuò)擴(kuò)散半徑：第六講注漿材材料注漿材料即是配配制漿液的原材材料，這種材料料配制出的漿液液基本特點(diǎn)是其其物體特征是可可變的，即由液液相變?yōu)楣滔啵ǎㄓ梢后w狀態(tài)變變?yōu)楣腆w狀態(tài)）），以實(shí)現(xiàn)堵水水加固的作用。。一．注漿材料的的技術(shù)要求求（技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)）不是所有的的材料都可可以作為注注漿材料的的，必須符符合行業(yè)的的技術(shù)要求求，下面從從定性和定定量?jī)蓚€(gè)方方面探討注注漿材料的的基本要求求。定性分析：：1。有良好的的可注性，，即粘度低低、流動(dòng)性性強(qiáng)、滲透透力高；2。良好的穩(wěn)穩(wěn)定性，即即不沉淀、、不離析；；3．凝膠時(shí)間間可調(diào)，能能滿足特殊殊情況的要要求，如動(dòng)動(dòng)水情況；；4．結(jié)實(shí)后的的收縮量小小，結(jié)石率率高、抗?jié)B滲性強(qiáng)；5．對(duì)環(huán)境無污污染且成本本低。定量分析通過實(shí)驗(yàn)手手段測(cè)試其其性能參數(shù)數(shù)，主要參參數(shù)包括：：1．粘度：流流體流動(dòng)時(shí)時(shí)內(nèi)摩阻力力的大小。。粘度的大大小與材料料的組成、、性質(zhì)、配配比及環(huán)境境溫度等因因素有關(guān)，，通常以““秒”、““泊”、““厘泊”為為計(jì)量單位位；2．滲透能力力：即漿液液進(jìn)入巖層層的難易程程度。對(duì)懸懸濁液取決決于內(nèi)中顆顆粒的大小小，對(duì)溶液液則取決于于粘度的大大小；3．凝膠時(shí)間（（指初凝時(shí)時(shí)間）：指指漿液開始始攪拌到失去自由流流動(dòng)性的這這段時(shí)間，，以“秒””、“分””、“小時(shí)時(shí)”表示。以肉肉眼觀察或或?qū)嶒?yàn)測(cè)定定；4．滲透系數(shù)（（Kf）：指結(jié)石后的的抗?jié)B水能能力，由滲滲透儀測(cè)定；5．抗壓強(qiáng)度：：指結(jié)石體體的單軸或或雙軸抗壓壓強(qiáng)度，意意義不大。圖6-1不同漿液的的粘度變化化μcμwt．二.幾種常有的的注漿材料料施工中常用用的注漿材材料有：?jiǎn)螁我核酀{漿、水泥---水玻璃漿（（CS）、化學(xué)漿（水水玻璃類、、脲醛樹脂脂類、烙木木素類、聚聚氨脂類、、丙烯酰胺胺類等）。。11．單液水泥漿漿常用的水泥泥品種有325#、425#普通硅酸鹽鹽水泥。這這種漿液配配制簡(jiǎn)單，，結(jié)石后的的強(qiáng)度高，，但是其穩(wěn)穩(wěn)定性差、、結(jié)石率低低、凝膠時(shí)時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)十幾個(gè)個(gè)小時(shí)），，一般僅用用于裂隙巖巖層靜水條條件下。為了改善單單液水泥漿漿的性能常常加入某些些添加劑，，如NaCl、水玻璃、紅紅星1#、2#等，或采用用水泥新品品種，如磨磨細(xì)水泥、、膨脹水泥泥、速凝水水泥等。1．CS漿液在單液水泥泥漿中加入入少量的水水玻璃是為為了加速漿漿液的凝膠膠（占水泥泥量的1~1。5），當(dāng)水玻玻璃加到一一定程度，，單液水泥泥漿的特性性發(fā)生了質(zhì)質(zhì)的變化（（凝膠時(shí)間間可調(diào)、穩(wěn)穩(wěn)定性增強(qiáng)強(qiáng)、抗?jié)B性性好），經(jīng)經(jīng)過工程實(shí)實(shí)踐，形成成了較為完完善的雙液液漿體系。。CS漿是我國(guó)注注漿工程中中最常用的的注漿材料料，常用于于裂隙大水水、動(dòng)水、、壁后注漿漿、直接堵堵漏注漿的的情況，水玻璃又稱稱刨花堿（（Na2O.nSiO2）——含氧硅酸鈉鈉，是石英英砂與碳酸酸鈉在高溫溫條件下反反應(yīng)而得到到的副產(chǎn)品品，與水泥泥的理化反反應(yīng)尚不完完全清楚，，初步認(rèn)為為是與水泥泥中的反應(yīng)應(yīng)生成含水水硅酸鈣（（CaSi.nH2O），其兩個(gè)重要要的性能指指標(biāo)是模數(shù)數(shù)和波美度度，分別以以下式表示示：M=SiO2/Na2O取2。4~2。8Be’=145-145/γ取30~35衡量漿的兩兩個(gè)重要指指標(biāo)是凝膠膠時(shí)間和抗抗壓強(qiáng)度。。抗壓強(qiáng)度：：與水灰比比（w/c）、環(huán)境溫度、、水泥與水水玻璃比（（c/s）等因素有關(guān)關(guān)，其中有有最佳級(jí)配配的問題，，即一定量量的與一定定量的水玻玻璃反應(yīng)，，當(dāng)比例相相當(dāng)時(shí)強(qiáng)度度最高。。在未達(dá)到到以前c/s越高反應(yīng)越越充分，強(qiáng)度越高，，當(dāng)?shù)扔趕/c#時(shí)強(qiáng)度達(dá)到到最高值，，當(dāng)超過s/c#時(shí)，再增加加水玻璃則則強(qiáng)度下降降（多余的的水玻璃不參與反應(yīng)應(yīng)，而水玻玻璃本身是是沒有機(jī)械械強(qiáng)度的））。圖6-2σ與s/c關(guān)系曲線σs/cs/c#凝膠時(shí)間：：影響漿液液凝膠時(shí)間間的因素很很多，如水水灰比、水水泥品種、、水玻璃濃濃度、c/s、環(huán)境溫度等等，①.水泥品種的的影響：含含硅酸三鈣鈣越多凝膠膠時(shí)間越短短；水泥越越新時(shí)間越越短；w/c越小時(shí)間越越短。②.水泥漿及水水玻璃濃度度的影響：：在w/c一定的條件件下波美度度越高則凝凝膠時(shí)間越越長(zhǎng)；在波波美度一定定的條件下下w/c越高則凝凝膠時(shí)間越越長(zhǎng)。③.溫度的影響響：溫度越越高則凝膠膠時(shí)間越短短。tttw/cw/cT圖6-3水泥品種的的影響圖圖6-4水泥漿及水水玻璃濃度度的影響圖圖6-5溫度的影響響注：普普通硅酸鹽鹽水泥35Be’礦渣硅酸鹽鹽水泥40Be’過期水泥45Be’④.c/s（水泥與水玻玻璃的體積積比）的影影響：上述述三種影響響凝膠時(shí)間間的因素理理論上是成成立的，但但在施工中中不易人為為準(zhǔn)確控制制。而通過過調(diào)整水泥泥與水玻璃璃的體積比比就能較準(zhǔn)準(zhǔn)確地控制制凝膠時(shí)間間，雙液注注漿通過控控制兩種漿漿液的不

t

s/c

圖6-6

s/c（水泥與水玻璃的體積比）的影響

（注：w/c=1：1，自下而上分別是30~45Be’）從圖4-12得出以下結(jié)論：在w/c一定的條件下水玻璃增加則凝膠時(shí)間加長(zhǎng)；水玻璃濃度越高則凝膠時(shí)間越長(zhǎng)。3.

水玻璃類漿液（溶液型）水玻璃本身不能稱做注漿材料（即不能從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)），只有在固化物的作用下才能產(chǎn)生凝膠物。一般地需加入酸性鹽或有機(jī)物，產(chǎn)生硅酸——穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。水玻璃遇水水發(fā)生如下下水解反應(yīng)應(yīng)：Na2O.nSiO2+H2O=2NaOH+n.SiO2如果向水水玻璃水水溶液中中投入酸酸、酸性性鹽和某某些有機(jī)機(jī)化合物均能消消耗掉體體系內(nèi)含含有的NaOH，打破上述述平衡，，使反應(yīng)應(yīng)連續(xù)進(jìn)進(jìn)行，同同時(shí)產(chǎn)生生大量的的硅酸，，而硅酸酸呈凝膠膠體狀態(tài)態(tài)。硅酸形成成的穩(wěn)定定三元體體網(wǎng)狀結(jié)結(jié)構(gòu)，其其分子結(jié)結(jié)構(gòu)如圖圖所示：：∣∣∣∣∣∣∣—O—Si—O—Si—O—Si—O—Si—O—∣∣∣∣∣∣∣OOOO∣∣∣∣∣∣∣—O—si—O—Si—O—Si—O—Si—O—∣∣∣∣∣∣∣水玻璃類類注漿也也稱為硅硅化注漿漿，下面面舉兩個(gè)個(gè)硅化注注漿的例例子：（A）。水玻璃——氯化鈣（（CaCl2）漿液此類漿液液主要用用于建筑筑、交通通部門的的地基加加固工程程，其化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)如下式式所示：：Na2O.nSiO2+CaCl2+H2O=Ca(OH)2+n.SiO2+2NaCl水玻璃：：模數(shù)=2.5~3.0波美度Be’=43~45漿液配比比方案氯氯化化鈣：γ=1.26~1.28模數(shù)=2.5~3.0水玻璃：：氯化鈣鈣=0.8：1此類漿液液可在瞬瞬間凝固固，按常常規(guī)注漿漿工藝是是不可行行的，而而應(yīng)結(jié)合合漿液的的特點(diǎn)探探討新的的施工工工藝，下下面介紹紹三套方方案。方案一：：交替注注漿法注入定量量的水玻玻璃→沖沖洗管路路→注入入定量的的CaCl2→沖洗管路路。。。。。。。。。。。。方案二：：地層混混合注漿漿法兩套獨(dú)立立的注漿漿系統(tǒng)，，分別注注入兩種種不同的的漿液，，地層中中混合。。方案三：：電滲注注漿法注漿系統(tǒng)統(tǒng)與方案案二基本本相同，，只是在在注漿管管上加上上直流電電以增加加漿液的的擴(kuò)散能能力。（B）.水玻璃——鋁酸鈉漿漿液(鐵道部科科研院的的科研成成果)漿液配比比方案：：一般的的取S:AL=1:1也可根據(jù)據(jù)需要調(diào)調(diào)制。凝凝膠時(shí)間間1min左右，可可采用地地面混合合器注漿漿方式。。1．4.聚氨脂類類（溶液液型）屬于高分分子聚合合物，其其特點(diǎn)是是該漿液液不容于于水，見見水發(fā)泡泡膨脹，，凝固后后體積增增大8~9倍，但成成本高，，價(jià)格昂昂貴，2萬元/m3以上，只只用在特特種工程程中。5.丙烯酰胺胺類（溶溶液型））適用于雙雙液注漿漿（主劑劑、膠聯(lián)聯(lián)劑、還還原劑）），其特特點(diǎn)是可可注性好好（似水水）、凝凝膠時(shí)間間可調(diào)幾幾秒~幾小時(shí)））、凝固固突變。。適用于于封堵動(dòng)動(dòng)水，價(jià)價(jià)格為5000/m3元/以上。第七講注注漿方方案及難難題解疑疑一．注漿方案案注漿方案案包括：：地面預(yù)預(yù)注漿（（前進(jìn)式式、后退退式及全全程式））、工作作面注漿漿及后注注漿。地面預(yù)注注漿是指指土體開開挖前預(yù)預(yù)先打孔孔注漿。。如果注注漿段較較長(zhǎng)則進(jìn)進(jìn)行分段段注漿，，見圖7-1：(1)全程式(2)前進(jìn)式(3)后退式圖7-1注漿方案案示意圖圖都是通過過止?jié){塞塞實(shí)現(xiàn)分分段注漿漿的，但但止?jié){效效果不理理想是個(gè)個(gè)技術(shù)問問題，分分段注漿漿時(shí)上分分段或下下分段都都能得到到復(fù)注，，提高注注漿效果果。工作面注注漿與地地面預(yù)注注漿基本本相同，，只是工工作場(chǎng)地地不同。。如隧道道掘進(jìn)施施工中，，探知前前方有水水，此時(shí)時(shí)應(yīng)在距距含水段段一定距距離前停停止掘進(jìn)進(jìn)，必要要時(shí)構(gòu)筑筑止?jié){墊墊（或止止?jié){墻）），打孔孔注漿，，然后繼繼續(xù)掘進(jìn)進(jìn)。后注漿是是指地下下構(gòu)筑物物形成后后滲漏水水的注漿漿處理方方法。即即將注漿漿孔打入入構(gòu)筑物物內(nèi)或構(gòu)構(gòu)筑物后后，從里里向外止止水，是是一種主主動(dòng)的標(biāo)標(biāo)本兼制制的水處處理方法法，直接接堵漏技技術(shù)是行行之有效效的新技技術(shù)。二．復(fù)雜雜地層的的注漿方方法所說的復(fù)復(fù)雜地層層是指裂裂隙或孔孔隙不發(fā)發(fā)育，漿漿液難以以注入或或裂隙、、孔隙十十分發(fā)育育，已經(jīng)經(jīng)形成大大的孔洞洞或溶洞洞，甚至至形成地地下暗河河（如本本溪水洞洞）。此此類地層層給注漿漿帶來很很大困難難，常規(guī)規(guī)注漿難難以奏效效,下面介紹紹幾種成成功的注注漿方法法。難題一：：裂隙不不發(fā)育、、注入困困難（高高壓不進(jìn)進(jìn)漿）方案一：：壓裂法法。利用用清水或或稀漿（（w/c=2~4）高壓（60~120kg/cm2）注入，待待正常進(jìn)進(jìn)漿后，，再根據(jù)據(jù)壓力、、流量的的大小調(diào)調(diào)整濃度度。原理：難難以注入入無非是是裂隙開開度小、、連通性性差，高高壓稀漿漿進(jìn)入裂裂隙增加加了裂隙隙的開度度，且使使不連續(xù)續(xù)的裂隙隙連通，，從而提提高了吸吸漿量。。技術(shù)關(guān)鍵鍵：注意意觀察進(jìn)進(jìn)漿量的的變化，，逐漸調(diào)調(diào)高濃度度，保證證注漿過過程的連連續(xù)性（（不停泵泵、不卸卸壓），，否則打打開的裂裂隙又恢恢復(fù)了原原狀。在在后注漿漿中，注注漿壓力力以不超超過結(jié)構(gòu)構(gòu)的承載載能力為為原則。。此法在軟軟巖、破破碎帶較較理想。。方案二：：預(yù)處理理法。在在正式注注漿之前前，預(yù)先先注入一一定量的的預(yù)處理理液（常常用水玻玻璃或碳碳酸鈉）），以水水玻璃為為例。首首先將水水玻璃稀稀釋至18~25Be’，然后按下下列程序序操作：：壓水→注注稀釋水水玻璃→→壓水→→正常注注漿第一次壓壓水是為為了沖開開水道（（把充塞塞物帶走走），壓壓水量可可以大些些，第二二次壓水水是為了了將裂隙隙中的水水玻璃帶帶走（否否則水泥泥漿遇水水玻璃凝凝膠堵塞塞通道）），只留留下薄層層以潤(rùn)滑滑裂隙面面。此法適用用于穩(wěn)定定的裂隙隙含水層層，砂層層中也可可以試用用，有待待于進(jìn)一一步的研研究。方案三：：爆破注注漿法。。在注漿漿前向注注漿孔內(nèi)內(nèi)裝藥（（間隔、、少裝藥藥），進(jìn)進(jìn)行震動(dòng)動(dòng)爆破，，人工制制造裂隙隙、勾通通裂隙，，以增大大注入量量。其他還有有電滲注注漿、旋旋噴注漿漿等（以以后講））。難題二：：大空洞洞、溶洞洞、大裂裂隙（跑跑漿不升升壓）方案一：：材料方方面增增加漿漿液濃度度、或采采用雙液液漿、或或加惰性性材料（（砂、碎碎石、爐爐渣、鋸鋸末、壓壓縮木串串等）。。方案二：：注漿設(shè)設(shè)備方面面采采用大流流量泵，，或數(shù)臺(tái)臺(tái)泵并聯(lián)聯(lián)以增大大流量。。方案三：：注漿工工藝方面面間間歇（（間隔））注漿，，間歇時(shí)時(shí)間不超超過漿液液的初凝凝時(shí)間。。三．直接接堵漏注注漿直接堵漏漏注漿是是處理結(jié)結(jié)構(gòu)漏水水的有效效技術(shù)手手段，設(shè)設(shè)備布置置簡(jiǎn)單，，見效快快，有進(jìn)進(jìn)一步研研究應(yīng)用用的價(jià)值值。其主主要工藝藝過程為為：壓顏顏色水，，以確定定水道，，尋找最最佳布孔孔位置、、鉆孔深深度及鉆鉆孔角度度。測(cè)定定過水時(shí)時(shí)間，以以確定漿漿液的凝凝膠時(shí)間間；向堵堵漏器加加速凝堵堵漏材料料，根據(jù)據(jù)返漿情情況及時(shí)時(shí)停泵，，結(jié)束注注漿。設(shè)設(shè)備布置置見圖7-2。漿液遇水水后，將將沿壓力力降方向向，向漏漏水點(diǎn)反反向流動(dòng)動(dòng)，當(dāng)流流至出水水點(diǎn)時(shí)，，按設(shè)定定的時(shí)間間，此時(shí)時(shí)堵漏材材料剛好好凝膠，，停泵結(jié)結(jié)束注漿漿，完成成堵漏過過程。圖7-2直接堵漏漏注漿設(shè)設(shè)備布置置圖第八講高壓噴射射灌漿技技術(shù)高壓噴射射法就是是利用工工程鉆機(jī)機(jī)鉆孔至至設(shè)計(jì)處處理的深深度后，，用高壓壓泥漿泵泵，通過過安裝在在鉆桿（（噴桿））桿端置置于孔底底的特殊殊噴嘴，，向周圍圍土體高高壓噴射射固化漿漿液(一般使用用水泥漿漿液)，同時(shí)鉆鉆桿（噴噴桿）以以一定的的速度邊邊旋轉(zhuǎn)邊邊提升，，高壓射射流使一一定范圍圍內(nèi)的土土體結(jié)構(gòu)構(gòu)破壞，，并強(qiáng)制制與固化化漿液混混合，凝凝固后便便在土體體中形成成具有一一定性能能和形狀狀的固結(jié)結(jié)體。固結(jié)體的的形狀和和噴射流流的移動(dòng)動(dòng)方向有有關(guān)。一一般分為為旋轉(zhuǎn)噴射射(簡(jiǎn)稱旋噴噴)，定向噴射射(簡(jiǎn)稱定噴噴)和擺動(dòng)噴射射(簡(jiǎn)稱擺噴噴)。旋噴樁樁主要用用于加固固地基，，提高地地基的抗抗剪強(qiáng)度度，改善善地基土土的變形形性能，，使其在在上部結(jié)結(jié)構(gòu)荷載載作用下下，不至至破壞或或產(chǎn)生過過大的變變形。定定噴固結(jié)結(jié)體呈壁壁狀，擺擺噴形成成厚度較較大的扇扇狀固結(jié)結(jié)體。定定噴和擺擺噴通常常用于地地基防滲滲，改善善地基土土的水力力條件及及邊坡穩(wěn)穩(wěn)定等工工程。一．加固固機(jī)理高噴法如如三管高高噴法用用壓縮空空氣包裹裹高壓噴噴射水流流沖擊破破壞攪動(dòng)動(dòng)土體，，同時(shí)用用低壓灌灌漿泵灌灌入漿液液，漿液液被高壓壓水、氣氣射流卷卷吸帶入入，同時(shí)時(shí)與被攪攪動(dòng)土體體混合形形成固結(jié)結(jié)體。加加固地基基，形成成樁、板板、墻的的機(jī)理可可用五種種作用來來說明：：1.高壓噴射流切切割破壞土體體作用噴流流動(dòng)壓以脈沖沖形式?jīng)_擊土土體，使土體體結(jié)構(gòu)破壞出出現(xiàn)空洞。2.混合攪拌作用用鉆桿在旋旋轉(zhuǎn)和提升的的過程中，在在射流后面形形成空隙，在在噴射壓力作作用下，迫使使土粒向與噴噴嘴移動(dòng)相反反的方向(即阻力小的方方向)移動(dòng)，與漿液液攪拌混合后后形成固結(jié)體體。3.置換作用三三重管高噴法法又稱置換法法，高速水射射流切割土體體的同時(shí)，由由于通入壓縮縮空氣而把一一部分切割下下的土粒排出出灌漿孔，土土粒排出后所所空下的體積積由灌入的漿漿液補(bǔ)入。4.充填、滲透固固結(jié)作用高高壓漿液充填填沖開的和原原有的土體空空隙，析水固固結(jié)，還可滲滲入一定厚度度的砂層而形形成固結(jié)體。。5.壓密作用高壓壓噴射流在切割割破碎土體的過過程中，在破碎碎帶邊緣還有剩剩余壓力，這種種壓力對(duì)土層可可產(chǎn)生一定的壓壓密作用，使高高噴樁體邊緣部部分的抗壓強(qiáng)度度高于中心部分分。二．基本種類按噴射介質(zhì)及其其管路多少可分分為單管法、二管法法、三管法等。圖8-1高壓噴射灌漿示示意圖1.單管旋噴法通通過單根管路，，利用高壓漿液液（20～30MPa），噴射沖切破壞土土體，成樁直徑徑為40～50cm。其加固質(zhì)量好，，施工速度快和和成本低，但固固結(jié)體直徑較小小。2.二管旋噴法在在單管法的基礎(chǔ)礎(chǔ)上又加以壓縮縮空氣，并使用用雙通道的二重重灌漿管。在管管的底部側(cè)面有有一個(gè)同軸雙重重噴嘴，高壓漿漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)內(nèi)噴嘴中高速噴噴出，在射流的的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣氣噴出。在土體體中形成直徑明明顯增加的柱狀狀固結(jié)體，達(dá)80～150cm。3.三管旋噴法使使用分別輸送水水、氣、漿三種種介質(zhì)的三重灌灌漿管。高壓水水射流和外圍環(huán)環(huán)繞的氣流同軸軸噴射沖切破壞壞土體，在高壓壓水射流的噴嘴嘴周圍加上圓筒筒狀的空氣射流流，進(jìn)行水、氣氣同軸噴射，可可以減少水射流流與周圍介質(zhì)的的摩擦，避免水水射流過早霧化化，增強(qiáng)水射流流的切割能力。。噴嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射射，邊提升，在在地基中形成較較大的負(fù)壓區(qū)，，攜帶同時(shí)壓入入的漿液充填空空隙，就會(huì)在地地基中形成直徑徑較大、強(qiáng)度較較高的固結(jié)體，，起到加固地基基的作用。三．漿液材料水泥是噴射灌漿漿的基本材料，，水泥類漿液可可分為以下幾種種類型。1.普通型漿液一一般采用普通硅硅酸鹽水泥，不不加任何外加劑劑，水灰比一般般為0.8：1～1.5:1，固結(jié)體的抗壓壓強(qiáng)度(28d)最大可達(dá)1.0～20MPa，適應(yīng)于無特殊要要求的工程。2.速凝－早強(qiáng)型適適于地下水位位較高或要求早早期承