大坝注浆加固施工方案.docx
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大坝注浆加固施工方案
大坝注浆加固施工方案
一、加固原理及范围
根据实际情况,拟采用高压喷射注浆(拟压水泥浆)法来加固大坝。
其工作原理:
利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后,用高压泥浆泵等高压发生装置,使水泥浆成为15Mpa左右的高压喷射流,从注浆管底部侧面的喷嘴喷出,同时钻杆以一定速度徐徐提升,不断以强力冲击切削土体,除一部分细小土砾随浆液冒出水面外,其余在喷射力有效作用范围内从土体剥落下来的土砾与浆液充分搅拌混合,并按一定的浆土比例有规律地重新排列。
浆液经过一定时间凝固后即在土中形成一个固结体。
高压喷射注奖采用单管以底部侧面单独喷射20Mpa的高压水泥浆。
加固范围:
根据该桥的水文、地质情况,考虑单管法注浆的固结范围,拟只对水中和坝体上桩基周围进行注浆加固。
固结深度初步定为10m。
可视实际地基情况酌情变动。
见平面示意图。
二、施工方法
1、主要技术参数选用(参考)
桩径:
20cm;注浆管外径:
Φ45mm;孔位间距50cm靠近水库一侧按双排布孔。
浆液压力15Mpa。
水泥浆配合比采用1:
1(试配)
2、施工机具设备
a、高压泥浆泵;b、钻机(地质钻机);c、浆液制备机;d、单管(喷头);e、高压胶管。
3、施工准备
a、在坝顶布置好机具设备地点、水电接头和临时排水沟,尽量紧凑缩短高压软管的距离;
b、按要求标定孔位;
c、搭设临时工棚,储存一定数量水泥(425#)等;
d、调试机械;
4、施工程序
先将注浆管插入预定地层深度,自下而上进行[喷射注浆作业。
1、钻机就位:
安置平稳,钻杆垂直,对准中心;
2、钻孔插管:
3、喷射注浆:
水泥砂浆应在喷注前一小时搅拌,当喷嘴达到设计高程喷注开始先送高压水,再送浆液和压缩空气,在底部旋喷1min,当达到预定压力及喷浆量后再边旋喷边提升。
4、冲洗及移动机具:
达到设计要求后应马上冲洗。
经济分析:
1、临时工程(工棚及材料库):
2500元;
2、机械进场费(运输、装卸、安装调试):
10000元;
3、钻孔(Φ30cm):
200*420=84000元(共计420m);
4、注1:
1水泥浆(m3):
50*1000=50000元
合计:
106500元
第四节高压喷射灌浆和深层搅拌法加固技术
高压喷射灌浆和深层搅拌法加固技术相似,其主要差别在于采用不同的加料拌和手段。
一、高压喷射灌浆技术
高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后,用高压泥浆泵,通过安装在钻杆(喷杆)杆端置于孔底的特殊喷嘴,向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液),同时钻杆(喷杆)以一定的速度边旋转边提升,高压射流使一定范围内的土体结构破坏,并强制与固化浆液混合,凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。
固结体的形状和喷射流的移动方向有关。
一般分为旋转喷射(简称旋喷),定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。
旋喷桩主要用于加固地基,提高地基的抗剪强度,改善地基土的变形性能,使其在上部结构荷载作用下,不至破坏或产生过大的变形。
定喷固结体呈壁状,摆喷形成厚度较大的扇状固结体。
定喷和摆喷通常用于地基防渗,改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。
(一)加固机理
高喷法如三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体,同时用低压灌浆泵灌入浆液,浆液被高压水、气射流卷吸带入,同时与被搅动土体混合形成固结体。
加固地基,形成桩、板、墙的机理可用五种作用来说明:
1.高压喷射流切割破坏土体作用喷流动压以脉冲形式冲击土体,使土体结构破坏出现空洞。
2.混合搅拌作用钻杆在旋转和提升的过程中,在射流后面形成空隙,在喷射压力作用下,迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动,与浆液搅拌混合后形成固结体。
3.置换作用三重管高喷法又称置换法,高速水射流切割土体的同时,由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔,土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。
4.充填、渗透固结作用 高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙,析水固结,还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。
5.压密作用高压喷射流在切割破碎土体的过程中,在破碎带边缘还有剩余压力,这种压力对土层可产生一定的压密作用,使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。
(二)基本种类
按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二管法、三管法等,见图5-7。
图5-7高压喷射灌浆示意图
1.单管旋喷法通过单根管路,利用高压浆液(20~30MPa),喷射冲切破坏土体,成桩直径为40~50cm。
其加固质量好,施工速度快和成本低,但固结体直径较小。
2.二管旋喷法 在单管法的基础上又加以压缩空气,并使用双通道的二重灌浆管。
在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴,高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出,在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出。
在土体中形成直径明显增加的柱状固结体,达80~150cm。
3.三管旋喷法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。
高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体,在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流,进行水、气同轴喷射,可以减少水射流与周围介质的摩擦,避免水射流过早雾化,增强水射流的切割能力。
喷嘴边旋转喷射,边提升,在地基中形成较大的负压区,携带同时压入的浆液充填空隙,就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体,起到加固地基的作用。
(三)浆液材料
水泥是喷射灌浆的基本材料,水泥类浆液可分为以下几种类型。
1.普通型浆液 一般采用普通硅酸盐水泥,不加任何外加剂,水灰比一般为0.8:
1~1.5:
1,固结体的抗压强度(28d)最大可达1.0~20MPa,适应于无特殊要求的工程。
2.速凝-早强型适于地下水位较高或要求早期承担荷载的工程,需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。
掺入2%氯化钙的水泥-土的固结体的抗压强度为1.6MPa,掺入4%氯化钙后为2.4MPa。
3.高强型 喷射固结体的平均抗压强度在20MPa以上。
可以选择高标号的水泥,或选择高效能的扩散剂和无机盐组成的复合配方等。
在水泥浆中掺入2~4%的水玻璃,其抗渗性有明显提高。
如工程以抗渗为目的,最好使用“柔性材料”。
可在水泥浆液中掺入10~50%的膨润土(占水泥重量的面分比)。
此时不宜使用矿渣水泥,如仅有抗渗要求而无抗冻要者,可使用火山灰水泥。
(四)高压喷射灌浆工艺
喷射范围应在现场通过试验确定。
高喷固结体的范围大小与土的种类和其密实程度有较密切的关系,不同的喷射种类和喷射方式所形成的固结体大小也不相同。
定喷的喷射能量集中,喷射范围较大,参见表5-6。
表5-6高压喷射灌浆固结体的特性
固结体特性
喷灌方法
单管法
二管法
三管法
固结体有效直径(m)
粘性土
0 1.2±0.2 1.4±0.3 2.0±0.3 10<N<20 0.8±0.2 1.1±0.3 1.5±0.3 20<N<30 0.6±0.2 0.8±0.3 1.0±0.3 砂土 0<N<10 1.0±0.2 1.6±0.3 2.5±0.3 10<N<20 0.8±0.2 1.3±0.3 1.8±0.3 20<N<30 0.6±0.2 1.0±0.3 1.2±0.3 砾砂 20<N<30 0.6±0.2 1.0±0.3 1.2±0.3 单向定喷有效长度(m) 1.0~2.5 单桩垂直极限荷载(kN) 500~600 1000~1200 2000 单桩水平极限荷载(kN) 30~40 最大抗压强度(MPa) 砂土10~20,粘性土2~6,砾砂8~20 平均抗折强度/平均抗压强度 1/5~1/10 干土容重(kN/m3) 砂土16~20,粘性土14~15,黄土13~5 渗透系数(cm/s) 砂土、砂砾10-5~10-7,粘性土10-6~10-7 粘聚力(MPa) 砂土0.4~0.5,粘性土0.7~1.0 内摩擦角φ(o) 砂土30~40,粘性土20~30 标准贯入锤击数N 砂土30~50,粘性土20~30 弹性波(km/s) P波 砂土2~3,粘性土1.5~2.0 S波 砂土1.0~1.5,粘性土0.8~1.0 旋喷粘性土固结强度为0.3~6.0MPa,无粘性土固结强度为4~15MPa。 对于防渗工程多采用定喷、摆喷,地层含的粒径较粗时多采用摆喷或旋喷。 对处理深度大于20m的复杂地层最好按双排或三排布孔,使高喷桩形成堵水帷幕。 孔距应为1.73R(R为旋喷固结体半径),排距为1.5R时最经济。 一般定喷、摆喷孔距为1.2~2.5m,旋喷为0.8~1.2m。 高喷防渗效果一般可达10-5~10-6cm/s。 高喷桩桩距应根据上部结构荷载、单桩承载力及土质情况而定。 一般取桩距为S=(3~4)d(d为旋喷桩直径),桩的布置方式可选用矩形或梅花形布置。 高喷灌浆施工钻孔的目的是将灌浆管插入预定的土层中,由下而上进行喷射作业。 近来也有用振冲方式成孔直接进行喷射作业的方法。 喷射时应注意以下事项: (1)灌浆深度大时,易造成上粗下细的固结体,影响固结体的承载能力或抗渗作用,因而需采用增大压力和流量或降低旋转和提升速度等措施补救; (2)当发现喷浆量不足而影响工程质量时,可采用复喷技术; (3)当冒浆量大于灌浆量的20%时,可采用提高喷射压力、缩小喷嘴直径、加快提升速度和旋转速度等措施,对冒出的浆液,可回收利用; (4)根据工程需要调节喷射压力和灌浆量,改变喷嘴移动方向和速度,控制喷射固结体的形状,即圆盘状、圆柱状、大底状、糖糊芦状、大帽状和墙壁状。 (5)喷灌后的浆液有析水现象,可造成固结体顶部出现凹穴,对地基加固及防渗不利。 为此,可采用静压灌浆或浆液中添加膨胀材料等措施预防。 高压泵是高压喷射灌浆中的关键设备,要求压力和流量能在一定的范围内调节。 额定流量为85~150L/min;额定压力为20~50MPa。 表5-7 高压喷射灌浆参数一览表 高喷灌浆种类 单管法 二管法 三管法 适用土质 砂土、粘性土、黄土、杂填土、小粒径砂砾 浆液材料及配方 以水泥为主材,加入不同的外加剂后具有速凝、早强、抗腐蚀、防冻等特性,常用水灰比为1: 1,也可使用化学材料。 高喷灌浆参数 水 压力(MPa) ── ── 20 流量(L/min) ── ── 80~120 喷嘴孔径(mm)及个数 ── ── 2~3(1~2) 空气 压力(MPa) ── 0.7 0.7 流量(m3/h) 1~2 1~2 喷嘴间隙(mm)及个数 1~2(1~2) 1~2(1~2) 浆液 压力(MPa) 20 20 0.2~3 流量(L/min) 80~120 80~120 80~150 喷嘴孔径(mm)及个数 2~3 (2) 2~3(1~2) 10~2(1或2) 灌浆管外径(mm) φ42或φ45 φ42,φ50,φ75 φ75或φ90 提升速度(cm/min) 20~25 10~30 5~20 旋转速度(r/min) 约20 10~30 5~20 (五)高喷固结体的质量检测 1)开
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