渗入性灌浆水泥

灌浆工程应用最广的是普通硅酸盐水泥, 其矿物成份:3CaO .SiO₂ , 2CaO .SiO₂ , 3CaO .Al₂O₃ ,4CaO .Al₂O₃.Fe₂O₃ , 其中3CaO .Al₂O₃ 是快凝物质,并能释放较大的热量, 3CaO .SiO2 能在7 d 龄期内达到全部强度, 4CaO .Al₃O₂Fe₂O₃ 和2CaO .SiO₂ 的凝结速度也较快。

渗入性灌浆砂

砂的作用是在较大的孔隙和裂隙中灌浆时, 在水泥浆中加砂以形成经济的浆液, 可防止浆液扩散过远, 还可用掺砂的办法提高浆液的固体含量和降低其含水量, 从而使浆液获得较高的摩擦剪切强度。

渗入性灌浆水

水的作用有:

①把固态水泥变为悬浮液, 以供灌注;

②是对水泥粒水解和水化, 使化合物形成晶体并互相结合成网状结构, 从而使水泥浆逐渐形成具有一定力学强度的结石。

渗入性灌浆水玻璃

水玻璃是促使水泥浆早凝的因素, 但并不是所用的水玻璃越多, 浆液凝固就越快。相反, 在一定范围内凝固时间随水玻璃用量的减少而加快。

水玻璃与水泥水解产物Ca(OH)₂反应机理为：

Na₂O .NSiO₂ Ca(OH)₂ MH₂O ※CaO .NSiO₂.MH₂O NaOH (1)

水泥—水玻璃浆材具有以下特征:

①浆液在加入速凝剂如氧化钙或缓凝性磷酸二氢钠后, 凝结时间可准确控制在几秒及几十分内;

②凝结后的结石率高达98 %～ 100 %;

③浆液结石体强度高, 一般为5 ～ 10 MPa , 水泥含量较大时, 其抗压强度可达20 MPa ;

④水玻璃对结石强度的影响呈现一峰值,超过峰值后结石体强度随水玻璃含量的增加而降低;

⑤结石体的渗透系数为10-3 cm/s 。

在灌浆压力作用下, 浆液克服各种阻力渗入孔隙和裂隙, 压力越大吸浆量及浆液扩散距离就越大,浆液就地凝固而达到加固或减少渗漏的灌浆方法。理论上假定在灌浆过程中地层结构不受干扰和破坏, 所用的灌浆压力相对较小, 即浆液渗入土孔隙排除土中的自由水和空气, 而不破坏其原有结构 。

渗入性灌浆法在地基加固和防渗处理中应用广泛。由于灌浆技术和相关技术的迅猛发展, 灌浆法已成为解决工程问题的重要手段, 其技术经济效果显著, 但目前在郑州地区应用较少。因此, 有必要根据实际工程中采用灌浆法所取得的效果, 检验该方法在郑州地区是否具有推广价值 。

渗入性灌浆灌浆标准

1.　防渗标准

我国多采用吸水量ω作为准则。对比较重要的砂或砂砾石土质的防渗工程, 要求把地基渗透系数降至10-4 ～ 10-5 cm·s-1 以下。单位吸水量是用钻孔试验方法求得, 其计算式为ω= QL · H · T (2)

式中

ω———地层的单位吸水量;

Q ———地层的总吸水量;

L ———压水试验段长;

H ———压水压力;

T ———试验时间。

单位吸水量与渗透系数K 之间存在的关系

K = ω×1 .5 ×10-3 (3)

2. 　强度标准

当灌浆目的是防渗时, 抵抗水压力所需的抗剪强度为

C =P · d2l (4)

式中

C ———浆液结石与孔隙壁面间的粘结力;

P ———地下水的渗透压力;

d ———孔隙高度;

l ———灌浆体长度。

渗入性灌浆钻孔布置

根据浆液影响半径和灌浆体设计厚度, 确定合理的孔距、排距、孔数和排数。

1. 　单排孔的布置灌浆体的厚度b

b =2 r2 - l 24 (5)

式中

l ———为灌浆孔距;

r ———浆液扩散半径。

l =2 r2 - T24 (6)

式中

T ———为灌浆体的设计厚度;

其余符号同上。

2. 　双排孔的布置

排距R m =r 1/2 时两排孔正好紧密衔接, 最大限度发挥了各灌浆孔的作用

Rm = r r2 - l 24 (7)

Bm =2 · r r2 -l 24(8)

式中

R m ———最优排距;

Bm ———最大灌浆有效厚度。

3.灌浆深度

灌浆深度取进入持力层后1 .5 ～ 2 倍的扩散半径。

4.容许灌浆压力的确定

容许灌浆压力值与一系列因素有关, 例如地层土的密度、强度、初始应力、钻孔深度、位置及灌浆次序等, 而这些因素又难于准确地预知, 因而宜通过现场灌浆试验来确定 。

其基本配方(以质量计)为A 液:水泥100 份, 水100 ～ 200 份;B 液:水玻璃100 份, 水100 ～ 200 份, 稳定剂0 .3 ～ 1份, 分散剂0 .5 ～ 3 份。

一般采用硅酸盐水泥, 水玻璃模数2 .4 ～ 2 .8 ,浓度40°～ 50°Be , 按一定比例进行配制, 用两台灌浆泵分两路输送系统将A 液、B 液(双液法), 运至孔口或管底混合, 然后注入土空隙中, 其灌浆量Q的计算：

Q = V ·(n ×F)·(1 L) (9)

式中

V ———加固区总体积;

n ———孔隙率;

F ———孔隙率充填系数;

L ———浆液渗出加固区外的损耗系数。

在正常条件下, 每次注浆中注浆压力由大到小。当注浆压力达到设计的终压时, 注浆量50 ～60 L/min , 稳定时间20 ～ 30 min 后即可结束注浆。

一般水泥—水玻璃化学灌浆加固土层效果较好, 含水量可降低15 %～ 30 %, 压缩模量增大2 ～ 3 倍, 内摩擦再增加20 %～ 30 % 。

灌浆质量高不等于灌浆效果好, 有效的检查方法是在灌浆体内钻孔, 并通过钻孔对结石进行密度、结石性质、浆液充填率、剩余孔隙率、无侧限抗压强度、抗剪强度、渗透性、长期渗流稳定性、变形模量和蠕变性的测试 。

渗入性灌浆工程概况

郑州市城南路东段一住宅楼危房加固。地基土第1 层为杂填土, 由砖块、炉渣和生活垃圾组成, 该层厚度2 .0 ～ 2 .8 m , 第2 层为粉土, I 1 <0 , 呈坚硬状态, 该层粉土土质均匀, 承载力可达180 kPa , 厚6m .场地地下水埋深为17 .5 m , 属抗震设防7 度区。

渗入性灌浆危房现状

该楼北侧1 -3 单元门洞处出现纵裂缝, 由1 层一直延续至5 层, 在楼北外墙与下水管道之间的砼路面和楼边散水面处亦出现与楼房走向大致相吻合的纵向裂缝, 局部呈明显的锯齿状。

地面沉降及楼墙开裂原因

所有勘探钻孔表层均为砖块、炉渣和生活垃圾组成的填土, 沿下水管道已发生明显地面沉降。该5 层楼为砖砌条基, 持力层在1 层填土上, 基础本身刚性较差, 且持力层不均匀, 造成基础沉降不均, 楼北侧下水管道断裂, 常年漏水, 使地基受到水浸, 加速了基础不均匀沉陷, 导致门洞楼梯间凸出部位外墙结合强度较弱, 应力集中, 楼北地面沉降首先影响距离较近门洞的凸出部位产生裂缝。

渗入性灌浆治理措施

首先修理断裂的下水管, 止住漏水使地基不再浸水, 再用渗入性灌浆, 在基本不扰动原土结构的情况下, 加压通过注浆液均匀注入土层, 赶走空隙水和空气, 与土体形成强度大, 抗渗性能高的结石体。施工不产生附加沉降, 在作业空间小的情况下完成, 不影响住户生活, 造价较低。

渗入性灌浆工程灌浆设计

为达到托换整治土体位移, 增大变形模量, 提高抗渗能力, 同时提高地基承截力, 防止地基不均匀沉降的目的, 扩散半径由现场测试确定r =0 .6 m , 采用双排孔布置, 设计厚度0 .8 m .灌浆孔距l =2 r2 -T24 =z 0 .62 -0 .824 =0 .9(m)

排距Rm =r r2 -l 24 =0 .6 0 .62 -0 .92

4 =1 .99 (m)桩长取进入持力层2 倍的扩散半径, 2 ×0 .6 =1 .2m , 加上填土厚2 .8m , 为4m , 实际桩长取4 .5m .灌浆压力现场测定为400 ～ 600 kPa , 下部粉土取上限, 上部填土取下限。浆液选定及配比, 水泥:425#普通硅酸盐水泥, 水灰比W∶C =1∶1 ;水玻璃模数n =2 .5 ～ 3 .0 , 浓度50°Be .施工时采用先外排后内排的顺序灌注。

该工程加固后经一年多时间的观测, 加固效果良好, 未有新的沉降及裂缝出现。

水泥—水玻璃化学灌浆有材料成本低、无毒、适用性好、货源充足、凝结时间可调节、充填率高、收缩率小、早期固结强度高、湿条件耐久性好等优点, 还具有表面活性作用, 与土体有较好的结合力, 反应热量又有助于土体排气脱水, 经化学反应的软土能形成较硬的化学复合土的优点, 采用渗入性灌浆法, 灌浆压力较低, 不破坏原土结构, 因而水泥—水玻璃渗入性灌浆法有较广泛的应用价值。2100433B

当煤层的自然发火期较长时，为避免采煤、灌浆工作互相干扰，可在一个采区结束后封闭停采线的上下出口，然后在上出口的密闭内插管并大量灌浆(图4)。采后灌浆的目的一是充填最易发生自燃火灾的停采线空间，二是封闭整个采空区。

灌浆材料应选择渗水性强、脱水快、收缩量小、不含可燃物、能就地取材以及便于开采、运输和制备的灌浆材料。可选用含砂量不超过30%的砂质黏土;或者用黏土和10%的砂子(按体积计)配制成泥浆。 2100433B