注漿法
將固化漿液注入地基裂縫的方法
注漿法(grouting method) 是將某些能固化的漿液注入岩土地基的裂縫或孔隙中,以改善其物理力學性質的方法。注漿的目的是防滲、堵漏、加固和糾正建築物偏斜。注漿機理有:填充注漿、滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿。注漿材料有粒狀漿材和化學漿材,粒狀漿材主要是水泥漿,化學漿材包括硅酸鹽(水玻璃)和高分子漿材。
工藝流程:
鑽孔機就位 → 鑽孔 → 注泥漿 → 下套管 → 繼續鑽孔 → 排渣 → 清孔 → 吊放鋼筋籠 → 射水清底 → 插入混凝土導管 → 澆築混凝土 → 拔出導管 → 插樁頂鋼筋
分單液硅化法、雙液硅化法、加氣硅化法和電動雙液硅化法。
單液硅化法 適用於加固滲透係數為0.1~2.0m/d的濕陷性黃土和滲透係數為0.3~5.0m/d的粉細砂土。(1)加固濕陷性黃土時,使用摻入2.5%氯化鈉、濃度為10%~15%的硅酸鈉溶液。溶液壓入土層中后,鈉離子與土中水溶性鹽類內的鈣離子產生離子交換反應,在土粒間及其表面形成硅酸凝膠,增加土粒間的膠結力,使土體硬化,極限抗壓強度可達0.2~0.8MPa。(2)加固粉細砂時,使用在濃度較低的硅酸鈉溶液(密度1.18~1.20)內加入一定數量的磷酸(密度1.02),溶液在土中經過化學反應,使土體硬化,其極限抗壓強度可達0.4~0.6MPa。
雙液硅化法 適用於加固滲透係數為2.0~8.0m/d的砂質土或用於防滲止水。使用密度為1.35~1.44的硅酸鈉溶液和密度為1.26~1.28的氯化鈣溶液。兩種溶液與土接觸后,產生凝膠化學反應,生成硅膠和氫氧化鈣。加固土的極限抗壓強度可達1.5~6.0MPa。
加氣硅化法 預先往土中壓入二氧化碳或氨氣,使土活化,然後灌注硅酸鈉溶液,再壓入二氧化碳,使硅酸鈉膠凝。加固砂土時,抗壓強度可達1000~3000kPa。對不含碳酸鹽的砂土,由於先用二氧化碳活化,強度可提高20%~25%;對含碳酸鹽的砂土,通過二氧化碳活化,強度可提高30%~35%。加固飽和度高的濕陷性黃土時,加氣硅化法的加固半徑可比單液硅化法大50%左右。
電動雙液硅化法 適用於加固滲透係數小於0.1m/d的軟粘性土地基。用帶孔眼的注漿管作陽極,用打入土層中的鋼筋或濾水管作陰極,將硅酸鈉和氯化鈣溶液通過注漿管壓入土層中並通以直流電流,在電滲作用下,孔隙水由陽極向陰極擴散,溶液隨水的運動由陽極流向陰極,使注漿效果得到提高。此法加固費用較高,必須經試驗確認有效后才能採用。
將氫氧化鈉溶液(鹼液)加熱到80~100℃,通過帶孔眼的注漿管在其自重作用下灌入土層中,當土中鈣、鎂離子含量較高時(如黃土),使土粒表面活化,自行膠結,從而使土體強度和水穩性得到提高,稱為單液法;當土中鈣、鎂離子含量較少時(如一般粘性土)、灌入氫氧化鈉溶液后,再灌入氯化鈣溶液,稱為雙液法。鹼液法具有施工設備簡單、加固費用較低,可消除黃土的濕陷性等優點。
高分子化學注漿法 適用於加固砂土地基、壩基帷幕灌漿、地下工程止水堵漏、加固壩基泥化夾層和斷層破碎帶。高分子化學漿材品種較多,有環氧樹脂類、丙烯醯胺類(丙凝)、聚氨脂類(氰凝)、木質素類等。在地基化學灌漿中常用的高分子化學漿材是丙烯醯胺類和聚氨脂類。丙烯醯胺類漿材由主劑丙烯醯胺和各種外加劑組成。漿液粘度接近於水,可灌性好,漿液凝固后,凝膠不透水,耐久性和穩定性好。這類漿液被廣泛用於岩石細裂縫、中細砂層的防滲灌漿和動水堵漏工程。這類漿材有一定毒性,污染空氣和地下水。聚氨脂類漿材以多異氰酸脂和聚醚樹脂等為主劑,再摻入各種外加劑配製而成。漿液灌入地層后,遇水反應生成聚氨脂泡沫體,能起加固地基和防滲堵漏作用。聚氨脂漿材分為水溶性和非水溶性兩類。水溶性聚氨脂能與水混溶,並與水反應生成含水膠凝體;非水溶性聚氨脂只能與有機溶劑混溶。聚氨脂漿材粘度低,可灌性好,結石強度高,安全可靠,不污染環境,操作簡便,經濟效益高。
化學注漿法一般用泵通過注漿管將漿液注入土中。注漿壓力、加固半徑等注漿參數,可根據地質情況、工程要求,通過現場試驗確定。灌漿孔在平面上一般按等邊三角形或矩形布置。濕陷性黃土加固半徑一般為0.5~0.7m,加固深度一般為3~8m。硅化法的優點是漿液的滲入性較強,能很快使地基變形終止;無毒,不污染環境,價格低廉,故被廣泛採用。
水泥注漿法 適用於砂礫層和岩石裂隙灌漿。一般使用普通硅酸鹽水泥,水灰比採用1比1,可摻入2%~5%水玻璃作速凝劑。注漿使用普通擠壓式灰漿泵,注漿壓力最大不超過1MPa。對滲透係數小於10-4cm/s的粉細砂和粘性土,可採用劈裂注漿。劈裂注漿所用水泥漿的稠度較大,水灰比為0.45~0.60。注漿採用花管法和單向閥管法。注漿的最大壓力一般大於4MPa。
自1824年波特蘭水泥問世以後,水泥注漿便在工程中作為主要注漿方法。但是,普通水泥由於顆粒較粗,一般只能灌注砂礫石或直徑大於0.2~0.3mm孔隙。因此,提高水泥顆粒細度就成為提高水泥漿可灌性的主要途徑。有些國家已研製出一種超細水泥,可以灌注滲透係數為10-3~10-4cm/s的細砂和岩石的微細裂隙,是一種很有發展前途的粒狀灌漿材料。丙凝是一種水溶性高分子化學漿材,其粘度與水接近,被廣泛應用於岩石細裂縫、中細砂層的防滲灌漿和動水堵漏。但是,這類漿材有毒性,污染空氣和地下水,因此多已停止生產和使用。1980年美國研製出AC400漿材,1982年中國研製出AC—MS漿材,這類漿材的毒性很小(只為丙凝毒性的1%),是一種理想的防滲漿材。日本研製出非鹼性硅酸鹽漿材,對地下水不產生鹼性污染,粘度較低,凝膠強度較高,耐久性較好,不改變地下水的pH值。