工作任务三 砂砾石地基灌浆
一、砂砾石地基可灌性评价
砂砾石地基承载力较高,但空隙率大、透水性强,要进行防渗处理方可作为水工建筑物的地基。由于砂砾石是由颗粒材料组成的,对灌浆效果影响大,孔壁容易坍塌,与岩基灌浆有所不同,在灌浆中需要了解和掌握地基的可灌性、灌浆材料及灌浆方法。
可灌性是指砂砾石地基能接受灌浆材料灌入程度的一种特性。
影响可灌性的主要因素有地基的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和施工工艺等。常用以下几种指标进行评价。
1.可灌比M
式中 D15——地基砂砾颗粒级配曲线上相应于含量为15%的粒径,mm;
D85——灌浆材料颗粒级配曲线上相应于含量为85%的粒径,mm。
M值愈大,地基的可灌性愈好。当M=5~10时,可灌含水玻璃的细粒度水泥黏土浆;当M=10~15时,可灌水泥黏土浆;当M≥15时,可灌水泥浆。
2.渗透系数K
式中 K——砂砾石层的渗透系数,m/s;
D10——砂砾石颗粒级配曲线上相应于含量为10%的粒径,mm;
α——系数。
K值愈大,可灌性愈好。当K<;3.5/10000m/s时,采用化学灌浆;当K=(3.5~6.8)/10000m/s时,采用水泥黏土灌浆;当K≥(6.9~9.3)/10000m/s时,采用水泥灌浆。
3.不均匀系数Cu
式中 D60——砂砾石颗粒级配曲线上相应于含量为60%的粒径,mm;
D10——砂砾石颗粒级配曲线上相应于含量为10%的粒径,mm。
Cu的大小反映了砂砾石颗粒不均匀的程度。当Cu较小时,砂砾石的密度较小,透水性较大,可灌性较好;当Cu较大时,透水性小,可灌性差。
实际工程中,除对上述有关指标综合分析确定外,还要考虑小于0.1mm颗粒含量的不利影响。
砂砾石地基灌浆,多用于修筑防渗帷幕,也有加固地基作用。灌浆材料的选择需根据用途来确定。
对于防渗为主要目的,一般采用水泥黏土混合灌浆。要求帷幕体的渗透系数降到1/1000~1/100000cm/s以下,28d结石强度达到0.4~0.5MPa。浆液配比视帷幕设计要求而定,常用配比为水泥:黏土=1:2~1:4(质量比)。浆液稠度为水:干料=6:1~1:1。水泥黏土浆的稳定性和可灌性优于水泥浆,固结速度和强度优于黏土浆。但由于固结较慢、强度低、抗渗抗冲能力差,多用于低水头临时建筑的地基防渗。为了提高固结强度,加快黏结速度,可采用化学灌浆。
二、砂砾石地基灌浆施工
砂砾石地基灌浆孔除打管外,都是铅直向钻孔,造孔方式主要有冲击钻进和回转钻进两类。地基防渗帷幕灌浆的方法可分为以下几种。
1.打管灌浆
灌浆管由钢管、花管、锥形管头组成,用吊锤或振动沉管的方法打入砂砾石地基受灌层。每段在灌浆前,用压力水冲洗,将土、砂等杂质冲出地表或压入地层灌浆区外部。采用纯压式或自流式压浆,自下而上、分段拔管、分段灌浆,直到结束。此法设备简单,操作方便,适于覆盖层较浅、砂石松散及无大孤石的临时工程。施工程序如图2-47所示。
2.套管灌浆
套管灌浆法是边钻孔边下套管进行护壁,直到套管下到设计深度;然后将钻孔冲洗干净,下灌浆管,再拔起套管至第一灌浆段顶部,安灌浆塞,压浆灌注。自下而上、逐段拔管、逐段灌浆,直到结束。其施工流程如图2-48所示。
3.循环灌浆
此法是一种自上而下,钻一段灌一段,无须待凝,钻孔与灌浆循环进行的灌浆方法。钻孔时需用黏土浆固壁,每个孔段长度视孔壁稳定和渗漏大小而定,一般取l~2m。此方法不设灌浆塞,而是在孔口管顶端封闭。孔口管设在起始段上,具有防止孔口坍塌、地表冒浆、钻孔导向的作用,以提高灌浆质量。循环灌浆法如图2-49所示。
图2-47 打管灌浆法施工程序
(a)打管;(b)冲洗;(c)自流灌浆;(d)压力灌浆
1—管锥;2—花管;3—钢管;4—管帽;5—打管锤;6—冲洗用水管;7—注浆管;8—浆液面;9—压力表;10—进浆管;11—盖重层
图2-48 套管灌浆法施工流程示意图
(a)钻孔下套管;(b)下灌浆管;(c)拔套管灌第一段;(d)拔套管灌第二段;(e)拔套管灌第三段
1—护壁套管;2—灌浆管;3—花管;4—止浆塞;5—灌浆段;6—盖重层
4.预埋花管灌浆
在钻孔内预先下入带有射浆孔的灌浆花管,花管外与孔壁之间的空间注入填料,在灌浆管内用双层阻浆器分段灌浆。其工艺过程为:钻孔及护壁→清孔→更换泥浆→下花管和下填料→开环→灌浆,如图2-50所示。
一般用回转式钻机钻孔,下套管护壁或泥浆护壁;钻孔结束后,清除孔内残渣,更换新鲜泥浆;用泵灌注花管与套管空隙内的填料,边下料、边拔管、边浇筑,直到全部填满将套管拔出;孔壁填料待凝5~15d,具有一定强度后,压开花管上的橡皮圈,压裂填料形成通路,称为开环;然后用清水或稀浆灌注5~10min,开始灌浆,完成每一排射浆孔(即一个灌浆段)的灌浆后,进行下一段开环灌浆。
图2-49 循环灌浆法
1—进浆管;2—灌浆管(钻杆);3—钻机竖轴;4—封闭器;5—孔口管;6—混凝土封门;7—射浆花管;8—孔口管下部花管;9—盖重层;10—回浆管;11—压力表
图2-50 预埋花管灌浆
1—灌浆管;2—花管;3—射浆孔;4—双栓灌浆塞;5—灌浆段;6—填料;7—橡皮圈