1岩土注浆加固设计

1、12 岩土注浆加固设计岩土注浆加固设计12 岩土注浆加固设计岩土注浆加固设计v12.1 注浆工程调查注浆工程调查v12.2 注浆加固试验注浆加固试验v12.3 注浆加固参数设计注浆加固参数设计12.3.1 注浆加固范围的确定注浆加固范围的确定12.3.2 注浆量的计算注浆量的计算12.3.3 注浆压力注浆压力12.3.4 注浆孔距注浆孔距12.1 注浆工程调查注浆工程调查v在进行注浆设计之前，要进行在进行注浆设计之前，要进行工程地质工程地质和和岩土工程性质岩土工程性质的调查。调查的的调查。调查的范围范围是地层需要处理的范围。是地层需要处理的范围。工程调查的目的是解决以下三个问题：工程调查的目的

2、是解决以下三个问题：(1) (1) 能否采用注浆方法处理；能否采用注浆方法处理；(2) (2) 注浆处理时采用何种浆液材料，注浆压力和注浆量的确定；注浆处理时采用何种浆液材料，注浆压力和注浆量的确定；(3) (3) 注浆处理后，地层强度增加或渗透性减小的程度。注浆处理后，地层强度增加或渗透性减小的程度。工程调查的内容包括以下几点：工程调查的内容包括以下几点：(1)(1)注浆区的地质构造及浆液可能流失的通道和空穴；注浆区的地质构造及浆液可能流失的通道和空穴；(2)(2)地质分层及需要注浆处理地层的土质或岩性特征；地质分层及需要注浆处理地层的土质或岩性特征；(3)(3)需要处理地层的强度或渗透程度

3、；需要处理地层的强度或渗透程度；(4)(4)构筑物的损害程度和注浆会对周围构筑物的影响；构筑物的损害程度和注浆会对周围构筑物的影响；(5)(5)注浆过程中，废浆排放对环境的影响和注浆后地下水位的变化对邻注浆过程中，废浆排放对环境的影响和注浆后地下水位的变化对邻近居民饮水及灌溉的影响。近居民饮水及灌溉的影响。12.1 注浆工程调查注浆工程调查v砂砾沉积层注浆砂砾沉积层注浆，一般采用，一般采用渗透注浆渗透注浆，因而要获得每一层的渗透系数、，因而要获得每一层的渗透系数、孔隙率、孔隙的大小、地下水位及流速、流向和水的化学性质。土的颗孔隙率、孔隙的大小、地下水位及流速、流向和水的化学性质。土的颗粒大小是

4、选择浆液类型和可注性的衡量指标。地层的粒大小是选择浆液类型和可注性的衡量指标。地层的孔隙率孔隙率(n)决定着浆决定着浆液的消耗量。液的消耗量。渗透系数渗透系数的大小影响浆液的注入速率。的大小影响浆液的注入速率。v粘性土注浆粘性土注浆加固，多采用加固，多采用劈裂注浆劈裂注浆。土体的力学特性较为重要。土体的力学特性较为重要。v裂隙岩体注浆裂隙岩体注浆，要了解注浆部位是属于断层、破碎带，还是软弱层，查，要了解注浆部位是属于断层、破碎带，还是软弱层，查明其产状及分布范围。要了解结构面的渗透几何参数。明其产状及分布范围。要了解结构面的渗透几何参数。工程调查中的工程调查中的试验内容试验内容分为室内分为室内

5、土工试验土工试验和和现场试验现场试验。12.1 注浆工程调查注浆工程调查表表12-1 12-1 注浆调查的试验内容注浆调查的试验内容室内土工试验室内土工试验现场试验现场试验1土颗粒分析土颗粒分析2空隙率空隙率3透水系数透水系数4土的含水量土的含水量5土的密度与土颗粒比重土的密度与土颗粒比重6有机质含量有机质含量7土的力学性质试验土的力学性质试验1地基强度方面：动力、静力触探，旁压试验地基强度方面：动力、静力触探，旁压试验2水力学性质方面：抽水或压水试验水力学性质方面：抽水或压水试验3水流、水质方面：地下水流向、流速，水的水流、水质方面：地下水流向、流速，水的ph值和离子含量值和离子含量4节理裂

6、隙统计：节理的组数、产状、密度、宽节理裂隙统计：节理的组数、产状、密度、宽度、粗糙度等度、粗糙度等5岩体力学性质：裂隙的水力劈裂，断裂指数岩体力学性质：裂隙的水力劈裂，断裂指数12.2 注浆加固试验注浆加固试验v（1）注浆试验的目的及内容）注浆试验的目的及内容注注浆浆试试验验研研究究目目的的及及内内容容1注浆管的入土方式注浆管的入土方式振动入土法振动入土法射水入土法射水入土法旋转入土法旋转入土法2注浆材料的选择注浆材料的选择注浆材料的性质试验注浆材料的性质试验注浆模拟试验注浆模拟试验3注浆工艺注浆工艺4注浆效果注浆效果降低渗透性降低渗透性现场抗渗试验现场抗渗试验取样抗渗试验取样抗渗试验强度提高

7、值强度提高值标准贯入试验标准贯入试验静力触探静力触探荷载试验荷载试验取样强度试验取样强度试验弹性波探测弹性波探测5对周围环境的影响对周围环境的影响周围地层的变形周围地层的变形周围建筑物的变形周围建筑物的变形地下水质变化地下水质变化12.2 注浆加固试验注浆加固试验v（2）注浆孔的布置）注浆孔的布置v注浆试验时，试验孔的布注浆试验时，试验孔的布置分为置分为单孔注浆试验单孔注浆试验和和群群孔注浆试验孔注浆试验。v单孔试验单孔试验是来检查设备能是来检查设备能力是否满足试验要求，调力是否满足试验要求，调查注浆的难易程度、注浆查注浆的难易程度、注浆量和注浆压力等参数。量和注浆压力等参数。v群孔试验群孔试

8、验主要是检验各种主要是检验各种试验效果。试验效果。图图12-1 各种注浆孔的布置方式各种注浆孔的布置方式为地基土的重度，水下采用有效重度为地基土的重度，水下采用有效重度 ；为基础荷载面上的地基土的重度，水下采用有效重度为基础荷载面上的地基土的重度，水下采用有效重度 ；12.3.1 注浆加固范围的确定注浆加固范围的确定v（1）地基加固计算）地基加固计算 地基承载力的大小可用下式计算（图地基承载力的大小可用下式计算（图12-2）：）：图图12-2 地基注浆加固范围地基注浆加固范围 )(31010grdnbnacnqqc1100nrngnd式中式中: :为长期承载力标准值，为长期承载力标准值，kpa

9、kpa；、为形状系数；为形状系数；为地基土的粘聚力；为地基土的粘聚力；为承载力系数（粘聚力项）；为承载力系数（粘聚力项）；为承载力系数（内摩擦项）；为承载力系数（内摩擦项）；为承载力系数（埋深项）；为承载力系数（埋深项）；为基础埋深。如果进行短期强度计算时，可将式右边系数为基础埋深。如果进行短期强度计算时，可将式右边系数1/31/3变成变成2/32/3。（1）地基加固计算）地基加固计算v注浆加固地基，主要改变地基土的注浆加固地基，主要改变地基土的 、 、 值，注浆后值，注浆后地基土的地基土的 值变化较大，而值变化较大，而 和和 变化不太大。变化不太大。v注浆加固地基，注浆范围超出基底宽度注浆加

10、固地基，注浆范围超出基底宽度 (1/2)b 左右为好。左右为好。cc 在在持力层持力层较浅时，持力层以上软弱较浅时，持力层以上软弱层全部加固。持力层较深时，可用层全部加固。持力层较深时，可用威威斯塔卡特斯塔卡特公式，根据等应力线或塑性公式，根据等应力线或塑性区决定加固范围（图区决定加固范围（图12-3），也可用），也可用有限元法模拟计算加固范围。有限元法模拟计算加固范围。图图12-3 等应力线和注浆范围等应力线和注浆范围 1-加载产生的等应力线加载产生的等应力线2-加固后地基承载力等应力线加固后地基承载力等应力线减小减小 。值，可增大值，可增大 ，（2）基坑边坡及基底注浆加固）基坑边坡及基底注

11、浆加固v1）基坑边坡注浆加固）基坑边坡注浆加固 基坑边坡的主动土压力为（图基坑边坡的主动土压力为（图12-4）图图12-4 具有粘聚力的土压力强度分布具有粘聚力的土压力强度分布 245tan2245tan)(002cqzpa 245tan2245tan)(002cqzpp被动土压力为被动土压力为cppap注浆增加土体的注浆增加土体的（2）基坑边坡及基底注浆加固）基坑边坡及基底注浆加固v1）基坑边坡注浆加固）基坑边坡注浆加固 apppappp)()()(pappaappppppk设注浆前的土压力：设注浆前的土压力：注浆后的土压力：注浆后的土压力：注浆后使坑壁注浆后使坑壁稳定性增加量稳定性增加量：

12、考虑到安全性，注浆范围应深入到滑动面以下。注浆范围如图所示。考虑到安全性，注浆范围应深入到滑动面以下。注浆范围如图所示。图图12-5 12-5 基坑边坡注浆范围基坑边坡注浆范围 （2）基坑边坡及基底注浆加固）基坑边坡及基底注浆加固v2）挡土墙背后的注浆加固）挡土墙背后的注浆加固对于挡土墙为对于挡土墙为 h 型钢的横向板桩，型钢的横向板桩，其注浆范围参数如下：其注浆范围参数如下：图图12-6 挡土墙后的注浆范围挡土墙后的注浆范围 245cos0ttiichht tan245cos245tan21245sin245tan21002002（2）基坑边坡及基底注浆加固）基坑边坡及基底注浆加固v3）基坑

13、底板的加固计算）基坑底板的加固计算在滑动面附近化学注浆在滑动面附近化学注浆 基坑壁后荷重为基坑壁后荷重为hbw222hbbwmscbmr2hcmmksr2滑动力矩为滑动力矩为抗滑力矩为抗滑力矩为安全系数为安全系数为图图12-7 12-7 坑壁稳定分析图坑壁稳定分析图 为了不产生基底隆起，采用注浆方法提高为了不产生基底隆起，采用注浆方法提高 ，满足，满足 1.21.2的条件，加的条件，加固的深度应大于固的深度应大于 （即滑动面以下），加固的宽度应大于（即滑动面以下），加固的宽度应大于2 2 。ckbb（2）基坑边坡及基底注浆加固）基坑边坡及基底注浆加固 加固基坑底板加固基坑底板 据据bbbrom

14、s的计算，对基底软粘土进行了的计算，对基底软粘土进行了 3 m 厚的注浆加固，厚的注浆加固，能使墙体的水平位移及地表沉降减少约能使墙体的水平位移及地表沉降减少约 50，支撑轴力减少约，支撑轴力减少约 40，基底隆起减少约基底隆起减少约 35。 他还作了加固他还作了加固 6 m 厚的比较，发现加固厚的比较，发现加固6m厚的各项指标仅比加固厚的各项指标仅比加固3m厚的减少了厚的减少了1020。因此，他认为：。因此，他认为：加固加固3m厚是经济合理的厚是经济合理的。 但根据上海工程实践情况，加固但根据上海工程实践情况，加固 3 m 厚，地表沉降量与开挖深度之厚，地表沉降量与开挖深度之比为比为0.54

15、，加固，加固 910 m 厚，沉降量与开挖深度之比仅为厚，沉降量与开挖深度之比仅为0.10.2。因此，因此，软粘土在很软弱时，加固厚度的增加，其效果是明显的软粘土在很软弱时，加固厚度的增加，其效果是明显的。（3）隧洞及地下工程注浆加固）隧洞及地下工程注浆加固v1）土质隧洞的注浆加固）土质隧洞的注浆加固 隧道开挖后，拱顶部的松动范围隧道开挖后，拱顶部的松动范围图图12-8 12-8 土质隧洞松动区注浆范围土质隧洞松动区注浆范围 245sin120dh245cos00db245tan200hbbbhkekbh2tan01tan2拱顶松动土压力拱顶松动土压力 bhkekbcbbchp2tan001t

16、an2)/1 ( 注浆后，松动范围内的注浆后，松动范围内的 值值增加，松动压力增加，松动压力 减小。减小。c0p（3）隧洞及地下工程注浆加固）隧洞及地下工程注浆加固v2）环形隧洞注浆加固）环形隧洞注浆加固 均匀土质隧道超前注浆均匀土质隧道超前注浆 应力表达式为应力表达式为111111222220222220apaapapaapiirirra0rr0其中其中注浆宽度为注浆宽度为1200prrrtccii图图12-9 隧道应力图隧道应力图 （3）隧洞及地下工程注浆加固）隧洞及地下工程注浆加固 裂隙岩体围岩的注浆厚度裂隙岩体围岩的注浆厚度可根据可根据围岩松动圈厚度围岩松动圈厚度确定。围岩松动圈厚度可

17、通过多点位移计或确定。围岩松动圈厚度可通过多点位移计或声波测试仪等测得。也可根据围岩的物理力学性质，按有关公式进声波测试仪等测得。也可根据围岩的物理力学性质，按有关公式进行围岩松动圈厚度的计算，如修正的芬纳公式等。行围岩松动圈厚度的计算，如修正的芬纳公式等。在松动圈内注浆，可形成外壳支护层，它具有较大的承载能力，支在松动圈内注浆，可形成外壳支护层，它具有较大的承载能力，支护层与岩体共同作用。加固圈的半径可使加固岩石环的承载力满足护层与岩体共同作用。加固圈的半径可使加固岩石环的承载力满足或大于作用于加固壳的压力，即：或大于作用于加固壳的压力，即：ggggqrr221水电部门水电部门统计，围岩固结

18、注浆深度在统计，围岩固结注浆深度在 0.52.0 倍隧洞半径间变化，建议按倍隧洞半径间变化，建议按 1.3 倍隧倍隧洞半径计算。洞半径计算。前苏联前苏联在巷道注浆加固中，加固带的厚度取在巷道注浆加固中，加固带的厚度取 35 m，我国煤炭部门我国煤炭部门巷巷道注浆加固厚度约为道注浆加固厚度约为 23 m。日本青函隧道日本青函隧道则采用了如下的经验数据：一般地质条则采用了如下的经验数据：一般地质条件，压浆半径是隧洞半径的件，压浆半径是隧洞半径的 24 倍，地质条件不好时，压浆半径是隧洞半径的倍，地质条件不好时，压浆半径是隧洞半径的 36 倍，地质条件特别坏时，压浆半径是隧洞半径的倍，地质条件特别坏

19、时，压浆半径是隧洞半径的 8 倍。倍。（4）竖井加固）竖井加固v地面预注浆与圆形隧洞相同，注浆厚度为地面预注浆与圆形隧洞相同，注浆厚度为12prehkhhpii)(12.3.2 注浆量的计算注浆量的计算v计算注浆量时应计算注浆量时应考虑考虑：注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率、浆液充填程：注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率、浆液充填程度等因素。度等因素。渗透注浆渗透注浆的好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度，的好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度，充填率充填率越高，注浆的效果越好。越高，注浆的效果越好。劈裂注浆劈裂注浆的注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关，的注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关，浆脉

20、浆脉越多，注浆越多，注浆量也越多，注浆效果也越好。但浆液不可能无限制地注，应该有个量也越多，注浆效果也越好。但浆液不可能无限制地注，应该有个最佳的注浆量。最佳的注浆量。压密注浆压密注浆的浆量和的浆量和浆泡浆泡的直径有关。压密范围越大，要求的浆泡直的直径有关。压密范围越大，要求的浆泡直径也越大。在不产生劈裂的条件下，浆泡直径是很有限的，浆量也径也越大。在不产生劈裂的条件下，浆泡直径是很有限的，浆量也有限。有限。裂隙岩体注浆裂隙岩体注浆的注浆量与的注浆量与吸水率吸水率有关。有关。v下面分别讨论渗透注浆、劈裂注浆、裂隙岩体的注浆量计算方法。下面分别讨论渗透注浆、劈裂注浆、裂隙岩体的注浆量计算方法。（

21、1）渗透注浆的注浆量计算）渗透注浆的注浆量计算v常用的渗透注浆的常用的渗透注浆的为为v常见的渗透注浆地层有砂层和砂砾层，各地层的灌注充填率见表常见的渗透注浆地层有砂层和砂砾层，各地层的灌注充填率见表12-5。)1 (2hnarq表表12-5 12-5 不同土层的灌注充填率不同土层的灌注充填率土质类型土质类型n 值值孔隙率孔隙率 n（% %） （% %） （% %）松散砂质土松散砂质土0 0101050505050808025254040中等密实砂质土中等密实砂质土1010303040405050707020203030密实砂质土密实砂质土3030以上以上30305050656515152020

22、湿陷性黄土湿陷性黄土303060605050808015154848)1 ()1 (n（2）劈裂注浆的注浆量计算）劈裂注浆的注浆量计算v对于脉状劈裂注浆，只考虑对于脉状劈裂注浆，只考虑孔隙率孔隙率为主体的注浆率是不能确定注浆量的。为主体的注浆率是不能确定注浆量的。下面从三个方面来求注浆量。下面从三个方面来求注浆量。 1）从土的含水率来求注浆量）从土的含水率来求注浆量 对于软塑性土，注浆时浆脉可以使土体发生压缩脱水，使天然含水量对于软塑性土，注浆时浆脉可以使土体发生压缩脱水，使天然含水量降低到塑限以下，土体变为硬塑状，加之脉状浆体成网状分布于土体，降低到塑限以下，土体变为硬塑状，加之脉状浆体成网

23、状分布于土体，使土体稳定性增加，这种注浆通常称为软土固结注浆。注浆量表示为使土体稳定性增加，这种注浆通常称为软土固结注浆。注浆量表示为)(10pgwwedvvq2 2）从土被压缩的难易程度来求注浆量）从土被压缩的难易程度来求注浆量浆脉的插入可认为土颗粒间孔隙缩小，孔隙缩小的体积即为浆脉的总浆脉的插入可认为土颗粒间孔隙缩小，孔隙缩小的体积即为浆脉的总体积，这样可按照土的压缩指数来求注浆量体积，这样可按照土的压缩指数来求注浆量001lg1pppfecvqc（2）劈裂注浆的注浆量计算）劈裂注浆的注浆量计算 3）经验法）经验法 仍按渗透注浆公式仍按渗透注浆公式 ， ，对于粘性土，对于粘性土 值见表值见

24、表12-6。vq )1 ( n)1 ()1 (n表表12-6 12-6 粘性土粘性土值值n 值值孔隙率孔隙率 n（% %） （% %） （% %）粘性粘性土土松散松散0 04 4606075753030404018183030中等中等4 48 8505060602020303010101818 工程实践经验，工程实践经验，注浆量注浆量约为土体体积的约为土体体积的 10或更大些。比较合或更大些。比较合理的办法是在现场通过观测到的注浆压力的变化来决定注浆量。理的办法是在现场通过观测到的注浆压力的变化来决定注浆量。（3）裂隙岩体注浆量计算）裂隙岩体注浆量计算 1）注水泥浆液的起始水灰比）注水泥浆液的

25、起始水灰比 霍尔斯比霍尔斯比(1982)建议根据裂隙的建议根据裂隙的平均宽度平均宽度选择初始水灰比为：裂缝平选择初始水灰比为：裂缝平均宽度均宽度 1.0，水灰，水灰比比 1:1。还可根据相同压力条件下的钻孔压水试验资料，按照表。还可根据相同压力条件下的钻孔压水试验资料，按照表12-7选择选择浆液的起始浓度。浆液的起始浓度。表表12-7 12-7 注浆浆液的起始浓度注浆浆液的起始浓度单位钻孔吸水量单位钻孔吸水量 （l/min.m）浆液的起始浓度浆液的起始浓度水泥浆（水：灰）水泥浆（水：灰）水玻璃：水泥浆（体积比）水玻璃：水泥浆（体积比）1.51.53:13:1- -3.03.02;12;15.0

26、5.02 21.5:11.5:17.07.01.51.51.25:11.25:18.08.01.2:11.2:10.6:10.6:19.09.01:11:10.85:10.85:111.011.00.85:10.85:11:11:113.013.00.75:10.75:115150.6:10.6:1（3）裂隙岩体注浆量计算）裂隙岩体注浆量计算 2）注灰量的估计）注灰量的估计 水泥浆的注浆量与水灰比有很大的关系，故常将注浆量折算成注灰水泥浆的注浆量与水灰比有很大的关系，故常将注浆量折算成注灰量或量或单位注灰量单位注灰量（每米段长的耗灰量），这样注浆量就与水灰比无关。（每米段长的耗灰量），这样注浆

27、量就与水灰比无关。 迪尔提出迪尔提出单位耗浆量单位耗浆量的分级，并指出任何小于的分级，并指出任何小于 10 kg/m 的耗浆量完的耗浆量完全是浪费时间和金钱。全是浪费时间和金钱。表表12-8 12-8 单位耗浆量的分级单位耗浆量的分级单位耗浆量单位耗浆量 （kg/m）分分 级级400非常高非常高400200高高200100中等高中等高10050中等中等5025中等低中等低2512.5低低12.5非常低非常低12.3.3 注浆压力注浆压力v注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。在不考虑边界条件下，提高注浆压力，在不考虑边界条件下，提高注浆压力，渗透注浆渗透注浆可

28、以把可以把土层颗粒孔隙中空气和水等全部排走。土层颗粒孔隙中空气和水等全部排走。劈裂注浆劈裂注浆脉压提高后，土颗粒更加密实和固结。但是压脉压提高后，土颗粒更加密实和固结。但是压力超过边界条件允许的范围，就会引起地面、基础、结力超过边界条件允许的范围，就会引起地面、基础、结构物的变形和破坏。构物的变形和破坏。压力压力应控制在边界条件允许的最大注浆压力内。应控制在边界条件允许的最大注浆压力内。v下面讨论最大容许注浆压力的确定。下面讨论最大容许注浆压力的确定。（1）渗透注浆）渗透注浆 1）根据注浆试验曲线确定）根据注浆试验曲线确定 注浆试验过程中，逐步提高注浆压力，可求得注浆试验过程中，逐步提高注浆压

29、力，可求得注浆压力注浆压力与与注浆量注浆量关系关系曲线。当压力升至某一数值（曲线。当压力升至某一数值（ ），注浆量突然增大时，表明了地层已），注浆量突然增大时，表明了地层已产生劈裂，因而把这一压力值定义为产生劈裂，因而把这一压力值定义为最大容许注浆压力最大容许注浆压力。图图12-10 注浆压力和注浆量的关系注浆压力和注浆量的关系 fp2 2）根据经验公式确定）根据经验公式确定砂砾地基注浆：砂砾地基注浆：)75. 0(hktcpehcktpe 或或 3 3）根据经验值确定）根据经验值确定 最大容许注浆压力等于最大容许注浆压力等于 12 倍覆倍覆盖层土压力加上上部结构的荷载压力。盖层土压力加上上部

30、结构的荷载压力。（2）劈裂注浆）劈裂注浆 最大容许注浆压力最大容许注浆压力 式中式中: h 为注浆处以上土柱高度，为注浆处以上土柱高度，m； 为注浆地基的天然重度，为注浆地基的天然重度，kn/m3； 为土的抗拉强度，为土的抗拉强度，kpa。 一般软土地基中注浆压力在一般软土地基中注浆压力在 0.30.5 mpa之间。之间。 在隧道内突泥或塌方处劈裂注浆，封闭情况下终压可以提高。在隧道内突泥或塌方处劈裂注浆，封闭情况下终压可以提高。thgpmaxt（3）裂隙岩体注浆）裂隙岩体注浆 图图12-11是最大允许注浆压力的是最大允许注浆压力的经验经验曲线曲线，曲线未考虑允许压力上限，高压，曲线未考虑允许压力上限，高压力将导致地层的水力劈裂，在帷幕注浆力将导致地层的水力劈裂，在帷幕注浆中是不希望发生的。中是不希望发生的。 图图12-11中：中：坚固岩石；坚固岩石；欧洲的欧洲的经验法则，经验法则，0.1 mpa/m；中等坚固岩中等坚固岩石；石；软弱岩石；软弱岩石；美国的经验法则，美国的经验法则，0.022 mpa/m；很不稳定的岩石很不稳定的岩石 2）考虑地质条件、注浆方法以及浆）考虑