堤防垂直防渗与地基加固技术

1、第五章堤防垂直防渗与地基加固技术地基垂直防渗与地基加固技术较多，但在堤防加固工程中，比较适用的有灌浆技术、防渗墙技术、高压喷射注浆技术、深层搅拌法加固技术、振冲法加固技术等。第一节垂直防渗与地基加固方法选择要点一、垂直防渗与地基加固方法选择的基本原则在除险加固工程中，防渗与地基加固处理方案的选择，具体取决于以下诸方面。功能性：必须满足工程目的和要求；可实施性：方案的工程规模、有关参数和技术指标，在目前的技术水平条件下是可行的；经济性：方案通过技术经济比较，投入产出分析，在满足功能性要求的前提下，工程费用较低工程概预算能够承受；在确定采用后尚应采用先进技术，优化方案，合理使用材料。环境和安全性：

2、避免工程污染环境或污染最小；能保障堤防结构和相邻建筑物安全，保证施工人员的安全。二、垂直防渗和地基加固方法与选择(一)垂直防渗方法的选择垂直防渗方案的选择主要考虑适应工程性质、条件，可满足工程防渗目的和要求，有一定的防渗标准，工程费用较低等因素。防渗标准直接关系到堤防的安全性以及工程量、工程进度、造价等。堤防垂直防渗是渗流控制处理的一部分，尽可能符合前堵后排的原则、堤身和堤基渗流控制措施统一考虑的原则。和渗流控制方案一起应在技术经济比较后确定。堤身的垂直防渗处理可采用截渗墙(薄防渗墙、定摆喷、板桩墙)，劈裂灌浆等防渗体。在防渗体不能和地基防渗措施统筹实施时，可考虑截渗墙方案。堤基的垂直防渗处理

3、透水堤基垂直防渗处理可采用截水槽、截渗墙等作为防渗体。采用截水槽、截渗墙等防渗体时，材料可采用粘性土、土工膜、固化灰浆、水泥、水泥砂浆、混凝土、塑性混凝土、沥青混凝土、化学材料；施工可采用人工开挖、机械开挖、铺设、冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣、射水、锯槽、斗式、多头钻、定摆喷、灌浆、板桩、搅拌桩等技术；其厚度和设置方式应满足材料允许渗透坡降要求；其防渗性能、效果应符合防渗要求和适应防渗体的布置。对于截渗墙，关键是要采用薄墙和廉价的材料才能有效地减低工程造价。如采用射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙成槽方式，并使用土工膜、塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆等作为墙体材料，其单价可在130250元

4、/m2间。定摆喷、板桩墙、搅拌桩造价也较低，其单价在70350元/m2间。对于砂卵砾石含量较高、粒径较大的地层，则应考虑冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣等成槽方式的截渗墙，其单价可在200800元/m2间。根据堤防工程的特点，对该类地层险工段的防渗处理也可考虑单排灌浆帷幕防渗或劈裂灌浆，配合其它渗流控制措施可以达到一定的渗流控制标准，其单价可在50150元/m2间。堤基防渗体应布置在临水堤脚或堤顶偏临水侧，并与堤身防渗体有效连接，且符合变形协调的要求。（二）地基加固方法的选择首先应分析采用天然地基的可行性，如有可能应尽量采用天然地基。根据建筑物对地基的要求和地基条件，确定需要进行处理的范围和处理要求

5、。地基处理方法必须满足堤防对地基的设计要求，主要指天然地基经处理后应能达到的物理力学指标。对天然地基的条件、处理要求、工程费用及材料来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。地基处理方法原则上一定要技术上可靠、经济上合理，又能满足施工进度要求。通过分析比较可以采用一种处理方法，也可以采用由两种或两种以上的处理方法组成综合的处理方案。注意节约能源，注意环境保护，避免因地基处理而对地面水和地下水产生污染，振动噪音等对周围环境产生不良影响。三）几种垂直防渗与地基加固方法的比较垂直防渗与地基加固的方法较多，但在堤防除险加固工程中，比较适用的有灌浆法、防渗墙法、高压喷射灌浆法、深层搅拌法和振冲

6、法等几种，其中灌浆法、防渗墙法高压喷射灌浆法和深层搅拌法既可以做成防渗墙，处理地基渗漏问题，也可以用于地基加固。而振冲法、强夯法、排水固结法等可应用于新建或改建堤防工程中。几种垂直防渗与地基加固方法的特点及适用范围见表51。表51几种主要垂直防渗与地基加固方法的比较加固方法特点和功能适用范围备注灌浆法适应性广，不受地基加固深度的限制。既可用于地基加固，又可用于砂砾石基础的防渗帷幕灌浆。砂砾石和湿陷性黄土地基。防渗墙法用于堤防的垂直防渗各类砂性土，粘土及湿陷性黄土等高压喷射注浆法用于加固地基，采用定喷和摆喷法可组成防渗帷幕。各种粘性土、冲填土、粉细砂、砂砾石等基础处理。地下水流速过大，无填充物的

7、岩溶地段以及永冻土层不宜采用。深层搅境拌法（水泥土加固法）用于加固地基，成桩深度30m，也可用于组成水泥土挡墙，形成隔水帷幕，成墙深度可达18m，造价低。各种粘性土，冲填土，砂性土性地基振冲法提咼基础的抗滑稳定及抗震防液化能力。砂性土及粘性土地基加固。对饱和超软粘土（抗剪强度20KPa）地基要慎用。挤密砂桩法可防止松散砂土振动液化，对软弱粘性土可提高承载力。新建或改建堤防工程砂性土和软弱粘土地基的加固。已建堤防工程要慎用。强夯法同上同上同上排水固结法解决地基沉降和稳定问题。新建或改建工程软粘土地基处理。虽然常用的几种地基加固方法可以用来加固堤身，但往往在经济上是不合理的。堤身问题可以按照堤防工

8、程施工规范的有关要求，采用人工翻建的方法重新填筑，施工质量是可以得到保证的，而且还可以利用当地的农闲劳动力，以工代赈。第二节灌浆加固与防渗技术灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力学性能改善的一种方法。一、灌浆分类按照灌浆的作用来划分（1）固结灌浆；（2）帷幕灌浆；（3）接触灌浆。按照基础的构成来划分（1）砂砾石灌浆；（2）岩石灌浆。按照灌浆材料来划分（1）水泥灌浆；（2）水泥粘土灌浆；（3）化学灌浆。按照使用的压力来划分（1）常压灌浆；（2）高压灌浆。按照灌浆工艺所依据的理论来划分（1）渗入性灌浆；（2）劈裂灌浆；（3）压密灌浆还有其他不同的分类方法

9、，如常见到的有充填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、界面灌二、灌浆材料用于堤防工程的灌浆技术，是在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就大，因此又称渗入性灌浆。这种灌浆是在地层结构不被破坏的条件下渗入地层，因而浆液的颗粒尺寸必须小于土的孔隙尺寸，也就是说，浆液必须满足地层的可灌性条件，因此浆材的选用尤为重要。适合于堤防灌浆的材料主要有以下几种：水泥浆水泥浆是由水泥和水混合经搅拌而制成的浆液.为了改进浆液性能，有时需要在浆中加入少量的添加剂。水泥浆液具有来源丰富，价格便宜，浆液结石体抗压强度高、抗渗性能好、工艺设备简单、操作方便等优点，但是水泥浆液是

10、一种颗粒状的悬浮材料，受到水泥颗粒粒径的限制，通常用于粗砂层的加固。粘土浆粘土浆是粘土的微小颗粒在水中分散，并与水混合形成的半胶体悬浮液。选择灌浆用的粘土，一般有如下几个要求：塑性指数17；粘粒（粒径小于0.005mm）含量不小于40%50%；粉粒（粒径0.0050.05mm）含量一般不多于45%50%；含砂量（0.050.25mm）不大于5%。粘土浆的结石强度和粘结力都比较低，抗渗压和冲蚀的能力很弱，故仅在低水头的防渗工程上才考虑采用纯粘土浆灌浆。在粘土浆液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃浆液，水玻璃加量为粘土浆的10%15%,浆液的凝结时间可缩短为几十秒至几十分，固结体渗透系数为10

11、-510-6cm/s。水泥粘土浆水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点,构成性能较好的灌浆浆液。水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低,流动性、抗渗性好,结石率高,目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕,几乎都是采用水泥粘土浆灌注的。水泥水玻璃浆液水泥水玻璃浆液是以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺点,水泥水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟,甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提高,尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理。水泥砂浆在对较大缺陷的部位灌浆时,可采用水泥砂浆灌浆,一般要求砂的粒径不大于1.0mm,砂的

12、细度模数不大于2。在水泥砂浆中加入粘土,组成水泥粘土砂浆,水泥起固结强度作用,粘土起促进浆液的稳定作用,砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷,大洞穴的充填灌浆。水玻璃类浆液水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后,经过化学反应生成硅酸凝胶,在土（砂）的孔隙中充填,达到固结和防渗堵漏的目的。水玻璃浆液的粘度小，流动性好，在用水泥浆或粘土水泥浆难于处理的细砂层和粉砂层地基，可使用水玻璃浆液。在堤防基础的加固及防渗处理施工中，浆液的可灌性是决定灌浆效果的最重要参数堤基灌浆可以用下式评价其可灌性：M=D15/d85(5-1)式中：M为灌入比；D5为受灌地

13、层中15%的颗粒小于该粒径(mm)；d85为灌注材料中85%的颗粒小于该粒径(mm)。M15可灌注水泥浆；M10可灌注水泥粘土浆。如可灌性不好，可采用水玻璃类浆液灌浆。几种灌浆材料的主要特点见表52表52几种灌浆材料的主要特点名称主要特点适用范围备注水泥浆施工简单、方便；浆液凝结时间较长粗砂地基的防渗加固可灌性差粘土浆材料来源广，价廉；强度低堤身的防渗加固水泥粘土浆价格低，使用方便。粗砂地基的防渗加固可灌性比水泥浆好水泥一水玻璃浆液施工要求高，浆液凝结时间短，且容易调节动水状态下粗砂地基的防渗加固在特殊情况下使用水泥砂浆强度咼，价格便宜，但施工要求较咼。较大缺陷的充填加固和防渗处理易沉淀，可灌

14、性差，在特殊情况下使用。水玻璃浆液浆液粘度与水接近，可灌性好，但价格较咼。细砂层和粉砂层地基的防渗加固在水泥等颗粒状浆液满足不了可灌性要求时采用上述几种材料中，除水玻璃浆液外，价格都比较低，水玻璃浆液的价格比其它浆液的价格要高一些，工程多采用水泥浆和水泥粘土浆。对一些非均质的粉砂土地基还可以采用水泥和水玻璃浆液分别灌注的方法，达到复合加固的目的。水泥浆液只能灌入粗砂层，而对颗粒细、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌浆只能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中，起不到防渗灌浆的作用，难以提高地基的抗渗性能。而水玻璃浆液可以进入细砂层和细砂层的孔隙。采用复合灌浆方法，可取长补短，先用水

15、泥灌浆处理，使水泥浆液先行填充地基土体中大小不一的孔洞和裂隙，经48小时的沉淀和固化，然后对同一孔进行清孔，再灌注水玻璃浆液（如酸性水玻璃浆液）。这样既可以充分发挥水泥浆液强度高的特点，又可以充分利用水玻璃浆液的优点，提高注浆的效果。这种复合灌浆的方法，已在江苏丰县废黄河畔的范楼闸应用，粉砂土的渗透系数由2.7-4.7X10-4cm/s降至1.3X10-7cm/s以下。三、灌浆工艺（一）灌浆加固工艺灌浆孔的布设。加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和六角形，见图51。方格形的主要优点是便于补加灌浆孔，在复杂的地区宜采用这种方法，而梅花形和六角形布孔的主要缺点是不便于补加灌浆孔，预计灌浆后不需补加

16、孔的地基多采用这种形式。钻孔。钻孔可采用机钻、锥钻、打管等各种成孔方法。（1）采用“围、挤、压”的原则，就是先将灌浆区圈围住，再在中间图51灌浆孔布置图灌浆施工技术要点插孔灌浆挤密，最后逐序压实，这样易于保证灌浆质量。最好采用分序灌浆的办法。2）在可能的情况下，以采用较大的压力为好。3）灌浆开始时，以稀浆开始，采用逐步加稠的方法二）帷幕灌浆工艺灌浆技术除作为加固地基外，也适合堤防工程透水地基的防渗处理，构筑防渗帷幕。帷幕的设置（1）帷幕的位置堤防基础的灌浆帷幕应与堤防防渗体（多由粘土一类的不透水材料所构成）相连，因此帷幕宜设在堤防临水侧铺盖下或临水坡脚下，见图52（2）帷幕的形式1）均厚式帷幕

17、帷幕各排孔的深度均相同。称为均厚式帷幕。在砂砾石层厚度不大，灌浆帷幕不甚深的情况下，一般多采用这种形式。图52灌浆帷幕位置示意图2）阶梯式帷幕在深厚的砂砾石层中，因为渗流坡降随砂砾石层的加深（即随帷幕的加深）而逐渐减小，故设置深帷幕时，多采用上宽下窄呈阶梯状的帷幕。幕宽的部位，灌浆孔的排数多；幕窄的部位，灌浆孔的排数少。（3）帷幕的深度和厚度一般情况下，帷幕深度宜穿过砂砾石层达到基岩，这样可以起到全部封闭渗流通道的作用。帷幕的厚度（T）主要是根据幕体内的允许坡降值来确定的。但可按下式作初步估算：T=H/J（5-2）式中H为最大作用水头，m；J为帷幕的容许比降，对一般粘土浆可采用Jw34。对于砂

18、砾石厚度较浅，一般设置12排灌浆孔即可，对基础承受的水头超过2530m时，帷幕的组成才设置23排。图55循环钻灌法灌浆孔距主要决定于地层的渗透性、灌浆压力、灌浆材料等有关因素，一般要通过试验确定，通常孔距为24m。如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范围不足，则可采用缩小孔距，加密钻孔的办法来补救。2.帷幕灌浆方法钻孔灌浆方法主要有打花管灌浆法、套管护壁法、循环钻灌法和袖阀管法。（1）打花管灌浆法首先在地层中打入一下部带尖头的花管，然后冲洗进入管中的砂土，最后自下而上分段拨管灌浆。见图53。此法比较简单，但遇卵石及块石时打管很困难，故只适用于较浅的砂图53打花管灌浆法土层。（2）套管护壁法套管护

19、壁法的施工见图54所示，边钻孔边打入护壁套管，直至预定的灌浆深度（a），接着下入灌浆管（b），然后拔套管灌注第一灌浆段（C），再用同法灌注第二段（d）及其余各段，直至孔顶。（3）循环钻灌法如图55，这种方法仅在地表埋设护壁管，而无需在孔中打入套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止，钻孔时需用泥浆固壁或较稀的浆液固壁。如砂砾层表面有图54套管护壁灌浆法粘性土复盖，护壁管可埋设在土层中（a），如无粘土层则埋设在砂砾石层中（b）。图56袖阀管法施工程序4）袖阀管法袖阀管法的施工可分四个步骤，见图56。钻孔用优质泥浆（如膨润土）固壁，不用套管护壁（a）；插入袖阀管为使套壳料的厚度均匀，应设法

20、使袖阀管位于钻孔的中心（b）；浇注套壳料用套壳料置换孔内泥浆（c）；套壳料的作用是封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液流窜，套壳在规定的灌浆段范围内受到破碎而开环，逼使灌浆浆液在一个灌浆段范围内进入地层。灌浆待套壳料只有一定强度后，在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆（d）。灌浆方法的选用主要取决于施工队伍的经验和技术熟练程度，其中打花管法灌浆最为简单，袖阀管法比较复杂一些，但施工质量较高。袖阀管法可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆。而且可使用较高的灌浆压力，冒浆和串浆的可能性小。在砂砾石层灌浆中，对灌浆压力的确定，目前还缺乏统一的、比较准确的计算灌浆压力的公式。灌浆

21、初期，也可先凭经验预估的压力灌浆，然后根据吸浆情况以及对地表的观察，视有无冒浆或抬动变形情况，再做压力调整。灌浆的施工机具比较简单，可采用专用灌浆泵，也可以自行用普通的泥浆泵加设一个简单的搅拌器组成。对进浆量较小的粉砂层灌浆，也可以采用简单的手压注浆泵或隔膜泵来代替。（三）灌浆效果检查灌浆法作为地基加固和地基防渗处理，灌浆效果的检查还没有比较合适的标准，但一般常用下列几个方法判断。浆液的灌入量同一地区堤防地基的差异不是很大，可以根据各孔段的单位灌入量来衡量。压水试验设检查孔做压水试验，以单位吸水量值表示幕体的渗透性。四、堤身劈裂灌浆劈裂灌浆是利用堤身的最小主应力面和堤轴线方向一致的规律，以土体

22、水力劈裂原理，沿堤轴线布孔，在灌浆压力下，以适宜的浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，在堤身形成密实、竖直、连续一定厚度的浆液防渗固结体，同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实。适应于处理堤身浸润线出溢点过高、有散浸现象、裂缝（不包括滑坡裂缝）、各种洞穴。堤身劈裂灌浆防渗处理，多采用单排布孔。孔距510m。在弯曲堤段应适当缩小孔距。劈裂灌浆和锥探充填灌浆浆液多采用土料浆，参见表53、54。根据不同的需要可掺入水泥、各种外加剂。表53浆土料选择表项目劈裂灌浆充填灌浆塑性指数（）8151025粘粒含量（）20302045粉粒含量（）30504070砂粒含量（）103010有机值含量（

23、）V2V2可溶盐含量（）V88灌浆孔口压力以产生沿堤线方向脉状扩散形成一连续的防渗体，但又不得产生有害的水平脉状扩散和变形为准，需要现场灌浆试验或施工前期确定。堤防灌浆口压力多在0.1IMPa间。堤身劈裂灌浆应“少灌多次”，分序灌浆，推迟坝面裂缝的出现和控制裂缝的开度在3cm之内，并在灌后能基本闭合。每孔灌浆次数应在5次以上，每次灌浆量控制在每米0.51m3之间。形成的脉状泥墙厚度应在520cm之间。一年后脉状泥墙的容重应大于14kN/m3，般可达1517N/m3，水平向渗透系数达10-610-8cm/s。-6-8考虑到堤身应力，劈裂灌浆应在不挡水的枯水期进行，同时应核算灌浆期堤坡的稳定性，进

24、行堤身变形、裂缝等观测，以策安全。对于较宽的堤防，也应核算堤身应力分布，避免贯穿性横缝产生。表54浆浆液物理力学性能表项目劈裂灌浆充填灌浆容重（kN/m3）13161316粘度（s）207030100稳定性(g/cm；)0.10.157080失水量(cm3/30min)10301030劈裂灌浆钻孔均是一次成孔。在冲击钻进中一般采用取土钻头干钻钻进或冲击锤头锥击钻进。在回转钻进中最好采用泥浆循环钻进，特别是在一些较重要的水利工程堤坝施工中，应合理选用冲洗液循环钻进，采用清水钻进时，应依据堤坝的土质条件、渗透程度来慎重选用。钻孔孔径可小到25mm,一般孔径在e60-e130mm之间。所有灌浆钻孔均

25、需埋设孔口管，使顶部灌浆压力由孔口管承担，可施加较大的灌浆压力，促使浆液析水固结，有利于提高浆液的固结速率和浆体结石的密实度。灌浆压力是劈裂式灌浆施工中的一个重要参数。应注意掌握：起始劈裂压力、裂缝的扩展压力、最大控制灌浆压力。灌浆压力的大小不仅与灌浆范围大小、水文工程地质条件等因素有关，而且还与地层的附加荷载及灌浆深度有关，所以不能用一个公式准确地表达出来，应根据不同情况通过经验和灌浆试验确定。灌浆过程中，对冒浆、串浆、隆起等一些特殊情况做好相应的处理。必须做好灌浆结束后的封孔工作。灌浆效果检查有：标准贯入试验、弹性波法、现场透水试验、现场载荷试验等。第三节防渗墙技术防渗墙可以作为堤身和地基

26、的防渗体，也可用于挡土、防冲。根据施工工艺的不同，防渗墙可分为槽段式、桩柱式和预制拼装式。特别是射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙方法可较为经济有效地适用于堤防的垂直防渗。一、槽段式防渗墙槽段式防渗墙可采用抓斗、冲击钻劈打、轮铣、射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具分一、二期跳打成槽。按槽厚可分为薄墙(2060cm)和厚墙(60120cm)。受机械尺寸所限，抓斗、冲击钻劈打、轮铣等机具仅能形成厚墙，槽孔长度多依据地质条件、混凝土供应强度、施工工艺等确定，多在25m间。而射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具和改进的薄型抓斗(3040cm)、轮铳(2060cm)机具可以形成较薄的薄墙。各种机具都

27、有其适用地层的问题，如卵砾石含量高且大的地层，多采用冲击钻造孔，抽桶出渣，甚至采用预爆破或定向聚能爆破作业处理。成槽建造槽孔前，多埋设1-2m深的木材或混凝土孔口导向槽板。建造槽孔多采用SiO2和Al2O3比值在3-4间的粘土（有条件时采用澎润土）泥浆护壁，参见表55。应保持孔内泥浆浆面在导向槽板30-50cm以内，并大于地下水位1m以上。抽桶或反循环出渣清孔，在造孔完毕后，孔底淤积厚度应小于10cm,孔内泥浆的比重小于1.3,粘度小于30秒,含砂量小于12%。成槽孔斜一般要求要小于0.2-0.4%，一、二期墙厚搭接要大于2/3墙厚，搭接方式有接头管法、钻凿法、双反弧钻法等。表55泥浆性能表粘

28、度（S）比重粘粒含量含砂量塑性指数胶体率稳定性失水量(ml/30min)静切力（10Pa）泥饼厚（mm）pH1min10min18251.11.250%5%2096%.J欲1T呛.1I-兩补-0(图57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（2030MPa），喷射冲切破坏土体，成桩直径为4050cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。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

29、状固结体，达80150cm。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。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0.8：11.5:1，固结体的抗压强度（28d）最大可达1

30、.020MPa，适应于无特殊要求的工程。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%氯化钙的水泥一土的固结体的抗压强度为1.6MPa,掺入4%氯化钙后为2.4MPa。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24%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1050%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

31、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56。表56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0N101.20.21.40.32.00.310N200.80.21.10.31.50.320N300.60.20.80.31.00.3砂土0N101.00.21.60.32.50.310N200.80.21.30.31.80.320N300.60.21.00.31.20.3砾砂20N300.60.21.00.31.20.3单向定喷有

32、效长度(m)1.02.5单桩垂直极限荷载(kN)500600100012002000单桩水平极限荷载(kN)3040最大抗压强度(MPa)砂土1020,粘性土26,砾砂820平均抗折强度/平均抗压强度1/51/10干土容重(kN/m3)砂土1620,粘性土1415,黄土135渗透系数(cm/s)砂土、砂砾1010,粘性土1010-5-7，-6-7粘聚力(MPa)砂土0.40.5,粘性土0.71.0内摩擦角炉(。)砂土3040,粘性土2030标准贯入锤击数N砂土3050,粘性土2030弹性波（km/s）P波砂土23,粘性土1.52.0S波砂土1.01.5,粘性土0.81.0旋喷粘性土固结强度为0

33、.36.0MPa,无粘性土固结强度为415MPa。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1.22.5m，旋喷为0.81.2m。高喷防渗效果一般可达10-510-6cm/s。-5-6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=（34）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

34、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

35、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85150L/min；额定压力为2050MPa。表57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，加入不冋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)80120喷嘴孔径(mm)及个数23(12)空气压力(MPa)0.70.7流量(m3/h)1212喷嘴间隙(mm)及个数12(12)12(12)浆液压力(MPa)2020

36、0.23流量(L/min)801208012080150喷嘴孔径(mm)及个数23(2)23(12)102(1或2)灌浆管外径(mm)屮42或屮45屮42,屮50,屮75屮75或屮90提升速度(cm/min)20251030520旋转速度(r/min)约201030520高喷固结体的质量检测1)开挖检验：待浆液凝结具有一定的强度后，即可开挖检查固结体垂直度、形状和质量；2)钻孔检查：从固结体中钻取岩芯，进行室内物理力学性能试验。在钻孔中做压水或抽水试验测定其抗渗能力；标准贯入试验：在旋喷固结体的中部可进行标准贯入试验。4）载荷试验：静载荷试验分垂直和水平静载荷试验两种。试验时，需在受力部位浇筑

37、0.20.3m厚的混凝土层；5）围井试验：在板墙一侧增加喷孔，与板墙形成封闭围井，在井中进行压水和抽水两种试验，或观测井内外水位，多用于防渗效果检查。高压喷射灌浆加固地基技术主要适用于第四纪冲积层、残积层及人工填土等。对于砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能加固。但对砾石直径过大、含量过多及有大量纤维质的腐植土喷射质量稍差，有时甚至不如静压灌浆的效果。对地下水流速过大，喷射的浆液无法在灌浆管周围凝结，无填充物的岩溶地段，永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，均不宜采用高压喷射灌浆法。（六）高压喷射灌浆的特点高喷法具有成本较低，施工速度较快，固结体强度大，可靠性高等优点，与普通灌浆法相比又具有以下特点：高

38、喷法是利用高速水流强制性地破坏土体形成固结体，在覆盖层中一般不存在可灌性问题；同时由于高速射流被限制在土体破碎范围内，因此浆液不易流失，能保证预期的加固范围和控制固结体的形状；能在钻孔中任何一段内施工，也可以在孔底或中部喷射，此外，也可以水平方向喷射和倾斜方向喷射施工；高喷法通常采用水泥浆液，不会造成环境和地下水的污染，且耐久性较好；施工噪音较小，单管和二管法施工较简便。二、深层搅拌法技术（水泥土加固法）深层搅拌法是利用水泥作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥（浆液或粉体）强制搅拌后，水泥和软土将产生一系列物理化学反应，使软土硬结改性。改性后的软土强度大大高於天然强度

39、，其压缩性，渗水性比天然软土大大降低。（一）加固机理软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化学反应过程。减少了软土中的含水率，增加了颗粒之间的粘结力，增加了水泥土的强度和足够的水稳定性。在水泥加固土中，由於水泥的掺量较小，一般占被加固土重的1015。水泥的水化反应完全是在具有一定活性的介质土的围绕下进行，所以硬化速度较慢且作用复杂。二）水泥土的主要特性物理性质水泥土的容重与天然土的容重相近，但水泥土的比重比天然土的比重稍大。2无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压强度一般为300400kPa,比天然软土大几十倍至百倍,但影响水泥土无侧限抗压强度的因素很多，如水泥掺入量、龄期、水

40、泥标号、土样含水率和有机质含量以及外掺剂等等。为了降低工程造价,可以采用掺加粉煤灰的措施。掺加粉煤灰的水泥土,其强度一般比不掺粉煤灰的高。不同水泥掺入比的水泥土,当掺入与水泥等量的粉煤灰后,强度均比不掺粉煤灰的提高10,因此采用深层搅拌法加固软土时掺入粉煤灰,不仅可消耗工业废料,还可提高水泥土的强度。（三）施工技术加固型式根据目前的深层搅拌法施工工艺,搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式,在堤防上用于地基加固,主要采用桩式,而用于防渗加固,应采用壁状式,壁状式是将相邻搅拌桩部分重叠搭接即成为壁状加固型式,组成水泥土挡墙,这种挡墙具有较高的抗渗性能,可以形成良好的隔水帷幕。施工工艺（1）湿法施

41、工主要的施工机械为深层搅拌机。深层搅拌法的施工主要可分为定位、预搅下沉、制备水泥浆、提升喷浆搅拌、重复上下搅拌、清洗等几个步骤,见图58。1宦佗下机II-AxiA4重复按拌下況图58深层搅拌加固工艺流程（2）干法施工干法是采用水泥粉料，由空气输送，通过搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷出，并随着搅拌叶片的旋转均匀分布在整个空隙轨道面内，进而和原位地基土搅拌并混合在一起。施工机械主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等。施工工序主要为1）柱体对位2）下钻3）钻进结束4）提升喷粉5）提升结束桩形成体等几个步骤，见图59。图59粉体喷射搅拌法施工顺序（四）适用范围深层搅拌法最适宜加固各种成因的饱和软

42、粘土，常用于淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等地质的加固，成桩深度可达30m,采用多头小直径桩成墙深度可达18m。在堤防除险加固工程中，深层搅拌桩适用于处理软基堤防上滑坡段的。同时，还可以组成截渗墙，取得较好的防渗效果。（五）深层搅拌法主要优点加固效果好，加固方式灵活，适用面广深层搅拌法可采用不同的加固型式、不同的桩长和置换率以满足不同土质条件和不同荷载要求的加固目的。对河道这种区域狭长、地质条件复杂，对沉降要求较高的工程比较适宜。采用搅拌桩挡土墙作为河岸边坡支护不仅能够保证边坡稳定，还具有防渗功能。施工速度快一般来说，每台深层搅拌机建造搅拌桩截渗墙的工效达13.2m2/台时。可充分利用原软土，无

43、弃土问题深层搅拌法是一种原位加固技术，可充分利用原状土，无弃土问题。造价较低每延长（截面积0.71m：）的深层搅拌桩的造价约为100元左右，按成墙厚度0.22m计，每平方米成墙造价为70余元，比采用垂直铺塑截渗、混凝土墙截渗、高喷水泥土墙截渗的造价低。第五节地基加固的其他方法一、振冲法（一）加固机理振冲法的主要设备有振冲器、吊车和水泵。振冲器靠底端喷出的压力水（水压400600kPa）的冲击力和振冲器本身重量，使振冲器往下贯入土中。在这个过程中振冲器产生的水平振动力将挤密孔壁土砂层。当振冲器达到预定深度后，往孔内投粗料（如粗砂砾石、碎石、矿渣等），并靠振冲器的水平振动力将粗粒填料挤入周围土层中

44、。随着射水和水平振动力持续时间的延长，土层（混入了粗粒料）越来越密实，振冲器耗电随之加大，当达到设计值后，振冲器就可上提一定距离（3035cm），再住孔内投料，重复上述过程，直到整个孔均被粗料填满并振冲到一定密实度为止。振冲法对于砂土主要是提高了砂土的密实度，故对砂土也称振冲挤密法。对于振冲法加固粘性土地基作用机理，主要指“复合地基”作用机理，即投入的粗料（碎石）于土中形成的碎石桩强度大大高于周围土体的强度，碎石桩与周围土体组成“复合地基”，共同承担堤防重量，“复合地基”比天然地基强度大大提高，压缩性大大减小，振冲法加固粘性土也叫振冲碎石法或振冲置换法。（二）振冲法的挤密工艺孔位布置与间距振冲

45、孔位布置常用等边三角形和正方形两种。对大面积挤密处理，用等边三角形布置比正方形布置可以得到更好的挤密效果。振冲孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率而定。使用30kw振冲器，间距一般为1.82.5m；使用75kw大型振冲器，间距可加大到2.53.5m。填料选择对中细砂，可以不加填料，就地挤密；但对粉细砂，必须加填料后才能获得较好的振密效果。挤密工艺连续下料法振冲器达设计深度后，将水压和水量减少至维持孔口有一定量回水，但没有大量细颗粒带走的程度。此时用装载机等运料工具将填料堆放在振冲器护筒周围。填料在水平振动力作用下依靠自重沿护筒周壁下沉到孔底。这种造孔后不提出振冲器，在孔中投料的方法

46、称连续下料法。该法施工特别适用於加固易于塌孔的砂土地基。间断下料法造孔后将振冲器提出孔口，直接往孔内倒入一批填料，再将振冲器下降至孔底进行振密，如此反复进行直至全孔完成。这种施工方法称间断下料法。比较起来，连续下料法的桩体的密实度较均匀；间断下料法的施工速度较快。（三）适用范围振冲法适用的土质主要是砂性土,从粉细砂到含砾粗砂，只要小于0.005mm的粘粒含量不超过10%,都可得到显著的挤密效果；若粘粒含量大于30，则挤密效果明显降低。在堤防除险加固工程中，尤其适用于砂性土地基的滑坡除险加固处理。也可用于新建或已建堤防、涵闸基础的处理，提高基础的承载力与抗滑稳定及抗震防液化能力。（四）振冲法的主要优点施工机具和施工工艺简单，易于操作。处理费用低。振冲法是以复合地基形式处理地基，能最大程度发挥和充分利用天然地基的强度潜力，使地基强度变得比较均一。振冲法可在软粘土中设置强透水性的排水碎石桩，软粘土中的水可通过碎石桩以较短的时间完成排水固结，使地基强度提高。对建在松软地基上堤防的加固处理，具有较高的实用意义。二、挤密砂桩法挤密砂桩是先在软基中间用冲击法或振动法打孔，灌入砂子并捣实。（一）加固机原理在松散砂土中的作用由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层或产生挤密作用或同时也产生振密作用。（1）挤密作用采用冲击法或振动法