边坡技术加固之注浆加固设计与施工

边坡技术加固——注浆加固边坡的设计与施工1.1概述1.1.1注浆加固技术的概念注浆加固技术：用液压或者气压将能凝固的液浆注入物体的裂缝或孔隙，以改变注浆对象的物理力学性质，以满足各类土木建筑工程的需要。1.1.2注浆技术的优点1.施工设备简单

注浆工程施工设备主要由钻孔机械、注浆泵、搅拌装置、喷枪、流量计、止浆塞等,这些设备除钻孔机械稍复杂外,其他都比较简单。2.规模小、耗资少

这种加固方法相对其他方法而言,工程实施规模小,人工、

材料、机械消耗小,相应减少加固施工耗资。3.占地面积小、施工灵活方便。

由于施工设备简单、施工场地小,在狭小的场地、矮小的空间均可施工,对施工周围交通影响小,在城市高层建筑、市政工程深基础施工中显示出得天独厚的优势。4.工期短、见效快

注浆工程施工必须连续进行,可以小时进行,施工效率高。由于通常属化学注浆,胶凝时间短,工程实施见效快。5.施工噪声和震动小

施工机械简单,且大部分时间都是靠注浆泵工作由液体压力完成,施工中产生的噪声和震动很小对施工周围环境影响小,在居民区施工其优点更显突出。6.加固深度可深可浅,易于控制

由于该工法是采用成孔压力把浆液注入地层达到加固的目的,其加固深度就好控制,只要地层允许可在成孔范围内任意实施。7.应用领域广泛

注浆的应用极广,而切其应用范围还在不断扩大。目前的主要应用领域有土建、市政工程、水利电力、交通能源、隧道、地下铁路、矿井、地下建筑等。1.1.3注浆技术的历史

注浆技术的发展已有百年历史，法国人开辟了注浆施工的先河英国于1860年在阿里因普瑞贝矿首次用水泥注浆对井筒进行注浆堵水,成功地解决了井筒漏水问题,发明了硅酸盐水泥,从此水泥开始成为注浆的主要材料；此后又有化学注浆、水玻璃注浆材料和双液单系统注浆法和水玻璃氯化钙注浆法的出现。

特别是到了20世纪40年代,注浆技术的研究和应用进入了一个鼎盛时期,各种水泥浆材、化学浆材相继问世,注浆技术的应用范围及规模也越来越大。1.1.4注浆法的分类按工程问题分为：1.坝基注浆2.隧道注浆3.基坑注浆4.边坡加固注浆5.混凝土结构补强注浆按材料分为：1.水泥注浆2.化学注浆（主要使用于微裂缝的注浆）3.混合注浆注浆法的分类按注浆对象分为：1.岩石注浆2.砂砾注浆3.粘土注浆按功能分为：1.防渗注浆2.加固注浆3.基础托换注浆注浆法的分类按浆液的分布状态分1.渗透注浆：指浆液以渗透渗入方式，渗入土体孔隙的注浆方式。2.挤密注浆：指用很稠的浆液灌入事先在地基土内钻进的孔中并挤向土体，在注浆处形成浆泡，浆液的扩散靠对周围土体的压缩。

3.劈裂注浆：劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法，是在钻孔内施加液体压力于土体，当液体压力超过劈裂压力时土体产生水力劈裂，也就是土体突然出现裂缝，吃浆量突然增加，劈裂注浆在注浆孔附近形成网状浆脉，通过浆脉挤压土体和浆脉的骨架作用加固土体。1.1.5注注浆加固在边坡中中的应用注浆在边坡中有两两方面的应用：一方面是对于由崩崩滑堆积体、岩溶溶角砾岩堆积体，，以及松动岩体构构成的极易滑动的的边坡或由于开挖挖形成的多卸荷载载裂隙边坡，对坡坡体注入水泥砂浆浆，以固结坡体并并提高坡体强度，，避免不均匀沉降降，防止出现滑裂裂面。另一方面对于正处处于滑动的边坡、、存在潜在滑面的的边坡，或者处于于不稳定的滑坡运运用注浆技术对滑滑带压力注浆，从从而提高滑面的抗抗剪强度，提高坡坡体稳定性。影响注浆效果技术术的因素：工程问题，地质特特征，注浆材料，，压浆技术颜峰姜福兴兴《裂隙岩体注注浆加固效果的影影响因素分析》1.2注浆材材料1.2.1注浆材材料的分类1.2.2注浆浆浆液的性质（1）浆液的渗入入性浆液的渗入性是指浆液渗入岩土土的能力。浆液的的渗透性直接影响响浆液的扩散距离离，渗入性好，浆浆液的扩散距离大大。浆液的渗透性与与所用的灌浆原原理和浆液的种种类有关，不同同的灌浆原理和和不同的浆液品品种，其控制因因素是不同的。。渗透灌浆在采用粒状浆液液材料时，浆液液的渗透能力与与颗粒的大小有有关;化学灌浆，浆液的渗透能能力将受到流动动性的影响;劈裂灌浆，尺寸效应和流流变效应将产生生较复杂的影响响。颗粒细度和浆液液浓度对浆液黏黏度的影响从尺寸效应出发发，浆液的颗粒粒的细度越高，，渗入能力越强强，但同时导致致浆液的黏度增增加，浆液变稠稠，影响渗入能能力。因此在实实际的浆液配制制时硬正确处理理浆液的细度。。编号123456水泥比表面积385038505550555071007100浆液的水灰比0.6:11:10.6:11:10.6:11:1浆液粘度（s）28.318.842.819.451.826.2（2）浆液的稳稳定性浆液的稳定性主要是指浆液的的化学稳定性，，即浆液是否会会发生强烈的化化学反应，以致致影响浆液的基基本力学性质。。在边坡注浆加固固中采用的粒状状浆材的稳定性性主要指水泥浆浆和水泥砂浆的的分层性和析水水性。（3）浆液的结结石率结石率是指浆液的最初初体积与凝结后后的结石体积比比，一般用百分分数表示。结石率越高加固固效果越好。影响结石率降降低的因素主要要由析水沉淀和和浆液的自身收收缩。改良方法法：在浆液中掺掺入高塑性粘土土和降低浆液的的含水量。（4）浆液的强强度特性浆材的强度越高高加固效果越好好。（5）浆液的耐耐久性加固岩体处于的的特殊环境下，，如养护条件差差，水压力长期期作用，化学侵侵蚀等，可能使使浆液灌注后强强度降低、灌注注效果降低甚至至无效。因此浆浆液的耐久性是是注浆工程的一一个重要课题。。1.3注浆浆理论注浆理论研究浆浆液在岩土裂隙隙中的流动规律律，揭示地质条条件、浆液的性性质和注浆工艺艺之间的相互关关系，为注浆设设计和现场施工工提供科学依据据。渗透注浆理论注浆理论水力劈裂注浆理理论1.3.1渗渗入注浆理论1.砂土注浆体体球形扩散公式式假定砂土各向同同性，浆液为牛牛顿流体，浆液液从灌浆管底部部进入地层后呈呈球形扩散：式中：k—砂土土的渗透系数，，cm/s；β—浆液的黏度度对水的粘度比比;—浆液的扩散半半径，cm；—浆液的压力水水头高度，cm；—灌浆管的半径径,cm；t—灌浆时间，，s；n—砂土的孔隙隙率。2.砂土注浆的的柱形扩散公式式：3.砂砾石层的的注浆扩散公式式4.裂隙岩石的的注浆扩散公式式pc—注浆压力力；p0—裂隙内水水压力；b—裂隙宽度，，cm；η—浆液的粘度度；2.渗入性注浆浆的尺寸效应渗入性注浆的尺尺寸效应是指由由于渗入性注浆浆是在压力较小小、地层结构不不受破坏的条件件下使浆液渗入入裂缝，因而要要完全实现渗入入性注浆，就必必须使浆材的颗颗粒尺寸小于裂裂缝尺寸。假设设浆液的颗粒尺尺寸为d，地层层裂缝的尺寸为为尺寸效应可以表表示为R=/d>1.R通常称称为净空比。理理论上只要R>1即可实现渗渗入性注浆，但但在实际过程中中，当浆液浓度度较大时，浆粒粒会群集进入裂裂缝，从而使裂裂缝堵塞。为了了避免这种现象象，一般使R≥3，这时浆材颗粒粒的群集容易被被注浆压力冲散散。地层裂缝的尺寸寸的的确定1）砂砾石的空空隙尺寸一般采用数学方方法估算：设D为砂砾石的颗颗粒直径，可定定义有效空隙比比有有效空隙比一般般在0.195~0.215之间变化，如如果取平均值0.2，则砂砾砾石的空隙尺寸寸可近似表示为为=0.2D2）岩石裂隙的的尺寸由一种运用钻孔孔压水实验的方方法确定式中：η—水的粘度；；R—水的扩散距距离3.渗入性灌浆浆的流变效应流变效应指浆液液在裂缝中流动动时，浆液内部部，浆液与孔壁壁之间将产生摩摩擦阻力，从而而影响渗入性灌灌浆的可灌性。。这种影响可以以从浆液在空隙隙中流动时单位位时间的流量计计算公式中看出出来：对于牛顿流型体体（在圆管中流流动时剪切率与与剪应力成正比比式中：r—毛细细管的半径;—有效灌浆压力力；η—牛顿型流体体的粘度；L—浆液在管中中流动的距离。。对于非牛顿流型型体（当剪应力力超过屈服应力力的时候，流体体才能流动）式中：——浆液的塑性性粘度；—屈服应力。4.渗入性灌浆浆的局限性由前述可知，渗渗透性灌浆由于于存在尺寸效应应和流变效应的的制约，一般在在大空隙介质中中容易实施。而而在实际地层中中的裂隙有大有有小，要在小裂裂隙中提高浆液液的注满度，一一方面缩小浆材材的颗粒尺寸，，另一方面要准准确确定裂缝尺尺寸。1.3.2劈劈裂注浆理论鉴于渗入性注浆浆的局限性，后后来提出了劈裂裂注浆理论。该该理论是通过增增大注浆压力，，使细小裂缝产产生水力劈裂，，以提高浆液的的可注性。1）岩层的劈裂裂公式假定地层为各向向同性、均匀的的线弹性体，钻钻孔壁开始发生生水力劈裂的条条件是垂直劈裂：水平劈裂式中：——注浆压力；γh—岩石的竖竖向自重应力；；υ—岩石的泊松松比；—岩石的侧压力力系数；—岩石的抗拉强强度；N—比例系数，，与地层的渗透透系数有关和浆浆液的粘度有关关，在0~1之之间变化，对于于不透水岩石取取1，透水性较较大的岩石接近近0.2）砂和砂砾石石的劈裂公式在砂和砂砾石地地层中注浆，当当注浆压力达到到下述公式的标标准时就会导致致地层破坏。式中：——注浆压力力；γ—砂砾石的容容重；—水的容重；h—注浆段的的深度；—地下水位高度度；K—主应力比；；3）粘性土劈裂裂公式在粘性土中，水水力劈裂将引起起土体固结和挤挤出等现象，当当仅有固结时，，注浆量体积V及单位体积所所需的浆量Q可可由以下公式计计算：式中：——注浆压力；；p—有效注浆浆压力；a—浆液扩散半半径；u—注浆压力；；—土的压缩系数数。1.4.1设设计内容与设计计程序边坡工程地质的的调查工程调查的内容容有：地质构造造和地层分布情情况；土的颗粒粒级配、含水量量、孔隙率、渗渗透系数、土体体强度、有机质质含量等物理力力学指标；地下下水分布和特性性；注浆处理范范围及其周边区区域的构筑物情情况。注浆方案的选择择注浆标准的确定定边坡注浆位置的的确定浆液的配方设计计钻孔的布置与注注浆压力的确定定注浆后的边坡的的稳定性验算1.4注浆浆加固设计注浆加固设计前而言，注浆法法的设计和施工工还存在很强的的经验性。边坡注浆加固可可按下方案选择择：岩土类别适用的注浆原理注浆方法常用浆材岩层渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆水泥浆或硅粉水泥浆岩石堆积体、松散岩体渗入性注浆自上而下分段注浆水泥浆或水泥砂浆断层带、滑带渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆水泥浆或先灌水泥浆后灌改性环氧树脂卵石、砾石渗入性注浆自上而下分段注浆水泥浆或硅粉水泥浆砂土、粉细砂渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆硅粉水泥浆或酸性水玻璃粘性土渗入性注浆劈裂注浆自上而下分段注浆水泥浆或硅粉水泥浆注浆标准注浆标准是指注注浆后应达到的的质量标准，在在边坡工程中，，由于边坡的地地质条件千差万万别，稳定性差差异较大，因而而很难规定一个个统一的标准，，基本原则是要求求边坡稳定安全全系数达到公路路规范的规定。。一般而言，可以以根据边坡的地地质情况和要求求的稳定性反求求边坡岩土体的的强度参数（c，φ值），以该强度参参数作为对边坡坡注浆加固设计计的标准。注浆材料及配方方设计原则1）劈裂注浆法的浆浆液材料可选用用以水泥为主剂剂的悬浊液，也也可选用水泥和和水玻璃的双液液型混合液。2）用作防渗堵漏的的浆液可选用水水玻璃、水玻璃璃与水泥的混合合液或化学浆液液。3）压密注浆可选用用低坍落度的水水泥砂浆。4）动水情况下的堵堵漏注浆宜采用用双液注浆或其其它初凝时间短短的速凝配方。。5）在有地下动水流流的情况下，不不宜采用单液水水泥浆等初凝时时间长的浆液。。浆液使用的原材材料及制成的浆浆体应符合下列列要求：(1)制成的浆浆体应能在设计计要求的时间内内凝固，其本身身的强度、防渗渗性和耐久性应应能满足设计要要求。(2)浆体在凝凝固后其体积不不应有较大的收收缩率，一般应应小于3‰体体积量。(3)所制成的的浆体在1小小时内不应发发生析水现象。。为了改善浆液性性能，根据工程程需要可在浆液液拌制时加入早早强剂、减水剂剂、微膨胀剂、、抗冻剂、缓凝凝剂等外加剂，，掺加量可参考考产品说明并应应作相关试验确确定。浆液的扩散半径径的确定及注浆浆孔平面布置浆液扩散半径与与浆液的流动性和胶凝时间、注浆压力、注浆量、注浆时间等因素有关，其其确定方法包括括理论公式计算算、经验判断和和现场注浆试验验。由于地层条件的的复杂性，理论论公式计算时采采用的参数很难难符合实际情况况，所以在没有有足够施工经验验的条件下，推推荐采用现场注注浆试验方法确确定浆液扩散半半径。在进行行现场注浆试验验时要选择不同同特点的地基，，最好采用多种种注浆方法，以以求得不同条件件下的浆液扩散散半径。现场场注浆试验常采采用三角形布孔孔或矩形布孔的的方式，如图所示。注浆试试验结结束后后可通通过以以下方方法评评价浆浆液扩扩散半半径：：(1)钻孔孔压水水或注注水，，求出出注浆浆体的的渗透透性；；(2)钻孔孔取样样，检检查空空隙充充浆情情况；；(3)用大大口径径钻井井或人人工开开挖竖竖井，，肉眼眼观察察地层层充浆浆情况况，并并取样样进行行室内内试验验研究究。考虑到到地基基土的的不均均匀性性，在在确定定设计计浆液液扩散散半径径时要要注意意选取取符合合设计计要求求的，，在多多数条条件下下可以以达到到的扩扩散距距离。。确定了了浆液液扩散散半径径后，，即可可设计计注浆浆孔布布置。。注浆浆孔的的布置置应能能使被被加固固土体体在平平面和和深度度范围围内连连成一一个整整体。。在一般般情况况下，，用作作防渗渗的注注浆应应设置置不少少于3排排的注注浆孔孔，多多排孔孔的布布置以以梅花花形布布孔为为宜，注浆孔孔间距距可按按0.8～1.2m范范围设设计；；用作作提高高土体体强度度的劈劈裂注注浆孔孔间距距可按按1.0～2.0m范范围设设计；；压密注注浆在在选用用落度度较小小的水水泥砂砂浆时时，注注浆孔孔间距距可按按理论论球状状浆体体直径径的2～～5倍倍设设计。。灌浆压压力的的确定定渗透注注浆的的最大大容许许注浆浆压力力推荐荐采用用注浆浆试验验曲线线确定定，即即在注注浆试试验过过程中中，逐逐步提提高注注浆压压力，，求得得压力力和流流量关关系曲曲线(如右图所示示)，，当压压力升升到某某一数数值(pf)时时，注注浆流流量突突然增增大，，表明明地层层已产产生劈劈裂，，因而而把这这一压压力值值作为为确定定最大大容许许注浆浆压力力的依依据。。在在缺乏乏试验验资料料或在在进行行注浆浆试验验前需需预定定一个个试验验压力力值时时，也也可根根据以以下砂砂砾地地基注浆的的经验验公式式确定定。[pe]=c(0.75T+Kλh）或[pe]=βγT+cKλh式中：：[pe]—容容许注注浆压压力，，100kPa；；c—与注注浆期期次有有关的的系数数，第第一期期孔c=1，，第二二期c=1.25，，第三期期孔c=1.5；T—地地基覆覆盖层层厚度度，m；K—与与注浆浆方式式有关关的系系数，，自上上而下下注浆浆时K=0.8，，自下而而上时时K=0.6；λ—与与地层层性质质有关关的系系数，，可在在0.5～1.5之之间选选择。。结构构疏松松、渗渗透性性强的的地层层取低低值，，结构构紧密密、渗渗透性性弱的的地层层取高高值；；h—注注浆段段至地地面深深度，，m；；β—系系数，，在1～～3之之间间选择择；γ—地地面以以下，，注浆浆段以以上土土层的的重度度；2）岩岩石注注浆压压力式中：：——容容许注注浆压压力；；D—注注浆段段深度度；—表面面段容容许注注浆压压力；；m—注注浆段段每加加深1m容容许增增加的的应力力，可可见下下表：：1.5边边坡注注浆加加固技技术的的施工工1.5.1注注浆浆施工工前期期工作作施工前前的原原位现现场调调查现场原原位注注入试试验制定施施工计计划