边坡技术加固之注浆加固设计与施工三

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注注浆加固在边边坡中的应用注浆在边坡中有有两方面的应用用：一方面是对于由由崩滑堆积体、、岩溶角砾岩堆堆积体，以及松松动岩体构成的的极易滑动的边边坡或由于开挖挖形成的多卸荷荷载裂隙边坡，，对坡体注入水水泥砂浆，以固固结坡体并提高高坡体强度，避避免不均匀沉降降，防止出现滑滑裂面。另一方面对于正正处于滑动的边边坡、存在潜在在滑面的边坡，，或者处于不稳稳定的滑坡运用用注浆技术对滑滑带压力注浆，，从而提高滑面面的抗剪强度，，提高坡体稳定定性。影响注浆效果技技术的因素：工程问题，地质质特征，注浆材材料，压浆技术术颜峰姜福福兴《裂隙岩岩体注浆加固效效果的影响因素素分析》1.2注浆浆材料1.2.1注浆浆材料的分类1.2.2注注浆浆液的性质质（1）浆液的渗渗入性浆液的渗入性是指浆液渗入岩岩土的能力。浆浆液的渗透性直直接影响浆液的的扩散距离，渗渗入性好，浆液液的扩散距离大大。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.砂砂砾石石层的的注浆浆扩散散公式式4.裂裂隙岩岩石的的注浆浆扩散散公式式pc——注浆浆压力力；p0——裂隙隙内水水压力力；b—裂裂隙宽宽度，，cm；η—浆浆液的的粘度度；2.渗渗入性性注浆浆的尺尺寸效效应渗入性性注浆浆的尺尺寸效效应是是指由由于渗渗入性性注浆浆是在在压力力较小小、地地层结结构不不受破破坏的的条件件下使使浆液液渗入入裂缝缝，因因而要要完全全实现现渗入入性注注浆，，就必必须使使浆材材的颗颗粒尺尺寸小小于裂裂缝尺尺寸。。假设设浆液液的颗颗粒尺尺寸为为d，，地层层裂缝缝的尺尺寸为为尺寸效效应可可以表表示为为R=/d>1.R通通常称称为净净空比比。理理论上上只要要R>1即即可实实现渗渗入性性注浆浆，但但在实实际过过程中中，当当浆液液浓度度较大大时，，浆粒粒会群群集进进入裂裂缝，，从而而使裂裂缝堵堵塞。。为了了避免免这种种现象象，一一般使使R≥3，这时时浆材材颗粒粒的群群集容容易被被注浆浆压力力冲散散。地层裂裂缝的的尺寸寸的的确定定1）砂砂砾石石的空空隙尺尺寸一般采采用数数学方方法估估算：：设D为砂砂砾石石的颗颗粒直直径，，可定定义有有效空空隙比比有有效空空隙比比一般般在0.195~0.215之间间变化化，如如果取取平均均值0.2，则则砂砾砾石的的空隙隙尺寸寸可近近似表表示为为=0.2D2）岩岩石裂裂隙的的尺寸寸由一种种运用用钻孔孔压水水实验验的方方法确确定式中：：η—水水的粘粘度；；R—水水的扩扩散距距离3.渗渗入性性灌浆浆的流流变效效应流变效效应指指浆液液在裂裂缝中中流动动时，，浆液液内部部，浆浆液与与孔壁壁之间间将产产生摩摩擦阻阻力，，从而而影响响渗入入性灌灌浆的的可灌灌性。。这种种影响响可以以从浆浆液在在空隙隙中流流动时时单位位时间间的流流量计计算公公式中中看出出来：：对于牛牛顿流流型体体（在在圆管管中流流动时时剪切切率与与剪应应力成成正比比式中：：r——毛细细管的的半径径;—有效效灌浆浆压力力；η—牛牛顿型型流体体的粘粘度；；L—浆浆液在在管中中流动动的距距离。。对于非非牛顿顿流型型体（（当剪剪应力力超过过屈服服应力力的时时候，，流体体才能能流动动）式中：：——浆浆液的的塑性性粘度度；—屈服服应力力。4.渗渗入性性灌浆浆的局局限性性由前述述可知知，渗渗透性性灌浆浆由于于存在在尺寸寸效应应和流流变效效应的的制约约，一一般在在大空空隙介介质中中容易易实施施。而而在实实际地地层中中的裂裂隙有有大有有小，，要在在小裂裂隙中中提高高浆液液的注注满度度，一一方面面缩小小浆材材的颗颗粒尺尺寸，，另一一方面面要准准确确确定裂裂缝尺尺寸。。1.3.2劈劈裂注注浆理理论鉴于渗渗入性性注浆浆的局局限性性，后后来提提出了了劈裂裂注浆浆理论论。该该理论论是通通过增增大注注浆压压力，，使细细小裂裂缝产产生水水力劈劈裂，，以提提高浆浆液的的可注注性。。1）岩岩层的的劈裂裂公式式假定地地层为为各向向同性性、均均匀的的线弹弹性体体，钻钻孔壁壁开始始发生生水力力劈裂裂的条条件是是垂直劈劈裂：：水平劈劈裂式中：：——注浆浆压力力；γh——岩石石的竖竖向自自重应应力；；υ—岩岩石的的泊松松比；；—岩石石的侧侧压力力系数数；—岩石石的抗抗拉强强度；；N—比比例系系数，，与地地层的的渗透透系数数有关关和浆浆液的的粘度度有关关，在在0~1之之间变变化，，对于于不透透水岩岩石取取1，，透水水性较较大的的岩石石接近近0.2）砂砂和砂砂砾石石的劈劈裂公公式在砂和和砂砾砾石地地层中中注浆浆，当当注浆浆压力力达到到下述述公式式的标标准时时就会会导致致地层层破坏坏。式中：：——注浆浆压力力；γ—砂砂砾石石的容容重；；—水的的容重重；h——注浆浆段的的深度度；—地下下水位位高度度；K—主主应力力比；；3）粘粘性土土劈裂裂公式式在粘性性土中中，水水力劈劈裂将将引起起土体体固结结和挤挤出等等现象象，当当仅有有固结结时，，注浆浆量体体积V及单单位体体积所所需的的浆量量Q可可由以以下公公式计计算：：式中：：——注注浆压压力；；p——有效效注浆浆压力力；；a—浆液扩扩散半径；；u—注浆压压力；—土的压缩缩系数。。1.4.1设计内内容与设计计程序边坡工程地地质的调查查工程调查的的内容有：：地质构造造和地层分分布情况；；土的颗粒粒级配、含含水量、孔孔隙率、渗渗透系数、、土体强度度、有机质质含量等物物理力学指指标；地下下水分布和和特性；注注浆处理范范围及其周周边区域的的构筑物情情况。注浆方案的的选择注浆标准的的确定边坡注浆位位置的确定定浆液的配方方设计钻孔的布置置与注浆压压力的确定定注浆后的边边坡的稳定定性验算1.4注注浆加固固设计注浆加固设设计前而言，注注浆法的设设计和施工工还存在很很强的经验验性。边坡注浆加加固可按下下方案选择择：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是指注浆后后应达到的的质量标准准，在边坡坡工程中，，由于边坡坡的地质条条件千差万万别，稳定定性差异较较大，因而而很难规定定一个统一一的标准，，基本原则是是要求边坡坡稳定安全全系数达到到公路规范范的规定。。一般而言，，可以根据据边坡的地地质情况和和要求的稳稳定性反求求边坡岩土土体的强度度参数（c，φ值），以该强强度参数作作为对边坡坡注浆加固固设计的标标准。注浆材料及及配方设计计原则1）劈裂注浆法法的浆液材材料可选用用以水泥为为主剂的悬悬浊液，也也可选用水水泥和水玻玻璃的双液液型混合液液。2）用作防渗堵堵漏的浆液液可选用水水玻璃、水水玻璃与水水泥的混合合液或化学学浆液。3）压密注浆可可选用低坍坍落度的水水泥砂浆。。4）动水情况下下的堵漏注注浆宜采用用双液注浆浆或其它初初凝时间短短的速凝配配方。5）在有地下动动水流的情情况下，不不宜采用单单液水泥浆浆等初凝时时间长的浆浆液。浆液使用的的原材料及及制成的浆浆体应符合合下列要求求：(1)制成成的浆体应应能在设计计要求的时时间内凝固固，其本身身的强度、、防渗性和和耐久性应应能满足设设计要求。。(2)浆体体在凝固后后其体积不不应有较大大的收缩率率，一般应应小于3‰体积量量。(3)所制制成的浆体体在1小小时内不不应发生析析水现象。。为了改善浆浆液性能，，根据工程程需要可在在浆液拌制制时加入早早强剂、减减水剂、微微膨胀剂、、抗冻剂、、缓凝剂等等外加剂，，掺加量可可参考产品品说明并应应作相关试试验确定。。浆液的扩散散半径的确确定及注浆浆孔平面布布置浆液扩散半半径与浆液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关，其确定定方法包括括理论公式式计算、经经验判断和和现场注浆浆试验。由于地层条条件的复杂杂性，理论论公式计算算时采用的的参数很难难符合实际际情况，所所以在没有有足够施工工经验的条条件下，推推荐采用现现场注浆试试验方法确确定浆液扩扩散半径。。在进行行现场注浆浆试验时要要选择不同同特点的地地基，最好好采用多种种注浆方法法，以求得得不同条件件下的浆液液扩散半径径。现场场注浆试验验常采用三三角形布孔孔或矩形布布孔的方式式，如图所示。注浆试验结结束后可通通过以下方方法评价浆浆液扩散半半径：(1)钻孔孔压水或注注水，求出出注浆体的的渗透性；；(2)钻孔孔取样，检检查空隙充充浆情况；；(3)用大大口径钻井井或人工开开挖竖井，，肉眼观察察地层充浆浆情况，并并取样进行行室内试验验研究。考虑到地基基土的不均均匀性，在在确定设计计浆液扩散散半径时要要注意选取取符合设计计要求的，，在多数条条件下可以以达到的扩扩散距离。。确定了浆液液扩散半径径后，即可可设计注浆浆孔布置。。注浆孔的的布置应能能使被加固固土体在平平面和深度度范围内连连成一个整整体。在一般情况况下，用作作防渗的注注浆应设置置不少于3排的注注浆孔，多多排孔的布布置以梅花花形布孔为为宜，注浆孔间距距可按0.8～1.2m范范围设计；；用作提高高土体强度度的劈裂注注浆孔间距距可按1.0～2.0m范范围设计；；压密注浆在在选用落度度较小的水水泥砂浆时时，注浆孔孔间距可按按理论球状状浆体直径径的2～～5倍设设计。灌浆压力的的确定渗透注浆的的最大容许许注浆压力力推荐采用用注浆试验验曲线确定定，即在注注浆试验过过程中，逐逐步提高注注浆压力，，求得压力力和流量关关系曲线(如右图所示)，，当压力升升到某一数数值(pf)时，注注浆流量突突然增大，，表明地层层已产生劈劈裂，因而而把这一压压力值作为为确定最大大容许注浆浆压力的依依据。在在缺乏试验验资料或在在进行注浆浆试验前需需预定一个个试验压力力值时，也也可根据以以下砂砾地地基注浆的经验验公式确定定。[pe]=c(0.75T+Kλh）或[pe]=βγT+cKλh式中：[pe]—容容许注浆压压力，100kPa；c—与注浆期期次有关的的系数，第第一期孔c=1，，第二期c=1.25，第三期孔c=1.5；T—地基覆覆盖层厚度度，m；K—与注浆浆方式有关关的系数，，自上而下下注浆时K=0.8，自下而上时时K=0.6；λ—与地层层性质有关关的系数，，可在0.5～1.5之之间选择。。结构疏松松、渗透性性强的地层层取低值，，结构紧密密、渗透性性弱的地层层取高值；；h—注浆段段至地面深深度，m；；β—系数，，在1～～3之间间选择；γ—地面以以下，注浆浆段以上土土层的重度度；2）岩石注注浆压力式中：——容容许注浆压压力；D—注浆段段深度；—表面段容容许注浆压压力；m—注浆段段每加深1m容许增增加的应力力，可见下下表：1.5边边坡注浆加加固技术的的施工1.5.1注浆浆施工前期期工