化学灌浆在不良地基中的应用现状及发展前景

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毕业（论文）化学灌浆在不良地基处理中的应用现状及发展前景梁海亮（建筑工程技术200730610121湖北黄石435003）摘要：结合现阶段化学灌浆技术的发展情况，在分析以往工程实例的基础上，简要论述了劈裂灌浆、压密灌浆机渗透灌浆技术在不灵地基处理中的应用及发展情况。根据这些方法的不同特点和在不同地基处理中的应用效果，总结和归纳了各自的应用范围和优缺点。关键词：化学灌浆，劈裂灌浆，压密灌浆，渗透灌浆化学灌浆是将一定的化学材料（无机和有机材料）配置成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，以增加地基强度、降低地层渗透性、防止地层变形的一项处理和混凝土建筑物裂缝修补技术，是处理地基和混凝土缺陷（加固补强、防渗堵漏），保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程手段。随着技术的发展和进步，化学灌浆已成为现代工程领域中颇具特色且不可缺少的一项先进技术。本文结合工程实例对化学灌浆技术在不良地基处理的应用现状和未来发展方向做一个简要总结和论述。1劈裂灌浆1.1原理劈裂灌浆是利用水力压裂原理和地基土中小主应力的分布规律，在一定的关键压力作用下，用高压泵将浆液压入地层之内，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，沿垂直于小主应力的平面发生劈裂，地层中的固有裂缝扩张变宽变长，然后浆液充填入地层的裂缝之中，在地基中形成许多树枝状或板状凝固体。同时凝固体周围一定范围内的土体，由于浆液高压力的作用，不断挤密，从而形成了复合地基，使地基土的承载力提高，压缩性降低，湿陷性大幅度降低等。1.2发展和前景劈裂灌浆是近年来发展起来的一种重要的化学灌浆方法。该技术的应用大约始于20世纪80年代首先用于土坝的防渗和加固，取得了良好的效果。随着其技术和工艺的发展，正越来越多的应用于地基处理中，效果显著。为了满足道路市政工程的需要，对人工杂填土（石）层及第四纪全新统海相沉积层（淤泥）采用劈裂灌浆进行地基处理。注浆结束后，进行现场试验并抽取4个检测点进行复合地基承载板试验，4个检测点的复合地基承载力标准值均大于140kpa，均满足工程需要。7 毕业（论文）兰州市处于黄土地带，某住宅地基由于地表水入渗，致使湿陷性黄土地基发生湿陷下沉，墙体开裂歪斜、圈梁断裂，不但影响了楼房的整体稳定性，也影响了住户的正常安全使用。后采用劈裂灌浆法进行地基处理：在基础外侧周围布设灰土桩作为帷幕，然后再灰土桩内侧靠近基础的一边布设灌浆孔。灌浆完成以后连续三个月的观测表明，地基已无明显沉降，亦即地基处于稳定状态，楼房的加固达到了预期的目的。经过劈裂灌浆处理后，在地基内形成了密度均匀的连续体，提高了地基的密实度，增强了地基的抗渗性能。实践证明采用劈裂灌浆技术处理软土地基，其机理明确，设计合理，是消除地基不均匀沉降和提高地基承载力的重要措施之一。而且劈裂灌浆具有适用范围广、施工设施简单、操作容易、能就地取材、防渗效果好、工程造价低、经济效益显著等特点。1.1前景劈裂灌浆是一种先破坏土体结构然后使其固化的灌浆加固方法。劈裂灌浆压力的确定往往是通过现场试验或半试验公式确定，在资料缺乏的情况下，深入进行理论研究是很有实际意义的。作为一种地基处理方法，劈裂灌浆有较广阔的应用前景，其应用领域也越来越广泛。除了广泛应用于坝基防渗加固，道路桥梁的软地基处理，在矿山、文物、市政、地铁和地下厂房工程中，劈裂灌浆法也占有十分重要的地位。而且，形形色色的浆材品种可以充分满足各类建筑工程和不同地基条件的需要。2压密灌浆2.1原理压密灌浆是用严密控制的方法将很稠的浆液灌入事先在基土中钻成的孔中。注浆孔向外扩张形成圆柱形浆泡，随着浆泡的扩大，钻成周围土体被挤压，紧靠浆泡处的土体将遭受破坏和剪切，并形成塑性变形区，在此区内土体的密度可能因扰动而减小；离浆泡稍远的土体发生弹性变形，因而土的密度有明显的增加。灌入的水泥浆凝结硬化，形成圆柱形结石，圆柱形水泥结石相当于小桩，水泥结石小桩与压密的地基土形成的复合地基，承载能力得到了提高。2.2应用和发展压密灌浆法在美国已应用了大约30年。目前，此法已在许多的领域得到了广泛的应用并且已被证明是一种能够提高各种细颗粒基土强度的有效方法。广东省潮州市云梯管理区B栋商住楼，地基发生沉降，并将出现拉裂现象，危及商住楼的安全。经研究，最后决定采用水泥一水玻璃浆液压密灌浆法进行加固处理。在灌浆施工结束后，经探井开挖显示，水泥一水玻璃浆液与粉质粘土、淤泥质土及中细砂充分混合形成浆液固结体，原土层结构得到改良，灌浆加固效果显著。7 毕业（论文）山西维尼纶厂位于临汾盆地北端，地处汾河二级阶地，属第四纪全新世地层，2级自重湿陷性黄土场地。在1991年3月，发现电石原料（石灰石）堆场天车排架柱子南部7跨发生沉降，最大沉降量380mm。确定先用掏土助沉法进行柱身纠偏，然后采用压密灌浆法加固地基。加固后的地基压缩层（从基地算起）范围内湿陷性全部消除，钻孔最底部的湿陷性基本消除。张家口市某住宅楼为两单元带地下室7层砖混结构建筑，下部经过开挖后发现基础混凝土梁已开裂。经研究，最终决定采用压密灌浆加固方案进行地基补强。在施工的全过程中进行跟踪观测，同时在完工后的一年内进行定期观测，通过观测发现没有再发生新的沉降。通过以上工程实例，说明压密灌浆是一种有效的地基处理方法，它具有工艺简单、实用性强、造价低、工期短等特点。压密灌浆的施工关键是：准确控制浆液浓度、灌浆压力和灌浆速度。压密灌浆在地基处理方面有着广泛的应用前景，可用于软弱地基和危房加固、桩承台补强及坝体防渗等实际工程。2.3前景压密灌浆法的关键是稠度，但要注意封诸地下裂隙和孔洞。裂隙和孔洞的灌浆与软弱地基加固灌浆使用的稠度是不同的。一般地说，采用稠的稳定浆液可达到下列目的：①完好的充填孔洞和裂隙；②有高的力学强度;③与岩土有好的结合力；④抗化学溶蚀；⑤灌浆过程可预测性；⑥限制浆液的扩散，避免不必要的流失；⑦降低上抬力的危险性。大多数压密灌浆工程的施工准则是随着工程的进展而形成的。此外：从造价、安全性、有效性等方面看，压密灌浆是加密已建土石坝坝基，防止土体液化的最有吸引力的可比方案。3渗透灌浆3.1原理渗透灌浆即借助于灌浆压力，使浆液克服各种阻力渗入孔隙或裂隙中，就地凝固而达到加固地基或减少渗漏的关键方法。理论上假设在灌浆过程中地层结构不受干扰和破坏。即浆液渗入土体的孔隙，仅排除土中的自由水与空气，而不破坏其原有结构。3.2应用和发展由于渗透灌浆的局限性，因此只能在一定条件下应用。现在，渗透灌浆理论正在向更深的深度和新的水平发展。江西省某化肥厂宿舍，是三个单元的五层砖混结构建筑，交付使用5年后，地基发现不均匀沉降。于是决定对该房屋⑦7 毕业（论文）轴以东的地基加固，采用渗透灌浆法提高其地基承载力。重型动力探触试验检测统计结果显示：基础下砂垫层承载力值均有明显提高，一般为200kpa-280kpa，局部达到400kpa。特别是灌浆前砂垫层最松散的局部，灌浆加固效果最为明显，承载力由不足80kpa，提高到大于220kpa。拟建的广东某18层综合大楼位于北江西岸，在完成周边搅拌桩、钻孔桩帷幕挡土墙施工后，再进行地下室小范围开挖，当挖至砂、砾石层时地下水沿坑底不断地涌入坑内，无法进行正常的开挖。经分析对比，决定采用简单、快捷、经济的渗透性灌浆止水方法进行基坑坑底止水加固处理。在灌浆完成后，现场开挖基坑基本上在无水的条件下完成施工，灌浆效果良好，为综合大楼基础施工节省了时间。由于渗透性灌浆的成本低、见效快、功能多、施工占地小和固结质量好等特点，已成为我国常用的基坑止水加固处理的方法之一。3.1前景通过大量的工程应用，渗透性灌浆法在施工机具、施工工艺和操作技术上均有很大程度的提高。特别是在一些特殊工程处理中，该项技术得到了很大的发展。但是，也仍然存在许多有待改进的地方，值得我们不断探索和研究。在工程应用中，应注意一下几个问题：1)灌浆孔间距一定要适宜，最好通过实验确定，不能太大，也不能太小。太大达不到处理效果，太小会造成不必要的浪费。2)制浆要成熟，要按设计的水灰比进行制浆，以确保浆液质量。3)灌浆施工时，一定要按设计的灌浆方式进行施工，灌浆压力和灌浆量一定达到设计要求，不得随意更改，以保证灌浆质量及固结体质量。4化学灌浆的应用领域、一般要求和主要成绩4.1应用领域1）大坝、水库、涵闸等基础防渗帷幕和地基或地基断层破碎带泥化夹层加固；2)大堤、渠道、渡槽等的防渗堵漏及加固;3)核电站等的地基加固和封闭止水防渗;4)地上混凝土建筑物、构筑物(如混凝土坝、城市大厦、工厂、油、气和粮库等)的地基加固和裂缝补强加固;5)地下建筑物(如地铁、人防、隧道等)的防渗、堵漏止水、地基加固和裂缝的补强加固;6)矿山、工厂有毒废渣、废水和城市垃圾场等截渗工程的防渗帷幕;7)矿井建设中的涌水堵漏、流沙治理及对软弱地层加固、稳定的预灌浆;7 毕业（论文）8)石油钻井开采中的堵漏止水、钻孔护壁加固和驱油;9)桥基加固及桥体裂缝补强;10)机场跑道和停机坪、公路和铁路特殊路段的软弱地层加固、防渗和混凝土裂缝补强加固;11)江河海港港工建筑物(如码头、船闸、防波堤等)的基础防渗和加固;12)文物和古建筑物的裂缝修补和保护等。4.2一般要求化学灌浆材料品种较多，性能各异。理想的化学灌浆材料其一般性能应符合下列要求:1)浆液稳定性好，在常温常压下存放一定时间其基本性质不变；2)浆液是真溶液，粘度小，流动性、可灌性好；3)浆液的凝胶或固化时间可在一定范围内按需要进行调节和控制，凝胶过程可瞬间完成；(4)凝胶体或固结体的耐久性好，不受气温、湿度变化和酸、碱或某些微生物侵蚀的影响；5)浆液在凝胶或固化时收缩率小或不收缩；6)凝胶体或固结体有良好的抗渗性能；7）固结体的抗压、抗拉强度高，不会龟裂，特别是与被灌体有较好的粘接强度；8）浆液对灌浆设备、管路无腐蚀，易于清洗；9）浆液无毒、无臭，不易燃、易爆，对环境不造成污染，对人体无害；10）浆液配制方便，灌浆工艺操作简便；11）浆材货源广，价格低，贮运方便。4.3主要成绩50年来，我国在化学灌浆技术这个小领域取得的成绩，主要表现在以下方面：1）化学灌浆从无到有，从小到大发展起来，已成为我国现代工程技术不可或缺的一个组成部分。2）　国外有的常用化学灌浆浆材品种，我国基本上都已开发出来（如环氧、甲凝、丙凝、丙烯酸盐、酸性和碱性水玻璃、水溶性、非水溶性和弹性聚氨酯、脲醛树脂、铬木素等）。3）　化学灌浆浆材品种开发中还有一些独创。如甲凝、弹性聚氨酯，甲氰凝和环氧—聚氨酯，丙烯酸酯—聚氨酯等互穿网络灌浆材料。7 毕业（论文）4）　化学灌浆设备的研制开发已基本能适应和满足国内化灌工程的要求。如化学灌浆泵、灌浆阻塞器、密闭配输浆装置和各种封缝材料等。5）　化学灌浆技术已在国内水电（大坝、堤防、水库、电站）、建筑（地上、地下、人防）、交通（公路、铁路、隧道、桥梁、港口、机场）和采矿等四大部门得到推广应用。6）　化学灌浆技术应用已解决了许多工程难题，取得良好的效益。以水利为例，如三峡、葛洲坝、龙羊峡、丹江口、陈村、凤滩、万安等水利枢纽都是采用化学灌浆技术解决一些工程技术难题的典型例子。7）　化学灌浆已从工程完建后的应用，发展到工程兴建前设计中就采用。如三峡化灌帷幕预计15000米，化灌加固地基预计3000米。8）　化学灌浆技术在一些方面已具国际先进水平，如青海龙羊峡大坝采用中化798环氧浆材处理G4伟晶岩劈裂带和三峡大坝采用CW环氧浆材处理F1096软弱夹层及断层破碎带的水泥—化学复合灌浆技术均堪称国际上处理低渗透性软弱岩土地层的先进技术。9）　化学灌浆理论上也有一些突破和创新。如浆液扩散半径的计算理论、浆液湿面粘接理论、减低浆液毒性的拮抗理论、浆液吸渗理论等。10）　化学灌浆技术出版物取得收获。自上世纪八十年代以来己出版专著十余部。包括水利学报、水利水电技术、岩土工程学报、岩石力学与工程学报、长江科学院院报在内的全国132家科技期刊都选登化学灌浆的研究论文。近5年选登的论文就有300余篇。5结语国外化学灌浆最初是为了适应地基处理和采矿业发展的需求而发展起来的，其可靠性得到公认并被广泛采用，至今已有80年以上的历史。我国的化学灌浆技术研究与应用起步较晚，如果以1953年在佳木斯等地采用碱性水玻璃进行化学灌浆算起，也只有五十年的历史，但发展较快并有自己的独创。我国在这领域中的成就是令世界瞩目的，如低渗性介质的渗透灌浆、流塑黏土的化学固结技术、湿陷性黄土（大孔隙土）加固、软土地基（包括淤泥）的加固、大坝断层和岩溶地层的高压灌浆加固和防渗、高层楼宇的加固纠偏、深基坑开挖的支护和防渗及大坝围堰深层板桩墙帷幕技术等，在许多工程实践中取得了理论上的重要进展，获得了良好的经济效益。于此同时，化学灌浆的基本理论、灌浆材料和灌浆工艺以及设备等方面相应地也得到了开发、充实和发展，应用范围日益扩大，特别是在水利、矿业、交通、油田、人防、城建和文物保护等方面都取得了许多成果。7 毕业（论文）化学灌浆技术由于其特殊的性能，能够很好地解决工程建筑中复杂的渗漏及补强加固方面的难题。尽管目前应用中还存在一定的缺陷，但随着化学灌浆技术的规范化、灌浆设备和仪器的标准开发，以及综合性能指标较高且成本较低的绿色新型灌浆材料的研发，化学灌浆技术的应用于发展前景将更为广阔。参考文献[1]蒋硕忠.我国化学灌浆技术发展与展望[J].长江科学院院报，2003，20（5）[2]张高宁.用劈裂灌浆技术处理湿陷性黄土地基[J].地基基础工程，1998，8（2）[3]雷正魁，朱秀兰.劈裂灌浆法在道路杂填土软基中的应用[J].湖南城建高等专科学校学报，2003，12（3）[4]崔宝青。劈裂灌浆设计与施工[J].甘肃水利水电技术，2001，37（3）[5]熊厚金，林天健，李宁.岩土工程化学[M].北京：水利电力出版社，1991年8月[6]史瑞生.压密灌浆法加固湿陷地基[J].工业建筑，1994（4）7