变形适应性。通常黏土和水泥的重量比为1:1时,黏土水泥浆凝结体的抗压强度仍不低于3~5MPa。
凝结体的抗拉强度较低,一般是抗压强度的1/5~1/10。 (7) 单桩承载力
旋喷柱状凝结体有较高的强度,外形凸凹不平,因此具有较大的承载力。一般固结土直径愈大,承载力愈高。高压喷射灌浆固结体力学性质见下表。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-2 三管高压旋喷凝结体性质一览表
固结体性质 单桩垂直极限荷载(kN) 单桩水平极限荷载(kN) 最大抗压强度(MPa) 平均抗压强度/最大抗压强度 干密度(g/cm3) 渗透系数(cm/s) 粘聚力(MPa) 内摩檫角(°) 标贯击数 P波 弹性波km/s S波 三管法 500~600 30~40 砂类土10~20,黏性土5~10,黄土5~10,砂砾8~20 1/5~1/10 砂类土1.6~2.0 砂类土10-5~10-6 砂类土0.4~0.5,黏性土0.7~1.0 砂类土30~40,黏性土20~30 砂类土30~50,黏性土20~30 砂类土2.0~3.0,黏性土1.5~2.0 砂类土1.0~1.5,黏性土0.8~1.0 1.1.3.5 三管高压旋喷防渗墙的主要结构型式
本工程三管高压旋喷防渗墙采用单排套接,为有效搭接采用单双序孔施工。
(a)图 错误!文档中没有指定样式的文字。-1 三管高压旋喷防渗墙结
构型式
1.1.4 三管高压旋喷灌浆工艺参数的选择
施工工艺技术参数的选择直接影响着高压喷射灌浆的质量、工效和造价。
高喷施工工艺技术参数包括水、气、浆的压力及其流量、喷嘴直径大小及数量、喷射管旋转速度、摆角及摆动频率、提升速度、浆液配比及密度、孔距与板墙的布臵形式等。施工实践表明,要获得较大的防渗加固体,一般应加大泵压,国内常用的喷射水压力为20~40MPa,最大达70MPa。
我国目前高喷灌浆常用的工艺参数如下表。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-3 三管高压旋喷灌浆常用工艺参数
项 目 压力(MPa) 流量(L/min) 密度(g/cm3) 喷嘴(出浆口)(个) 喷嘴直径(mm) 孔口回浆密度(g/cm3) 粉土 砂土 砾石 卵(碎)石 旋喷速度 三管法 22~35 70~120 1.4~1.5 2 2.0~3.2 ≥1.3 15~25 15~30 10~20 8~15 宜取V值的0.8~1.0倍 水泥浆 提升 速度 V (cm/min) 三管高压旋喷灌浆孔的孔距应根据墙体结构型式、墙深、防渗要求和地层条件,综合考虑确定。
三管高压旋喷灌浆的工艺参数和钻孔布臵初步确定以后,一般宜
进行现场试验予以验证和调整。特别是重要的、地层复杂的或深度较大(≥40m)的高喷灌浆防渗工程,一定要进行现场试验。高喷灌浆试验可按照下述原则进行:
(1) 确定有效桩径或喷射范围、施工工艺参数和浆液种类等技术指标时,宜分别采用不同的技术参数进行单孔高喷灌浆试验。 (2) 确定孔距和墙体的防渗性能时,宜分别采用不同的孔距和结构型式进行群孔高喷灌浆试验。 1.1.5 浆液材料
三管高压旋喷灌浆最常用的材料为水泥浆。高喷用的水泥应根据灌浆目的和坝堤地基的地质情况而定。一般应采用较高的强度等级。在地下水有侵蚀性的地方应选用有抗侵蚀性的水泥,以保证防渗板墙或帷幕的耐久性。
为了提高浆液的流动性和稳定性,改变浆液的凝胶时间或提高凝结体的抗压强度,可在水泥浆液中加入外加剂。根据加入的外加剂及注浆目的不同,高喷水泥浆液可分为以下几种类型。 (1) 普通型
普通型浆液一般采用强度等级为32.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,不加任何外加剂,水灰比一般为0.6:1~1.5:1,凝结体的抗压强度(28d)最大可达20MPa。对于无特殊要求的工程宜采用普通型浆液。
(2) 速凝一早强型
对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。其用量为水泥用量的2%~4%。纯水泥浆与土的凝结体的抗压强度(1d)为1MPa,而掺人2%氯化钙的水泥一土的凝结体的抗压强度为1.6MPa,掺人4%氯化钙后为2.4MPa。 (3) 高强型
凡喷射凝结体的28d平均抗压强度在20MPa以上的称为高强型。若想提高凝结体的抗压强度,可以选择强度等级高的水泥,或选择高效能的扩散剂和外加剂组成的复合配方等,外加剂对凝结体强度的影响见下表。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-4 外加剂对固结体抗压强度的影响
主剂 名称 用量 32.5普 通硅酸 盐水泥 外加剂 名称 掺量(%) NNO 0.5 NR3 0.05 NaNO2 1 NF 0.5 NR3 0.05 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 28d 3个月 6个月 1年 13.59 18.62 22.8 24.68 6.27 14.14 19.37 27.8 29.0 7.36 100 (4) 抗渗型
在水泥浆中掺人2%~4%的水玻璃,其凝结体渗透性降低,如下表所示。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10%~50%的膨润土(占水泥重量的百分比)。此时不宜使用矿渣水泥,如仅有抗渗要求而无抗冻要求者,可使用火山灰水泥。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-5 掺入水玻璃的水泥浆凝结体的渗透系数
土的类别 水泥品种 水泥含量(%) 水玻璃含量渗透系数(cm/s) (%) 细砂 粗砂 32.5硅酸盐水泥 32.5硅酸盐水泥 40 40 40 40 0 2 0 2 2.3×10-6 8.5×10-8 1.4×10-6 2.1×10-8 注:水玻璃模数2.4~3.0,浓度30~45波美度。
普通水泥浆液可不进行室内试验,其它浆液根据需要进行一些必要的试验,如测定浆液的密度、含砂量、静切力、粘度、失水量、胶体率(或析水率)、酸碱度、流散直径、凝结时间等。 1.1.6 施工机械的选择
高压喷射灌浆的施工机械设备由普通地质钻机或特种钻机、高压泵等组成。由于喷射方法不同,所使用的机械设备也不尽相同。下表为三管高压旋喷使用的主要施工设备表。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-6 三管高压喷射灌浆主要施工机具表
设备名称 提升台车 钻机 灌浆泵 搅拌机 喷射管 规 格 起重2~6t,起升高度15m。深孔或振孔高喷宜用高架台车或履带吊车式高喷台车 100m~300m型地质钻机,跟管钻进钻机等 超高压泥浆泵,最大压力60~80MPa,流量150~200 L/min 卧式或立式 三管 三管 √ √ √ √ √
1.1.6.1 钻孔设备
根据本工程情况,钻孔设备拟选用XY-1A型深层搅拌桩机,该机适用于高喷灌浆、帷幕灌浆的钻孔,是一种具有油压给进的高速轻便