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WSS工法注浆技术在各类地层强化止水工程中的应用

其他 2023年10月3日 项敏 73

摘  要


摘  要:注浆技术在我国市政行业应用的历史并不长,但由于注浆有着其它地基加固止水方法所无法代替的优点:应用灵活、简便、高效、快速并能够用以电子监控技术实现定向、定量、定压注浆施工,控制地表沉降,因此它在市政地下工程中的应用中日益广泛。作为改良地基地下工程地层强化、止水、堵漏防水和工程抢险的一项主要手段,随着城市建设发展的重要,城市地下商业街、地下快轨交通、人防工事、市政供应给排水工程等建设任务越来越重,以及高速公路、涵洞、桥梁、机场、跑道等其它工业与民用建筑的发展,WSS工法注浆技术将得到更广泛的应用,受到越来越多的关注与重视。注浆法除一般锚杆注浆、预埋管注浆外,还有搅拌注浆、喷射注浆、布袋注浆等到其适用的领域有地基加固以提高土体的承载力强压缩模量,用于控制沉降,地层强化、止水做隔离帷幕,充填空隙等等。

关键词:WSS工法、电子监控、实现定向、定量、定压、地层强化、止水、加固。


1 注浆原理和基本技术


1.1 注浆法总述


根据杭州软土地基注浆所接触的大多是淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土,渗透系数一般为10-5~10-6cm/sec这个特点,我们除偶尔在粉砂层(层厚一般不大)层中利用溶液型渗透注浆外,对于低渗透性土摸索出了一些适用的注浆方法。


1.1.1 锚杆注浆


机理特点:充填、压密;方便、廉价,适用深度较小的填充型注浆。操作场地小,一般用于隧道、超前支护注浆和砌背后注浆,浆液分布呈团块状不均匀。


适用工程:充填隧道衬砌和土层之间和空隙;充填并堵塞大量渗漏水造成的空洞,道路板面下由于砂土流失造成的空隙等。


1.1.2 二重管WSS注浆


机理特点:搅拌并注入浆液,并不置换土体,用于承受垂直、水平裂缝堵漏,用于充填挤密空隙等;适用于各种土层条件,浆材混合液和注浆的方向性可随时调节,浆材的凝胶时间可以从瞬结到缓结,以及使用电子监控技术能够实现定向、定量、定压注浆施工,浆液分布较锚杆均匀,能有效地提高土体的整体强度止水效果。


适用工程:提高土体抗剪强度、承载力、压缩数量等土体效果,适用于各类地基加固工程。常用特殊的端点监控器注入方式,注入系统设备简单且有很高的可靠性、经济性。可以进行一次、二次切换注浆,一次是限制注浆,二次是渗透注浆浆液不会向注浆范围外溢浆,从而有利保护地下环境不被污染。


1.1.3 搅拌注浆


机理特点:搅拌并注入浆液,并不置换土体,均匀、高强,在地下障碍物下对加固土体无法连续,抗渗性好。


适用工程:挡墙、帷幕、抗渗帷幕、桩基础等工程。


1.1.4 布袋注浆


机理特点:浆液被压入土布袋中,布袋膨胀对周围土体压密,其主要作用同桩;浆液不会流到布袋外的范围。


适用工程:用于承受垂直、水平裂缝堵漏,用于充填挤密空隙等。


1.1.5 高压喷射注浆


机理特点:先破坏原有的土体结构强度,  注浆材料和土体均匀混合。建立新的强度体系,可用浆液部分或全部置换土体。均匀、高强,在管线等地下障碍物下对加固范围无影响,抗渗效果好。


适用工程:挡墙、帷幕、抗渗帷幕、桩基础等工程。


1.2 分层注浆法工艺


分层劈裂式注浆是二重管注浆法的一种。北京市城德建设工程有限公司岩土锚固施工技术研究所针对杭州及长江三角洲地区的软土松软、承载力低,塑性、流动性的特点,直接从日本引进了多项具有国际先进水平的地层改良技术和设备,并加以开发应用。该工法简称WSS工法。


注浆设计


2.1 工程地质情况的调查

工程地质条件直接决定了工程所应用的方法,工程地质参数是进行注浆设计必不可少的指标。地质资料中应包括水文资料,如承压水情况等。遇有暗流、杂填土、沼气等到特殊情况都应在设计方案中考虑相应的措施。


工程对需注浆处理的地基的具体要,工程的环境条件,周围地下管线,地面结构物情况,交通供排水、供电情况等到都对注浆设计有很大的影响。


2.2 注浆设计            
2.2.1 隧道法施工中的注浆
2.2.1.1 隧道周围注浆(分层劈裂注浆)加固止水

WSS工法注浆技术在各类地层强化止水工程中的应用

上图为隧道穿越浅埋基础建筑物时在隧道周围一定范围内进行注浆以提高抗剪强度,从而隔隧道施工对上部建筑物的影响。

2.2.1.2 跟踪注浆


采用跟踪注浆,配合对构筑物、管线的沉降监控,也是隧道施工中保护地管线、地面建筑物的主要手段。隧道施工引起地表沉降可用Pack法进行估算。

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其中:X为与隧道中心线的距离;S(X)为沉降量;Vi为地层损失;i为沉降槽宽度系数。
横向沉降计算公式:

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其中:VL1为隧道开挖面引起土体损失;VL2为隧道开挖面以后及隧道法压浆不足,隧道纠偏等施工因素引起的地层损失;φ()为与Y、i有关的函数。
沉降槽宽度系数;(根据杭州的地质情况)


i=R(Z / ZR)^0.8           

2.2.2 深基坑开挖施工中的注浆
2.2.2.1 基坑下加固体作为基坑开挖面下的一道预支撑,能提高土体的被动土压,减少挡土墙结构的位移。


当基坑底下有承压水时可用下式验算抗管涌安全系数:


Fs=T^h / Twhw


基坑下加固一般采用分层注浆法,加固深度4~8m。


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2.2.2.2 保护基坑处地下管线和建筑物的跟踪充填注浆


根据墙体变形量对由于墙体变形而造成的墙体和墙后土之间的空隙及时对采用分层注浆法进行充填,以防土体位移,墙背迁移至地表,用这种方法可以有效地控制基坑周围的地表沉降,但注浆必须注意注浆时机和注浆压力,以防墙体因注浆过多而造成过量位移。
其主要施工步骤如下:

WSS工法注浆技术在各类地层强化止水工程中的应用

图1 WSS工法注浆施工步骤

WSS工法注浆技术在各类地层强化止水工程中的应用

图2  WSS工法注浆工艺流程


WSS工法注浆技术在各类地层强化止水工程中的应用

图3  注浆工艺流程



其主要设备有:
机械:TXU—75A型、SYB—60/160型高压泵、SJY—双层立体式搅拌机、BCT—2型流量器
器具:旋转二重管、旋喷液混合器、切换喷头
其它:排水处理装备、测定器具、凝胶时间测定仪



注浆加固及止水原理


3.1 注浆加固


注浆中,注浆达到一定压力后,在注浆孔周围会产生一定大小的泡体,随着压力的不断增加,在浆液泡体上方的土体会产生一个倒立锥形剪切面;另一方面,当浆液泡体的直径d增大时,周围的土体将提供越来越大的阻力。设浆液泡体的向上总压力为Fy,浆液泡体的水平总压力为Fx,园柱形浆液泡体的平面投影面积为Ay,园柱形浆液泡体的侧面面积为Ax。
则有:Ay= π×d2/4      Fy=σ×AyΔσπ
       Ax =2π×d2×l    Fx=σ×Ax


因为σ值唯一,所以Fy的增加与浆液直径r的平方成正比,而Fx的增加与浆液直径的一次方成正比。因此浆液向上总压力的增加幅度远大于总水平力的增加幅度。在一定压力下,浆液泡体直径达到了一个极限值Rmax,与RL相应的注浆压力设为Pn。该值时,水平和向上在压力足以使得浆液充填土体间的缝隙,从而改良土体的物理指标。


3.2 止水原理


注浆时在不改变地层组成的情况下,将土层颗粒间存在的水强迫挤出,使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结,达到改良土层性状的目的。其注浆特性是使该土层内聚力C,内磨擦角ψ值增大,从而使地层粘结强度及密度增加,起到加固作用,颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后,使土层透水性降低,而形成相对隔水层。


注浆材料分类


二重管无收缩WSS工法注浆技术随着材料的不同,可分为悬浊液型和溶液型两个工法。在实际施工时,可根据地质状况、设计要求从这两类型中选择出更切合实际的工法,以达到更佳的注入效果。


4.1 悬浊液型浆材适用范围
①软弱粘性土;                 
②松驰冲击积复合层;          
③砂砾层的前处理;              
④裂隙及其它空隙;
⑤人为造成的松驰地层;

4.2 溶液型浆材适用范围
①洪积砂层;
②改良前缝隙大、松弛的冲积砂层;
③改良前缝隙大的砂砾层;

WSS 工法注浆设计施工指针

土质
注入目的

N值

孔隙率(%)

孔隙充填率(%)

范围

标准值

淤质粘土、粘土、粉质粘土

止水地盘强化

0~4

65~75

70

约40

4~8

50~70

60

约30

8~15

40~60

50

约20


止水

0~10

46~50

48

约60

10~30

40~48

44

约60

30以上

30~40

35

约50

地盘强化

0~10

46~50

48

约50

10~30

40~48

44

约40

砂卵石

止水

10~30

40~60

50

约60

30~50

28~40

34

约60

50以上

22~30

26

约60


喷入材料特性


高渗透性的喷浆材料,固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。无收缩浆材无收缩浆材属于安全性分为超高强度型CT-1#、高强度型CT-2#、普通型CT-3#三种类型。


6.1 无收缩浆材特点:
①固结硬化时间容易调整,设计硬化时间长的浆材也具有很高强度。
②渗透性良好,特别是对微细砂层的渗透性优易。
③地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能。
④浆材强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。
⑤浆材不流失、固结后不收缩,硬化剂无毒,对地下水不会造成污染。   

6.2 标准浆材的性质:
项目 种类 CT-1# CT-2# CT-3#
比重
(20°C)
A液 1.30 1.26 1.20
B液 1.05 1.04 1.03
A+B液 1.18 1.15 1.12
粘度
(cps/20°C)
A液 18.1 12.0 4.1
B液 1.8 1.4 1.4
A+B液 4.2 4.2 2.4
pH值 A液 1.3 1.5 11.5
B液 11.5 11.2 1.4
A+B液 7.5 7.2 7.2

无收缩浆材料标准配比


无收缩浆材标准配比如下表所示:

种      类

CT-1#

CT-2#

CT-3#

A  液

(200 L)

改性水玻璃 (L)

150

130

100

   水      (L)

50

70

100

B液

(200 L)

  GS      (L)

30

20

10

 H  剂    (L)

2~5

2~8

4~7

  水      (L)

剩余量

 剩余量

 剩余量

C液

(200 L)

 水  泥    (L)

25

20

15

 H  剂    (L)

2

4

6

 C  剂    (L)

2~4

2~6

3~7

xpm剂    (L)       

15

10

5~7

  水      (L)

剩余量

剩余量

剩余量

硬 化 时 间

凝结~60分钟


注浆加固后强度


8.1 溶液型(AB液)
淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、砂质粉土   0.5~0.8MPa;止水系数:10-8~10-9cm/sec


8.2 悬浊液型(AC液)
卵石层达到2.5~3.0MPa,
止水系数:10-7~10-8cm/sec;

中砂层达到1.5~2.0MPa,
止水系数:10-7~10-8cm/sec;

粘土层达到1.0~1.5MPa,
止水系数:10-8~10-9cm/sec。

来源:北京市城德建设工程有限公司、北京市城建设计研究院有限公司   
作者:王志德 宋笑丽 曾德光
编辑整理:项敏

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