砂砾石地层灌浆技术

砂砾石地层灌浆技术砂砾石地层灌浆技术 砂砾石层是冲积层（覆盖层）的一种，因其透水性大，在作为水工建筑物地基时常 常需要进行防渗处理。水泥（主要是水泥黏土浆液）灌浆是在砂砾石地基建造防渗帷幕 的一项有效措施。我国在二十世纪五、六十年代就在一些砂砾石地基上的重要工程成功 地建造了灌浆防渗帷幕。后来由于混凝土防渗墙技术的快速发展，使得灌浆帷幕的使用 逐渐减少，但近年来由于技术的进步和工程建设的需要，在江河堤防、病险水库的防渗 加固和围堰防渗中帷幕灌浆渐多应用。 1 1 地层的可灌性地层的可灌性 1.11.1 砂砾石地层可灌性的判别方法砂砾石地层可灌性的判别方法 分析砂砾石地层的可灌性首先应当了解地层的组成、性质、紧密程度、胶结情况、 不同特性的土层分布、渗透性及颗粒级配等。根据颗粒级配曲线，可以用以下指标初步 分析地层的可灌性。 1.1.11.1.1 可灌比值可灌比值 可灌比值是砂砾石地层能否接受某种灌浆材料进行有效灌浆的一种指标通常用下式 表示： M = D15 d85 （1-1-1） 式中M—可灌比值； D15—砂砾石地层中含量为15%的颗粒粒径，mm； d85—灌浆材料中含量为 85%的颗粒的粒径，mm。常见灌浆材料的 d85值参见表 1-1-1。 在一般情况下，当 M≥10 时可灌注水泥黏土浆； 当 M≥15 时可以灌注水泥浆。实 践经验证明，所用灌浆材料满足上述条件时，一般可使砂砾层的渗透系数降低至 10-4～ 10-5cm/s 的水平。 表表 1-1-11-1-1各种灌浆材料的各种灌浆材料的 d d85 85 值值 灌浆 材料 42.5 水泥 32.5 水泥 磨细 水泥 膨润土黏土 水泥 黏土浆 粉煤灰 1 d85(mm)0.060.0750.0250.00150.02~0.0260.05~0.060.047 1.1.21.1.2 小于小于 0.1mm0.1mm 颗粒含量颗粒含量 由于水泥颗粒的最大粒径接近0.1mm，一些工程的实践表明，对于小于0.1mm 颗粒 含量少于 5%的砂砾石地层都可接受水泥黏土浆的有效灌注。 1.1.31.1.3 冲积层的颗粒级配曲线冲积层的颗粒级配曲线 我国曾根据一些工程的经验整理出若干特征曲线作为地基对不同灌浆材料可灌性的 界限，如图 1-1-1，当被灌地层的颗粒曲线位于A 线左侧时，该地层容易接受水泥灌浆； 当地层埋藏较浅（如 5m～10m） ，其颗粒曲线位于 B 线和 A 线之间时也可以接受水泥黏 土灌浆； 当地层颗粒曲线位于C 线和 B 线之间时， 该地层容易接受一般的水泥黏土灌浆； 当地层颗粒曲线位于 D 线和 C 线之间时，需使用膨润土和磨细水泥灌注。 图图 1-1-11-1-1 判别冲积层可灌性的颗粒级配曲线判别冲积层可灌性的颗粒级配曲线 1.1.41.1.4 地层渗透系数的大小地层渗透系数的大小 渗透系数的大小可以间接地反映地层孔隙的大小，因而也可用渗透系数判别砂砾石 地层的可灌性。根据勘探试验资料统计，不同性质的冲积层的渗透系数范围见表1-1-2， 不同灌浆材料可适用地层的渗透系数见表1-1-3。 表表 1-1-21-1-2不同土质的渗透系数不同土质的渗透系数 土的分类 cm/s 渗透系数范围 m/d 2 砂卵石 砂砾石 粗砂 中砂 细砂 粉细砂 粉砂 10-1 6×10-2～10-1 3×10-2～6×10-2 10-2～3×10-2 10-2 6×10-3～10-2 10-5～6×10-3 80～120 50～80 25～80 15～25 8～15 5～8 1～5 表表 1-1-31-1-3不同灌浆材料可适用地层的渗透系数不同灌浆材料可适用地层的渗透系数 灌浆材料 水泥砂浆（细砂） 普通水泥浆 掺有减水剂的水泥浆 水泥黏土浆 黏土浆 磨细水泥黏土浆 膨润土浆 硅酸钠 可灌地层的最小渗透系数 cm/s 1.0 0.2 0.1 5×10-2 5×10-2 2×10-2 10-2 10-2 m/d 800 170 100 40 40 20 10 10 经验表明，地层的渗透系数愈大，灌浆效果愈好，灌浆后渗透系数降低愈多。反之， 地层的渗透系数愈小，灌浆后渗透系数降低也少。国内外若干砂砾石地基灌浆工程的情 况如表 1-1-4。 总之，砂砾石地层结构复杂，确定砂砾石层是否可灌，选择何种浆液适宜，最好采 用上述多种判别方法进行综合分析。对于地基中存在不同分层的情况，就要选用不同的 灌注材料。 3 表表 1-1-41-1-4 国内外若干砂砾石地基灌浆工程的情况国内外若干砂砾石地基灌浆工程的情况 建成 年分 1959 1960 1960 1967 1971 1977 1988 1960 1961 坝高帷幕 帷幕 或水最大 面积 头深度 （m） （m）（m） 46 120 60 115 111 15 19.8 66 51.5 5200 42000 6200 21000 54700 60 120 115 150 110 250 14200 帷幕孔布置 排数 7 19 5 10 15 4 2 3 2 3 3 排距 （m） 3 2～2.5 3 3 2.5～5 2.5 3.5 4、5 1.7～3.3 1.5～2 0.75～ 1.25 3.0 孔距 （m） 2～3 2.5～4 3～4.5 3.5 2.5 2.5 2.5 4 6 1.5～ 3.5 2 3.0 灌浆孔 总长 （m） 8000 16200 8000 49000 335000 17350 1735 17790 最大灌浆 压力 （MPa） (0.3~0.6)H 0.6H ＜6～8 (0.3~0.6)H 2～2.5 3～6 0.8～1.0H 2.5 1.8 单位注入量 t/m 1.3 1.5 2.1 1.4 1.4 1.37 t/m2 2.5 6.7 3.1 3.2 6.1 1.67 平均渗透系数 （cm/s） 灌浆前 5×10-1 3×10-1 9×10-2 2×10-1 10-2～10-4 10-1～10-3 10-1～10-2 1.7×10-2 2.3×10-3 (4～10)× 10-1 7×10-3～ 5×10-2 (5～22)× 10-2 (0.8~7.6) ×10-2 20～ 100Lu 10-2～10-1 灌浆后 (1～3)× 10-4 2×10-5 4×10-4 6×10-5 3×10-4 10-4 2.3×10-5 6×10-5～ 7×10-4 10-4～ 10-3 1～11.2Lu 工程名国别 西尔文斯坦 谢尔庞桑 米松·太沙基 马特马克 阿斯旺高坝 船明 只见 密云水库 岳城水库* 小南海地震堆 积坝* 冶勒灌浆试验* 下坂地灌浆 试验* 德国 法国 加拿 大 瑞士 埃及 日本 日本 中国 中国 铺盖灌浆深 5m 2740044 23 湿磨水泥 260kg/m 左岸 637 右岸 2340kg/m 0.457中国200210080481240.2～1.4 中国 中国 2002 2003 125.5 78 96 158 3 3 473 1665 3.5 2.5 0.192 0．641 1～4.6Lu 1.7× 10-6～1.8 ×10-4 *采用循环钻灌法施工，其余均采用预埋花管法施工