论文部分内容阅读
[摘要]袖阀管注浆工法由于能较好地控制注浆范围和注浆压力,可进行重复注浆,且发生冒浆与串浆的可能性很小等特点,得到较广泛的应用。本文阐述了袖阀管注浆加固机理、工法的特点、主要技术要求和施工工艺流程,以及施工质量控制。
Abstract: This paper describes the sleeve valve tube grouting reinforcement mechanism, method of characteristics, main technical requirements and construction process, and construction quality control
袖閥管注浆是由法国Soletanche基础工程公司于20世纪50年代首创的一种注浆工法。由于袖阀管注浆能较好地控制注浆范围和注浆压力,可进行重复注浆,发生冒浆与串浆的机率小，近年来在加固工程中得到较广泛应用。
一、袖阀管注浆原理
袖阀管注浆是浆液经过钻有直径为6mm的泄浆孔的袖阀管注浆管段,在内压力的作用下,将橡胶圈胀开和套壳料挤碎。浆液沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动,浆液在压力作用下,使得劈裂裂缝不断向外延伸,浆液在土体中形成固结体,从而达到增加地层强度,降低地层渗透性的目的。逐次提升或降低注浆内管即可实现分段注浆,袖阀管注浆原理如图所示。
二、袖阀管注浆工法特点
①相对于普通注浆, 具有上下2个止浆系统, 能将浆液限定在注浆区域的任一段范围内进行注浆,达到分段注浆的目的，其注浆针对性强,能用最节省的费用达到最理想的效果;
②止浆系统在光滑的袖阀管内可以自由移动,可根据需要在注浆区域内某一段反复注浆;
③根据地层特点,可在1根注浆管内不同区段采用不同的注浆材料,选用不同的注浆参数进行注浆施工。
④每个注浆长度固定为 30 ～50 cm，可据地层情况调整注浆长度，实现定量定尺控制注浆，在被加固的地层中，进行多点、定量、均衡的注浆，使得注浆体在地层中分布较为均匀，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。
⑤袖阀管注浆套壳料的作用,采取较大的注浆压力时,发生冒浆和串浆的可能性小。
三、袖阀管注浆适用范围
此工法适用于铁路、公路、市政和房屋建筑领域的土体加固工程。主要应用于：
①对松散，成分以粉质粘土、建筑垃圾为主，含少量碎石及块石片的杂填土层或砂层、卵石层等松散地层的土体加固；
②盾构机始发、到达时对洞门的加固；
③弥补旋喷桩、搅拌桩局部没有咬合或成桩效果不好所产生的空隙；
④充填矿区因过分开挖使地层出现破碎带或空洞，降低岩、土层的可压缩性，以减小周边建筑物的沉降和变形；
⑤阻止路基产生的裂缝或沉降变大而进行的加固；
⑥在深基坑周围做防渗处理等。
四、注浆参数
4.1注浆半径的确定。
依据袖阀管法理论模型,假定浆液在砂砾中作紊流运动,其扩散半径r1为:
式中:t———灌浆时间,s;
k——砂土的渗透系数,cm/s;
v——浆液的运动粘滞系数,cm/s;
h1——灌浆压力,MPa;
r0——灌浆管半径,cm;
de——被灌土体的有效粒径,cm;
n——砂土的孔隙率。
4.2注浆压力
注浆压力与所加固土体上覆盖土层的压力、浆液粘度、注浆速度和注浆量等因素有关,注浆过程中压力是变化的。
4.3每步距注浆量
Q=πR2Lnα(1+β)×1 000
式中:Q—每步距注浆量,L;
R—浆液扩散半径,取0.7~0.9 m;
L—注浆步距,取0.5 m;
n—岩层空隙率,因加固区域地层破碎,取20%;
α—浆液在地层中的有效充填系数,一般为0.3~0.9;
β—注浆损耗系数,一般为0.1~0.4。
五、袖阀管注浆施工流程
袖阀管注浆法主要施工流程如图所示,包括放样定位和钻孔、置换套壳料、插入袖阀管、注浆等。
5.1放样定位
用全站仪通过基点坐标引入辅助坐标点,再通过这些坐标点,采用拉线和钢尺量测的方法定出钻孔孔位。
5.2钻孔
钻机就位后,应使其平整稳固,开钻前对钻杆的垂直度进行检测,并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正,要求钻孔的倾斜度≤1%。在钻进的过程中,一般采用合金钻头,当遇到岩石时,采用金刚钻头。
为防止钻孔的塌孔,采用泥浆护壁,护壁泥浆比重为1.05~1.12。
为保证钻孔质量,应注意:①在钻孔时,保证转速均匀;②在换钻杆时,钻杆提升和放下应保持垂直,以免扩孔。
5.3 套壳料配合比及拌制
①进行套壳料配合比试验，水泥:膨润土=(0.6~0.8):1.2；
②先将膨润土放入已称好的水槽中；进行搅拌待用；
③将水泥放入另一已称好的水槽中,搅拌待用；
④将搅拌均匀的膨润土浆掺入水泥浆中混合搅拌后，成为套壳料；
⑤套壳料浇注时的粘度（S)为20~30, 析水率为6%～10%，7D龄期抗压 0.4MPa。
5.4置换套壳料
钻到设计深度后，先用清水冲洗钻杆，然后通过钻杆向孔内注入套壳料，将孔内泥浆置换成套壳料，发现孔口排出的泥浆中含有套壳料时，停止置换。
5.5插入袖阀管
套壳料置换结束后立即插入袖阀管。第一节袖阀管安装堵头, 为减小袖阀管的弯曲和方便插入，应对管中注入清水增加重力，尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。连接时应注意，需要注浆的地段用B管，不需要注浆的地方用A管。袖阀管的上端头露出地面20cm,用套头套牢,防止杂物进入管内。
5.6 封口
在孔口周围的地面到地面一下1m的距离范围内采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生。
5.7注浆
待套壳料强度达到设计强度后，在袖套管中插入双向密封注浆芯管进行跳孔分序分次注浆，每次注浆完成后，应用清水冲洗袖套管管内残留的水泥浆，在完成设计注浆并检查合格后，需采用塞子封好孔口，为下次注浆开孔打好基础。
现场注浆的工艺:①注浆内管放到袖阀管底部;②注浆内管顶部和液压泵的出浆端连接,中间接有压力表;③开启液压注浆泵进行注浆,为防止浆液在注浆内管和浆泵中凝固,当容器中的浆液全部注入到袖阀管中后,需对注浆内管进行冲洗。方法是把液压注浆泵的进浆端放入盛有清水的容器中,对袖阀管注入清水,注入的体积等于注浆内管体积和液压注浆泵进出浆皮管的体积。
注浆中应密切注意注浆压力的变化。每段注浆时,压力表应出现两次峰值,压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的,当套壳料被挤碎,这个峰值很快下降;随着浆液的注入,地层中间的空隙被填充,注浆压力也逐渐增大,达到第二次峰值。
注浆施工时记录每一个孔的每次注浆压力，注浆量和注浆时间等基本参数。
5.8 注浆施工控制标准
施工控制标准主要以压力控制为主，每次注浆量和总注浆量为施工控制手段，注浆施工中应通过现场试验对注浆参数及浆液配方作进一步确定，根据现场实际情况适当调整，确保注浆效果。
5.9施工记录
施工中应做好施工记录，详细记录钻孔深度、每轮次注浆压力 、注浆量、注浆时间和总注浆量等参数，并及时整理资料，分析对比相邻注浆孔和相邻一排注浆孔的注浆流量、注浆压力和注浆量等参数，根据参数变化情况评估注浆效果。对注浆过程中出现的问题及时进行分析处理。
5.9现场监测
利用埋设的检测点 ,对受注浆影响范围内的水平位移和竖向沉降进行监测,利用的监测信息指导施工。
六、施工质量控制
6.1 钻孔质量控制
采取以下措施保证钻孔轴线垂直度:
① 保证施工設备本身的精度，随机检测，发现问题及时解决。
② 钻机底座必须固定牢靠，使钻机在钻进时确保平稳。
③ 每个孔在钻进前用水平尺测量钻机的水平度; 每 2 m 利用垂球测量钻杆的垂直度，及时进行校正。
④加强施工监测。在钻进过程中随时利用经纬仪对钻杆的垂直度进行监控和调整，特别是加强钻孔轴线垂直度检测，根据检测结果及时调整水平度、垂直度等施工参数。
6.2注浆压力的控制
注浆压力一般与加固深度的覆盖压力、建筑物的荷载、浆液黏度、灌浆速度和灌浆量等因素有关。注浆过程中压力是变化的，一般情况下初始压力小，最终压力高。
6.3拔管控制
灌浆完毕后即要求拔管。若不及时拔管，浆液会把管子凝固住而增加拔管困难。拔管时宜采用拔管机。用塑料阀管注浆时，注浆芯管每次上拔高度应为 330 mm。拔出管后，应及时涮洗注浆管等，以便保持设备洁净通畅。拔出管后在土中留下的孔洞，应用水泥砂浆予以填塞。
6.4 注浆过程控制
①孔口止浆液有效率不得小于90%;
②每循环注浆的扩散半径合格率不得低于90%;
③严禁使用不合格材料;
④严密监视注浆压力和注浆量,出现异常时应立即停止灌入,查明原因,并采取相应措施;
⑤严格控制注浆压力、注浆量、注浆深度；
⑥加强浆液的管理，防止浆液的流失；
⑦注浆过程中，作业人员应使用防护用具；
6.5质量检验
现场施工时主要采用记录分析法、钻孔取芯法、观察验证法相结合,通过综合分析,对注浆加固效果进行判定。
记录分析法是汇总、整理注浆施工记录,分析各孔位的注浆压力、注浆速度、注浆量等参数,判断薄弱部位是否需进行补充注浆。钻孔取芯法是在注浆薄弱部位钻检查孔取芯,根据芯样分析注浆加固效果,判定是否需要补充注浆。
七、安全措施
①高压泥浆泵、空压机、高压清水泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，以保证正常工作；
②钻机操作人员应具有熟练操作技术；
③注浆过程中，作业人员应使用防护用具；
④施工前应检查高压设备和管路系统，其压力和流量需满足设计要求，应检查管道的耐久性以及管道连接是否可靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须良好，无渗漏现象，否则接头断开、软管破裂，将会导致浆液、高压水流飞散、软管甩出等安全事故。安全阀中的安全销要进行试压检验（试压检验到当地压力容器检验所检验），必须确保在达到规定压力时能断销卸压，绝不能轻易安装未经试压检验的自制安全销；
⑤浆液目前一般以水泥浆为主，但有时也加入其他化学添加剂，一般说浆液硬化后对人畜均无害，但硬化前的液体进到眼睛里时，必须立即进行充分清洗，并及时到医院治疗；
⑥吊、放喷射管路时，严禁管下站人。不得将电缆浸泡在水和泥浆中，防止漏电伤人。
八、 环境保护措施
①引孔时，排出的泥浆应沉淀处理后排放，并符合环保要求；
②水泥、石灰细颗粒散体材料，应遮盖存放；运输时必须必须封闭覆盖，不得沿途撒落；
③制定洒水防尘措施，指定专人负责现场洒水降尘；
④不得随意排放废弃的加固料；
⑤有害气体、噪音控制在国家规定允许的范围内；
⑥合理处理生活和建筑垃圾，保证不污染地方环境；
⑦优化施工方案，尽量避免和减少夜间施工对环境及居民的影响；
⑧爱护环境，保证绿化及现有植被。
引文:
[1]. 龚红旗, 浅析袖阀管注浆法进行地基处理. 岩土工程界, (0).
[2]. 孔少波, 王兴猛与张玉川, 水平袖阀管深孔注浆在广州地铁的应用. 现代隧道技术, (1).
[3]. 章寰, 袖阀管双液浆工法在超深基坑中的应用技术. 铁道建筑技术, (2).
[4]. 王涛, 袖阀管注浆加固地基方案设计及应用. 西部探矿工程, (1).
[5]. 应金星, 袖阀管注浆加固设计与施工工艺研究. 吉林水利, (1).
[6]. 袁辉, 袖阀管注浆加固深层土技术. 市政技术, (3).
Abstract: This paper describes the sleeve valve tube grouting reinforcement mechanism, method of characteristics, main technical requirements and construction process, and construction quality control
袖閥管注浆是由法国Soletanche基础工程公司于20世纪50年代首创的一种注浆工法。由于袖阀管注浆能较好地控制注浆范围和注浆压力,可进行重复注浆,发生冒浆与串浆的机率小，近年来在加固工程中得到较广泛应用。
一、袖阀管注浆原理
袖阀管注浆是浆液经过钻有直径为6mm的泄浆孔的袖阀管注浆管段,在内压力的作用下,将橡胶圈胀开和套壳料挤碎。浆液沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动,浆液在压力作用下,使得劈裂裂缝不断向外延伸,浆液在土体中形成固结体,从而达到增加地层强度,降低地层渗透性的目的。逐次提升或降低注浆内管即可实现分段注浆,袖阀管注浆原理如图所示。
二、袖阀管注浆工法特点
①相对于普通注浆, 具有上下2个止浆系统, 能将浆液限定在注浆区域的任一段范围内进行注浆,达到分段注浆的目的，其注浆针对性强,能用最节省的费用达到最理想的效果;
②止浆系统在光滑的袖阀管内可以自由移动,可根据需要在注浆区域内某一段反复注浆;
③根据地层特点,可在1根注浆管内不同区段采用不同的注浆材料,选用不同的注浆参数进行注浆施工。
④每个注浆长度固定为 30 ～50 cm，可据地层情况调整注浆长度，实现定量定尺控制注浆，在被加固的地层中，进行多点、定量、均衡的注浆，使得注浆体在地层中分布较为均匀，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。
⑤袖阀管注浆套壳料的作用,采取较大的注浆压力时,发生冒浆和串浆的可能性小。
三、袖阀管注浆适用范围
此工法适用于铁路、公路、市政和房屋建筑领域的土体加固工程。主要应用于：
①对松散，成分以粉质粘土、建筑垃圾为主，含少量碎石及块石片的杂填土层或砂层、卵石层等松散地层的土体加固；
②盾构机始发、到达时对洞门的加固；
③弥补旋喷桩、搅拌桩局部没有咬合或成桩效果不好所产生的空隙；
④充填矿区因过分开挖使地层出现破碎带或空洞，降低岩、土层的可压缩性，以减小周边建筑物的沉降和变形；
⑤阻止路基产生的裂缝或沉降变大而进行的加固；
⑥在深基坑周围做防渗处理等。
四、注浆参数
4.1注浆半径的确定。
依据袖阀管法理论模型,假定浆液在砂砾中作紊流运动,其扩散半径r1为:
式中:t———灌浆时间,s;
k——砂土的渗透系数,cm/s;
v——浆液的运动粘滞系数,cm/s;
h1——灌浆压力,MPa;
r0——灌浆管半径,cm;
de——被灌土体的有效粒径,cm;
n——砂土的孔隙率。
4.2注浆压力
注浆压力与所加固土体上覆盖土层的压力、浆液粘度、注浆速度和注浆量等因素有关,注浆过程中压力是变化的。
4.3每步距注浆量
Q=πR2Lnα(1+β)×1 000
式中:Q—每步距注浆量,L;
R—浆液扩散半径,取0.7~0.9 m;
L—注浆步距,取0.5 m;
n—岩层空隙率,因加固区域地层破碎,取20%;
α—浆液在地层中的有效充填系数,一般为0.3~0.9;
β—注浆损耗系数,一般为0.1~0.4。
五、袖阀管注浆施工流程
袖阀管注浆法主要施工流程如图所示,包括放样定位和钻孔、置换套壳料、插入袖阀管、注浆等。
5.1放样定位
用全站仪通过基点坐标引入辅助坐标点,再通过这些坐标点,采用拉线和钢尺量测的方法定出钻孔孔位。
5.2钻孔
钻机就位后,应使其平整稳固,开钻前对钻杆的垂直度进行检测,并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正,要求钻孔的倾斜度≤1%。在钻进的过程中,一般采用合金钻头,当遇到岩石时,采用金刚钻头。
为防止钻孔的塌孔,采用泥浆护壁,护壁泥浆比重为1.05~1.12。
为保证钻孔质量,应注意:①在钻孔时,保证转速均匀;②在换钻杆时,钻杆提升和放下应保持垂直,以免扩孔。
5.3 套壳料配合比及拌制
①进行套壳料配合比试验，水泥:膨润土=(0.6~0.8):1.2；
②先将膨润土放入已称好的水槽中；进行搅拌待用；
③将水泥放入另一已称好的水槽中,搅拌待用；
④将搅拌均匀的膨润土浆掺入水泥浆中混合搅拌后，成为套壳料；
⑤套壳料浇注时的粘度（S)为20~30, 析水率为6%～10%，7D龄期抗压 0.4MPa。
5.4置换套壳料
钻到设计深度后，先用清水冲洗钻杆，然后通过钻杆向孔内注入套壳料，将孔内泥浆置换成套壳料，发现孔口排出的泥浆中含有套壳料时，停止置换。
5.5插入袖阀管
套壳料置换结束后立即插入袖阀管。第一节袖阀管安装堵头, 为减小袖阀管的弯曲和方便插入，应对管中注入清水增加重力，尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。连接时应注意，需要注浆的地段用B管，不需要注浆的地方用A管。袖阀管的上端头露出地面20cm,用套头套牢,防止杂物进入管内。
5.6 封口
在孔口周围的地面到地面一下1m的距离范围内采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生。
5.7注浆
待套壳料强度达到设计强度后，在袖套管中插入双向密封注浆芯管进行跳孔分序分次注浆，每次注浆完成后，应用清水冲洗袖套管管内残留的水泥浆，在完成设计注浆并检查合格后，需采用塞子封好孔口，为下次注浆开孔打好基础。
现场注浆的工艺:①注浆内管放到袖阀管底部;②注浆内管顶部和液压泵的出浆端连接,中间接有压力表;③开启液压注浆泵进行注浆,为防止浆液在注浆内管和浆泵中凝固,当容器中的浆液全部注入到袖阀管中后,需对注浆内管进行冲洗。方法是把液压注浆泵的进浆端放入盛有清水的容器中,对袖阀管注入清水,注入的体积等于注浆内管体积和液压注浆泵进出浆皮管的体积。
注浆中应密切注意注浆压力的变化。每段注浆时,压力表应出现两次峰值,压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的,当套壳料被挤碎,这个峰值很快下降;随着浆液的注入,地层中间的空隙被填充,注浆压力也逐渐增大,达到第二次峰值。
注浆施工时记录每一个孔的每次注浆压力，注浆量和注浆时间等基本参数。
5.8 注浆施工控制标准
施工控制标准主要以压力控制为主，每次注浆量和总注浆量为施工控制手段，注浆施工中应通过现场试验对注浆参数及浆液配方作进一步确定，根据现场实际情况适当调整，确保注浆效果。
5.9施工记录
施工中应做好施工记录，详细记录钻孔深度、每轮次注浆压力 、注浆量、注浆时间和总注浆量等参数，并及时整理资料，分析对比相邻注浆孔和相邻一排注浆孔的注浆流量、注浆压力和注浆量等参数，根据参数变化情况评估注浆效果。对注浆过程中出现的问题及时进行分析处理。
5.9现场监测
利用埋设的检测点 ,对受注浆影响范围内的水平位移和竖向沉降进行监测,利用的监测信息指导施工。
六、施工质量控制
6.1 钻孔质量控制
采取以下措施保证钻孔轴线垂直度:
① 保证施工設备本身的精度，随机检测，发现问题及时解决。
② 钻机底座必须固定牢靠，使钻机在钻进时确保平稳。
③ 每个孔在钻进前用水平尺测量钻机的水平度; 每 2 m 利用垂球测量钻杆的垂直度，及时进行校正。
④加强施工监测。在钻进过程中随时利用经纬仪对钻杆的垂直度进行监控和调整，特别是加强钻孔轴线垂直度检测，根据检测结果及时调整水平度、垂直度等施工参数。
6.2注浆压力的控制
注浆压力一般与加固深度的覆盖压力、建筑物的荷载、浆液黏度、灌浆速度和灌浆量等因素有关。注浆过程中压力是变化的，一般情况下初始压力小，最终压力高。
6.3拔管控制
灌浆完毕后即要求拔管。若不及时拔管，浆液会把管子凝固住而增加拔管困难。拔管时宜采用拔管机。用塑料阀管注浆时，注浆芯管每次上拔高度应为 330 mm。拔出管后，应及时涮洗注浆管等，以便保持设备洁净通畅。拔出管后在土中留下的孔洞，应用水泥砂浆予以填塞。
6.4 注浆过程控制
①孔口止浆液有效率不得小于90%;
②每循环注浆的扩散半径合格率不得低于90%;
③严禁使用不合格材料;
④严密监视注浆压力和注浆量,出现异常时应立即停止灌入,查明原因,并采取相应措施;
⑤严格控制注浆压力、注浆量、注浆深度；
⑥加强浆液的管理，防止浆液的流失；
⑦注浆过程中，作业人员应使用防护用具；
6.5质量检验
现场施工时主要采用记录分析法、钻孔取芯法、观察验证法相结合,通过综合分析,对注浆加固效果进行判定。
记录分析法是汇总、整理注浆施工记录,分析各孔位的注浆压力、注浆速度、注浆量等参数,判断薄弱部位是否需进行补充注浆。钻孔取芯法是在注浆薄弱部位钻检查孔取芯,根据芯样分析注浆加固效果,判定是否需要补充注浆。
七、安全措施
①高压泥浆泵、空压机、高压清水泵必须指定专人操作，压力表应定期检修检定，以保证正常工作；
②钻机操作人员应具有熟练操作技术；
③注浆过程中，作业人员应使用防护用具；
④施工前应检查高压设备和管路系统，其压力和流量需满足设计要求，应检查管道的耐久性以及管道连接是否可靠，泵体、注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，各类密封圈必须良好，无渗漏现象，否则接头断开、软管破裂，将会导致浆液、高压水流飞散、软管甩出等安全事故。安全阀中的安全销要进行试压检验（试压检验到当地压力容器检验所检验），必须确保在达到规定压力时能断销卸压，绝不能轻易安装未经试压检验的自制安全销；
⑤浆液目前一般以水泥浆为主，但有时也加入其他化学添加剂，一般说浆液硬化后对人畜均无害，但硬化前的液体进到眼睛里时，必须立即进行充分清洗，并及时到医院治疗；
⑥吊、放喷射管路时，严禁管下站人。不得将电缆浸泡在水和泥浆中，防止漏电伤人。
八、 环境保护措施
①引孔时，排出的泥浆应沉淀处理后排放，并符合环保要求；
②水泥、石灰细颗粒散体材料，应遮盖存放；运输时必须必须封闭覆盖，不得沿途撒落；
③制定洒水防尘措施，指定专人负责现场洒水降尘；
④不得随意排放废弃的加固料；
⑤有害气体、噪音控制在国家规定允许的范围内；
⑥合理处理生活和建筑垃圾，保证不污染地方环境；
⑦优化施工方案，尽量避免和减少夜间施工对环境及居民的影响；
⑧爱护环境，保证绿化及现有植被。
引文:
[1]. 龚红旗, 浅析袖阀管注浆法进行地基处理. 岩土工程界, (0).
[2]. 孔少波, 王兴猛与张玉川, 水平袖阀管深孔注浆在广州地铁的应用. 现代隧道技术, (1).
[3]. 章寰, 袖阀管双液浆工法在超深基坑中的应用技术. 铁道建筑技术, (2).
[4]. 王涛, 袖阀管注浆加固地基方案设计及应用. 西部探矿工程, (1).
[5]. 应金星, 袖阀管注浆加固设计与施工工艺研究. 吉林水利, (1).
[6]. 袁辉, 袖阀管注浆加固深层土技术. 市政技术, (3).