浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥的注浆方法

摘要

在浅埋暗挖法地层加固时需要对地基进行注浆处理，第一次注浆采用普通水泥，而在第二次采用超细水泥进行补注。本发明所述的浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法，在第二次补注时，采用普通水泥代替超细水泥进行注浆以改良土壤，对开挖轮廓线外一定范围内淤泥质粘土进行针对性改良，保证了安全开挖。采用普通水泥注浆在强度上不仅与超细水泥注浆相当，而且节约了工程造价，具有良好的经济、社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程施工用的在以淤泥为主的地质条件下，采用TSS辅助二 重管无收缩浆液加固技术，在二次注浆时，以普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、 膨胀剂、纤维素醚为注浆材料改良土壤的一种方法。

背景技术

目前，劈裂注浆是在软弱土层中应用最广泛的一种注浆方法。在处理淤泥工 程中，通过注入浆液以改良土壤为目的，增强土体强度。注浆分两次进行，第一 次注浆采用普通水泥对土层进行加固，第二次采用超细水泥对其进行补注处理， 从而达到加固土层的目的。

本发明通过对地层土体进行物理力学分析，结合本工程实际及现场试验，参 照相关工程成功经验，在二次注浆时，采用普通水泥代替超细水泥对土壤进行补 注以改良土壤。通过研究其各原料的性质，在试验中确定最佳水灰比、水玻璃浓 度、注浆速度和注浆压力等，从而获得最佳配合比以满足工程的需要。施工方法 与采用超细水泥时相同，并且施工后土层能达到使用超细水泥补注时的强度，但 是超细水泥的价格远远高于普通水泥，价格是其3倍，在浅埋暗挖法地层加固时， 采用普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法，可以为工程节约大量的资金，有良好 的经济、社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种能应用于土木工程的在以淤泥为主的地质条件 下，采用TSS辅助二重管无收缩浆液加固技术，在二次注浆时，以普通水泥、水 玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤维素醚为注浆材料改良土壤的一种方法。

1、本发明所述的浅埋暗挖法地层加固在二次注浆时用普通水泥注浆取代超 细水泥注浆方法，其特征在于：所采用的注浆材料为水泥、水玻璃、水、铝酸盐 速凝剂、膨胀剂、纤维素醚以质量比1∶0.3∶0.75∶0.01∶0.05∶0.003组成。

2、本发明所述的浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法， 其特征在于：所采用的水玻璃是一种无机粘合剂，主要成分为硅酸钠，其粘结 性强、耐酸、耐热，通常用以加固土壤。

3、本发明所述的浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法， 其特征在于：水泥是标号32.5的硅酸盐水泥。

4、如权利要求1所述的注浆方法，其特征在于：所采用的铝酸盐速凝剂的 主要成分是铝酸钠和铝酸钾。

5、如权利要求1所述的注浆方法，其特征在于：所采用的纤维素醚是羟丙 基甲基纤维素醚，是一种水溶性高分子材料。

6、如权利要求1所述的注浆方法，其特征在于：所采用的膨胀剂是低碱U 型混凝土膨胀剂。

7、本发明所述的浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法， 其特征在于：二次注浆时注浆材料的注入压力为：预注压力＝0.3-1.0Mpa；补注 压力＝1.0-1.5Mpa。

8、本发明所述的浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法， 其特征在于：所述注浆材料的注入率(注入预定土层范围内浆液量Q(m³)与预 定注入范围地层总体积V(m³)的比值)确定为30％～50％。

9、本发明所述的浅埋暗挖法地层加固普通水泥注浆取代超细水泥注浆方法， 其特征在于：在二次注浆时采用TSS辅助二重管无收缩双浆液加固技术，二重管 无收缩双浆液标准注浆速度为14L/min，TSS注浆管双液浆注浆速度16L/min。

本发明的有益效果：

在二次注浆时，以普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂和纤维素醚为 注浆材料，采用二重管钻机无收缩浆液加固技术为主，TSS注浆管无收缩液浆加 固为辅的注浆方法。加固后可以保证开挖面土体的稳固，使地层的物理力学指标 大幅提高，能有效地控制土体变形。浆液配制简单，操作方便，不受温度影响， 无毒，对环境与河水无污染，对人类无多大害处。采用普通水泥代替超细水泥注 浆，不仅强度没有降低，且超细水泥凝胶时间长，易受地下水稀释影响，其水泥 浆成本较高(8000元/m³左右)，为普通水泥浆成本的3倍左右。使用普通水泥 代替超细水泥注浆，大大地降低了工程造价，具有良好的经济效益。

具体实施方式

1.普通水泥浆液基本性质

普通水泥类浆液是以普通水泥为主，添加一定量的铝酸盐速凝剂、膨胀剂 和纤维素醚，用水调剂成的浆液，采用双液浆方式注入岩土层，由表1可见，随 着水灰比的增大，水泥浆的抗压强度有十分明显地降低，水灰比对浆液的抗压强 度影响极大。

表1普通水泥加固抗压强度

2.超细水泥浆液基本性质

超细水泥是普通水泥再加工磨细而得，其化学成分与普通水泥成分一致， 由表2可见，随着水灰比的增大，超细水泥浆的抗压强度也呈十分明显地下降趋 势。

表2超细水泥加固抗压强度

以往在杭州、上海等地进行浅埋暗挖法进行施工时，对于二次注浆往往采用 超细水泥注浆，由于淤泥质软土孔隙极小，其加固效果值得探讨。表1、2为普 通水泥与超细水泥加固通道淤泥地层的强度室内试验，试验结果表明，同掺量下 超细水泥与普通水泥加固效果比较，强度相当，且超细水泥凝胶时间长，易受地 下水稀释影响并且超细水泥其水泥浆成本较高(8000元/m³左右)，为普通水泥 浆成本的3倍左右。故选定普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤维素 醚注浆材料作为二次注浆的主要加固材料。在特殊地段(如管线下方)采用HSC 特种灌浆材料进行地层加固，严格控制地表隆起，确保管线安全。

为进一步确定现场注浆材料配比，本项目进行了不同水玻璃浓度、水灰比下 浆液配比试验。

表3水泥-水玻璃浆液结石体抗压强度

根据表3可以得到：

(1)随着水泥浆水灰比增大，浆液抗压强度减小。特别在水灰比为1∶1-1.5∶1 之间，水灰比对浆液的抗压强度影响极大。当水灰比大于1∶1时，浆液的抗压强 度较小，不满足工程需要。

(2)随着水玻璃体浓度的增大，浆液抗压强度减小，且水玻璃掺入量过大会降 低土体强度。

为了满足现场注浆试验可注性及强度要求，最终确定浆液水灰比0.8-1.2。

3.现场注入试验：

依据室内注浆材料性能研究及初步结果，现场试验的注浆材料为：普通水泥、 水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤维素醚、HSC含水细砂型灌浆材料。对上述 五种注浆材料采用二重管钻机进行现场试验，在预定的注浆压力控制下，使浆液 克服各种阻力渗入土体的孔隙中，对土体产生压密效应；在一定的压力范围采用 瞬间劈裂的形式加压沿地层结构面产生劈裂流动，使浆液向劈裂的缝隙进一步呈 脉状形式流动；浆液从裂缝不断向外扩展、扩散、劈裂、压密后逐渐形成不规则 的结石体，固化吸水，从而达到增加地层密实度，加固淤泥质粘土的目的。

3.1注浆范围

考虑通道周边承载及开挖安全，依据勘测报告，设计推荐地层的加固强度为 1.2Mpa，加固范围为通道及周边外2m(基底下为3m)以内。

3.2注入压力

注入压力是注浆施工效果好坏的关键因素之一。关于注入压力，在对地层、 地下埋设物、邻近构造物没有影响的前提下，提高注入压力可得到较好的效果。 注入压力不仅由覆盖土厚度因素决定，还应考虑周围环境条件等因素。

现场实验注入，当注浆时间t＝30min，注浆压力分别取0.1～1.0MPa时浆液 扩散半径及土体抗压强度如表4、表5所示：

表4浆液扩散半径随注浆压力的变化表

表5土体抗压强度随注浆压力的变化表

由以上表格可以看出，在二次注浆时，相同注浆时间时，浆液扩散半径和土 体抗压强度随注浆压力的增大而增大，且抗压强度的增长速率大于浆液扩散半径 的增长速率。经分析后确定注入压力为：预注压力＝0.3-1.0Mpa；补注压力＝1.0 -1.5Mpa。

3.3注入率

注入率是注入预定土层范围内浆液量Q(m³)与预定注入范围地层总体积V (m³)的比值。注入率的大小直接影响浆液固结物产生压密现象的程度。注入率 可用下式表示：

λ＝Q/V＝na

其中λ：注入率(％)；n：地层的间隙率；a：填充率(％)。

从实践经验知，淤泥质土壤保持在30％以上注入率，则注入效果较明显， 故注入率确定为30％～50％。

3.4注入速度

一般情况下速度低效果好，但是通常情况，往往需兼顾有效利用对地层及邻 近构造物没有影响的注入压力、经济效益等因素，综合考虑注入速度，具体数据 见表6、表7：

表6TSS注浆管注浆速度与扩散半径关系变化表

表7二重管注浆速度与扩散半径关系变化表

由表6、表7可以看出，在二次注浆时，相同注浆压力下，浆液扩散半径均 随注浆速度的增长而增加，但随着注入速度的增大，增长趋势减缓，所以选择合 适的注浆速度很重要，经过分析选择二重管无收缩双浆液标准注浆速度为14 L/min，TSS注浆管双液浆注浆速度16L/min。

由以上实验结果可知：

(1)在二次注浆时，采用普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤 维素醚为注浆材料和超细水泥浆液改良淤泥质粘土层对比，效果相差不大，但考 虑到工程造价等原因，确定了普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤维 素醚作为工程注浆材料，并确定了最优水灰比和水玻璃浓度。(建议列表示出采 用1吨本发明注浆材料的造价与能达到改良淤泥质粘土层的相同效果的一吨超 细水泥浆液的造价相比的列表)。

(2)普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤维素醚注浆材料经高 速搅拌，更充分地分散，提高了浆液的稳定性，确保淤泥基础的可灌性。加固后 可以保证开挖面土体的稳固，使地层的物理力学指标大幅提高，能有效地控制土 体变形。

(3)浆液配制简单，操作方便，不受温度影响，无毒，对环境与河水无污染， 对人类无多大害处。采用普通水泥、水玻璃、铝酸盐速凝剂、膨胀剂、纤维素醚 注浆材料，价格便宜，降低工程成本。

(4)注浆材料凝结时间可调，可调至十几秒，缩短了强度上升期，可以实 现注完即开挖，而且可以起到有效的止水作用。根据部位不同，按照周边强、中 间适当原则，区别对待，保证土体稳固，同时尽可能方便开挖。

(5)在一定土质和浆液性质条件下，改变注浆压力和注浆速度均可以改变注 浆效果，调整浆液的扩散范围和对土体抗压强度，但改变速度有所差异。