第三章砂砾石层化学灌浆 砂砾石层一般空隙大，孔隙率高，因此渗透性较强。在 这样的松散地基上修建水工建筑物，必须采取有效的防渗和 固结处理，才能保证工程的经济效益和安全。砂砾石层的处 理，常用的有截水槽、水平铺盖、混凝土防渗墙以及灌浆处 理等。采用灌浆方法处理时，水泥常作为主要灌浆材料，有 的还加入定量的粘土。当水泥或掺加粘士的灌浆不能满足 要求时，例如：地下水流速较大，灌入的水泥即被动水冲 走，或水泥颗粒粗，不易灌入细砂层，则可采用化学灌浆处 理。 第一节调查研究和材料选择 1.调查研究 资料，了解其地质情况，特别是砂砾石层的组成和分布情 况。如勘测资料不足，还应取样作室内试验，以求得天然题 粒级配，渗透系数和其他如容重、孔隙比或孔隙率等各项物 理指标，然后据以选用合理的灌注方法和材料。 2.材料选择 选择适宜的灌浆材料处理砂砾石层，是取得良好的防渗 和固结效果的关键之一。对水泥灌不的细砂层，可采用丙 烯酰胺、铬本素或聚氨酯等材料进行灌浆，对地下水流速过 201 大的砂砾石层，在水泥灌浆不能满足要求时，可在上述材料 中掺加填料进行灌浆，以节省化灌浆材，对一些临时工程， 如围堰基础的砂砾石层，则可水玻璃与水泥共用。 第二节灌浆设计 根据砂砾石层的地质情况，确定灌浆措施和各种参数。 如勘测的地质资料尚不足以满足设计要求，则最好先进行现 场灌浆试验，以便做出正确的灌浆设计。 1.孔距与排距 灌浆孔的孔距主要决定于浆液在地层内的扩散半径。浆 液的扩散半径可根据下列公式计算而得。 （1）莱福（Raffle)公式（浆液呈球形扩散） er2 R (一1) α - 1( R 2 （2）马格（Maag)公式 a·n t= 31 3rkht 或 R = “+3 V na 式中e—孔隙比; ～一灌浆孔半径（厘米）; b一一渗透系数（厘米/秒), α—水的粘度与浆液粘度之比, 一一灌浆时间（秒）3 202 n 孔隙率（ % ) h灌浆压力（以水头高度厘米计）多 R一一灌浆有效扩散半径（厘米）。 （3）卡路(Karol)公式 _4b_/ yun 式中R一一扩散半径（英尺） n—孔隙率（%） t—胶凝时间（分） μ一粘度（厘泊） 4灌入量（英尺3/分）。 例如：被处理的砂层其渗透系数为4×10-3厘米/秒， 孔隙率㎡为50%，浆液粘度α为1.2厘泊，灌浆孔半径为 2厘米，灌浆压力h为5公斤/厘米即5000厘米水头，灌浆 时间为15分即900秒。按马格公式计算浆液的扩散半径如 下: 3krht R: ←3 3×4×10~3×2×5000×900 十23=57厘米 0.5×1.2 求得浆液的扩散半径后，再计算孔距。孔距-一般应小于 扩散半径的2倍但大于扩散半径，否则相邻二孔相互不能交 圆成幕，如距离太近，则在灌浆时，可能相互有影响，且经 济上也不合理。 一般孔距最好为扩散半径的1.5倍。如上例，孔距应为 57×1.5=85.5厘米。 至于排距，则可等于或小于孔距。 203 2.灌浆段长 砂石层的渗透性较强，所以灌浆孔段长的控制，亦应 比岩层的为短，般为0.3～0.5米，最长也不超过2～3 米，对细砂层亦有采用0.7～1.0米的，孔口段部位也有缩短 到0.1米左右的。总之，段长还得根据砂砾石层的具体情况 、而定。 3.灌浆压力 砂砾石层中孔隙较大。浆液易于流动，灌浆压力无露很 大，否则浆液就有可能超越设计范围，造成浪费。或有可能 引起地表冒浆或造成表层抬动，影响质量。为了防止这些现 象的发生，可根据不同深度采用不同灌浆压力，一般深度每 增加1米，压力可增加0.1～0.2公斤/厘米²。也有按水库水 头计算的，约为水头的0.3～0.6倍。 只要有升压条件，灌浆压力宜尽快升高至设计压力，使 全部或大部分的灌浆是在最大设计压力下进行的。 第三节造孔和灌浆施工 1.造孔 砂砾石层的造孔，目前采用的可归纳为冲击打管和回转 钻进两种。冲击打管可用人力或利用钻机上的升降设备，以 無击钻管进行造孔，至于回转钻进，在造孔时，有用滑 水泥浆循环的。这些方法可根据不同要求和地质情况，分 别采用。 （1）冲击打管这种方法是将无缝钢管直接打入砂砾 有层中，进行造孔，无缝钢管下部装有花管作为将来灌浆之 用，管的最下端装有锥形体，使管子易于打入砂砾石层，见 204 图2-3-1。这种造孔方法的优点是造孔与灌浆两个工厚感 切绪合的，操作也较简单。近年来，有一些砂砾存层较浅， 或对防渗要求不太高的临时性的工程，如围堰的砂砾有层基 础，则直接将钻杆用吊锤打至设计 孔深。钻杆下亦装有花管和锥形 F5 体，花管的孔眼总面积约为钻杆径 向截面积的1.2～1.5倍，孔眼直径 2 有中3～5毫米，亦有用Φ10～12 来的。灌浆管一次打至设计孔 深，然后自下而上逐段提拔灌浆管 进行灌注。 （2）回转钻进 1）清水循环钻进：有时为了 图2-3-1冲击钻具 能获得准确可靠的砂砾石层渗透系 示意图 数，常用清水循环进行造孔，但在 1一花管，2一导管，3—打 管帽，4--吊锤；5-导杆， 钻进过程中，孔壁可能塌掉块， 6一管内涌砂，7一形体 因此常下套管护壁。在一定地质条 件下，有的采用保持钻孔满水的措施进行钻进、并不下套管。 2）泥浆循环钻进：在钻进过程中，使用泥浆循环，不 但能冷却钻头、利于钻进，且能保护孔壁，防止塌。使用 的泥浆一般有两种，一是粘土浆，一是水泥粘土浆，可根据 不同要求选用，其浓度在保证孔壁稳定的条件下应尽量使用 稀的泥浆，以减少对灌浆的影响。 用泥浆护壁造孔，能节省管材，提高造孔效率，且省去 套管的下入和起拔工序，大大节约了劳动力。 2.灌浆 （1）冲击打管方法造孔的灌浆首先用压力水将管内 205 图2-3-1。这种造孔方法的优点是造孔与灌浆两个工厚感 切绪合的，操作也较简单。近年来，有一些砂砾存层较浅， 或对防渗要求不太高的临时性的工程，如围堰的砂砾有层基 础，则直接将钻杆用吊锤打至设计 孔深。钻杆下亦装有花管和锥形 F5 体，花管的孔眼总面积约为钻杆径 向截面积的1.2～1.5倍，孔眼直径 2 有中3～5毫米，亦有用Φ10～12 来的。灌浆管一次打至设计孔 深，然后自下而上逐段提拔灌浆管 进行灌注。 （2）回转钻进 1）清水循环钻进：有时为了 图2-3-1冲击钻具 能获得准确可靠的砂砾石层渗透系 示意图 数，常用清水循环进行造孔，但在 1一花管，2一导管，3—打 管帽，4--吊锤；5-导杆， 钻进过程中，孔壁可能塌掉块， 6一管内涌砂，7一形体 因此常下套管护壁。在一定地质条 件下，有的采用保持钻孔满水的措施进行钻进、并不下套管。 2）泥浆循环钻进：在钻进过程中，使用泥浆循环，不 但能冷却钻头、利于钻进，且能保护孔壁，防止塌。使用 的泥浆一般有两种，一是粘土浆，一是水泥粘土浆，可根据 不同要求选用，其浓度在保证孔壁稳定的条件下应尽量使用 稀的泥浆，以减少对灌浆的影响。 用泥浆护壁造孔，能节省管材，提高造孔效率，且省去 套管的下入和起拔工序，大大节约了劳动力。 2.灌浆 （1）冲击打管方法造孔的灌浆首先用压力水将管内 205 图2-3-1。这种造孔方法的优点是造孔与灌浆两个工厚感 切绪合的，操作也较简单。近年来，有一些砂砾存层较浅， 或对防渗要求不太高的临时性的工程，如围堰的砂砾有层基 础，则直接将钻杆用吊锤打至设计 孔深。钻杆下亦装有花管和锥形 F5 体，花管的孔眼总面积约为钻杆径 向截面积的1.2～1.5倍，孔眼直径 2 有中3～5毫米，亦有用Φ10～12 来的。灌浆管一次打至设计孔 深，然后自下而上逐段提拔灌浆管 进行灌注。 （2）回转钻进 1）清水循环钻进：有时为了 图2-3-1冲击钻具 能获得准确可靠的砂砾石层渗透系 示意图 数，常用清水循环进行造孔，但在 1一花管，2一导管，3—打 管帽，4--吊锤；5-导杆， 钻进过程中，孔壁可能塌掉块， 6一管内涌砂，7一形体 因此常下套管护壁。在一定地质条 件下，有的采用保持钻孔满水的措施进行钻进、并不下套管。 2）泥浆循环钻进：在钻进过程中，使用泥浆循环，不 但能冷却钻头、利于钻进，且能保护孔壁，防止塌。使用 的泥浆一般有两种，一是粘土浆，一是水泥粘土浆，可根据 不同要求选用，其浓度在保证孔壁稳定的条件下应尽量使用 稀的泥浆，以减少对灌浆的影响。 用泥浆护壁造孔，能节省管材，提高造孔效率，且省去 套管的下入和起拔工序，大大节约了劳动力。 2.灌浆 （1）冲击打管方法造孔的灌浆首先用压力水将管内 205