地下工程特殊施工技术辽工大土木与交通Word格式.docx

1、轻型井点包括由井点管、总管组成的管路系统和抽吸设备两大部分。井点管长58m，直径3850mm的钢管做成。滤管长12m，直径同井管，管壁钻有直径3850mm的滤孔，按梅花状排列，滤孔总面积与滤管表面积之比约为2025%。 3、喷射井点系统 当基坑开挖深度或降水深度超过6m时，上述轻型井点必须采用多层井点，但增加了挖土量与设备数量，有时因场地狭小，不可能布置。此时可考虑采用喷射井点。喷射井点系统布置，见图7-7所示。喷射井点系统除抽水原理与轻型井点系统不同外，两者的布置基本相同。其工作原理是：高压水泵将具有一定压力（78kg/cm2）的工作水通过供水总管分配到各个井点管，从各个井点管的内管与外管之

2、间的环形空腔入进水窗，由喷嘴喷出。因喷射水流流速急剧增加，压力水头相应降低，吸走周围空气而形成高度真空（700mm以上）。管内外的压力差将地下压力水吸入井管。地下水及一部分空气通过滤网，从滤管中的芯管上升至扬水器，经过喷嘴两侧与喷射出来的高速水流一起进入混合室，并在混合室中混合，进行能量交换，流速逐渐减小，由流速水头逐渐变为压力水头，地下水被排至地面，并经排水总管进入集水池重新参与工作循环，多余的水被排走。4、管井井点和深井泵井点在遇有流砂，特别是地下水充沛的土层，宜用管井井点或深井泵井点，两者与轻型井点的不同之处是每个井点均单独采用一台泵，而后者是将泵放置在井管中。井点布置，见图7-8及图7

3、-9所示。 5、电渗井点 在饱和的粘性土中，由于土的透水性差（渗透系数小于0.1m/d），用一般的抽水方法很难抽出地下水，因此，必须用电渗井点排水。 19世纪初，列斯用直流电通过含水土时，发现了电动现象。电动主要包括电渗和电泳两种现象。在饱和粘土中插入两根电极，通过直流电，则阳极周围的土中水会向阴极流动，土中细颗粒向阳极移动或压密，前者称电渗现象，后者称电泳现象。分减少，阴极处则增加。因此，电渗现象在粘土颗粒含量多且含水量大的饱和土层较显著，若含水量接近塑性限界，则电渗现象很弱。电泳现象是带负电荷的土颗粒由阴极向阳极移动，对土层起固结作用，从而对软土地基有加强作用。电渗井点布置，（金属棒钢筋和

4、井点管的阴阳极）。三. 板桩法当通过厚度不大的松软岩层或不稳定含水层的地下工程施工中，可采用板桩法施工。板桩法的实质是在地下工程尚未开挖前，在其开挖范围以外，将板桩依次打入，穿过不稳定含水层，插入到隔水层一定深度（即预先在地下构筑防水帷幕）。此后，在板桩的临时支护下进行开挖与砌筑作业。条件：厚度不大（含水层厚度大，板桩未插入隔水层会发生何情况）、不含漂石、探头石等。第二讲 冻结法冻结法是通过人为制冷的方法，将土层（岩层）中的水冻结，形成有一定强度和厚度的冻结体（临时防护结构），在其保护下进行岩土开挖的特殊施工方法。它是受自然法的启发发展起来的，人工冻结法和液氮或干冰（固体CO2）。下面简单介绍

5、各方法的实质。1。自然冻结法来自西伯利亚河床下金矿开采。（包括直接冻结和木垛加碎石冻结） 2人工冻结法（压缩机制冷） 即采用人工制冷的方法（如冰箱、冷冻机等），将岩土冻结。制冷的主要设备如下： 何将以上四种设备组成制冷系统。？关键是两个要点：物质的状态变化伴随热量的传递，二是热的传递规律（第二定律）。1） 热量传递吸热 吸热固态 液态 汽态（如水）放热 放热现象：室内喷水、凉水、酒精、丙酮擦身，立冬温、开春冷等。 制冷的过程也就是利用某种特定的物质的状态变化来实现的，这种物质叫制冷剂。从上式分析，水变汽吸热（100度），能做制冷剂吗。必须是汽化温度低于0度（必要条件），这类物质很多，常用的有：

6、氨（一个大气压下，汽化温度35）、液氮制氧副产品195、CO278、氟里昂30等。人为造成这类物质状态变换机制，即能实现制冷。如何构建这种机制，这就是第二个问题。 热量从高温热源到低温热源传递是热力学第二定律。我们的目的是将热量从低温热源向高温热源传递，如何实现，这就是热力学第二定律，外界作功。以氨为例说明制冷过程（地层或冰箱）设备连接图和压焓图。 2）制冷、冻结原理饱和蒸汽氨（-35）由1进入压缩机，压缩机对其作功，饱和蒸汽氨变成过热蒸汽氨（+120），沿等熵线到达2；过热蒸汽氨等压进入冷凝器，与冷却水进行热交换，转化为饱和蒸汽氨（+30），到达3（+30）为饱和液态，继续冷却变为过冷液态3

7、（+25），经过调节阀，等焓降压到4，进行汽化，同时吸收周围介质（冷媒剂）的热量，到达1（-35），至此完成一次制冷循环，周而复始，达到制冷的目的。盐水（冷媒剂）在蒸发器内，吸收氨气的冷量，低温盐水由盐水泵，有供液管进入冻结管，与岩土进行热交换后进入回液管，再回到蒸发器，完成一次盐水循环。循环的结果，盐水不断吸收岩土的热量使其冻结，直到达到设计的冻土厚度。 人工冻结热量传递的途径是：岩土（冻土）盐水氨冷却水大自然。 作功冷源 热源）液氮或干冰（固体CO2）直接冻结 根据上述原理即不难理解液氮或干冰（固体CO2）直接冻结，它是针对一些局部的工程量不大的制水工程（成本高）。固体CO2可以直接汽化（

8、密封高压），液氮可直接汽化。（与打火机同理） 第三讲 水（泥浆）下浇注混凝土技术一应用情况 此法引自水电部门，在水库坝堤的防渗工程中称其为“地下防渗墙”，水下筑墙、桩基、墩台基础、边坡稳定等常用此法。建筑部门用此法构筑地基基础，称之为“地下连续墙”。 二特点及技术关键工艺简单、设备少、施工安全、质量可靠。适用有于松软的稳定土层，不应有大的卵石、漂石。技术关键是：槽孔施工、泥浆下浇注混凝土及接头的处理。三泥浆护壁原理一般地，在槽孔施工中为了维护槽孔的形态（不塌孔），必须采取维护措施，一般采取水或泥浆护壁，即在造孔的过程中，始终保持孔内充满泥浆，泥浆的作用除了平衡土压（水压）力外，泥浆中的颗粒还充

9、填了土的裂隙或孔隙，起到维护槽壁的作用。 槽孔形成后，将泥浆排净后可见槽壁表面有一层“泥皮”，有的泥皮薄而韧，而有的则厚而松。就是这层薄而韧的泥皮起着隔离和保护槽壁的作用（相当于“喷层”），那么，泥皮是如何形成的？ 四压气洗孔原理 在水（泥浆）下，如何将钻凿下来的土体运出地面？通常采用压气排碴的方法，其原理如下在钻杆内放入压气排液器。h 扬程；H0排液器置入深度；Lw尾管长度；x 泥浆比重；h三相混合体比重；xy二相混合体比重。未通压气前：x=h=xy（均为泥浆），系统处于静止状态。通压气后：x不变，h下降，xy上升，系统平衡打破，呈现以下状态：xyxh由于压缩空气进入钻杆，比重降低，在钻头底

10、部形成负压，尽而产生液体流动，洗井液带动岩碴进入钻头、钻杆，最终排出地面，流入沉淀池净化。同时，地面泥浆系统不断向井内补充新的泥浆，确保泥浆面水平不变。这里h是变量，随着气泡的上升，气泡逐渐变大，h变小，流速增大。 五泥浆下灌注混凝土泥浆下灌注混凝土的实质 （ 1）沿槽孔的长度方向布置若干垂直导管；（ 2）把地面配置好的混凝土同时注入导管；3）随着混凝土顶面的上升，顶出泥浆（进入地面泥浆池参与循环），同时提拔导管，直至混凝土灌满整个槽段。 问题：接头问题 ？2 泥浆下灌注混凝土的施工要点（1）管底部高出基底300500mm，顶部高出泥浆面一定高度；（2）随着混凝土面的上升，不断提、拆导管，但必

11、须保证其埋在混凝土一定的深度以防提漏；（3）开始灌注时导管内必须放置隔水栓，以防止混凝土与泥浆的混合；（4）确定拔管时间，即不能过早也不能过晚；（5）混凝土必须连续一次浇注完毕，尤其是浇注开始，必须一次埋住导管 。 3。浆下混凝土的流动规律 混凝土在不同的超压力的作用下，呈不同的流动状态（规律），而不同的流动状态，直接影响混凝土的成型质量，一般的混凝土在泥浆下可能呈现以下状态：4.混凝土的技术要求泥浆下浇注混凝土是通过在导管内靠自重下流、在超压力作用下向两侧扩散、顶升等环节完成的，因此与一般的混凝土浇注有所不同，要求混凝土有好的流动性（不堵管、能流畅的扩散及顶升），好的和易性（流动时不离析、稳

12、定性好），在配比方面要保证混凝土的强度和抗渗性。一般的，混凝土的流动性和和易性是对立的，解决的办法是填加外加剂（如减水剂、缓凝剂，或适当增加水泥的用量。5.直升导管法几个参数的确定按泥浆下浇注混凝土的实质及施工要点的要求，有以下几个参数需要确定：h1导管高出泥浆面的最小距离；h导管埋入混凝土的最大深度；L导管间距。（1）.h1的确定根据压力平衡关系，可得导管出口处的超压力p：p=1* h1+（1-2）* h2从上式便可得到h1。混凝土顺利扩散的基本条件是超压力p0，但是由于混凝土为多相流体，pk（k0）.（2）导管间距的确定一般地，导管的间距越小，混凝土的上升越平稳、越均匀，否则混凝土上升表面

13、坡度大，易将泥浆卷入混凝土。但同时灌注的导管多，灌注过程控制困难，目前还无理论计算方法，可按经验，一般取33.5m。（3）.管埋入深度的确定 如果将混凝土视为理想流体，从理论上讲p0即可流动，但混凝土为多相流体，其力学特征随时间变化。如果导管埋的过深，则灌注困难（超压力小、下部可能初凝），过浅则可能出现翻浆现象，该问题应进行理论试验研究，一般的取1.52.5m.六。接头处理技术一个完整的地下连续墙是有若干个槽段组成的，问题是如何将槽段与槽段连接成一个整体，使其即防渗，又有一定的连接强度，这就是接头的处理问题。接头的形式有多种，一般的有以下几种：（1）弧型接头 弧型接头（第一槽段；第二槽段）利用

14、弧型钻头造孔，该接头即承压又抗渗，是较理想的接头方式，问题是如何实现该接头？（加一钻） 2）直线型接头 该接头形式利用矩形钻头（抓斗）造孔，即不稳定，也不抗渗，易造成两槽段间不连续，达不到抗渗加固的目的，一般不宜采用。浇注混凝土之前，在形成的槽段两端，放置形状适宜的隔板（钢板、预制钢筋混凝土隔板等），固定后建筑混凝土。该接头的技术关键是，要求有一定刚度的隔板，安装时不偏写斜、不扭转。 （4）间隔接头 间隔接头分别或同时构造、槽段并浇注混凝土（1）；在两槽段中间钻导向孔（2）；利用双反弧冲击钻头造孔并浇注混凝土，实现、槽段的连接。（5）预留法接头见图*所示，该法要点为：在混凝土浇注之前，预先在槽

15、段的两端下放接头管，边浇注混凝土边拔导管，最后形成凹型的连续墙两侧端头。 注浆理论与实践第四讲：概论一 注浆技术的提出 地下工程施工（地表以下各类建筑物与结构物的总称）与地面建筑施工相比更多地受到地质与水文地质的影响，增加了工程的难度，延误工期、加大成本。在施工中经常遇到以下问题： 1.涌水（冒水）：如深基坑开挖（也可通过地面井点排水解决）、地铁、隧道工程、人防工程、矿山井巷工程、露天开采工程、地下商业街等，施工中常常遇到涌水问题，无法正常施工。这些地下水可分为静水（自然水头）、动水（地下暗河）、承压水（隔水层）。岩土开挖后，地下水由于失去平衡而沿着岩层的裂隙或土层的空隙涌入地下空间，危机人身

16、安全。 2漏（渗）水：地下结构施工或竣工使用后，在地下水头的作用下，地下水会沿着结构缝、施工缝或质量薄弱部（在水环境下难以保证施工质量）位漏（渗）入地下空间。如地铁、隧道、地下室、坝体漏（渗）水等，也可以通过敷设隔水层加以解决。3 沉降与失稳：在软岩、地下降水或人为扰动的影响会造成建筑物的沉降甚至失稳，如比萨斜塔、西安大雁塔等；建筑物倒塌事故（平均每天一栋，80%以上是基础的处理不当或未处理所造成的）；地下空间开挖后的塌落（冒顶或片邦）；路基路面的突起或塌陷等。二.注浆法的含义及其应用1注浆法的含义及其工艺过程 含义：就是将可凝固的浆液在注浆压力的作用下，注入到岩层的裂隙或土层的孔隙中，用以堵

17、水或加固（通俗地讲就像医生给病人注射液体类似-血管既裂隙，不同的是注入的材料不同，否者即为人为“血栓”。注浆法的关键是可凝固的浆液（注浆材料）和有一定的注浆压力。工艺过程：浆液配制同时钻孔和注浆设备安装压水实验注浆压水质检施工。注浆的目的及其应用 注浆的目的在于堵水、加固或二者兼有之，实质是人为地改变客观的地质环境。如地下工程的堵水加固工程、坝体防渗工程、山体护坡（边坡稳定）工程、建筑基础（房屋、桥梁等）加固工程及路基加固工程等。三注浆基本理论（一）。注浆堵水（加固）原理 （A）.渗流注浆原理（即岩层裂隙中的扩散规律-充塞作用）在岩层裂隙注浆中常用单液水泥浆或水泥-水玻璃浆。水泥浆属于悬浊液的

18、非稳定材料（静放后有沉降），水泥浆在岩层裂隙中的流态是由紊流变为层流，在层流状态下固体颗粒沉降而产生充塞作用（紊流状态中固体颗粒呈脉动流动，使其保持悬浮状态，层流状态中固体颗间无交换现象，颗粒靠自重下落，沉积凝固）。如何判定紊流还是层流?一般地采用流体力学中的雷诺数作为判定的依据：Re=V.de. /c =V.2h. /c.g式中 V平均速度； de裂隙相当直经； h 裂隙开度； 浆液密度；浆液容重； g重力加速度; c液体有效粘度。 层流： Re2100 V.h 小时 对于粘塑体浆液： 紊流: Re 2100 V.h 大时 流速与注浆压力关系密切，在一定过水断面，注压大、流速高，但是随着液流

19、长度的增加压力减弱（克服裂隙的摩阻力）、流速降低、Re减小，即浆液由紊流变为层流，水泥颗粒开始沉降。可以出现以下不同阶段： a） 阶段：浆液在注浆压力作用下通过注浆孔进入岩层裂隙，此时注浆压力必须大于水压力。压力（Pa）、流速（Vk）沿流程逐渐降低，流速分布如图（沿壁V=0）；（b） 阶段：上部水泥颗粒降入中区被带走，下部沉积，故过浆断面缩小，压力、流速增加，但不足以将全部沉积物带走；（c） 阶段：在这些沉积物的后面，压力、流速突然减低，并在其后发生新的沉积；（d） 阶段：随着沉积床的增大，流量减少、压力增大，沉积床上端发生沉积，直到整个钻孔，至此完成裂隙全过程充塞过程。注浆是一项隐蔽工程，即

20、看不见摸不着，上述过程是理论分析的结果，反映在注浆压力、浆液流量的变化（可控变量）见下图。 注意的几个问题： * 浆液的凝胶时间（时间的长与短均是不允许的）； * 不能立即卸压（待结石体有一定强度）。（B）.管道（割裂或脉状）注浆 粘土层或细砂土层的挤压加固注浆（利用化学浆或磨细水泥高压注浆）。在注浆过程中，首先是孔隙水被排除，浆液挤入孔隙并沿薄弱部位压出一树状通道，随着浆液的不断扩散，土层的密实性、抗渗性稳定性增加（枝体间的土体被压密、枝体为“筋体”）,形成有一定强度的复合体，见图4-4。（C）。渗透注浆（均匀扩散）在流砂层、粗砂层，采用单液水泥浆、化学浆、 或磨细水泥浆，高压注入。过程为：

21、均匀排水、浆液扩散、挤压、密实，形成固砂体。二）。注浆参数的基本方程（均匀土层）渗流微分方程： Qo = Kf. W /（dp/dr）. 式中 Qo 注入量； Kf砂层渗透系数； 浆液动力粘度； W 柱体表面积.（三）。注浆参数 注浆参数包括注浆压力（Po）、注入量（Qo）、扩散半径等，是控制施工、保证施工质量的关键，后面有专门论述。四注浆技术所涉及的主要技术问题1.地质及水文地质影响 地质及水文地质条件千差万别，注浆工程施工前，科学准确地探测、分析研究地质及水文地质状况（如含水量、赋存深度、水压、水质、裂隙产状、孔隙率等）是保证注浆效果、甚至是工程成败的关键。目前的探测手段（抽、压水、超声波

22、等）可靠度低（30%左右），对工程造成极大的被动 。2.注浆材料的影响 注浆材料是注浆技术的主体，注浆材料的性能直接影响注浆效果及注浆成本（注浆材料占注浆总成本的40%70%，材料从几公斤几千吨，价格从几百元/吨几十万元？吨）。同时对注浆技术的发展起主导作用。对注浆材料的总要求体现在“三性”的控制上，即可注性、可控性和抗渗性。 l可注性是指浆液的流动性好（粘度小）、渗透能力强；l可控性是指浆液凝胶时间人为控制，即不能扩散的过远有能达到要求的距离；l抗渗性是指浆液结石后有较强的抗渗水能力。3注浆参数的影响 为了最大限度地克服注浆的盲目性，实现注浆工程的科学化，就应有科学的控制参数，对注浆工程实现

23、全过程控制。注浆设备的影响 注浆设备是注浆工程的必备硬件。注浆设备系统简单、操作方便，主要包括：注浆泵（动力源，有单液泵、双液泵、液压泵、电动泵及风动泵等）、搅拌机（风动、电动）、混合器（类似“三通”实现不同浆液的均匀混合）、止浆塞（防止跑浆、实现分段注浆的技术手段。5注浆方式（方案）的影响 根据地质及水文地质条件的要求，一般把注浆方式（方案）分为：预注浆、后注浆、前进式注浆、后退式注浆，如果选择不当既浪费材料、增加工程难度，也难以保证注浆效果。 五注浆新技术简介 旋喷注浆法，即利用高压水射流旋转切割土体，同时进行泥浆、水泥浆地下搅拌，形成地下混合灌注桩；综合注浆法，即将以粘土为主作为注浆材料

24、，配备可移式注浆站（注浆台车）；直接堵漏技术，即对构筑物的渗漏水直接封堵（需特殊的材料及设备）；还有其他的化学注浆新技术等。第五讲：注浆参数一 .注浆压力 注浆压力是给予浆液扩散、充塞、压实的能力。压力过大则浆液扩散过远，造成浪费，压力过小则浆液难以进入，或达不到所需的厚度而造成注浆失效。影响注浆压力的因素很多，可用以下函数关系表示： Po=f（H, Ro , , 1/K , 1/t）式中 H水头压力； Ro扩散距离； 浆液粘度； 1/K裂隙开度； 1/t凝胶时间。把所有的因素都表述出来或考虑进去是不可能 的，也是不科学的，一般的常用以下公式计算： 1 以地下水压为计算依据：Po=（22.5）

25、 PbPo=35+Pb式中 Po受注点注浆压力； Pb受注点最大水压力。2. 以水压力同时考虑岩层产状为计算依据：Po=N. Pb式中 N与裂隙产状有关的参数。此外还有在特定环境下推导的公式，如H.B佳宾公式等。无实用价值，不予探讨。 二注入量注入量是了解浆液的充塞状态、选择注浆泵、材料估算及配制浆液的依据，有如下计算方法：1 依据压水实验估算：Qo= K. q.Pb. h式中 K灌注系数； q吸水率； h注浆段高度。 按理想状态下柱状体（如渗透注浆）估算：Qo= A. . R 2.h. n. 式中 A浆液损耗系数 R扩散半径； n孔隙率，%； 浆液充填系数。 三有效扩散半径 有效扩散半径或叫

26、有效扩散距离是指浆液扩散后形成有效堵水或加固厚度所需要的扩散距离。下面以裂隙注浆为例探讨如何估算有效扩散距离。为了使问题明了化，便于问题的研究,做如下的简化，即将结石体简化为直径为裂隙开度的圆柱体，柱体的表面积所受的抗剪切应力为c，则合抗力为Tc，挡水断面所受应力为Pb.，合力为Fb。为保证有效堵水则应满足： TcFb Tc=. .E. c Fb=. Pb.2 /4 代入上式简化后得出有效扩散距离为：EN. .Pb./ c （N：综合系第六讲 注浆材料 注浆材料即是配制浆液的原材料，这种材料配制出的浆液基本特点是其物体特征是可变的，即由液相变为固相（由液体状态变为固体状态），以实现堵水加固的作

27、用。一 注浆材料的技术要求（技术标准）不是所有的材料都可以作为注浆材料的，必须符合行业的技术要求，下面从定性和定量两个方面探讨注浆材料的基本要求。定性分析：有良好的可注性，即粘度低、流动性强、渗透力高；2。良好的稳定性，即不沉淀、不离析；3凝胶时间可调，能满足特殊情况的要求，如动水情况；4结实后的收缩量小，结石率高、抗渗性强；5对环境无污染且成本低。定量分析通过实验手段测试其性能参数，主要参数包括：1粘度：流体流动时内摩阻力的大小。粘度的大小与材料的组成、性质、配比及环境温度等因素有关，通常以“秒”、“泊”、“厘泊”为计量单位；2渗透能力：即浆液进入岩层的难易程度。对悬浊液取决于内中颗粒的大小

28、，对溶液则取决于粘度的大小；凝胶时间（指初凝时间）：指浆液开始搅拌到失去自由流动性的这段时间，以“秒”、“分”、“小时”表示。以肉眼观察或实验测定；4渗透系数（Kf）：指结石后的抗渗水能力，由渗透仪测定；抗压强度：指结石体的单轴或双轴抗压强度，意义不大。 二.几种常有的注浆材料 施工中常用的注浆材料有：单液水泥浆、水泥-水玻璃浆（CS）、化学浆（水玻璃类、脲醛树脂类、烙木素类、聚氨脂类、丙烯酰胺类等）。11 单液水泥浆 常用的水泥品种有325#、425#普通硅酸盐水泥。这种浆液配制简单，结石后的强度高，但是其稳定性差、结石率低、凝胶时间长（长达十几个小时），一般仅用于裂隙岩层静水条件下。 为了改善单液水泥浆的性能常加入某些添加剂，如NaCl、水玻璃、红星1#2#等，或采用水泥新品种，如磨细水泥、膨胀水泥、速凝水泥等。 CS浆液 在单液水泥浆中加入少量的水玻璃是为了加速浆液的凝胶（占水泥量的11。5），当水玻璃加到一定程度，单液水泥浆的特性发生了质的变化（凝胶时间可调、稳定性增强、抗渗性好），经过工程实践，形成了较为完善的双液浆体系。CS浆是我国注浆工程中最常用的注浆材料，