灌浆基础知识和计算公式.doc
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灌浆基础知识和计算公式
4/16/201012:
00:
00AM
一、灌浆的含义:
简单的说,灌浆就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液,按照规定的配比或浓度,借用机械(或灌浆自重)对之施加压力,通过钻孔或其他设施,压送到需要灌浆的部位中的一种施工技术。
二、灌浆的实质:
充填这些节理裂隙、孔隙、空隙、孔洞和裂缝之处,形成结石,从而起到固结、粘合、防渗,提高承载强度和抗变形能力以及传递应力等作用。
三、灌浆分类:
按照大坝坝基岩类构成,可分为岩石灌浆和砂砾石层灌浆。
按照灌浆的作用,可分为固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆和接触灌浆。
按照灌注材料,可分为水泥灌浆、水泥砂浆灌浆、水泥粘土灌浆以及化学灌浆等。
按照灌浆压力,可分为高压灌浆(3MPa以上)、中压灌浆(0.5~3MPa)、低压灌浆(0.5MPa以下),后两类也可称为常规压力灌浆。
按照灌浆机理,可分为渗入性灌浆和张裂式灌浆。
四、灌浆材料:
水泥(磨细水泥、超细水泥)、砂、粉煤灰、粘土和膨润土、水外加剂(速凝剂、减水剂、稳定剂)
五、水泥浆液:
配置水泥浆时,多依照质量比例配制,也有按照体积比例配制的。
我国各灌浆工程都采用质量比,帷幕灌浆使用范围一般多为水:
水泥=5:
1~0.5:
1,固结灌浆多为2:
1~0.5:
1。
1、水泥浆的配制:
将水泥和水依照规定的比例直接拌和,这种情况最为简单。
先将计量好的水放入搅拌筒内,再将水泥按所规定的质量秤好后,放入筒中直接搅拌即可。
例如欲配制各种浓度的水泥浆100L,其所用的水泥和水量可见下【表1】。
配制水泥浆100L【表1】
注:
水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计
在灌浆过程中,常需要将搅拌桶内的水泥浆变浓。
如原水泥浆100L,加水泥质量可见下【表2】。
在原100L水泥浆中加水泥使水泥浆变浓【表2】注:
加水泥单位为kg
注:
水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计
在灌浆过程中,常需要将搅拌桶内的水泥浆变稀。
如原水泥浆100L,加水体积可见下【表3】。
在原100L水泥浆中加水使水泥浆变稀【表3】注:
加水单位为L
注:
水的密度以1kg/L或1g/cm³计
水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计
水灰比为0.9:
1时,密度为1.554;水灰比为0.7:
1时,为1.662
当采用集中制浆时,原浆的水灰比多采用0.6:
1或0.5:
1。
将这种浆液输送到灌浆施工地点。
在拌制所需浓度的水泥浆时,需要放入一定量的原浆,再加入一定量的水,其加入量可见【表4】。
配制水泥浆需要的原浆和加入水量(配制水泥浆按100L计,原浆浓度水:
水泥=0.6:
1)【表4】
2、浆液配料用量计算:
例举5个简单的计算示例,供参考(设水泥密度为3g/cm³,即3kg/L)
(1)试求水灰比为2:
1的水泥浆的密度。
取100kg水泥,200kg水拌合成水泥浆,其体积V=100÷3+200÷1=233.3L。
答:
水泥浆的密度=300kg÷233.3L=1.286kg/L。
(2)水泥浆的密度为1.5g/cm³,求其水灰比。
设取100L的水泥浆,则其重量为150kg。
列方程式:
设水泥重量为C(kg),水的重量为W(kg),
W÷1+C÷3=100
(W+C)÷100=1.5
解方程得W=75kg,C=75kg。
答:
水泥浆的水灰比为75:
75,即1:
1。
(3)集中供浆,原浆水灰比为0.5:
1,今欲配制水灰比为2:
1的水泥浆100L,求需要加入原浆多少升,再加多少升水。
分为4个程序解:
1)先求出1L的水灰比为0.5:
1的原浆中,水泥和水各为多少?
0.5L水和1kg水泥拌和后原浆体积V=0.5÷1+1÷3=0.833L。
于是1L原浆中,水泥应为1÷0.833×1=1.2kg,水为1÷0.833×0.5=0.6L。
2)再求出配制100L的水灰比为2:
1的水泥浆,需要水和水泥各为多少?
列方程式:
W:
C=2:
1
W÷1+C÷3=100
解方程得出W=86L,C=43kg
3)配制100L水灰比为2:
1的水泥浆需用原浆V1=[43÷(1.2×100)]×100=43÷1.2=35.8L。
4)配制100L水灰比为2:
1的水泥浆尚需加入水量W1=86-35.8×0.6=64.5L。
(4)今欲将80升水灰比为5:
1的稀水泥浆配制成水灰比为2:
1较浓的水泥浆,需加入多少水泥?
设80L水灰比为5:
1的水泥浆中水泥重量为Ckg。
80L水灰比为5:
1的水泥浆中水的重量为Wkg。
X为应加入的水泥量。
列方程式:
W:
C=5:
1(稀浆的配比关系)
W÷1+C÷3=80(根据绝对容积理论)
W:
(C+x)=2:
1(较浓浆的配比关系)
解方程得出x=22.5kg。
(5)今欲将80升水灰比为3:
1的水泥浆配制水灰比为5:
1的稀水泥浆,需加入多少水量?
设80L水灰比为3:
1的水泥浆中水泥重量为Ckg。
80L水灰比为3:
1的水泥浆中水的重量为Wkg。
X为应加入的水量,列方程式:
W:
C=3:
1(原水泥浆配比关系)
W÷1+C÷3=80(根据绝对容积的理论)
(W+x):
C=5:
1(新水泥浆配比关系)
解方程式x=48L
答:
应加入水量48L(加入水后,浆液体积为80+48=128L)。
附:
1、(a)在纯水泥浆中加水使其由稠变稀:
加水量(L)=待稀释的水泥浆量(L)÷(稠水灰比+1÷水泥密度)×(稀水灰比—稠水灰比)
(b)在纯水泥浆中加水泥使其由稀变稠:
加水泥量(Kg)=待变稠的水泥浆量(L)÷(稀水灰比+1÷水泥密度)×(稀水灰比—稠水灰比)÷稠水灰比
2、配制水泥砂浆:
要配制水:
水泥:
砂=X:
Y:
Z的水泥砂浆V升,需要的水量(Kg)、水泥量(Kg)、砂子量(Kg),其中水、水泥和砂的密度分别为ρ水、ρ水泥、ρ砂。
水量(Kg)=V÷(X÷ρ水+Y÷ρ水泥+Z÷ρ砂)×X
水泥量(Kg)=V÷(X÷ρ水+Y÷ρ水泥+Z÷ρ砂)×Y
砂子量(Kg)=V÷(X÷ρ水+Y÷ρ水泥+Z÷ρ砂)×Z
3、1)配料密度的确定(配料即浆液中除了水之外的所有物质,比如水泥、粘土、水玻璃等,水与配料的质量比为水固比,水与水泥的质量比为水灰比)
设:
水泥、外加剂1、外加剂2、外加剂3、外加剂4、外加剂5的密度分别为ρ水泥、ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5,
同时:
外加剂1:
水泥=a:
1 即外加剂1的质量:
水泥的质量=a:
1
外加剂2:
水泥=b:
1
外加剂3:
水泥=c:
1
外加剂4:
水泥=d:
1
外加剂5:
水泥=e:
1
那么得:
配料的密度=(1+a+b+c+d+e)÷【(1÷ρ水泥)+(a÷ρ1)+(b÷ρ2)+(c÷ρ3)+(d÷ρ4)+(e÷ρ5)】
2)水灰比情况下:
累计注灰量=累计流量×浆密度÷(水灰比+1+a+b+c+d+e)
浆密度=(水灰比+1+a+b+c+d+e)÷【水灰比+(1÷ρ水泥)+(a÷ρ1)+(b÷ρ2)+(c÷ρ3)+(d÷ρ4)+(e÷ρ5)】
3)密度仪情况下:
累计注灰量=累计流量×浆密度÷(水灰比+1+a+b+c+d+e)
水灰比={(1+a+b+c+d+e)-浆密度×【(1÷ρ水泥)+(a÷ρ1)+(b÷ρ2)+(c÷ρ3)+(d÷ρ4)+(e÷ρ5)】}÷(浆密度-1)
4)单位注灰量=累计注灰量÷段长
5)各配料注入量:
注入水泥量=累计注灰量
注入添加剂1量=注入水泥量×a
注入添加剂2量=注入水泥量×b
注入添加剂3量=注入水泥量×c
注入添加剂4量=注入水泥量×d
注入添加剂5量=注入水泥量×e
六、水泥粘土浆液:
水泥与粘土的比例,帷幕灌浆施工要求结石强度高一些和凝结时间快一些的工程,粘土掺量可少一些,例如为水泥重量40%、60%;反之,则可多一些,例如水泥:
粘土可为1:
1,1:
2,1:
3甚至1:
4。
对临时性低水头的防渗工程,可采用掺粘土量大的配比。
水与干料的比例(水固),也就是水:
(水泥+粘土),一般多采用3:
1~1:
1(重量比)。
拌制水泥粘土浆所需要的水泥、粘土原浆和水量,可预先计算好列成表,便于配制浆液时用,参见【表5】。
配制水泥粘土浆(水泥:
粘土=1:
1)所需要的粘土原浆\水泥与水量(配制100L)【表5】
注:
水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计,粘土的密度以2.76g/cm³计
七、自重(浆柱)压力的计算
1 干孔(地下水位位于段底之下)
示意图如下:
浆柱压力={[(段底-段顶)÷2+段顶+压力表距地表]×浆比重}÷100(MPa)
注:
浆比重=浆密度÷水密度=浆密度的数值
例如:
浆密度3.8Kg/L,水密度=1Kg/L(1g/cm³),那么浆比重=3.8Kg/L÷1Kg/L=3.8。
2 地下水位位于段顶和段底之间
示意图如下:
浆柱压力={(段底-地下水位)÷2×(浆比重-1)+[(地下水位-段顶)÷2+(段顶+压力表距地表)]×浆比重}÷100(MPa)
3 地下水位位于段顶之上
示意图如下:
浆柱压力={[(段底-段顶)÷2+(段顶-地下水位)]×(浆比重-1)+(地下水位+压力表距地表)×浆比重}÷100(MPa)
吕容公式
(摘自:
DL/T5148-2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范)
4 吕容公式概念
压水试验成果以透水率q表示,单位为吕容(Lu)。
定义为:
压水压力为1MPa,每米试段长度每分钟注入水量1L时,称为1Lu。
若压水压力小于1MPa,按直线延伸方式换算。
5公式
q=Q/L.S
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