岩土工程施工复习简题.docx
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岩土工程施工复习简题.docx
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岩土工程施工复习简题
岩土工程施工复习题
★1井身结构------应根据钻井的目的、用途、地层条件和有关规范确定,并尽可能优化。
井身结构如过于复杂,使孔径扩大,不仅减慢施工速度,也会增加材料消耗,造成不必要的浪费。
反之,若井身结构过于简化,减少了必须下入的套管,虽然缩小了井的直径,但可能造成井内钻进事故,反而增加了成本。
--------------P1
2水井结构要素----------------------------------------------------P2
1.井深
2.井径
★井的直径包括:
开孔直径、中间变径、终孔直径。
在设计井(孔)身结构时,首先要确定终孔直径。
确定终孔直径必须考虑出水量、滤水管直径、取水泵直径以及人工过滤层厚度的相互关系。
最后得出井身各段直径。
★3水井的钻凿方法分为:
冲击钻进,回转钻进、反循环钻进,空气钻进和潜孔锤钻进等。
-----------------------------------------------------------------------P5
★4钢绳冲击钻进的基本原理-------是借助于一定重量的钻头,在一定的高度内周期地冲击井底岩石,使岩石破碎而获得进尺。
钢绳冲击钻进是一种无循环钻进方法,它是靠地层渗入井内的水或者从井口注入井内的水来悬浮井底岩屑。
---------------------P5-6
★5钢绳冲击钻进特点-----------------------------p6-7
冲击钻进之所以能越过如此漫长的时代而没有被淘汰,
原因是由于它具有以下特点:
1.冲击钻进是以冲击动荷载破碎岩石的。
2.设备简单,移动方便。
3.钻头磨耗小。
4.动力消耗小。
5.钻进时钻孔内钻井液不循环。
6.仅钻进垂直的井孔。
6钢绳冲击钻具包括:
冲击钻头、冲击钻杆、钢丝绳接头、钢丝绳和抽筒等。
-------------------P8
7常见的冲击钻头-----------有一字形钻头、十字形钻头、圆形钻头和抽筒钻头等-----------------------p9
★8钻具在井内运动,下降过程中承受的阻力有三种,即静水阻力、惯性水阻力和动水阻力。
静水阻力---------等于钻具排开的钻头体积岩粉浆重量,正比于岩粉高度和岩粉比重。
即所谓阿基米德浮力。
它随着回次进尺,岩石容重和钻杆直径的增加而增加。
惯性水阻力------------正比于孔内岩粉质量,岩粉的上升瞬时加速度,还与钻杆及钻头尺寸之比有关。
动水阻力-------------正比于钻具瞬时下降速度的平方及动水阻力系数,或者说正比于瞬时加速度及冲击高度。
它是影响最大的水力阻力。
-
----------------P12-13
★9冲击钻进规程---------是研究如何合理地、有效地运用冲击钻具进行钻进,从而能达到提高效率,保持质量和降低成本的问题。
---------------------P13
冲击钻进规程包括
1.钻具的重量(
)
2.冲击高度
3.冲击次数
4.岩粉浆密度
5.悬距
★冲击梁处在上死点的位置,钻头距离孔底的高度称为悬距-------------P14--20
10利用回转方式进行大直径水井钻进的基本方法:
取芯钻进、全面钻进和扩孔钻进三种。
★大直径基岩硬地层取芯钻进取心的原则是:
----------------先截断岩芯,然后再采取岩芯。
常用方法有以下几种。
⑴自然断芯,投卡料取心法
⑵先楔断,后卡取法
⑶先炸断,后钢绳套取----------------------p24
11反循环钻进
反循环钻进-------冲洗介质由钻具外流向钻具内的方式循环的钻进方法称反循环钻进。
反循环钻进的循环介质,可以是清水、空气或泥浆。
★按照形成上升液流的方式,反循环钻进可分为三种:
泵吸反循环
射流反循环
气举反循环(或称压气反循环)。
-----------------P27
★12泵吸反循环的工作原理
泵的吸水口通过吸水软管与水龙头、钻杆柱相连接。
当泵工作时,在泵的进水口处形成负压,井口的液体在大气压的作用下,经钻头(可看成是泵的进水口)携带岩屑经钻杆中空而上升,通过水龙头、鹅颈管、胶管从泵出水管排至沉淀池中。
经沉淀后的流体,以自流的方式自井口流至井底,形成循环。
常用的泵为砂石泵。
它要求能排出岩屑而又要有较大的真空度,不能低于8m水柱。
★砂石泵的常用启动方式有两种:
一种是--------利用真空泵对泵进水管至泵轴的管段抽吸真空,使之充满水。
在钻进时,真空泵可以用来保持系统的真空度,有助于泵正常工作。
国外泵吸反循环设备,采用真空泵启动的占多数。
另一种-------启动方式是配一台注水副泵,利用注水泵向砂石泵及管路内注水,排除管路内空气,然后开启砂石泵。
P28
在井深45m以内钻进效率较高,为泵吸反循环高效工作区段。
当井深超过70m以后,虽然也能工作,但重复破碎严重,钻进效率显著降低,形成经济上的不合理。
---------------P29
★13射流反循环工作原理
射流反循环-------------是采用高扬程的离心泵或往复泵或空气压缩机向射流泵输入高能流体(工作流体),高能流体在喷射元件(喷嘴)处形成高速流体。
根据射流原理(流体流速愈高流体内部压强愈低),在压力差作用下,从而使井底的流体(引射流体)自钻杆中空返出地面。
经过沉淀的泥浆或水,经钻杆与井壁环状空间以自流的方式流向井底。
★射流泵的安装位置:
射流反循环管路中的射流泵布置形式有三种:
一种是把射流泵潜入孔内,放置在钻头上部。
一种是将射流泵放在地表,
另—种是把射流泵装在水龙头的下方-----------------p30
-----------射流反循环的钻进深度与泵吸反循环效率特性相似。
在井深50米以内效率较好,随着井深增加,排渣能力逐渐下降,使钻进效率相应降低。
井深超过50米以后,虽然也能工作,但钻进效率显著降低,形成经济上的不合理。
----------------------P31
14气举反循环,又称压气反循环。
★气举反循环的工作原理:
气举反循环的基本原理是将压缩空气通过供气管路送至井下的气水混合室,并使空气与钻杆内的水混合,从而形成比重小于钻杆外液体比重的气水混合液柱。
使钻杆内外形成压力差。
根据连通器原理,在此压力差的作用下,钻杆内的气水流携带着岩屑,被排出钻孔而流入沉淀池中。
沉淀池中的水以自流的方式流向钻孔环状间隙,形成反循环。
--------------压缩空气由混合室向钻杆内送入,与水混合形成气泡。
气泡在上升过程中,由于外界压力逐渐减小而继续膨胀。
其膨胀功转化为流体的动能,提高了混合液上升的速度,故称气举反循环。
-----------只有当混合室下入一定深度后,使整个管路内、外液柱产生压力差,循环运动才能形成。
因此,气举反循环在开钻最初(理论值为7m)是不能工作的。
就是在15m以内,钻进效率也很低。
在施工中,经常是在孔深25m以后才采用气举反循环钻进。
15气举反循环空气混合室安装深度
气举反循环空气混合室安装的深度由整个管路系统沉没系数确定。
★沉没系数又称沉没比-------------------它为混合室下入水中的深度与自混合器算起的扬程高度之比,即:
--------------------------------P32-33
16潜孔锤钻进
潜孔锤钻进------指压缩空气既作为循环介质又作为驱动孔底冲击器的能源而进行的冲击回转钻进。
----------------P46
17气动潜孔锤钻进特点
1.钻进效率高
2.钻头寿命长
3.所需钻压低
4.防斜效果好
5.钻进成本低
6.功率消耗大-------p46-47
18潜孔锤钻进的工艺规程
★包括空气压缩机的风量、风压、钻压、转速、冲击频率等。
---------P49
19选择滤水管时,应满足以下几点基本要求:
1.具有最大的进水面积,以减少地下水经过它时的阻力。
滤水管阻力越小,井的出水量越大,地下水在滤水管处的流速变化越小,发生结垢的可能性越小,从而可以延长滤水管使用的年限。
2.具有足够大的机械强度,能满足安装井管时的负荷和抵抗地层的压力。
3.具有较强的耐腐蚀能力和不因滤水管被腐蚀而影响水质的卫生要求。
4.具有良好的滤水挡砂能力,滤水孔不易被地层中的泥沙或结垢物质堵塞。
5.具有安装方便、成本低廉、使用寿命长。
--------------P51
★20填砾方法----------------------------------p64-65
1.静水填砾法
2.抽水填砾法(反循环)
3.送水填砾法(正循环)
4.钻杆泵入法(钻杆内泵送注入填砾)
★21洗井是指----------清除井壁上的泥皮,并把深入到含水层中的泥浆抽吸出来,恢复含水层的孔隙,进而抽洗出含水层中一部分细粒颗粒,扩大含水层的孔隙而形成一个人工过滤层的过程。
---------------P69
★22常用洗井方法有以下几种:
---------------p69---73
1.活塞洗井
2.抽水洗井
3.空压机震荡洗井
4.液态二氧化碳洗井
5.焦磷酸钠洗井
6.盐酸洗井
7.综合洗井
在同一井中采用两种或多种洗井方法称为综合洗井。
★23地热田可分为:
湿蒸汽田、干蒸汽田和热水田三种类型。
---------P81
24地热井钻进特点--------------p82--83
热水井钻进中遇到的主要问题是:
温度高,井深较大,成井工艺要求严格,管材腐蚀严重等。
1.温度高
热水井钻进的一个突出问题就是温度较高。
温度高使普通泥浆易变质,结块,钻具、管材腐蚀严重,易烫伤现场操作人员,机场上水汽雾大,能见度低,工作环境恶劣。
2.井深较大
地热水可以在浅部地层中储存,甚至以温泉形式自流,但更多的是储存在2000~3000m的深部地层中。
这就需要使钻井机械设备的能力,管材强度,钻进工艺,成井工艺等方面适应井深大的要求。
3.成井工艺要求严格
热水井是在长期温度较高的条件下工作,如果井深大,水温高,成井工艺就更复杂。
4.钻具、管材腐蚀严重
地下热水一般都会有较多的各种化学物质,加之温度较高,因此,对钻具、管材腐蚀特别严重。
25地热井井身结构------------P85
地热井钻进要求在设计井身结构时要特别慎重。
井身结构合理与否,关系重大。
目前大多数地热井采用三级井身结构。
★三级井身结构:
-----开孔钻进,下表层套管,固井;
------换径钻进,下技术套管、固井;
------再换径钻进至终孔,下滤水管或裸孔。
26对地基进行人工改造加固,称为---------地基处理。
----------P87
凡是基础直接建造在未经改造的天然土层上时,这种地基称为---------------天然地基。
若天然地基不能满足地基强度要求,要经过人工处理后再建造基础称为------人工地基。
★27按地基处理的作用机理可分为:
置换、密实、排水、胶结、加筋、冷热处理等。
---------------p87-88
28挤密桩施工法-----------p89
挤密桩施工-------是向地基中掺入一定的填充材料,使原孔隙比较大的松散砂土和人工填土层在填充材料的挤压作用下孔隙比减小,地基强度增加,掺入的填充材料在地基中能起到较好的骨架作用,挤密桩施工通常可将承载力较小的软弱地基改变成为承载力较大的新的复合地基。
★29干冲碎石桩法-------------p96
干冲碎石桩成桩的基本原理是-------------在一直立管道内,用机械方法往土层中低频冲击碎石。
把碎石导入到预定深度,使土层被挤密,碎石随管道上提而被连续冲捣成桩。
这样按一定排列方式造成一根根桩体与被挤密的土层构成了新的复合地基
30碎石桩加固原理-------------------p97
碎石桩加固地基的实质是----------把松散的天然地基变成由碎石桩和挤密后的桩间土组成的共同工作的复合地基,其承载力比天然地基可大幅度提高,建筑物沉降量可大幅度减小。
碎石桩有以下几方面的加固作用:
1.挤密效应
在成孔和挤密碎石的过程中,土体在水平挤压力的作用下,产生径向位移,其密度提高,孔隙比减小,承载力比加固前提高60%以以上。
因此,挤密桩间土是复合地基承载力提高的主要因素。
2.置换作用
由于桩间土对桩体有很好的约束作用,所以碎石桩体的强度高、模量大,在刚性基础作用下,地基中的应力按模量大小进行分配。
因此,桩上应力集中是复合地基承载力提高的第二因素。
桩的挤密和桩的置换作用是相辅相成、互为依托的,而桩的置换作用的大小主要取决于桩侧土对桩体的约束力。
★3.垫层和加筋作用
垫层作用----------主要是指在较厚的软弱土层中,碎石桩没有打穿该软弱土层,这样,整个碎石桩复合地基等于对没有加固的下卧层起到垫层的作用。
经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的附加应力减小,作用于下卧层的附加应力趋于均匀,从而使下卧层的附加应力在允许范围之内。
这样就提高了地基的整体抵抗力,减少了沉降。
加筋作用--------主要是指在厚度不大的软弱土层中,碎石桩可穿过整个软弱土层达到其下的硬层上面,此时,柱体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现象,从而使桩间士承担的压力相应减小。
其结果与天然地基相比,复合地基的承载力会提高,压缩量会减小,稳定性会得到加强,还可用来改善土体的抗剪强度,加固后的复合桩土层可以改善土体的稳定性,这种加固作用即通常所说的加筋作用。
4.排水作用
在碎石桩的制桩过程中由于振动、挤压和扰动等因素,桩间土会出现较大的附加孔隙水压力,从而导致原地基土强度降低。
一旦制桩结束,所形成的碎石桩则是地基土的一个良好排水通道,孔隙水压力会向桩体转移消散,加速了桩间土的固结,使沉降稳定加快。
31振动水冲法-----------------p100
振动水冲法简称振冲法,可分振冲置换法和振冲挤密法两类。
振冲置换法---------------利用振动和水冲成孔,制造一群以石块、砂砾等散粒材料组成的桩体。
这些桩与原地基土一起构成所谓复合地基,使承载力提高,沉降减少。
32振冲法加固不同地基,其作用机理也不同。
------------------P101
★1.松散砂性土
松散砂土是单粒结构,而疏松的单粒结构,颗粒间孔隙大,颗粒位置不稳定,在动力和静力作用下特别是在振动力作用下很容易位移,产生较大的沉降。
松散砂土在振冲器的振动力和冲水饱和下,
一方面传播振动加速度,在振冲器周围一定范围内的砂土产生了振动液化。
液化后的砂土颗粒在重力以及填料的挤压力作用下重新排列,使孔隙减小。
另一方面振冲器的水平振动力和侧向挤压力通过填料层使砂土的结构逐渐破坏,孔隙水压力迅速增大。
由于结构破坏,土粒有可能向低势能位置转移,土体由松变密。
2.粘性土
对于粘性土地基加固,振冲碎石桩的作用不是使地基挤密,而是置换。
粘性土(特别是饱和软土),由于软粘土渗透性很低,振动力或挤压力不能使土中的孔隙水迅速排除而减小孔隙比。
振冲施工时,通过振动器借助其自重、水平振动力和高压水将粘性土变成泥浆水排出孔外,形成略大于振冲器直径的孔,再向孔中灌入碎石料,并在振冲器的侧向力作用下,将碎石挤入周围土中,形成具有密实度高和直径大的碎石桩体,它与原粘性土构成复合地基。
★33振冲法的质量检验有两个方面:
一方面是检查桩体质量是否符合规定,如果不符合规定,就得研究采取什么补救措施,这叫施工质量检验;
另一方面是桩体质量全部符合规定,而要验证复合地基的力学性能是否全部满足设计方面提出的各项要求,如承载力、沉降量、差异沉降量,抗剪强度等,这叫加固效果检验。
------------------P106
★34水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)--------它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌合后制成的一种具有一定强度的桩体。
其骨料仍为碎石,用掺入石屑来改善颗粒级配,掺入粉煤灰来改善混合料的和易性,并利用其活性减少水泥用量;掺入少量水泥使其具有一定粘结强度。
CFG桩是一种低强度混凝土桩,可将荷载传递到深层地基中去,大大提高复合地基承载力。
加之CFG施工工艺简单,具有较好的技术性能和经济效果,得到广泛应用。
---------P107
35CFG桩加固软弱地基主要有三种作用,即桩体作用、挤密作用和褥垫层作用。
1.桩体作用
CFG桩的桩身为具有一定胶结强度的混合料制成。
在垂直荷载作用下桩身不会出现压胀变形,在荷载作用下桩的压缩性比其周围软土小得多,由基础传给复合地基的应力随地基的变形逐渐集中到桩体上,其复合地基承载力提高幅度较大。
2.挤密作用
CFG桩采用振动沉管法施工,对土体产生振动和挤压,使土得到挤密,经挤密后的地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小,重度、压缩模量均有所增加,使挤密加固后桩土的力学性能大为改善,从而使复合地基的承载力显著提高。
3.褥垫层作用
由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫,在复合地基中有如下几种作用:
(1)保证桩、土共同承担荷载。
(2)减少基础底面应力集中。
-------------------P108
★36CFG桩特点及适用范围----------------p111
CFG桩的特点是:
1.改变桩长、桩径、桩距等设计参数,可使承载力在较大范围内调整。
2.有较高的承载力。
3.沉降量小,变形稳定快。
4.工艺性好。
5.节约大量水泥、钢材,降低工程费用。
CFG桩适用于多层和高层建筑地基,如砂土、粉土、松散填土、粉质粘土、粘土、淤泥质粘土等的处理。
37注浆施工法
地层注浆法------------通常是以钻机钻成一注浆孔,利用注浆泵将具有填充、胶结、固化性能的浆液,通过注浆孔注入到岩土层中的孔隙、裂隙或空洞中,经一定时间后,浆液凝结硬化,减少岩土层的渗透性,增加其强度和稳定性,从而达到岩土加固、防渗的目的。
★注浆施工工艺方法可分为
1.静压注浆法、
2.高压旋喷注浆法
3.深层搅拌注浆法。
38静压注浆法
静压注浆法---------也称压力灌浆法,其实质是借助于压力(主要是液压、气压)或电化学原理,通过注浆管把能凝结固化的浆液注入地层中。
浆液以填充、渗透或挤密等方式,赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置。
经一定时间后,浆液凝结充塞孔隙或裂缝,将原来松散的颗粒胶结成一个结构强度大、防渗性能好的一个整体。
--------------P111
★39注浆应用范围-------------p112
注浆的应用面极广,而且其应用范围还在不断扩大。
下面给出一些主要的应用领域:
1.建筑物地基基础灌浆——提高地基承载力;深基坑开挖的基底回弹的防止;挡土墙外侧的防渗加固;建筑物不均匀沉降的防止和纠偏。
2.大坝、防护堤灌浆——形成帷幕防渗和坝基固结加固。
3.隧道、地铁、竖井灌浆——减少施工时地面沉陷,限制地下水的流动,填充洞壁井壁空隙,控制施工现场土体的位移等。
4.对钻孔灌注桩的侧壁和底部进行灌浆——提高桩与土间的表面摩阻力和桩端土体的力学强度。
5.锚杆灌浆——固结锚固段松散岩土层,加大锚杆抗拔力,提高稳定性。
6.高速公路路基和铁路路基的注浆加固。
7.地下厂房工程的防渗和加固。
8.边坡稳定性注浆防渗与加固。
40高压喷射注浆法的加固机理
高压喷射注浆-----------是通过高压发生装置,使液流获得巨大能量后,经过注浆管道从一定形状和孔径的喷嘴中以很高的速度喷射出来,形成一股能量高度集中的液流,直接冲击破坏土体,并使浆液与土搅拌棍合,在土中凝固成为一个具有特殊结构的固结体,从而使地基得到加固。
★41高压喷射方式----------一般分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种形式。
定喷及摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程
---------------P129
★42高压喷射注浆法的基本工艺类型有单管法、二重管法、三重管法和多重管法四种。
---------------P131
43高压喷射注浆法的特点------------------p137
1.适用范围较广
2.施工简便
3.可控制固结体形状
4.可垂直、倾斜和水平喷射
5.耐久性较好
6.料源广阔
7.设备简单
★44深层搅拌法------是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应,使软土硬结成为具有整体性、水稳定性和一定强度桩体的软土地基加固方法。
-----------------P138
45深层搅拌特点与应用范围------------p144
深层搅拌法加固软土技术方法,其独特的优点如下:
1.深层搅拌法由于将固化剂和原地基软土搅拌混合,因而最大限度地利用了原土;
2.搅拌时不会使地基侧面挤出,所以对周围原有建筑物的影响很小;
3.土体加固后重度基本不变,对软弱下卧层不致产生附加沉降;
4.施工时无振动、无噪音,无污染,可在市区内和密集建筑群中进行施工;
5.施工设备机具轻便,操作工艺简单,施工速度快,工程造价低。
6.深层搅拌法加固软土地基的深度可达18m,最大桩体直径可达l.5m。
46桩的作用主要有:
------------p146
1.通过桩的侧面和土的接触,将荷载传递给桩周土体,或者将荷载传给深层的岩层、
砂层或坚硬的粘土层,从而获得很大的承载能力以支承重型建筑物;
2.对于液化的地基,为了在地震时仍保持建筑物的安全,通过桩穿过液化土层,将荷载传给稳定的不液化土层,减少结构沉降,增强结构物的抗震能力;
3.桩基具有很大的竖向刚度,采用桩基础穿过松软(高压缩性)土层,将荷载传到较坚实(低压缩性)地层,承载力大,可满足对沉降要求特别高的上部结构的安全需要和使用要求;
4.桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力,能抵抗台风和地震引起的巨大水平力、上拔力和倾倒力矩,保持高耸结构物和高层建筑的安全;
5.改变地基基础的动力特性,提高地基基础的自振频率,减小振幅,保证结构物及机械设备的正常运行。
47钻孔灌注桩成孔回转钻进------------P151
--------正循环回转钻进是指循环介质从钻杆内进入孔底,经钻头并携带钻渣再从钻杆与孔壁之间的环状间隙中返回孔口的一种钻进方法。
----------反循环回转钻进是指循环介质从钻杆与孔壁之间的环状间隙中进入孔底,经钻头并携带钻渣再从钻杆内返回孔口的一种钻进方法。
★48钻孔灌注桩成孔清孔目的----------------p166
⑴清除孔底沉渣,以利于提高桩端承载力
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