熱瀝青地盤改良-熱瀝青灌漿工法

By: admin - 22 11 月, 2022 - 尚無留言

熱瀝青地盤改良

熱瀝青灌漿工法

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1. 熱瀝青灌漿背景說明概述

瀝青灌漿工法是將瀝青(柏油)加熱，溫度提昇後瀝青呈流體狀態，在冷凝前進行灌注施工。
灌注系統需維持漿材的可工作性。
漿材溫度降低後，粘滯度快速升高，減低流動性。

瀝青灌漿工法是將瀝青(柏油)加熱

冷凝後的瀝青材料具有流變性。
非屬通用型工法材料。較適於特殊狀況需求：

湧水或地下水明顯流動之環境
有足夠空隙容納漿材之環境

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2. 流動水體中灌漿

地下工程中，常遭遇肇因於地下水流動明顯的特殊狀況(例如湧水或大量漏水等)，並往往造成施工的障礙甚或發生災害。此狀況採用止水灌漿方法試圖排除時，常發生漿材流失或被稀釋，難以立即發揮固結止水功能。

問題小結：提高粘滯性的方向雖然正確，但速凝漿材凝結過程中不易避免一低粘度的 ”空窗期”。調整配比以縮短此一期間時，又常與施工性造成矛盾，所以始終存在實務上的限制。

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3. 熱瀝青漿材特性

3.1 基本物性

（1）比熱：瀝青的比熱值因溫度改變而輕微變化。

（2）熱傳導率：瀝青是一尚佳的隔熱材料，熱傳導率大约0.14Kcal/m hour℃(0.16W/m ℃)。

（3）熱膨脹率：瀝青的體積熱膨脹率約0.00061/℃。

（4）比重：不同產品的比重有略微差異，瀝青的比重(25℃)約1.02~1.035間。

（5）粘度：以AC(1)-20瀝青為例，顯示其粘度與溫度間之敏感變化情形。

（6）耐久性：造成瀝青老化的重要因素為高溫，接觸空氣的氧化及對紫外線照射。而其中又以氧化的影響較大。對灌漿用瀝青而言，因灌注入飽和含水層後，已不再接觸上述造成老化的元素，所以耐久性是良好的。

（7）流動特性：瀝青在高溫時具有牛頓流體的性質，流動的剪應力(τ)與剪變率(dν/dy )之間呈線性比例關係，此一比例值就是粘度(Pa.s)，其關係式為：τ = μdν/dy瀝青溫度下降時，流動特性發生質變，轉變為非牛頓流體。針入度愈低的瀝青，此一牛頓流體的臨界值界於60℃至100℃之間。

熱瀝青漿材特性

瀝青漿材的冷凝過程中則脫離了時間的控制，其粘度基本上是溫度的函數。因此操作的重點在於溫度的掌握，而不在配比與硬化時間的掌控。
高溫瀝青接觸地下水時，產生水蒸氣形成溫度緩衝區域。
水蒸氣冷凝體積劇降，對瀝清產生吸引作用力。
動水接觸漿材的溫度降低較快，粘度快速升高(因瀝青粘度對溫度的變化敏感)。
高粘滯性漿材恰形成漿團的保護殼層，使動水不致沖失漿材或侵入漿團內部。
在狹窄間隙，水蒸氣具緩衝、預熱、清除漿路、與引導效果。
在較大空間、大量湧水狀況，瀝青表層快速冷凝，漿液不易被沖失。因此較大之含水孔穴亦可有效填充。

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3.2 熱瀝青動水模型試驗

試驗模型刻意讓漿路空隙放大至1公分，不置入任何介質，只有流動水流。除便於觀察外，也建立一個較困難的環境，以測試熱瀝青的有效性。
試驗目的:觀察高溫瀝青注入常溫動水中的擴散、滲透與凝結行為。

熱瀝青動水模型試驗

（1）灌注開始，開開閥門後，冷水與熱瀝青交會暫態產生水蒸氣趨開附近漿路中水流。

（2）小部份瀝青呈現霧狀型態，分析是受暫態激發的水蒸氣所夾帶瀝青微粒，故呈現霧狀。

（3）瀝青擴散全程中未發現任何被水流沖洗跡象。

（4）瀝青擴散有朝向低壓分佈傾向明顯。

（5）瀝青擴散也會朝向水流上游擴展。

（6）瀝青浸透泄水孔後，孔口仍噴出蒸氣，顯示瀝青的溫度仍在蒸發其所浸沒範圍內的水份。

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4. 案例介紹

4.1 熱瀝青灌漿外國施工案例

（1）Lower Baker壩(美國，1982年)

（2）Stewartville壩(加拿大，1980年代) 利用熱瀝青與水泥系漿材共同灌注的方法，將Stewartville壩壩基22,000公升/分的湧漏水成功的封堵。

（3）Jaburu壩(巴西，1980年代):結合熱瀝青與水泥漿的灌漿方式，注入60M3瀝青之後，成功封堵了大量滲漏。

（4）某廢棄礦坑道(菲律賓，1990年代):利用熱瀝青灌注封堵了一個寬、高各2.5M的泄水坑道。坑道中水壓約10kg/cm2，最大泄流量為7CMS（流速約1.1m/sec）。本案因封堵斷面大，故利用不織布袋內灌水泥砂漿方式，先在通水斷面中人工製造阻擋設施，再灌注瀝青，搭配灌注水泥砂漿及水泥漿，成功的封堵了水頭約100m的大流量斷面。