This study concluded the results of a research on the features of cement based permeation grout, based on some important grout parameters, such as the rheological properties (yield stress and viscosity), coefficient of permeability to grout ($k_G$) and the inject ability of cement grout (N and $N_c$ assessment), which govern the performance of cement based permeation grouting in porous media. Due to the limited knowledge of these important grout parameters and other influencing factors (filtration pressure, rate and time of injection and the grout volume) used in the field work, the application of cement based permeation grouting is still largely a trial and error process in the current practice, especially in the local construction industry. It is seen possible to use simple formulas in order to select the injection parameters and to evaluate their inter-relationship, as well as to optimize injection spacing and times with respect to injection source dimensions and in-situ permeability. The validity of spherical and cylindrical flow model was not verified by any past research works covered in the literature review. Therefore, a theoretical investigation including grout flow models and significant grout parameters for the design of permeation grouting was conducted in this study. This two grout flow models were applied for three grout mixes prepared for w/c=0.75, w/c=1.00 and w/c=1.25 in this study. The relations between injection times, radius, pump pressure and flow rate for both flow models were investigated and the results were presented. Furthermore, in order to investigate these two flow model, some rheological properties of the grout mixes, particle size distribution of the cement used in this study and some geotechnical properties of the sand used in this work were defined and presented.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.267-278
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2010
To improve the grout penetration characteristics, vibration method was adopted in this study. The grout material perturbed by cyclic vibration is injected into the ground. By applying the vibrating flow system, cement particles will become less adhesive and the clogging tendency will be decreased. A series of pilot-scale chamber tests were performed to verify the enhancement of the groutability by applying the vibratory grout injection; assessment on change of the lumped parameter $\theta$ which represents a barometer of clogging phenomenon was made. Moreover, the effect of vibratory grout injection through the joint was also investigated using artificially made rock joints. Experimental results as well as analytical results show that the grout penetration depth can be substantially improved by vibration grouting. Moreover, it was found that enhancement of the permeation grouting due to vibratory injection is more dominant at low grouting pressure of less than 400kPa.
Numerical experiments using a distinct element code (PFC3D) were carried out for the analysis of grout-material transfer in soil layers and also for the analysis of increase in mechanical strength after permeation grouting. For rapid analysis, up-scaling analysis in length scale was adopted, and the following observations were made from the numerical experiments. Firstly, the relative size of grout material with respect to the in situ soil particles controlled the transfer distance of the grout particles. When the size of grout particle was 0.2 to 0.25 times of the in situ soil particles, clogging of pore spaces among the in situ soil particles occurred, resulting in restricted propagation of grout particles. It was also found that there was a threshold value in the size of grout particle. Below the threshold value, the transfer distance of the grout particle did not increase with the decrease of particle size of the grout material. Secondly, the increase in cohesion and internal friction angle was observed in the numerical specimen with grouting treatment, but not with the untreated specimen.
Permeation grouting effectively enhances soil strength and decreases permeability of soil; however, the flow of grout is heavily affected by anisotropy of hydraulic conductivity in layers. Therefore, this study investigates the effect of permeability anisotropy on the effective radius of horizontal permeation grout using computational fluid dynamics (CFD). We modeled the horizontal permeation grout flow as a two-phase viscous fluid flow in porous media, and the model incorporated the chemical diffusion and the viscosity variation due to hardening. The numerical simulation reveals that the permeability anisotropy shapes the grout bulb to be elliptic and the dissolution-driven diffusion causes a gradual change in grout pore saturation at the edge of the grout bulb. For the grout pore saturations of 10%, 50% and 90%, the horizontal and vertical radii of grout bulb are estimated when the horizontal-to-vertical permeability ratio varies from 0.01 to 100, and the predictive model equations are suggested. This result contributes to more efficient design of injection strategy in formation layers with permeability anisotropy.
To improve the grout penetration characteristics, a vibratory grout injection technique was adopted in this study. It is a technique of grout injection in which an oscillating pressure is added to the steady-state pressure as an injection pressure. By applying the vibration during grout injection, cement particles will become less adhesive and the clogging tendency will be decreased. A series of pilot-scale chamber tests were performed to verify the enhancement of the groutability by applying the vibratory grout injection; assessment on the change of the lumped parameter $\theta$ which represents a barometer of clogging phenomenon was made. Moreover, the effect of vibratory grout injection through the joint was also investigated using artificially made rock joints. Experimental results as well as analytical results show that the grout penetration depth can be substantially improved by vibratory grouting. Moreover, it was found that enhancement of the permeation grouting due to vibratory injection is more dominant at grouting pressure less than 400 kPa.
Lee, Jun Seok;Bang, Chun Seok;Choe, Il Yun;Eom, Ju Hwan
Magazine of korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.1
no.1
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pp.67-80
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1999
The Grout-reinforcement technique which is widely used during the excavation of a shallow or an endangered tunnel can be classified into a couple of groups according to the properties and injection methods of the grout. The reinforcement design will, therefore, take a different approach based on the grouting method under consideration. However, the injection procedure is mainly performed by the experience of the foreman rather than engineering judgement , specifically the permeation grouting through the rock joints and its reinforcement effect Is not fully under-stood during the design stage, In this study, the anisotropic material properties of the grout-reinforced rock masses are derived from the concept of composite materials and the effect of intact rock, vertical grouting and permeation grouting is, therefore, fully accounted for. Through the parametric studies on the characteristics of rock joints, intact rock and grouting materials, various case studies have been considered. The results, illustrated via the design charts, can be directly used during the reinforcement design.
When cement grout is used for waterproofing of grounds, important roles are played by fluidity, particle size and bleeding. The most important element which determines their characteristics is the water/cement ratio of grout. Moreover in order to improve the efficiency of soil permeation, micro cement with a smaller average diameter is used in addition to ordinary portland cement. Besides the mixing ratio and cement diameter, the condition of ground is also of fundamental importance in the efficiency of permeation. In order to evaluate grout in terms of permeation ability into ground, we need a field test of grounting, which is cost and time consuming. In this paper we present a laboratory test method in which the suitability and efficiency of grouts are simply and more practically tested. In Korea neither a test standard nor devices are available to simulate grouting in a laboratory. We devised a grout injection equipment in which grouting was reproduced in the same condition with different materials, and suggested a standard for the production of specimens. Our tests revealed that the efficiency of injection increases with the water/cement ratio. We also found that more efficiently injected is the grout with the order of decreasing size; MS8000, micro cement, and ultra fine cements, and colloidal super cement.
The permeation grouting is a commonly used technique to improve the engineering geology condition of the soft ground. It is of great significance to predict the permeation range of the grout so as to ensure the effects of grouting. This paper conducts a theoretical analysis of jet-grouting effects in ground improvement and rotary grouting pile installation by utilizing deformation-permeation coupled poroelastic solutions based on Biot's theory and Laplace-Fourier integral transform technique. The exponential function and the intermittent trigonometric function are chosen to represent time-dependent grouting pressure usually encountered in ground improvement and rotary grouting pile installation process, respectively. The results, including the radial displacement, the hoop stress, the excess pore fluid pressure, the radial discharge, and the permeation radius of grout, are presented for different grouting time, radial positions and grouting lengths. Parametric study is conducted to explore the effects of variation of the exponent in the exponential grouting pressure-time relationship on grouting-induced responses. It is expected that the proposed solutions can be used to estimate the permeation range of grouting in ground improvement and rotary grouting pile installation.
Park, Sung-Yong;Shim, Houng-Gen;Kang, Hee-Jin;Lim, One-Bin;Kim, Yong-Seong
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.16
no.2
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pp.149-158
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2017
Permeating injection is commonly known as an ideal type of injection in grouting reservoir embankment, yet often-combined permeating and fracturing injection grouting operation can disturb the original soil. A grouting method has been regarded as effective and developed to ameliorate the possible disturbance problem. It involves compaction grouting with low expansive pressure near the injection hole and repetitive injection and compaction with grout material that allows ideal permeating injection. This thesis develops Hybrid Grout (ie. HG grout) that allows various application in any ground condition combined together, has high fineness and low viscosity, and expands permeation injection to silty sand. It researches on the injection effect of permeable compaction grout which is done with PC packer and is a combination of HG grout and expansion agent to obtain permeation compaction effect on the area near grout injection spot by developing Permeable Compaction Type Packer(ie. PC packer). As the developed PC packer, HG grout, and and expansion agent (HI-E) are applied to reservoir embankment reinforcement grouting, possibile permeation compaction effect that satisfies reservoir embankment grouting standard is confirmed according to the research.
Permeation grouting is of great significance for consolidating geo-materials without disturbing the original geo-structure. To dip into the filtration-induced pressure increment that dominates the grout penetration in permeation grouting, nonlinear filtration coefficients embedded in a convection-filtration model were proposed, in which the volume of cement particles in grout and the deposited particles of skeleton were considered. An experiment was designed to determine the filtration coefficients and verify the model. The filtration coefficients deduced from experimental data were used in simulation, and the modelling results matched well with the experimental ones. The pressure drop revealed in experiments and captured in modelling demonstrated that the surge of inflow pressure lagged behind the stoppage of flow channels. In addition, both the consideration of the particles loss in liquid grout and the number of filtrated particles on pore walls presented an ideal trend in filtration rate, in which the filtration rate first rose rapidly and then reached to a steady plateau. Finally, this observed pressure drop was extended to the grouting design which alters the water to cement (W/C) ratio so as to alleviate the filtration effect. This study offers a novel insight into the filtration behaviour and has a practical meaning to extend penetration distance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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