浅谈注浆技术在土建工程施工中的应用

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　　摘 要: 本文阐述了注浆技术的定义和分类、注浆材料、注浆方法、注浆效果等几个方面的监控与检测,也介绍了土建工程施工中注浆技术的特点及发展趋势。
　　关键词：注浆技术；注浆材料；方法
　　
　　1.注浆技术的定义和分类
　　注浆技术是将具有充填胶结性能的材料配成浆液,利用注浆设备将其注入到地层的裂隙、孔隙或孔洞中,待浆液凝结、硬化后达到填充、加固或堵水的目的。注浆技术实用性强、应用范围广,是地下工程施工中的重要辅助施工技术,主要应用于水利堤坝、矿山巷道、竖井、隧道、地铁等工程开挖时的防渗堵漏和加固 。
　　2.注浆材料
　　随着世界各国地下工程建设的高速发展,注浆材料得到了越来越广泛的开发和利用。它大致可以分为普通注浆浆液材料、化学注浆浆液材料和绿色注浆浆液材料三大类。
　　2. 1普通注浆浆液材料
　　普通注浆浆液材料最常用的是水泥类注浆材料。这种浆液来源广泛、施工工艺简单,但稳定性差,易沉淀析水, 在地下水流速较大的情况下施工时,浆液易受水的冲刷和稀释, 抗水溶蚀性和抗水分散性差。为了提高浆液的稳定性,一般是向水泥浆液中加入0.2%―5%的膨润土和相应的外加剂。它的缺点是随着膨润土掺量的增加,浆液结石体早期强度显著下降,甚至几天不凝,这使浆液在灌入地层后易被地下水冲蚀,降低灌浆效果。水泥注浆材料自1838年英国汤姆逊隧道开始应用,人们在实践中发现普通水泥粒径较大,渗透能力有限, 一般只能深入大于0.1mm的裂隙和空隙,而对于微细裂隙注浆加固效果较差。
　　2. 2化学注浆浆液材料
　　一是水玻璃类化学注浆材料:水玻璃注浆材料主要采用水玻璃和固化剂, 使其发生化学反应,生成大量的硅凝胶从而凝结硬化,具有凝结时间可调、强度可控等优点; 但其结石体抗压强度较低,耐久性能及抗水溶蚀性能差。
　　二是有机高分子化学注浆材料:包括丙烯酰胺类浆材、环氧树脂类浆材和聚氨酯浆材等。一般当砂土颗粒粒径≤0.5mm 或岩石裂隙开口≤0.2mm,地下水流速大于500mm /min 时, 采用有机高分子化学注浆材料可以解决普通水泥浆液无法解决的工程问题。这种材料具有黏度低、渗透能力及可注性强、能注入土层或岩石中的细小裂隙或孔隙、固结性能好、凝结强度和凝结时间的可控性好等优点;其缺点是结实体强度较低,耐久性较差,对周围环境和地下水源有污染。由于化学注浆材料价格高、配方复杂,而且大多数化学注浆材料都有毒, 因而其发展受到限制,尤其1974年日本上岗县发生注浆污染事故后,日本、美国相继禁止了有毒浆材的使用 。
　　三是复合化学注浆材料: 近年来出现的水泥―水玻璃双液注浆材料不仅具有水泥浆的全部优点,而且兼有水玻璃浆液的一些特点,凝固时间可以从几秒到几十分钟内调节,结石体抗压强度较高,凝结后结石率可达到100%,可注性比水泥浆高,是目前研究和应用较多的注浆材料。但水泥―水玻璃双液注浆材料消耗水泥量大,又非绿色材料,不适合时代的可持续发展要求,且水泥―水玻璃双液注浆材料的最终固结强度低,耐久性能差 。
　　2. 3绿色注浆浆液材料
　　当前地下工程建设突出存在注浆材料用浆量大、成本高、对水泥原材料消耗过度,环境污染严重等问题,无法形成材料生产与环境相协调的产业化格局。在我国,粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣的拥有量很高,但利用率却非常低,其有效使用率还不到10% ,而且它们对环境造成了极大的污染。试验表明工业废渣能被碱激发,其固体颗粒较普通水泥颗粒小,且颗粒级配分布也更合理, 因此可以作为双液注浆原材料。
　　采用水玻璃激发粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣制备注浆材料,不仅有利于大量工业废渣变废为宝,减少环境污染,降低注浆材料成本,而且该注浆材料的综合性能优异,这为实现注浆材料节能环保和高性能化提供了一种选择。在我国有效利用大宗工业废渣研制高性能、绿色注浆材料,无疑是与时代可持续发展相协调的新型注浆材料研究方向。
　　3.注浆方法
　　为改善实际工程的注浆效果,除研制合适的注浆材料以外,注浆方法也逐渐被人们所重视。
　　3. 1高压喷射注浆法
　　高压喷射注浆法始于20 世纪60 年代后期,在我国已经有了广泛的应用,并且制定了相应的施工设计规范。在高速公路软弱地基加固、水利工程防渗、矿山井巷加固与防渗等方面得到了越来越多的应用。在一些大城市,随着地铁建设和高层建筑的崛起,不少深基坑工程亦都采用了高压喷射注浆技术来进行深基坑的止水防渗 。
　　高压喷射注浆法是利用高压射流切割原理,通过带有喷嘴的注浆管在土层的预定深度以高压设备使浆液或水成为20MPa左右或更高的高压射流从喷嘴中喷射出来,冲击切割土体,当喷射流的动压超过土体结构强度时,土粒便从土体中剥离。一部分细小的颗粒随浆液冒出地面,其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力的作用下,与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列,浆液凝固后,便在土中形成一个固结体 。
　　对于高压旋喷喷射流,破坏土体结构强度的最主要因素是喷射动压。根据动量定律,在空气中喷射时的破坏力为:
　　 P =ρQum =ρAu2m
　　式中: P―破坏力(N)；ρ―密度( kg/m3)；Q―流量(m3 / s) ,Q =umA；um ―喷射流的平均速度(m / s) 。
　　3. 2静压注浆法
　　静压注浆又称劈裂灌浆。在软土地基中进行静压注浆施工,是利用劈裂作用机理,即用压力注入比重较大的水泥浆或水泥砂浆,在压力传递作用下,灌入的浆液沿地基应力场中的最小主应力面或弱应力分布区劈裂、延伸,所形成的浆脉状或不规则形状的凝结体, 对周围土体产生挤压和密实作用,使土体的孔隙减小,压缩模量增加。浆液凝结体在土体中起到骨架作用,从而达到提高地基承载力, 减少沉降变形的目的。
　　静压注浆既可用于地基加固工程,又可用于基坑止水帷幕工程。施工时容易产生地面冒浆、串浆等现象,不易保证注浆加固效果,为了克服这一缺点,设计时采用静压振冲注浆方案。振冲注浆是利用振动钻机造孔, 并直接利用钻杆注浆,由于振动造孔时地基原状土的扰动较小,钻杆和土层间相互挤压、抱紧,注浆施工时可以保证在一定压力下所注浆液不会顺钻杆窜出地面,并可根据土层的特点,进行下行或上行分层注浆,使浆液均匀扩散,提高加固效果 。
　　3. 3复合注浆法
　　复合注浆法是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合,发挥两种注浆技术优势的一种新型注浆技术。实际工程中先采用高压旋喷注浆成桩柱体,再采用静压注浆增强旋喷效果,扩散加固浆液,防止固结收缩,消除注浆盲区。将复合注浆方法应用在桩基础加固中,能充分发挥静压注浆法和高压旋喷注浆法的优点, 克服其缺点。复合注浆法适用地层范围广,它既可用于砂卵石层,又可用于粘土、粉土和粉细砂层及淤泥层,同时可用于处理岩溶土洞。而且复合注浆法可操作性强,施工简便,施工噪音小,注浆材料对环境无污染,加固效果好。
　　4.注浆效果的监控及检测
　　随着科学技术的进步,电子仪器及相应的技术已被注浆界所采用,日、英、法、美等国的注浆施工监控都已达到了自动化程度。任一注浆阶段的注浆压力、流量、浆液成分及所注浆液的发展情况都可以及时获得,以用于指导注浆全过程,并具有统计、分析及说明注浆结果所需的全部资料。
　　注浆效果的检测是注浆技术中的一个重要环节。例如以堵水为目的的注浆,应检测注浆前后土体渗透性的变化,并进行比较和判定,如注水试验、漏水试验及潜望镜、孔内摄影等;以加固为目的的注浆,则可通过测定注浆前后受注土层的强度变化来判断注浆效果等。
　　注浆效果检查评定技术是对注浆施工好坏的有效评价, 在实际注浆施工中,一定要根据注浆要求高低、现场条件和注浆目的等综合选择合理的注浆评定方法和技术评判标准。
　　5.结语
　　随着工程技术的不断进步,各个学科领域的相互渗透,新的注浆理论、新的施工工艺、新的注浆材料、新的注浆设备及新的注浆效果检测手段将不断地被开发和研制出来。注浆技术将获得强大的生命力,注浆理论将进一步完善,注浆技术也必将得以更广泛地应用和更高速地发展。
　　

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