注浆技术

引言注浆技术是一项实用性很强、应用范围很广的工程技术，它是用液压、气压或电化学的方法，把某些能很好的与岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙中去，使岩土体成为强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体，从而达到改善岩土体的物理力学性质的目的。我国注浆技术的研究和应用较晚，经过50多年的发展，已经取得了较大进展，特别是在水泥注浆材料的研制方面已处于世界先进行列，注浆应用的领域也逐渐扩大，已遍及水利、建筑、铁路和矿业等多个领域。注浆技术的优点1)施工设备简单；2)规模小、耗资少;3)占地面积小、施工灵活方便;4)工期短、见效快;5)施工噪声和震动小；6)加固深度可深可浅，易于控制;7)应用领域广泛;注浆分类注浆方法是注浆参数设计的依据，同时也是注浆施工的关键。目前，注浆方法很多，其分类没有一定的标准，按注浆材料的不同，可分为化学注浆、水泥注浆及粘土类浆液注浆；按用途的不同，可分为加固注浆、防渗注浆以及基础托换注浆；浆液的渗透方式可分为充填注浆法、渗透注浆法、挤密注浆法和劈裂注浆法。此外，近几年，在土层注浆中又出现了高压喷射注浆、旋喷注浆等注浆法，丰富了注浆内容的同时也扩大了注浆法的应用范围。注浆设计注浆设计时，通常把技术上的可行性和经济上的合理性综合起来考虑。1)首先，应考虑注浆的目的；2)其次，注浆标准的确定；3)第三，选择适宜的注浆材料；4)第四，注浆参数的确定；注浆压力注浆压力是给予浆液在土层中渗透、扩散及劈裂、压实的能量，其大小决定着注浆效果的好坏及费用的高低。用较高的注浆压力可增加浆液的扩散能力，使钻孔数尽可能的少，从而降低注浆费用。但注浆压力超过某一界限时，可导致地基土产生剪切破坏。注浆压力的大小与土的密度、强度、渗透性、钻孔的深度、位置、注浆顺序及注浆材料的性质有关，因而难于准确制定，常常通过现场注浆试验确定。浆液扩散半径浆液扩散半径是一个重要参数，其值可用理论公式估算。通常，浆液的实际扩散半径都小于各种理论值。这是由于水泥浆液在进入细小裂隙的过程中，注浆压力使浆液中水分被渗滤出来，浆液逐渐变稠,流动的距离就会变小。其次，计算所用的某些参数在注浆过程中为一变量，从而导致了计算值与实际值的差别,当地基条件复杂或计算参数不易准确选定时，应通过现场注浆试验来确定。浆液浓度和凝胶时间在注浆过程中，浆液的浓度是根据注浆压力及吸浆量的变化而改变的。稀浆的流动性好,但延长的注浆时间，可造成浆液的浪费及工期的增加。通常可采用高压、浓浆来改进注浆效果、缩短注浆时间、避免浆液的浪费。凝胶时间的确定同所要求的浆液渗透范围有关，可加入不同的外加剂来调整凝胶时间。工程要求的凝胶时间应能准确控制，浆液凝胶前其粘度变化不大。凝胶后其粘度应急剧增大注浆材料注浆材料一般可分为悬浮液浆材和溶液型浆材。浆液的性质取决于组成成分及温度、时间和渗透速度等。根据注浆的目的、土质条件、工程性质、施工技术及造价高低等因素来选择适宜的浆材及合适的浆液配比。目前，采用较稠浆液和使用增塑剂、高效减水剂已成为一种发展趋势。水泥浆材水泥浆材具有固结体强度高、耐久性好、材料来源丰富、工艺设备简单、成本较低等优点，所以在各类工程中得以广泛应用。但这种浆液容易离析和沉淀、稳定性较差，此外，因固体颗粒较大，使浆液难以注入土层的细小裂隙或孔隙中。为改善水泥浆材的性质，以适应各种不同工程的需要，可在浆液中加入各种添加剂。化学浆材化学浆液可注性好，能注入土层中的细小裂隙或孔隙。其缺点是结石体强度较低、耐久性较差、对周围环境和地下水源有污染、价格较贵。化学浆材有三大类：一.水玻璃类化学注浆材料：分为碱性水玻璃和酸性水玻璃。二.有机高分子化学注浆材料；三.有机高分子复合化学注浆材料。分层多次高压注浆预应力锚固技术(图2-5)在松散岩土层中安装永久性的预应力锚杆最重要的是能保证预应力值的永久保持，而要达到这个目的，则必须保证锚杆（索）在锚固段有一个强大的承载体并谋求对岩土体的整体改性。但在无约束的条件下，则无法实现这个目标。利用“分层多次”的注浆技术，成功地实现松散岩土体中高压注浆改善岩土体特性的目标。五、关键技术分层多次高压注浆预应力锚固技术(1)实施要点安装锚杆时，同时安装4根以上的注浆管。分层，在注浆孔的轴线方向，根据不同的承压条件，让浆液在不同的特定部位扩散。多次，每一根注浆管注一次浆，有几根注几次，所谓“多次”即指此意。五、关键技术分层多次高压注浆预应力锚固技术(2)实施过程注浆管加工:一次注浆管与锚杆长度相同，不需要加工；二次注浆管与锚杆长度相同，内端口封住，在内端2m范围内，每隔0.4m，用手电钻对穿打孔，用胶带封孔；三次注浆管，长度为4m，内端口封住，在内端2m范围内每隔0.4m，对穿打孔，胶带封孔；四次注浆，注浆管比锚杆长度短2m，在内端至离外端4m的范围内，每隔0.4m对穿打孔，胶带封孔，锚杆与注浆管绑扎在一起，同时送入锚杆孔。五、关键技术分层多次高压注浆预应力锚固技术注浆:一次注浆,利用第一次注浆管将浆液直接注入孔底，至孔口溢浆为止，随即将注浆管抽出;二次注浆,在一次注浆结束18小时后，开始进行二次注浆，注浆压力为1MPa，同时派专人监测对侧墙面，发现跑浆或墙体变形，则立即停注;三次注浆,在二次注浆结束3小时后进行，注浆压力为1.2MPa，同时密切观察本侧墙面变化情况，如孔口或墙面变形或跑浆，立即停注;四次注浆,在三次注浆结束8小时后进行，注浆压力最高为4MPa，注浆时要密切注意墙面和路面的情况，如有异常立即停注。五、关键技术分层多次高压注浆预应力锚固技术上述四次注浆是施工初期必须完成的注浆过程，随着工程的进行，可逐渐地减成三次或两次注浆：a.当对侧墙面已加固完成，可省略第二次注浆；b.当对侧及本侧周围相邻锚杆孔注浆完毕，则第二次及第三次注浆均省略，亦可达到同样的注浆效果。(3)注浆效果经一次、二次和三次注浆以后，第四次即可实施高压注浆，最高注浆压力可达到4MPa，全部达到了设计要求。实践证明，该工艺是成功的。五、关键技术分层多次高压注浆预应力锚固技术(4)机理分析（图2-5）第一次注浆，不起压，浆液全部约束在注浆孔的周围，待其初凝后，可成为后续几次注浆的“止浆塞”。第二次注浆，浆液在内端部扩散，在对面墙体内侧形成脉状浆体。五、关键技术实例2.连霍高速(洛三段)坡间路基滑塌治理工程图2-4路基滑塌挡土墙布置示意图1、2、3、4、5、6四次注浆浆脉二次注浆浆脉三次注浆浆脉一次注浆浆体墙内填土松散岩土体非套管成孔技术治理任何塌方工程，成孔是必要的条件，而塌方体一般不易成孔，若采用套管法，则成本太高，特别打上向孔，很难采用此法。利用一项在破碎岩土层成孔的特殊技术----“非套管成孔术”，有效地解决了这一技术难题，该技术的实施要点是：a.在凿岩机的进水口设计了一个特殊混合器，可利用该孔注进两种以上的混合浆液。五、关键技术松散岩土体非套管成孔技术b.在钻杆上加工了一套特殊的可收缩止浆阀，在钻杆行进过程中随钻进随注浆并能保证浆液有效扩散，钻孔过程中即有效地加固了松散岩土体。c.确定一套浆液系列配合比，以保证浆液在要求的时间内凝固并保证钻孔的钻进速度。五、关键技术高压喷射注浆技术图1旋喷成桩图2新二重管喷射注浆法高压喷射注浆技术图3三管法施工图1－水箱；2－高压泵；3－水计量器；4－水泥计量器；5－空压机；6－压缩空气；7－浆液；8－超高压水；9－自动监视装置；10－三重管回转器；11－钻机；12－砂泵；13－运输车；14－水泥仓；15－钻机用水箱；16－泥浆泵；17－钻机高压喷射注浆技术的特点1)扩大了静压注浆的使用范围，解决了对微细粘土体不易注浆加固的难题；2)由于高速水喷流被限制在破碎的范围内，浆液不易窜入土层远处，避免浆液浪费，且可确保预期的土质加固和形状；3)通过改变浆材和工艺，可使土体达到一定的强度或渗透性的要求；4)一般都用水泥浆，不会造成环境和地下水的污染，无公害问题；5)能在孔中任何一段范围内施工。MJS工法MJS(MetioJetSystem)工法由日本中西涉等人研究。MJS工法的特点有：(1)与一般单管、双管、三管法相比，MJS法可全方位喷射注浆，(见图4)。可以水平、垂直、倾斜喷射注浆，尤其在地下水平喷射注浆.(2)一般高压喷射注浆时泥浆是靠压缩空气的升扬作用通过钻孔与钻杆之间的空隙排到地面，施工深度一般约30m左右，而MJS工法使用MJS工法泥浆真空泵抽取泥浆，施工垂直深度达到80m，水平深度50m；(3)由于安装了压力传感器，可以监测到喷射处的压力，防止地面隆起；(4)可以任意选择桩径，桩径可以从40cm变化到300cm。(5)工作环境干净，场地无污染。M.F.KhassmeM.F.Khassme法原理注浆的问题和发展前景注浆工法加固地层，随着发展应用已逐渐被人们所认识，尤其得到工程界的重视。但存在的问题和发展前景也显而易见的暴露出来。注浆工法的优点本文前面已详述，目前存在的主要问题是尚无完好的检测注浆工法的注入范围和判断固结状态的方法，亦即达到注浆设计目的的可靠性差，这是该工法最大的缺点。由于解决该工法的软科学知识少，目前注浆施工还是靠经验进行设计和施工，而这些已不能适应现实的需要。因此，取得该领域技术上的进步已极为迫切。总结注浆技术的广泛应用已经给我们带来了越来越多的利益，这样，不可避免的会随之出现一些问题。目前注浆技术已发展成集高分子化学、岩土力学、机械、自动化技术、计算机技术等多学科为一体的新兴的交叉技术应用学科。世界上发达国家，如日本、美国、英国、法国等国家的注浆技术研究应用发展很快，各国都有专门的研究机构和施工公司，我国起步较晚，但发展较为迅速。相信注浆技术在我国将会得到越来越广泛的应用和发展。谢谢大家!