岩土加固工程中的注浆工艺研究

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摘要：近年来，注浆工艺得到了快速发展，尤其是在西方发达国家，注浆工艺被广泛应用于各种工程领域。本文主要对影响注浆工艺的三个要素进行简要论述和分析。

关键词：岩土工程；注浆工艺；影响因素

土加固技术是提高岩土工程稳定性的一项专门技术，广泛应用于矿山采掘、铁道公路、水电堤坝、地下工程及地表建筑基础等岩土工程。近代，随着大型隧道、高层建筑的兴起，加固技术得到了迅速发展。

注浆法也常称为灌浆法，是利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管将各种能固化的浆液注入到地基土中，浆液以填充、渗透和挤密的方式，将土颗粒或岩石裂隙中的水分和空气排除后占据其位置，经过一定时间后，浆液将原来松散的土粒胶结成一个整体，以改善地 基土的物理力学性质，或用于既有建筑物下提高地基承载力、减小地基土变形或渗透性，防止地基土出现流沙、管涌，或者用于降低土压缩性，提高压缩模量，如对基坑被动区土体进行注浆加固以提高被动土压力、减小围护桩位移等，以及可用于建筑物的纠偏或顶升。常用的灌浆材料有水泥系浆材、化学浆材和混合型浆材。水泥系浆材有水泥浆、黏土水泥浆和粉煤灰水泥浆，化学类的有环氧树脂类、木质素等，混合型浆材有聚合物水玻璃 浆材、聚合物水泥浆材、水泥水玻璃浆材等。所谓的注浆工艺，主要是指利用人工机械将某种浆液材料灌注到特定建筑物中去的施工技术，具有加固岩土的重要作用。注浆机械设备、浆液材料和设计施工技术是影响注浆工艺的三个因素，接下来笔者对此进行简要论述。

1.注浆机械设备

结合具体的注浆目的、地质环境和注浆方式，选择最佳的注浆机械设备是注浆工艺实施的前提和基础。目前，注浆机械设备主要包括钻进机械、注浆泵、传输管和浆液喷嘴。还包括搅拌机、物探设备、地质分析设备等辅助设备。钻进设备范围非常广，各种地质钻机都能够充当，地面上可用百米乃至千米的大型钻机。在地下工程中，可使用百米以下的小型钻机，既能够当施工横断面的超前钻探使用，还可以充当钻进设备。

近年来，我国开发了一种“工作面注浆”新技术，以电钻和风镐取代以往的地质钻机，虽然钻进深度最多只有五米，开孔孔径也非常狭小，但是其速度却是地质钻的十倍之高。此外，这一新技术还具备很多优势和特点，包括设备简易灵活，针对性强，但凡遇到岩石缝隙便可注浆，注浆后若是缝隙出水减少便起到了作用，注浆之后便可继续钻进，如此便可实现一班注浆，一班掘进，有时两者还能实现同步施工，全面提高了掘进速度，有效解决了传统地质钻钻进速度慢，体积大不灵活，操作繁杂，工作面占用量大，注浆后挪走钻机，费时费力，效率低下等诸多问题和弊端。

注浆压力泵，是当下阻碍我国注浆工艺发展的一大难题，尽管在地表浅层作业的灌注浆中，普通的机械泵便可满足施工要求，但在克服诸多施工压力的现代注浆工艺中，普通机械泵已经无法满足其施工需要，达不到基本的压力值。所以，目前急需新一代超高压注浆泵，以解决现存的实际问题，但是当前我国生产这类超高压注浆泵的厂家少之又少，要大批量配备这种高压泵，高压传输管，浆液喷嘴以及钻进机械等全套设备，还是相当困难的。

2.注浆浆液材料

注浆浆液材料主要分为两类，一种是普通浆液材料，一种是化学浆液材料。普通浆液材料主要包括水泥、水玻璃、粘土泥浆、微细木屑和砂浆等。下面主要介绍一下化学浆液材料。

近年来，比较流行的化学浆液材料时高分子化学浆液材料，主要包括塔克斯系统、丙烯酰胺系统、甲凝系统、脲醛系统以及木素系统等。当遇到岩土沙粒粒径达到0.5mm，或者岩石缝隙宽度达0.2mm，地下水流速大于500mm/min时，使用普通浆液进行注浆便无法取得应有效果。此时就需要使用化学浆液实施注浆，因为化学浆液材料具有粘度低、可注性强、凝固强度高、时间可控性高等优势。但它也存在生态污染、有毒性、价格高、技术不成熟等缺点，化学浆液通常应用于重点或特殊工程之中，但随着应用技术的成熟，毒性的消除以及价格的降低，其应用前景非常好。笔者在此简述一种高新化学浆液材料——塔克斯系统。

塔克斯系统源于美日等发达国家，比如，日本利用这一全新注浆材料和工艺，实现了海底煤炭开采。塔克斯主要成分是氰凝和聚氨酯，具有强亲水性，几分钟的水泡发，便可膨胀到原来体积的五到十倍，能够充分填充岩石裂缝，十分钟之内便可完全凝固，凝固强度和凝固时间都具有很强的可控性，但是其成本非常高，每吨上万美元，并具有毒性，所以通常被应用于重点和特殊工程之中。

3.注浆设计施工工艺

在地面受压较小的情况下，统称采取灌注浆。浆液通过自重效应，实现自下而上的灌浆。当受压较大时，便称为喷浆。喷浆又有定向喷浆和旋喷注浆之分。为了加大喷浆半径，除了采用单管喷浆外，还增加了双管喷浆和三观喷浆。普通砂土情况下，单管喷浆半径为0.4-0.6m，双管喷浆半径为0.6-1.0m，三观喷浆则可达到1.0-2.0m。定向喷浆技术通常被应用于堤坝防渗、边坡防滑和泥石流护理等工程中，也充当临时护墙角色。其施工流程为：首先钻机钻到设计底板，进行定向喷浆，然后缓慢提升钻杆，就可形成厚度和宽度分别为15cm、200cm的临时护墙。在中小堤坝施工过程中，平面布设呈锯齿状。而在大型堤坝施工中，平面布设呈网状。

由于注浆压渗运动极其复杂，所以到目前还没有解释其机制的渗透理论，所以给注浆设计工作带来了很大阻碍。正由于此，以往注浆积累的经验方式、参数和公式等，对注浆设计都十分重要。要做好注浆设计的准备工作，充分掌握注浆区域内的地质状况，了解有关工程地质和水文地质参数情况，包括岩石缝隙率、地下水压参数和渗透强度、岩土物理力学性质等，根据具体参数和数据确定注浆范围，决定注浆方式，选择合理浆液材料，计算出最佳浆液剂量：Q=a.n.V/（1-β），Q代表注浆剂量，a代表浆液可填充率，普通砂土中其值为0.5，β代表跑浆率，就是在注浆过程中，浆液顺钻孔漏浆，西方等发达国家β取值在15%-20%之间，所以可通过制作低标号砼板来实现漏浆的综合利用，当前国内高压注浆过程中的钻孔漏浆率大约在30%-35%。

此外，在注浆完成后，必须检查浆液的凝固情况，对设计方案作出及时调整，并可以通过土工试验确定浆体是否达到预定目标，若是没有，则要及时对方案进行修正。在进行旧有建筑的注浆施工时，则要通过整体静载实验来实现方案评价。

目前，由于各种原因，注浆工艺的应用还不是非常广泛。但注浆工艺凭借成本较低、灵活多用、污染较小、施工对环境的破坏较小等许多有点，已经开始被应用于各工程领域的施工过程中，故此，笔者通过本文对注浆工艺进行简单介绍，希望能够提供一定参考价值。

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