注浆

张光州爆破实验室土木与环境工程学院在刚刚过去的20世纪里,岩土注浆技术在工程领域得到了广泛应用,包括水电工程、铁路桥隧工程、建筑工程、公路工程、桥梁基础、矿山建设方面,成功地解决了许多地下水害和工程加固的关键问题,取得丰硕成果,岩土注浆的新概念、新技术不断产生。注浆的定义就是将胶结材料配制成的浆液注入地层的裂隙或空洞中去，浆液凝结硬化后，堵塞裂隙，孔隙或溶洞，从而达到封闭水源或加固地层的目的。为了更好地了解岩土注浆技术应用现状和发展方向,下面分四个方面进行阐述。水泥注浆特殊注浆化学注浆高压旋喷注浆1.1超细水泥普通水泥最大颗粒一般为80-100μｍ,很难灌入渗透系数低的砂土或宽度200μｍ的裂隙。20世纪80年代,国际上出现了粒径20μｍ的超细水泥,并越来越多地在建筑物地基和地下工程施工中采用。我国目前已经能够生产粒径为2-20μｍ的超细水泥,进入到世界先进行列。浙江长潭水库大坝1.2高水速凝材料高水材料是英国最早研究成功的新水硬性凝胶材料,主要成分是硫铝酸盐,具有结石体含水率高、用料省、凝胶快、可泵性好、结石体强度高等优点。与水泥水玻璃浆液比较,用料省、强度高;与化学浆液比较,成本低。高水速凝材料一般由甲料和乙料组成。配方为:甲料有硫铝酸盐水泥熟料、柠檬酸和水;乙料有石膏、生石灰、膨润土、碳酸钠和水。1.3硅粉水泥浆材硅粉是生产硅铁和工业硅过程中附带得到的粉粒,主要成分为ＳｉＯ2,其表面和活性大。硅粉能够提高混凝土力学强度,同样也可在水泥浆中掺入适量硅粉,提高浆液结石体强度。山东三山岛金矿粉矿仓地基加固采用硅粉水泥灌浆,基础下沉得到控制,取得良好效果。其配方为:浆液水灰比0.5,硅粉掺量86%,ＵＮＦ-5掺量2%。浆液结石体抗压强度55-60ＭＰａ。山东三金岛金矿1.4纳米水泥材料纳米材料科学是20世纪90年代出现的新学科。由于纳米材料粒径尺寸小,在1～100ｎｍ之间。具有表面能很大、化学活性很高、高吸气体和高混合性的特点,油和水无法粘附在材料表面。在石窟文物表面喷涂上纳米材料保护层,将会阻止气体或液体浸蚀物质的破坏。对石崖加固工程岩体裂隙注浆,在化学注浆材料环氧树脂、丙烯酸酯中加入无机纳米粒子,可增强注浆材料的附着力、防腐防污染的能力,将来在文物保护应用领域很可能形成一个新兴浆液种类。黄河小浪底2.1酸性水玻璃浆材酸性水玻璃是一种无毒性、不污染环境、料源广、造价低、且施工方便的浆液材料,在我国北方碱性土质地区,尤其是在粉细砂加固工程中得到应用,但在南方酸性土质的注浆效果不明显。为了扩大酸性水玻璃的应用范围,探寻取代水泥碱性水玻璃的浆液材料,河南省水科所等单位在北京地铁酸性水玻璃固砂取得成功经验的基础上,针对酸性土质条件,研究了乳液型强酸性水玻璃和高抗渗性能的强酸性水玻璃浆液的配制方法及参数分析,认为酸性水玻璃、弱酸性水玻璃在加入特殊物质后,缩短了凝胶时间;乳液型强酸性水玻璃中加入一种廉价的弱碱性物质,注入酸性地层后,可定时凝胶,获得较高抗压强度和可靠的稳定性。三峡大坝2.2丙烯酸盐浆材浆材低毒或无毒是化学注浆追寻的一个重要目标。为了避免化学注浆对环境产生污染,长江科学院研究了丙烯酸盐中金属离子引力场和生物学效应,得到微毒丙烯酸盐浆材,并用于万安水电站等工程注浆试验和帷幕补强。通过室内和现场试验对坝基的加固、防渗和混凝土伸缩缝的止水或混凝土裂隙后的补强,研制出了相应的化学浆材、工艺和设备。千里赣江第一坝万安水电站大坝2.3高强木素浆材高强木素是一种以纸浆废液为原料,掺入糠醛、丙酮、尿素和硫酸乙脂配料制成的新型化学浆材,价格低廉、来源广、粘度低、无毒且强度高。克服了铬木素、低毒铬渣木素有毒性和强度低的缺点。用亚硫酸盐法造纸排出的废液均可利用。高强木素是木质素类配方中无毒的高强浆材,在水中凝固后仍保持高强度,将来可用于含水地层及有水裂隙补强固结灌浆。2.4水下快速固化的ＰＢＭ混凝土聚合物混凝土(ＰＢＭ)是由树脂或单体作为粘合剂和骨料结合形成的聚合物材料。常用的单体或聚合物是甲基丙烯酸甲脂、聚酯/苯乙烯、环氧、聚氨脂、呋喃和乙烯基树脂。在共聚-共混理论基础上,能够制备成聚合物混凝土,并具有优良的性能特征:(1)快速固化,强度增长快。4ｈ抗压强度达到30ＭＰａ,可用于维护高速公路和桥梁,夜间修补,白天开放交通;(2)抗拉、抗折、抗压强度高,综合性能好,补层厚度薄(15-20ｍｍ),不易压裂或压碎;(3)水下固化强度仍很高,弹性模量小,修补层稳定;(4)收缩率一般在2×10-3以下,粘结强度大于收缩应力,能保证修补层不开裂;(5)抗酸、盐能力较强。ＰＢＭ混凝土主要用于高速公路、机场、桥梁等工程的快速修复;水工建筑抗冲耐磨护面材料;水下混凝土如坝面、隧道、桥墩、码头等水下部位的快速补强等。广州北环高速公路钱塘江浪潮3.1水平旋喷竖直旋喷注浆技术用于粘土、砂土、淤泥等多种地层条件下的堵水加固,已经取得成熟的经验。但竖直旋喷注浆也会受到钻孔方向等因素的限制,因此,发展了水平旋喷注浆技术,尤其在隧道的预支护方面。日本旋喷方法:(1)ＣＣＰ-ＨＩ法,为单管旋喷水平钻孔旋喷法,注浆管后端设置扩径钻头,钻进时缩于钻杆凹槽内,后退时自动打开,搅动土层,以扩大旋喷柱体直径;(2)ＲＪＦＰ法,用于加固隧道拱部,在拱部外缘旋喷成的固结体中,插入钢管或钢筋,形成拱棚,抵抗横向压力与纵向弯曲,该法已普遍用于日本隧道工程;(3)ＭＪＳ法,为全方位高压喷射技术,不便搬运。华盛顿银行之都苏黎市3.2振孔高喷振孔高压喷射注浆法是在常规的高压喷射注浆技术基础上,为提高造孔与高喷综合效率,将高喷技术、大功率高频振动造孔和专门机具结合,形成的一种新型地基处理方法。振孔高喷机集成孔桩管和注浆管于一体,且锤击振力较高,成孔速度快。多采用三管高压喷射注浆工艺,振动成孔与喷射注浆一次完成。适于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土、碎石、砾石含量较高、粒径较大的地层。注浆材料常采用普通硅酸盐水泥,高压水压力为25-40ＭＰａ。酒泉卫星发射基地大亚湾核电站3.3双高压高喷注浆ＲＪＰ技术目前,高压旋喷注浆法在我国已经得到广泛应用,从进一步发展和软基加固要求来看,该法还不能满足18ｍ以上桩基的工程要求,还存在水泥用量较大、搅拌不均匀、水泥浆被带出地面较多等不足。在国外,日本已经研究开发ＲＪＰ法,即用高压水和高压水泥浆同时喷射,具有单管法和三管法的共同优点,并且桩径可扩大到2-3ｍ,减少了三重管注浆法的缺点。上海浦东3.4高压水下管、一次成桩的高喷技术利用石油机械厂淘汰钻机(ＷＪＣ-50Ｃ型),先用50ＭＰａ泥浆泵,通过喷射管将高压水垂直注入软土地层造孔,到设计深度后,投球堵塞垂直注水孔,并自下而上进行水平方向旋喷。喷射管一次成桩,比一般单管法快、成本低。4.1桩底后注浆技术桩基扩底注浆是利用桩底小主应力的分布规律和劈裂注浆原理,以注浆液的压力有控制性地将桩底地基岩土劈开,然后注入浆液,与岩土体产生固结,从而改善桩底地基的内部应力状态,提高桩底地基岩土的稳定性和承载力。与普通灌注桩相比,单桩承载力可提高,能改善桩的抗震性和抗拔性,可将长桩改短桩,减少钻进量和承台数量;与扩底灌注桩相比,不需要扩底专用设备,投资省,桩底为水泥浆,节约钢筋混凝土用量,有利于流水线施工。武汉汉正街4.2煤层灭火注浆煤炭具有自燃的可能性。为了防止自燃和对地下燃煤层进行灭火,国内外采用注浆封闭技术来解决这一问题,即用人为方法,喷注一种或几种浆液,堵塞裂隙或覆盖矿床表面,断绝矿体与氧气的接触,或采用注浆筑建隔离帷幕,达到阻燃灭火的目的。灭火注浆材料应具有表面渗透性和潮解吸水性强、能保持矿物湿润、自身不燃、价格低廉和来源广等特点。神府——东胜煤田4.3高喷掏土、静压注浆纠偏加固高喷掏土是在建筑物沉降量小的一侧布置钻孔(倾斜或垂直),通过喷射高压水气冲切、破搅和扬升,把土掏出地表,并在所需深度形成一定形状的空穴,在基础与下部结构物重力作用下,地基土层出现随时间增加的变形,控制掏土过程,逐渐实现纠正建筑物偏斜的目的。然而,仅仅进行掏土纠偏,不能完全解决软土地基下沉问题,还需要同时进行有效的地基加固,才能达到长期稳定的状态。对掏土部位作注浆加固,以及整个建筑物基础周边作静压注浆,确保纠偏后达到均匀沉降的要求。4.4粉喷加固技术由压缩空气把发送罐中的粉体材料通过钻杆喷入地下,由下向上逐步提升。粉体材料及配比可选择:水泥30%,生石灰30%,粉煤灰40%。空气压力为0.4-0.6ＭＰａ。在淤泥质饱和软土地基加固中,生石灰喷入后,能够吸收周围土体中的水分,并在化学反应生成熟石灰的过程中,其体积发生膨胀,与所接触的土层固结。另外,粉煤灰与水泥和石灰配合使用,能生成稳定的水化物,形成强度较高的柱状体。4.5珊瑚礁地基地下水池高喷封桩堵水技术永兴岛地处南中国海,全部由珊瑚礁组成,地下水呈碱性,不能食用。为了解决岛上淡水供给问题,海军西沙工程指挥部在永兴岛兴建了2座大型地下集水池,收集近15万ｍ2的机场跑道上的大气降水。集水池距海岸线很近,海水渗透严重,因而,采用单管旋喷法筑壁,三重管旋喷法封底并获得成功。珊瑚地层组成自上而下为:珊瑚细砂及片状贝壳细砂;中粗砂,含少量细砂和珊瑚碎屑;细砂岩层,富含珊瑚礁细砂岩状,透水性较前2者差。地下集水池为倒拱式旋喷注浆固结体,底板厚度满足开挖施工时防渗要求。施工参数选择为使旋喷桩紧密相连,桩距定为ｌｍ,集水池周边孔距适当调整,孔距在0.8-1.2ｍ,梅花形布孔。为防止高喷串孔,保证喷射桩体质量,采用隔排跳孔作业。永兴岛地图4.6树根桩加固技术树根桩是一种小直径的钻孔灌注桩,通常在钢管的导向下,用旋转法钻进,钻孔直径为100-250ｍｍ。直径较小时,可放入一根钢筋;对于较大直径的桩,用几根钢筋组成钢筋笼。成孔后,下注浆管,将配制好的砂、砾石灌入孔内,采用注浆泵以较低压力将水泥泵入孔内,边振边拔管,边补填骨料,最后成桩。由于树根桩可以任意角度倾斜,桩群形状如树根而得名。它的突出优点是能够最大限度地保持结构物与地基之间原有的平衡状态,保证在加固地基的同时,又不破坏地基土对结构物的支撑作用。树根桩的三维结构增加了地基的刚度,可使基础的沉降大大降低。树根桩在施工时无振动,不需要笨重的设备,不影响建筑物的正常使用,具有广阔的发展前途。总之由于被注介质的复杂性、注浆工程的隐蔽性、水文地质条件的不确定性等,模拟试验研究比较困难,加之浆液性能、注浆工艺和注浆过程的多变性对注浆质量有较大的影响,这都增加了注浆技术的困难.但经国内外学者对注浆理论、试验和工程应用的不断研究,使注浆技术得到了不但完善与发展.谢谢！