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【摘要】随着注浆技术的广泛应用，在岩土工程施工中重要作用日益突出。本文介绍了注浆理论以及分类，阐明了岩土注浆材料技术的应用与发展，探讨了岩土施工工程项目中的注浆技术。
【关键词】岩土 注浆 技术
中图分类号：C35文献标识码： A
一、前言
注浆理论
近年来国内外学者对注浆理论、试验和工程应用不断研究, 使注浆理论得到了迅速发展。但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原因, 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, 也增加了理论分析的困难。目前, 根据地质条件、注浆压力、浆液对土体的作用机理、浆液的运动形式和替代方式的不同将注浆分为4 类。
1、渗透注浆
在不破坏地层土颗粒排列的条件下, 浆液充填于土颗粒孔隙中, 将土颗粒胶结成整体。渗透注浆理论主要有球形扩散理论、柱形扩散理论等。球形扩散理论适用于浆液为牛顿流体、均质各向同性的无粘性土, 并且是在点源注浆的情况下。而实际注浆时,浆液并非全是牛顿流体, 被注介质也并非均质土, 因此, 球形扩散理论有它的局限性。柱形扩散理论是以注浆管的一部分( 过滤段) 注浆作为研究出发点, 浆液呈柱状扩散。由于柱形扩散理论与球形扩散理论有相类似的假设, 所以存在着类似的局限性。对于宾汉姆流体( 塑性流体) , 其渗透系数、有效粘度都是扩散半径的函数, 所以上述理论经修正后方可应用于塑性流体。但该理论没有考虑地下水运动的影响, 对高粘度浆液误差较大, 且没有考虑浆液粘时变性的影响。
2、劈裂注浆
浆液先压密注浆点周围的土体, 当压力增大到某一数值时, 浆液流动使地层产生劈裂, 形成脈状或条带状固结体。浆脉起骨架作用, 土体被压密, 其物理力学性质得到改善, 浆液和土体一起构成了复合地基, 从而起到加固土体的作用。
3、压密注浆
通过极稠的浆液挤压注浆点周围的土体, 使土体密实。它不适用于透水性差、含水量大的软粘土。
4、喷射注浆
浆液在喷嘴外呈射流状冲击和破坏土体, 浆液和土体搅拌混合形成固结体, 从而起到加固地基的作用。固结体形状和尺寸与喷射方式及持续时间有关, 增大固结体的尺寸, 需较长的喷射时间。喷射注浆适用范围广, 固结体成形好、强度高、施工简单。
二、岩土注浆材料技术的应用与发展
1、水泥注浆材料
（1）超细水泥。普通水泥最大颗粒尺寸一般为80~ 100um, 很难灌入渗透系数低的砂土或宽度小于200um 的裂隙。我国目前已经能够生产粒径为2~20um 的超细水泥, 进入到世界先进行列, 并在浙江黄潭水库大坝、广州地铁工程抗渗堵水注浆中取得良好效果。硅粉水泥浆材。硅粉是生产硅铁和工业硅过程中的副产品, 主要成分为SIO2 , 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。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8、6%, UNF- 5 掺量2% 。浆液结石体抗压强度55~ 60MPa。
（2）高水速凝材料。高水速凝材料是英国最早研究成功的新型水硬性凝胶材料, 主要成分是硫铝酸盐, 具有结石体含水率高, 与化学浆液相比成本低。高水速凝材料一般由甲料和乙料组成。甲料配方为: 硫铝酸盐水泥熟料、柠檬酸、水。乙料配方为: 石膏、生石灰、膨润土、碳酸钠、水。我国在90 年代建成高水速凝材料生产线, 并在井筒壁后注浆, 巷道式充填采矿法中得到应用。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。
2、化学注浆材料
（1）酸性水玻璃浆材。酸性水玻璃浆是一种无毒性、不污染环境, 料源充足, 造价低, 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, 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, 不定时凝固, 获得较高抗压强度和可靠的稳定性。
（2）丙烯酸盐浆材。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。
三、注浆技术在岩土工程中的应用
1、治水防渗
矿山巷道、竖井、隧道、地铁等地下工程开采时, 可采用注浆防渗帷幕控制涌水或者防渗堵漏。坝体坝基的防渗堵漏、基坑周边渗水和基底涌水涌砂都可以采取注浆法处理。岩土工程实践中, 常常遇到在碳质页岩、粘土、泥岩等软粘土质岩石中进行井巷开挖, 在开挖隧道时遇到岩溶含水层的技术难题。由于软粘土质岩石具有层理构造和碎屑结构, 稳定性能低,强度低的特点。尤其沿层理方向开凿巷道时, 不仅爆破效果不好, 而且容易产生冒顶、垮塌事故, 给开挖和支护带来不利影响。防渗帷幕灌浆工艺的支护机理是在巷道开挖前对即将形成的顶板暴露面围岩进行“凝结加固”预处理, 巷道开挖后, 顶板防渗帷幕层便形成一个初始“围岩支护体”, 发挥着围岩自承拱的作用,为随后进行的网、喷、锚临时支护和混凝土发碹永久支护施工创造了安全的施工条件 。
在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接, 底部伸入相对不透水岩层一定深度, 可以达到阻止或减少地基中地下水渗透的效果;与位于其下游的排水系统共同作用, 可降低渗透水流对闸坝的压力场。按防渗帷幕的灌浆孔排数分为两排孔帷幕和多排孔帷幕。地质条件复杂同时水头比较高时, 多采用3排以上的多孔帷幕。
2、地基加固
注浆能广泛应用于各种地基加固, 提高地基承载力, 已有建筑物沉陷地基的加固和抬升, 桩底注浆加固、提高桩基承载力, 公路路基、铁路和机场跑道下沉的加固等。随着建筑的高度越来越高、跨度越来越大, 对基础的要求越来越高。当地表土质情况较差, 地基承载力较小时, 浅基础形式已经满足不了要求, 基础形式逐渐向深基础发展。桩基础是深基础最常见的一种基础形式。而桩基中的摩擦桩主要承载力取决于桩侧摩擦力, 在上部结构长期荷载作用下具有一定的沉降量。因此在设计时多数采用端承桩形式。端承桩根据其施工方法可分为: 预制桩、灌注桩两大类。灌注桩因其具有承载力高、无挤土、无振动、能贴近已建建筑物施工、适应性强等优点, 在各类建筑工程中的应用越来越广泛, 但在灌注桩成孔过程中对桩周土扰动, 从而降低了桩端、桩周土体强度, 水的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低, 使得灌注桩周摩擦力及端阻力下降, 造成灌注桩承载力偏低, 不论是室内试验还是工程实践都表明, 对灌注桩进行后压力灌浆加固能够有效地减少不利因素影响, 提高承载力。
对于由于各种原因而导致的构筑物沉降的处理, 要把上部结构的加固和地基的处理结合起来进行。先处理地基, 以控制地基的继续沉降后加固上部结构。注浆加固技术是用钻机在基础上成孔至要加固的土层, 然后用高压注浆设备将配制好的浆液通过钻孔注入地层, 使土与浆液产生物理化学反应而胶结, 从而达到改善软土地基的承载力和压缩(变形)模量, 逐渐减少地基沉降量的目的。
结论
岩土注浆施工技术，已成工程项目施工保证施工项目质量的重要方式，在生产中被广泛的使用。经注浆加固的，能满足设计要求的注浆要求。而且该技术设备简单，操作方便，为施工建设提供了保证，保证施工建设项目的质量。
【参考文献】
[1] 尚丽萍,陈玉通.注浆法在岩土工程施工中的应用及其各类方法之比较[J]. 福建建筑. 2008(09)
[2] 张有,欧阳永龙.浅议岩土注浆加固技术的发展与应用[J]. 中国矿业. 2005(06)
【关键词】岩土 注浆 技术
中图分类号：C35文献标识码： A
一、前言
注浆理论
近年来国内外学者对注浆理论、试验和工程应用不断研究, 使注浆理论得到了迅速发展。但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原因, 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, 也增加了理论分析的困难。目前, 根据地质条件、注浆压力、浆液对土体的作用机理、浆液的运动形式和替代方式的不同将注浆分为4 类。
1、渗透注浆
在不破坏地层土颗粒排列的条件下, 浆液充填于土颗粒孔隙中, 将土颗粒胶结成整体。渗透注浆理论主要有球形扩散理论、柱形扩散理论等。球形扩散理论适用于浆液为牛顿流体、均质各向同性的无粘性土, 并且是在点源注浆的情况下。而实际注浆时,浆液并非全是牛顿流体, 被注介质也并非均质土, 因此, 球形扩散理论有它的局限性。柱形扩散理论是以注浆管的一部分( 过滤段) 注浆作为研究出发点, 浆液呈柱状扩散。由于柱形扩散理论与球形扩散理论有相类似的假设, 所以存在着类似的局限性。对于宾汉姆流体( 塑性流体) , 其渗透系数、有效粘度都是扩散半径的函数, 所以上述理论经修正后方可应用于塑性流体。但该理论没有考虑地下水运动的影响, 对高粘度浆液误差较大, 且没有考虑浆液粘时变性的影响。
2、劈裂注浆
浆液先压密注浆点周围的土体, 当压力增大到某一数值时, 浆液流动使地层产生劈裂, 形成脈状或条带状固结体。浆脉起骨架作用, 土体被压密, 其物理力学性质得到改善, 浆液和土体一起构成了复合地基, 从而起到加固土体的作用。
3、压密注浆
通过极稠的浆液挤压注浆点周围的土体, 使土体密实。它不适用于透水性差、含水量大的软粘土。
4、喷射注浆
浆液在喷嘴外呈射流状冲击和破坏土体, 浆液和土体搅拌混合形成固结体, 从而起到加固地基的作用。固结体形状和尺寸与喷射方式及持续时间有关, 增大固结体的尺寸, 需较长的喷射时间。喷射注浆适用范围广, 固结体成形好、强度高、施工简单。
二、岩土注浆材料技术的应用与发展
1、水泥注浆材料
（1）超细水泥。普通水泥最大颗粒尺寸一般为80~ 100um, 很难灌入渗透系数低的砂土或宽度小于200um 的裂隙。我国目前已经能够生产粒径为2~20um 的超细水泥, 进入到世界先进行列, 并在浙江黄潭水库大坝、广州地铁工程抗渗堵水注浆中取得良好效果。硅粉水泥浆材。硅粉是生产硅铁和工业硅过程中的副产品, 主要成分为SIO2 , 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。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8、6%, UNF- 5 掺量2% 。浆液结石体抗压强度55~ 60MPa。
（2）高水速凝材料。高水速凝材料是英国最早研究成功的新型水硬性凝胶材料, 主要成分是硫铝酸盐, 具有结石体含水率高, 与化学浆液相比成本低。高水速凝材料一般由甲料和乙料组成。甲料配方为: 硫铝酸盐水泥熟料、柠檬酸、水。乙料配方为: 石膏、生石灰、膨润土、碳酸钠、水。我国在90 年代建成高水速凝材料生产线, 并在井筒壁后注浆, 巷道式充填采矿法中得到应用。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。
2、化学注浆材料
（1）酸性水玻璃浆材。酸性水玻璃浆是一种无毒性、不污染环境, 料源充足, 造价低, 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, 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, 不定时凝固, 获得较高抗压强度和可靠的稳定性。
（2）丙烯酸盐浆材。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。
三、注浆技术在岩土工程中的应用
1、治水防渗
矿山巷道、竖井、隧道、地铁等地下工程开采时, 可采用注浆防渗帷幕控制涌水或者防渗堵漏。坝体坝基的防渗堵漏、基坑周边渗水和基底涌水涌砂都可以采取注浆法处理。岩土工程实践中, 常常遇到在碳质页岩、粘土、泥岩等软粘土质岩石中进行井巷开挖, 在开挖隧道时遇到岩溶含水层的技术难题。由于软粘土质岩石具有层理构造和碎屑结构, 稳定性能低,强度低的特点。尤其沿层理方向开凿巷道时, 不仅爆破效果不好, 而且容易产生冒顶、垮塌事故, 给开挖和支护带来不利影响。防渗帷幕灌浆工艺的支护机理是在巷道开挖前对即将形成的顶板暴露面围岩进行“凝结加固”预处理, 巷道开挖后, 顶板防渗帷幕层便形成一个初始“围岩支护体”, 发挥着围岩自承拱的作用,为随后进行的网、喷、锚临时支护和混凝土发碹永久支护施工创造了安全的施工条件 。
在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接, 底部伸入相对不透水岩层一定深度, 可以达到阻止或减少地基中地下水渗透的效果;与位于其下游的排水系统共同作用, 可降低渗透水流对闸坝的压力场。按防渗帷幕的灌浆孔排数分为两排孔帷幕和多排孔帷幕。地质条件复杂同时水头比较高时, 多采用3排以上的多孔帷幕。
2、地基加固
注浆能广泛应用于各种地基加固, 提高地基承载力, 已有建筑物沉陷地基的加固和抬升, 桩底注浆加固、提高桩基承载力, 公路路基、铁路和机场跑道下沉的加固等。随着建筑的高度越来越高、跨度越来越大, 对基础的要求越来越高。当地表土质情况较差, 地基承载力较小时, 浅基础形式已经满足不了要求, 基础形式逐渐向深基础发展。桩基础是深基础最常见的一种基础形式。而桩基中的摩擦桩主要承载力取决于桩侧摩擦力, 在上部结构长期荷载作用下具有一定的沉降量。因此在设计时多数采用端承桩形式。端承桩根据其施工方法可分为: 预制桩、灌注桩两大类。灌注桩因其具有承载力高、无挤土、无振动、能贴近已建建筑物施工、适应性强等优点, 在各类建筑工程中的应用越来越广泛, 但在灌注桩成孔过程中对桩周土扰动, 从而降低了桩端、桩周土体强度, 水的水泡软化作用又进一步加剧其强度降低, 使得灌注桩周摩擦力及端阻力下降, 造成灌注桩承载力偏低, 不论是室内试验还是工程实践都表明, 对灌注桩进行后压力灌浆加固能够有效地减少不利因素影响, 提高承载力。
对于由于各种原因而导致的构筑物沉降的处理, 要把上部结构的加固和地基的处理结合起来进行。先处理地基, 以控制地基的继续沉降后加固上部结构。注浆加固技术是用钻机在基础上成孔至要加固的土层, 然后用高压注浆设备将配制好的浆液通过钻孔注入地层, 使土与浆液产生物理化学反应而胶结, 从而达到改善软土地基的承载力和压缩(变形)模量, 逐渐减少地基沉降量的目的。
结论
岩土注浆施工技术，已成工程项目施工保证施工项目质量的重要方式，在生产中被广泛的使用。经注浆加固的，能满足设计要求的注浆要求。而且该技术设备简单，操作方便，为施工建设提供了保证，保证施工建设项目的质量。
【参考文献】
[1] 尚丽萍,陈玉通.注浆法在岩土工程施工中的应用及其各类方法之比较[J]. 福建建筑. 2008(09)
[2] 张有,欧阳永龙.浅议岩土注浆加固技术的发展与应用[J]. 中国矿业. 2005(06)