注漿技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用探討

孫鵬

身份證號(hào)碼：452123197902015234 廣西省南寧市 530021

摘要：注漿技術(shù)是以壓送方式把具有一定凝膠時(shí)間的漿液注進(jìn)松散土層或裂縫，使?jié){液固結(jié)成顆粒或填充裂縫，從而改善土層的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)前該技術(shù)在房屋建設(shè)工程中得到了廣泛應(yīng)用。注漿技術(shù)不但能提高建筑的安全性能，并且能延長(zhǎng)建筑使用壽命，是建筑工程中值得研究和使用的一種技術(shù)。本文闡述了注漿技術(shù)的定義和分類(lèi)、注漿材料、注漿方法、注漿效果等幾個(gè)方面的具體的應(yīng)用與研究。，也介紹了土建工程施工中注漿技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：注漿技術(shù)；建筑施工；應(yīng)用與研究

1注漿技術(shù)的定義和分類(lèi)

注漿技術(shù)是將具有充填膠結(jié)性能的材料配成漿液，利用注漿設(shè)備將其注入到地層的裂隙、孔隙或孔洞中，待漿液凝結(jié)、硬化后達(dá)到填充、加固或堵水的目的。注漿技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，是地下工程施工中的重要輔助施工技術(shù)，主要應(yīng)用于水利堤壩、礦山巷道、豎井、隧道、地鐵等工程開(kāi)挖時(shí)的防滲堵漏和加固。

2注漿材料

隨著世界各國(guó)地下工程建設(shè)的高速發(fā)展，注漿材料得到了越來(lái)越廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。它大致可以分為普通注漿漿液材料、化學(xué)注漿漿液材料和綠色注漿漿液材料三大類(lèi)。

2.1普通注漿漿液材料

普通注漿漿液材料最常用的是水泥類(lèi)注漿材料。這種漿液來(lái)源廣泛、施工工藝簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性差，易沉淀析水，在地下水流速較大的情況下施工時(shí)，漿液易受水的沖刷和稀釋?zhuān)顾芪g性和抗水分散性差。為了提高漿液的穩(wěn)定性，一般是向水泥漿液中加入0.2%—5%的膨潤(rùn)土和相應(yīng)的外加劑。它的缺點(diǎn)是隨著膨潤(rùn)土摻量的增加，漿液結(jié)石體早期強(qiáng)度顯著下降，甚至幾天不凝，這使?jié){液在灌入地層后易被地下水沖蝕，降低灌漿效果。水泥注漿材料自1838年英國(guó)湯姆遜隧道開(kāi)始應(yīng)用，人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)普通水泥粒徑較大，滲透能力有限，一般只能深入大于0.1mm的裂隙和空隙，而對(duì)于微細(xì)裂隙注漿加固效果較差。

2.2化學(xué)注漿漿液材料

一是水玻璃類(lèi)化學(xué)注漿材料：水玻璃注漿材料主要采用水玻璃和固化劑，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成大量的硅凝膠從而凝結(jié)硬化，具有凝結(jié)時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度可控等優(yōu)點(diǎn)；但其結(jié)石體抗壓強(qiáng)度較低，耐久性能及抗水溶蝕性能差。

二是有機(jī)高分子化學(xué)注漿材料：包括丙烯酰胺類(lèi)漿材、環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)漿材和聚氨酯漿材等。一般當(dāng)砂土顆粒粒徑≤0.5mm 或巖石裂隙開(kāi)口≤0.2mm，地下水流速大于500mm /min 時(shí)，采用有機(jī)高分子化學(xué)注漿材料可以解決普通水泥漿液無(wú)法解決的工程問(wèn)題。這種材料具有黏度低、滲透能力及可注性強(qiáng)、能注入土層或巖石中的細(xì)小裂隙或孔隙、固結(jié)性能好、凝結(jié)強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的可控性好等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是結(jié)實(shí)體強(qiáng)度較低，耐久性較差，對(duì)周?chē)h(huán)境和地下水源有污染。由于化學(xué)注漿材料價(jià)格高、配方復(fù)雜，而且大多數(shù)化學(xué)注漿材料都有毒，因而其發(fā)展受到限制，尤其1974年日本上崗縣發(fā)生注漿污染事故后，日本、美國(guó)相繼禁止了有毒漿材的使用。

三是復(fù)合化學(xué)注漿材料：近年來(lái)出現(xiàn)的水泥—水玻璃雙液注漿材料不僅具有水泥漿的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且兼有水玻璃漿液的一些特點(diǎn)，凝固時(shí)間可以從幾秒到幾十分鐘內(nèi)調(diào)節(jié)，結(jié)石體抗壓強(qiáng)度較高，凝結(jié)后結(jié)石率可達(dá)到100%，可注性比水泥漿高，是目前研究和應(yīng)用較多的注漿材料。但水泥—水玻璃雙液注漿材料消耗水泥量大，又非綠色材料，不適合時(shí)代的可持續(xù)發(fā)展要求，且水泥—水玻璃雙液注漿材料的最終固結(jié)強(qiáng)度低，耐久性能差。

2.3綠色注漿漿液材料

當(dāng)前地下工程建設(shè)突出存在注漿材料用漿量大、成本高、對(duì)水泥原材料消耗過(guò)度，環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，無(wú)法形成材料生產(chǎn)與環(huán)境相協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)化格局。在我國(guó)，粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢渣的擁有量很高，但利用率卻非常低，其有效使用率還不到10%，而且它們對(duì)環(huán)境造成了極大的污染。試驗(yàn)表明工業(yè)廢渣能被堿激發(fā)，其固體顆粒較普通水泥顆粒小，且顆粒級(jí)配分布也更合理，因此可以作為雙液注漿原材料。

采用水玻璃激發(fā)粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢渣制備注漿材料，不僅有利于大量工業(yè)廢渣變廢為寶，減少環(huán)境污染，降低注漿材料成本，而且該注漿材料的綜合性能優(yōu)異，這為實(shí)現(xiàn)注漿材料節(jié)能環(huán)保和高性能化提供了一種選擇。在我國(guó)有效利用大宗工業(yè)廢渣研制高性能、綠色注漿材料，無(wú)疑是與時(shí)代可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)的新型注漿材料研究方向。

3注漿方法

為改善實(shí)際工程的注漿效果，除研制合適的注漿材料以外，注漿方法也逐漸被人們所重視。

3.1高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法始于20 世紀(jì)60 年代后期，在我國(guó)已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，并且制定了相應(yīng)的施工設(shè)計(jì)規(guī)范。在高速公路軟弱地基加固、水利工程防滲、礦山井巷加固與防滲等方面得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。在一些大城市，隨著地鐵建設(shè)和高層建筑的崛起，不少深基坑工程亦都采用了高壓噴射注漿技術(shù)來(lái)進(jìn)行深基坑的止水防滲。

高壓噴射注漿法是利用高壓射流切割原理，通過(guò)帶有噴嘴的注漿管在土層的預(yù)定深度以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20MPa左右或更高的高壓射流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖擊切割土體，當(dāng)噴射流的動(dòng)壓超過(guò)土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，土粒便從土體中剝離。一部分細(xì)小的顆粒隨漿液冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列，漿液凝固后，便在土中形成一個(gè)固結(jié)體。

對(duì)于高壓旋噴噴射流，破壞土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的最主要因素是噴射動(dòng)壓。根據(jù)動(dòng)量定律，在空氣中噴射時(shí)的破壞力為：

P =ρQum =ρAu2m

式中：P—破壞力（N）；ρ—密度（kg/m3）；Q—流量（m3 / s），Q =umA；um —噴射流的平均速度（m / s）。

3.2靜壓注漿法

靜壓注漿又稱(chēng)劈裂灌漿。在軟土地基中進(jìn)行靜壓注漿施工，是利用劈裂作用機(jī)理，即用壓力注入比重較大的水泥漿或水泥砂漿，在壓力傳遞作用下，灌入的漿液沿地基應(yīng)力場(chǎng)中的最小主應(yīng)力面或弱應(yīng)力分布區(qū)劈裂、延伸，所形成的漿脈狀或不規(guī)則形狀的凝結(jié)體，對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生擠壓和密實(shí)作用，使土體的孔隙減小，壓縮模量增加。漿液凝結(jié)體在土體中起到骨架作用，從而達(dá)到提高地基承載力，減少沉降變形的目的。

靜壓注漿既可用于地基加固工程，又可用于基坑止水帷幕工程。施工時(shí)容易產(chǎn)生地面冒漿、串漿等現(xiàn)象，不易保證注漿加固效果，為了克服這一缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用靜壓振沖注漿方案。振沖注漿是利用振動(dòng)鉆機(jī)造孔，并直接利用鉆桿注漿，由于振動(dòng)造孔時(shí)地基原狀土的擾動(dòng)較小，鉆桿和土層間相互擠壓、抱緊，注漿施工時(shí)可以保證在一定壓力下所注漿液不會(huì)順鉆桿竄出地面，并可根據(jù)土層的特點(diǎn)，進(jìn)行下行或上行分層注漿，使?jié){液均勻擴(kuò)散，提高加固效果。

3.3復(fù)合注漿法

復(fù)合注漿法是將靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法進(jìn)行時(shí)序結(jié)合，發(fā)揮兩種注漿技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一種新型注漿技術(shù)。實(shí)際工程中先采用高壓旋噴注漿成樁柱體，再采用靜壓注漿增強(qiáng)旋噴效果，擴(kuò)散加固漿液，防止固結(jié)收縮，消除注漿盲區(qū)。將復(fù)合注漿方法應(yīng)用在樁基礎(chǔ)加固中，能充分發(fā)揮靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)。復(fù)合注漿法適用地層范圍廣，它既可用于砂卵石層，又可用于粘土、粉土和粉細(xì)砂層及淤泥層，同時(shí)可用于處理巖溶土洞。而且復(fù)合注漿法可操作性強(qiáng)，施工簡(jiǎn)便，施工噪音小，注漿材料對(duì)環(huán)境無(wú)污染，加固效果好。

4、加固機(jī)理

在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設(shè)，樁混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足要求后，將水泥漿液通過(guò)鋼管由壓力作用壓入樁端的碎石層孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結(jié)成一個(gè)高強(qiáng)度的結(jié)合體。水泥漿液在壓力作用下由樁端在碎石層的孔隙里向四周擴(kuò)散，對(duì)于單樁區(qū)域，向四周擴(kuò)散相當(dāng)于增加了端部的直徑，向下擴(kuò)散相當(dāng)于增加了樁長(zhǎng)；群樁區(qū)域所有的漿液連成一片，使得碎石層成為一個(gè)整體，從而使得原來(lái)不滿(mǎn)足要求的碎石層滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的承載力要求。

在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，無(wú)論如何清孔，孔底都會(huì)留有或多或少的沉渣；在初灌時(shí)，混凝土從細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)管落下，因落差太大造成樁底部位的