巖土加固工程中的注漿工藝研究

摘要：近年來，注漿工藝得到了快速發展，尤其是在西方發達國家，注漿工藝被廣泛應用于各種工程領域。本文主要對影響注漿工藝的三個要素進行簡要論述和分析。

關鍵詞：巖土工程；注漿工藝；影響因素

土加固技術是提高巖土工程穩定性的一項專門技術，廣泛應用于礦山采掘、鐵道公路、水電堤壩、地下工程及地表建筑基礎等巖土工程。近代，隨著大型隧道、高層建筑的興起，加固技術得到了迅速發展。

注漿法也常稱為灌漿法，是利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管將各種能固化的漿液注入到地基土中，漿液以填充、滲透和擠密的方式，將土顆粒或巖石裂隙中的水分和空氣排除后占據其位置，經過一定時間后，漿液將原來松散的土粒膠結成一個整體，以改善地 基土的物理力學性質，或用于既有建筑物下提高地基承載力、減小地基土變形或滲透性，防止地基土出現流沙、管涌，或者用于降低土壓縮性，提高壓縮模量，如對基坑被動區土體進行注漿加固以提高被動土壓力、減小圍護樁位移等，以及可用于建筑物的糾偏或頂升。常用的灌漿材料有水泥系漿材、化學漿材和混合型漿材。水泥系漿材有水泥漿、黏土水泥漿和粉煤灰水泥漿，化學類的有環氧樹脂類、木質素等，混合型漿材有聚合物水玻璃 漿材、聚合物水泥漿材、水泥水玻璃漿材等。所謂的注漿工藝，主要是指利用人工機械將某種漿液材料灌注到特定建筑物中去的施工技術，具有加固巖土的重要作用。注漿機械設備、漿液材料和設計施工技術是影響注漿工藝的三個因素，接下來筆者對此進行簡要論述。

1.注漿機械設備

結合具體的注漿目的、地質環境和注漿方式，選擇最佳的注漿機械設備是注漿工藝實施的前提和基礎。目前，注漿機械設備主要包括鉆進機械、注漿泵、傳輸管和漿液噴嘴。還包括攪拌機、物探設備、地質分析設備等輔助設備。鉆進設備范圍非常廣，各種地質鉆機都能夠充當，地面上可用百米乃至千米的大型鉆機。在地下工程中，可使用百米以下的小型鉆機，既能夠當施工橫斷面的超前鉆探使用，還可以充當鉆進設備。

近年來，我國開發了一種“工作面注漿”新技術，以電鉆和風鎬取代以往的地質鉆機，雖然鉆進深度最多只有五米，開孔孔徑也非常狹小，但是其速度卻是地質鉆的十倍之高。此外，這一新技術還具備很多優勢和特點，包括設備簡易靈活，針對性強，但凡遇到巖石縫隙便可注漿，注漿后若是縫隙出水減少便起到了作用，注漿之后便可繼續鉆進，如此便可實現一班注漿，一班掘進，有時兩者還能實現同步施工，全面提高了掘進速度，有效解決了傳統地質鉆鉆進速度慢，體積大不靈活，操作繁雜，工作面占用量大，注漿后挪走鉆機，費時費力，效率低下等諸多問題和弊端。

注漿壓力泵，是當下阻礙我國注漿工藝發展的一大難題，盡管在地表淺層作業的灌注漿中，普通的機械泵便可滿足施工要求，但在克服諸多施工壓力的現代注漿工藝中，普通機械泵已經無法滿足其施工需要，達不到基本的壓力值。所以，目前急需新一代超高壓注漿泵，以解決現存的實際問題，但是當前我國生產這類超高壓注漿泵的廠家少之又少，要大批量配備這種高壓泵，高壓傳輸管，漿液噴嘴以及鉆進機械等全套設備，還是相當困難的。

2.注漿漿液材料

注漿漿液材料主要分為兩類，一種是普通漿液材料，一種是化學漿液材料。普通漿液材料主要包括水泥、水玻璃、粘土泥漿、微細木屑和砂漿等。下面主要介紹一下化學漿液材料。

近年來，比較流行的化學漿液材料時高分子化學漿液材料，主要包括塔克斯系統、丙烯酰胺系統、甲凝系統、脲醛系統以及木素系統等。當遇到巖土沙粒粒徑達到0.5mm，或者巖石縫隙寬度達0.2mm，地下水流速大于500mm/min時，使用普通漿液進行注漿便無法取得應有效果。此時就需要使用化學漿液實施注漿，因為化學漿液材料具有粘度低、可注性強、凝固強度高、時間可控性高等優勢。但它也存在生態污染、有毒性、價格高、技術不成熟等缺點，化學漿液通常應用于重點或特殊工程之中，但隨著應用技術的成熟，毒性的消除以及價格的降低，其應用前景非常好。筆者在此簡述一種高新化學漿液材料——塔克斯系統。

塔克斯系統源于美日等發達國家，比如，日本利用這一全新注漿材料和工藝，實現了海底煤炭開采。塔克斯主要成分是氰凝和聚氨酯，具有強親水性，幾分鐘的水泡發，便可膨脹到原來體積的五到十倍，能夠充分填充巖石裂縫，十分鐘之內便可完全凝固，凝固強度和凝固時間都具有很強的可控性，但是其成本非常高，每噸上萬美元，并具有毒性，所以通常被應用于重點和特殊工程之中。

3.注漿設計施工工藝

在地面受壓較小的情況下，統稱采取灌注漿。漿液通過自重效應，實現自下而上的灌漿。當受壓較大時，便稱為噴漿。噴漿又有定向噴漿和旋噴注漿之分。為了加大噴漿半徑，除了采用單管噴漿外，還增加了雙管噴漿和三觀噴漿。普通砂土情況下，單管噴漿半徑為0.4-0.6m，雙管噴漿半徑為0.6-1.0m，三觀噴漿則可達到1.0-2.0m。定向噴漿技術通常被應用于堤壩防滲、邊坡防滑和泥石流護理等工程中，也充當臨時護墻角色。其施工流程為：首先鉆機鉆到設計底板，進行定向噴漿，然后緩慢提升鉆桿，就可形成厚度和寬度分別為15cm、200cm的臨時護墻。在中小堤壩施工過程中，平面布設呈鋸齒狀。而在大型堤壩施工中，平面布設呈網狀。

由于注漿壓滲運動極其復雜，所以到目前還沒有解釋其機制的滲透理論，所以給注漿設計工作帶來了很大阻礙。正由于此，以往注漿積累的經驗方式、參數和公式等，對注漿設計都十分重要。要做好注漿設計的準備工作，充分掌握注漿區域內的地質狀況，了解有關工程地質和水文地質參數情況，包括巖石縫隙率、地下水壓參數和滲透強度、巖土物理力學性質等，根據具體參數和數據確定注漿范圍，決定注漿方式，選擇合理漿液材料，計算出最佳漿液劑量：Q=a.n.V/（1-β），Q代表注漿劑量，a代表漿液可填充率，普通砂土中其值為0.5，β代表跑漿率，就是在注漿過程中，漿液順鉆孔漏漿，西方等發達國家β取值在15%-20%之間，所以可通過制作低標號砼板來實現漏漿的綜合利用，當前國內高壓注漿過程中的鉆孔漏漿率大約在30%-35%。

此外，在注漿完成后，必須檢查漿液的凝固情況，對設計方案作出及時調整，并可以通過土工試驗確定漿體是否達到預定目標，若是沒有，則要及時對方案進行修正。在進行舊有建筑的注漿施工時，則要通過整體靜載實驗來實現方案評價。

目前，由于各種原因，注漿工藝的應用還不是非常廣泛。但注漿工藝憑借成本較低、靈活多用、污染較小、施工對環境的破壞較小等許多有點，已經開始被應用于各工程領域的施工過程中，故此，筆者通過本文對注漿工藝進行簡單介紹，希望能夠提供一定參考價值。

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