注漿技術在建筑施工中的應用分析

摘要：當前該技術在房屋建設工程中得到了廣泛應用。注漿技術不但能提高建筑的安全性能，并且能延長建筑使用壽命，是建筑工程中值得研究和使用的一種技術。本文闡述了注漿技術的定義和分類、注漿材料、注漿方法、注漿效果等幾個方面的具體的應用與研究。，也介紹了土建工程施工中注漿技術的特點及發展趨勢。

關鍵詞：注漿技術；建筑施工；應用與研究

1注漿技術的定義和分類

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

2注漿材料

隨著世界各國地下工程建設的高速發展，注漿材料得到了越來越廣泛的開發和利用。它大致可以分為普通注漿漿液材料、化學注漿漿液材料和綠色注漿漿液材料三大類。

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注漿材料。這種漿液來源廣泛、施工工藝簡單，但穩定性差，易沉淀析水，在地下水流速較大的情況下施工時，漿液易受水的沖刷和稀釋，抗水溶蝕性和抗水分散性差。為了提高漿液的穩定性，一般是向水泥漿液中加入0.2%—5%的膨潤土和相應的外加劑。它的缺點是隨著膨潤土摻量的增加，漿液結石體早期強度顯著下降，甚至幾天不凝，這使漿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年英國湯姆遜隧道開始應用，人們在實踐中發現普通水泥粒徑較大，滲透能力有限，一般只能深入大于0.1mm的裂隙和空隙，而對于微細裂隙注漿加固效果較差。

2.2化學注漿漿液材料

一是水玻璃類化學注漿材料：水玻璃注漿材料主要采用水玻璃和固化劑，使其發生化學反應，生成大量的硅凝膠從而凝結硬化，具有凝結時間可調、強度可控等優點；但其結石體抗壓強度較低，耐久性能及抗水溶蝕性能差。

二是有機高分子化學注漿材料：包括丙烯酰胺類漿材、環氧樹脂類漿材和聚氨酯漿材等。一般當砂土顆粒粒徑≤0.5mm 或巖石裂隙開口≤0.2mm，地下水流速大于500mm /min 時，采用有機高分子化學注漿材料可以解決普通水泥漿液無法解決的工程問題。這種材料具有黏度低、滲透能力及可注性強、能注入土層或巖石中的細小裂隙或孔隙、固結性能好、凝結強度和凝結時間的可控性好等優點；其缺點是結實體強度較低，耐久性較差，對周圍環境和地下水源有污染。由于化學注漿材料價格高、配方復雜，而且大多數化學注漿材料都有毒，因而其發展受到限制，尤其1974年日本上崗縣發生注漿污染事故后，日本、美國相繼禁止了有毒漿材的使用。

三是復合化學注漿材料：近年來出現的水泥—水玻璃雙液注漿材料不僅具有水泥漿的全部優點，而且兼有水玻璃漿液的一些特點，凝固時間可以從幾秒到幾十分鐘內調節，結石體抗壓強度較高，凝結后結石率可達到100%，可注性比水泥漿高，是目前研究和應用較多的注漿材料。但水泥—水玻璃雙液注漿材料消耗水泥量大，又非綠色材料，不適合時代的可持續發展要求，且水泥—水玻璃雙液注漿材料的最終固結強度低，耐久性能差。

2.3綠色注漿漿液材料

當前地下工程建設突出存在注漿材料用漿量大、成本高、對水泥原材料消耗過度，環境污染嚴重等問題，無法形成材料生產與環境相協調的產業化格局。在我國，粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業廢渣的擁有量很高，但利用率卻非常低，其有效使用率還不到10%，而且它們對環境造成了極大的污染。試驗表明工業廢渣能被堿激發，其固體顆粒較普通水泥顆粒小，且顆粒級配分布也更合理，因此可以作為雙液注漿原材料。

采用水玻璃激發粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業廢渣制備注漿材料，不僅有利于大量工業廢渣變廢為寶，減少環境污染，降低注漿材料成本，而且該注漿材料的綜合性能優異，這為實現注漿材料節能環保和高性能化提供了一種選擇。在我國有效利用大宗工業廢渣研制高性能、綠色注漿材料，無疑是與時代可持續發展相協調的新型注漿材料研究方向。

3注漿方法

為改善實際工程的注漿效果，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60 年代后期，在我國已經有了廣泛的應用，并且制定了相應的施工設計規范。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越多的應用。在一些大城市，隨著地鐵建設和高層建筑的崛起，不少深基坑工程亦都采用了高壓噴射注漿技術來進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，通過帶有噴嘴的注漿管在土層的預定深度以高壓設備使漿液或水成為20MPa左右或更高的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖擊切割土體，當噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒便從土體中剝離。一部分細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量大小有規律的重新排列，漿液凝固后，便在土中形成一個固結體。

對于高壓旋噴噴射流，破壞土體結構強度的最主要因素是噴射動壓。根據動量定律，在空氣中噴射時的破壞力為：

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

靜壓注漿又稱劈裂灌漿。在軟土地基中進行靜壓注漿施工，是利用劈裂作用機理，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力場中的最小主應力面或弱應力分布區劈裂、延伸，所形成的漿脈狀或不規則形狀的凝結體，對周圍土體產生擠壓和密實作用，使土體的孔隙減小，壓縮模量增加。漿液凝結體在土體中起到骨架作用，從而達到提高地基承載力，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。施工時容易產生地面冒漿、串漿等現象，不易保證注漿加固效果，為了克服這一缺點，設計時采用靜壓振沖注漿方案。振沖注漿是利用振動鉆機造孔，并直接利用鉆桿注漿，由于振動造孔時地基原狀土的擾動較小，鉆桿和土層間相互擠壓、抱緊，注漿施工時可以保證在一定壓力下所注漿液不會順鉆桿竄出地面，并可根據土層的特點，進行下行或上行分層注漿，使漿液均勻擴散，提高加固效果。

3.3復合注漿法

復合注漿法是將靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法進行時序結合，發揮兩種注漿技術優勢的一種新型注漿技術。實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旋噴效果，擴散加固漿液，防止固結收縮，消除注漿盲區。將復合注漿方法應用在樁基礎加固中，能充分發揮靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法的優點，克服其缺點。復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、粉土和粉細砂層及淤泥層，同時可用于處理巖溶土洞。而且復合注漿法可操作性強，施工簡便，施工噪音小，注漿材料對環境無污染，加固效果好。

4、加固機理

在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設，樁混凝土強度滿足要求后，將水泥漿液通過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、土粒和裂隙膠結成一個高強度的結合體。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散，對于單樁區域，向四周擴散相當于增加了端部的直徑，向下擴散相當于增加了樁長；群樁區域所有的漿液連成一片，使得碎石層成為一個整體，從而使得原來不滿足要求的碎石層滿足結構的承載力要求。

在鉆孔灌注樁施工過程中，無論如何清孔，孔底都會留有或多或少的沉渣；在初灌時，混凝土從細長的導管落下，因落差太大造成樁底部位的混凝土離析形成“虛尖”、“干碴石”；孔壁的泥皮阻礙了樁身與樁周土的結合，降低了摩擦系數，以上幾點都影響到灌注樁的樁端承載力和側壁摩阻力。漿液壓入樁端后首先和樁端的沉渣、離析的“虛尖”、“干碴石”相結合，增強該部分的密實程度，提高了承載力；漿液沿著樁身和土層的結合層上返，消除了泥皮，提高了樁側摩阻力，同時漿液橫向滲透到樁側土層中也起到了加大樁徑的作用。以上幾點均對提高灌注樁的單樁承載力起到不可忽視的作用。

5、后壓漿施工工藝

5.1施工工藝流程

灌注樁成孔 鋼筋籠制作 壓漿管制作 灌注樁清孔 壓漿管綁扎 下鋼筋籠 灌注樁混凝土 后壓漿施工

5.2施工要點

（1）壓漿管的制作 在制作鋼筋籠的同時制作壓漿管。壓漿管采用直徑為25mm的黑鐵管制作，接頭采用絲扣連接，兩端采用絲堵封嚴。壓漿管長度比鋼筋籠長度多出55cm，在樁底部長出鋼筋籠5cm，上部高出樁頂混凝土面50cm但不得露出地面以便于保護。壓漿管在最下部20cm制作成壓漿噴頭（俗稱花管），在該部分采用鉆頭均勻鉆出4排（每排4個）、間距3cm、直徑3mm的壓漿孔作為壓漿噴頭；用圖釘將壓漿孔堵嚴，外面套上同直徑的自行車內胎并在兩端用膠帶封嚴，這樣壓漿噴頭就形成了一個簡易的單向裝置：當注漿時壓漿管中壓力將車胎迸裂、圖釘彈出，水泥漿通過注漿孔和圖釘的孔隙壓入碎石層中，而混凝土灌注時該裝置又保證混凝土漿不會將壓漿管堵塞。

（2）壓漿管的布置：將2根壓漿管對稱綁在鋼筋籠外側。成孔后清孔、提鉆、下鋼筋籠，在鋼筋籠吊裝安放過程中要注意對壓漿管的保護，鋼筋籠不得扭曲，以免造成壓漿管在絲扣連接處松動，噴頭部分應加混凝土墊塊保護，不得摩擦孔壁以免車胎破裂造成壓漿孔的堵塞。按照規范要求灌注混凝土。

（3）壓漿樁位的選擇：根據以往工程實踐，在碎石層中，水泥漿在工作壓力作用下影響面積較大。為防止壓漿時水泥漿液從臨近薄弱地點冒出，壓漿的樁應在混凝土灌注完成3～7d后，并且該樁周圍至少8m范圍內沒有鉆機鉆孔作業，該范圍內的樁混凝土灌注完成也應在3d以上。

（4）壓漿施工順序：壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁位再施工中間樁；壓漿時采用2根樁循環壓漿，即先壓第1根樁的A管，壓漿量約占總量的70%（1.11～1.14t水泥），壓完后再壓另1根樁的A管，然后依次為第1根樁的B管和第2根樁的B管，這樣就能保證同一根樁2根管壓漿時間間隔30～60min以上，給水泥漿一個在碎石層中擴散的時間。壓漿時應做好施工記錄，記錄的內容應包括施工時間、壓漿開始及結束時間、壓漿數量以及出現的異常情況和處理的措施等。

6、注漿效果的監控及檢測

隨著科學技術的進步，電子儀器及相應的技術已被注漿界所采用，日、英、法、美等國的注漿施工監控都已達到了自動化程度。任一注漿階段的注漿壓力、流量、漿液成分及所注漿液的發展情況都可以及時獲得，以用于指導注漿全過程，并具有統計、分析及說明注漿結果所需的全部資料。

注漿效果的檢測是注漿技術中的一個重要環節。例如以堵水為目的的注漿，應檢測注漿前后土體滲透性的變化，并進行比較和判定，如注水試驗、漏水試驗及潛望鏡、孔內攝影等；以加固為目的的注漿，則可通過測定注漿前后受注土層的強度變化來判斷注漿效果等。

注漿效果檢查評定技術是對注漿施工好壞的有效評價，在實際注漿施工中，一定要根據注漿要求高低、現場條件和注漿目的等綜合選擇合理的注漿評定方法和技術評判標準。

7、結語

隨著施工實踐經驗地累積，進一步改良了注漿裝置，優化工藝參數和工藝流程，注漿技術已經日臻成熟，越來越廣泛的被應用于城市高層甚至超高層建筑工程中，并取得了重大的經濟效益和社會效益。而各個學科領域的相互滲透，新的注漿理論、新的施工工藝、新的注漿材料、新的注漿設備及新的注漿效果檢測手段將不斷地被開發和研制出來。注漿技術將獲得強大的生命力，注漿理論將進一步完善，注漿技術也必將得以更廣泛地應用和更高速地發展。

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