2-7 土建注漿施工與效果檢測

1、土建注漿施工與效果檢測胡淼胡潔（石家莊供電公司）1注漿技術(shù)發(fā)展概況1.1注漿工法用壓送的手段把具有一定凝膠時間的漿液注入到松散土層或含水巖層裂縫中，漿液凝結(jié)后固結(jié) 土的顆?；蛘叱淙麕r層裂縫，使土層（巖石）的力學性質(zhì)得以改善。這種通過注漿來改變地層狀況 的方法稱為注漿加固法。也稱為化學注漿或化學灌漿。該工法近年來在電纜隧道的施工和加固方面 取得了明顯的效果.根據(jù)幾年來的設(shè)計經(jīng)驗和心得對該工法做一個簡單介紹.1.2注漿材料1.2.1材料：水玻璃漿材，水泥類漿材，高分子類漿材，或幾種材料的組合。1.2.2漿材的選定：土質(zhì)條件是選定漿材的關(guān)鍵，其次是環(huán)境條件，注入目的及預(yù)期的效果。選 擇的漿液必須與砂

2、土層為滲透注入，粘土層為脈狀劈裂注入的極力相吻合。滲透注入的機理是溶液 型漿液取代土顆粒間隙中的水；而匹裂注入的機理是漿液在土層中形成純漿液的固結(jié)脈，同時一些 脈壓密周圍土層。為了提高脈體的固結(jié)強度，故應(yīng)選擇懸濁型漿液。當注漿施工在靠近公共水域的 地方進行時，應(yīng)選擇中性或酸性水玻璃漿液，以保證水質(zhì)不被污染。當工程對漿液固結(jié)體的長期耐 久性有特殊要求時，應(yīng)選擇凝膠時間、滲透性好無硅石淋溶、凝膠收縮率小、勻凝強度高的漿液。 通常，有機高分子類漿液的耐久性最好。1.3注漿方法：總的來說，目前的注漿方法大致有下的幾大類。1.3.1按漿液分的布狀態(tài)分類：充填注漿；滲透注漿；劈裂注漿；劈裂滲透注漿；擠 密

3、注漿。1.3.2按注漿管的形式分類：鉆桿法；花管法；雙層管雙栓塞法；同步注入法；高壓 噴射攪拌法。1.3.3按漿液的混合方式分類：單液單系統(tǒng)法；雙液雙系統(tǒng)法；同步注入型雙液雙系統(tǒng)法； 交替注入雙液雙系統(tǒng)法。1.3.4按化學反應(yīng)型式分類：復(fù)分解沉淀反應(yīng)型；聚合反應(yīng)型；懸浮液分離反應(yīng)型。1.3.5按巖土種類分類：粘土注漿；砂質(zhì)土注漿；界面注漿。1.3.6按注漿的施工時間分類：預(yù)注漿；后注漿。其中前兩類分法較為普遍。就注漿方法而言，當初多采用操作簡便、經(jīng)濟的單鉆桿注漿法，近 年來這種方法已遭淘汰。目前多采用雙重鉆桿過濾管法、雙層管雙栓塞工法和旋噴法，并且在國際 上得以普及。1.4參數(shù)的選取及施工設(shè)備

4、1.4.1施工參數(shù)的選擇：施工參數(shù)通常指注入量、注入率、注入壓力、注入速度、孔距、節(jié)長等 參數(shù)。1.4.1.1注入量注入對象土層的漿液的量。用Q表示。Q=c*VC=n*a*(1+b)式中Q為注入量；c為注入率；V為加固對象土的體積；a為填充率；b為損失系數(shù)。通常a*(1+b)=0.80.95, b因土質(zhì)條件不同差異極大取值為0.11。1.4.1.2注入率即注入量與對象土的體積比。注入率因土質(zhì)條件，注入工法的不同而不同。詳見下 表。注入工法砂土粘土雙層鉆桿過濾管法40%30%雙層管雙栓塞法40%-50%30%-50%1.4.1.3注入速度注入速度即單位時間內(nèi)的注入量。1.4.1.4注入壓力注入壓

5、力是注漿施工效果好壞的關(guān)鍵因素之一。決定注漿壓力的因素較多，并且 非常復(fù)雜，故目前還無法用定量的公式表示。只能根據(jù)注漿前的注水實驗的數(shù)據(jù)和以往的施工經(jīng)驗 確定。1.4.1.5注入孔的間隔注入孔的間隔可按下表選取。目的孔間隔(米)防滲0.81.2強化地層1.01.5漿液的種類孔間隔(米)懸濁型1.02.0溶液型0.81.21.4.1.6 節(jié)長節(jié)長L=2050米1.4.2注入設(shè)備注漿設(shè)備包括：鉆孔機、注漿泵、拌漿裝置、輸漿管、止?jié){塞、流量計、注入噴 槍等。這里不再詳細闡述。2注漿加固地層的效果作為地層的加固工法，注漿工法具有設(shè)備簡單、施工占地面積小、狹窄的場地及矮小的空間均 可施工。并且施工中產(chǎn)生

6、的振動噪聲小、對市容交通的影響小、工期短，見效快、加固地層的深度 可深可淺，這是其他加固工法所不具備的，注漿工法這一得天獨厚的優(yōu)點，致使該工法的應(yīng)用極為 廣泛。2.1注漿的問題及技術(shù)現(xiàn)狀雖然注漿技術(shù)有很大的進步，但是該領(lǐng)域仍存在一些急待解決的問題。比如檢測注漿工法的注 入范圍和判斷固結(jié)狀態(tài)，目前尚無完好的方法。工程預(yù)定的固結(jié)區(qū)域內(nèi)仍然存在未固結(jié)的部位，有 時這些部位是連通的，因而易發(fā)生塌方出水事故。而這些隱患發(fā)展成事故，通常需要一段時間。雖 然發(fā)展成事故的概率并不大，但仍有發(fā)生。這說明該工法的可靠性還存在著細微差距，這是該工法 的最大缺點。因為注漿是在肉眼無法觀察的土層中注入，克服上述缺點作到

7、完全可靠不是一件容易的事。但 是，考慮到今后一個時期的地下工程數(shù)量的增加及大深度地下開發(fā)計劃的迅速展開，必然帶來注漿 工法的施工數(shù)量的猛增，所以注漿工法只有克服上述缺點，方能發(fā)揮自身長處，立足不敗。注漿工法從50年代開始實用以來，至今已有50多年的施工歷史了，縱觀這一時期技術(shù)進步的 實績，不難發(fā)現(xiàn)盡管漿液自身也有進步，但貢獻顯赫的項目當屬下面兩種注漿工法的開發(fā) 2.1.1使用瞬結(jié)型漿液的雙層管型該工法有單液型、雙液型兩種。其中單液型僅限于使用瞬結(jié)型漿液。單液型注入工法對滲透性 高的砂層和卵石層及滲透性差的粘土而言，注入效果好。雙液型注入工法的特點是先注入瞬結(jié)型漿 液，該漿液在注入孔周圍先有效地

8、形成栓塞，防止?jié){液向預(yù)定地層范圍之外噴溢，以便提高瞬結(jié)性 或緩結(jié)型向預(yù)定地層注入的可靠性。2.1.2雙層管雙栓塞工法這種工法由于注漿管外側(cè)布設(shè)有上下兩個栓塞，所以注漿管無論對地層的哪一個深度均可自由 地反復(fù)注入緩結(jié)型漿液，實現(xiàn)分層注入加固。盡管上述兩種注入工法與以往的單管鉆孔注漿工法相比，加固效果有明顯的提高，但是期望這 兩種注漿工法的加固效果100%的滿足設(shè)計要求尚有差距。這說明這兩種注漿工法的可靠性存在有 一定差距。2.2注漿加固的目標注漿加固的主要地層對象是地下水位以下的砂層、卵石層等滲透層。注入這些地層中的漿液固 化時擠走并取代地層中的間隙水，將土顆粒粘固成大棵大塊固結(jié)體。另外因漿液有

9、不被地下水稀釋 的性質(zhì)，故漿液的固結(jié)體僅存在于注入孔附近。所以注漿可以實現(xiàn)某一預(yù)定位置的加固。漿液向地層中某一部位滲透時，該部位的加固效果取決于：土體的間隙比；漿液的自身固 結(jié)性能。2.2.1 土體的間隙比越大，加固效果越好；土體間隙比越小加固效果響應(yīng)越差。另外，離注入孔 越遠，漿液的壓力越小，漿液充入細小間隙越困難，土體的加固效果越差。雖然，上述情形的加固 效果差，但不意味著漿液稀，而是沒有被漿液置換的間隙多的原因所致。再有，即使?jié){液注入間隙 的比例相同，但表征加固效果的強度和抗?jié)B性不同，加固效果因地層土質(zhì)粒度的不同而異。當注入 間隙比相同時，土中的細砂越多加固效果越好。然而通常粒徑越小，漿

10、液取代間隙水越難。綜上所 述，地層的加固效果是不均勻的。即存在超過要求加固值的部位，相反也存在不能滿足要求加固值 的部位。2.2.2自身的固結(jié)特性（主要取決于濃度、材料成分）對加固效果的影響，在溶液性漿液的場合 下，固結(jié)特性主要受濃度支配，濃度越高，強度和抗?jié)B性越好。但是濃度高會導(dǎo)致粘性增強，漿液 滲入細小間隙困難。現(xiàn)時漿材多為水玻璃類，由于注入壓力和土壓的作用，漿材脫水凝結(jié)后被土體 壓密，故而出現(xiàn)比初始、濃度更濃的高密度的固結(jié)。由于注入壓力的作用，注入孔附近容易出現(xiàn)這 種濃縮。此外，有時漿液也會串入注入管與土體的夾縫中滲透流失，致使注入率提不高。因此，注 入率必須比理論值高。如果出現(xiàn)濃縮作用

11、，則強度，抗?jié)B性等參數(shù)值變好，濃縮作用的程度有時甚 至出現(xiàn)巖層般的高強度固化。再有，對水泥懸濁型漿液而言，固結(jié)強度可提高幾個量級，但是加固 效果也因地層而異。盡管漿液可以向地層中滲透，但因上述兩種因素極大程度的支配加固效果，所以實現(xiàn)均勻加固 是不可能的。如果假定存在漿液完全沒有滲透的地點，則掘削時該位置必漏水，漏水的程度因地下 水和土質(zhì)的不同而異，若未固結(jié)部位連通外部的滯水層，則大量的地下水和土砂同時流入，就會出 現(xiàn)塌方淹水事故。一般情況下地下水壓越高，出現(xiàn)事故的可能性越大。因此，即使僅存在一個未固結(jié)部位，也會有可能使整個注漿效果報廢。由此可見，加固目標是 使其不出現(xiàn)未固結(jié)部位，注入孔與最遠的

12、鄰近注入孔的中間部位，加固值往往不能滿足設(shè)計要求。 這一點必須特別注意。2.3預(yù)測注漿加固狀態(tài)的方法在實際注漿中，如果漿液選用恰當，注入方法對頭，注入結(jié)果大體上也沒有發(fā)現(xiàn)存在未固結(jié)部 位，但其加固值卻遠低于設(shè)計的目標值，應(yīng)該說注漿工法對于這種情形是無能為力的。也就是說這 個工程不是注漿的對象工程，這并不是注漿工法自身的毛病。因此，對注漿工法的第一個要求就是 漿液不應(yīng)泄露到預(yù)定的加固范圍之外。解決這個問題的捷徑，通常有以下幾點：可靠地測定注入后 的加固狀態(tài)；開發(fā)探查未固結(jié)部位位置的方法；對未固結(jié)部位實行兩次注入，使其得以確實加固?，F(xiàn)時可行的方法有：利用注漿前后地層N值、滲透系數(shù)、電阻或取樣狀態(tài)的

13、變化，判別加 固狀況。觀測注入過程中電極間電阻的變化。用埋設(shè)與地中的溫度傳感器探測固化產(chǎn)生的溫度 變化量，由此推估漿液的滲透狀況。盡管這些方法有很多可取之處，如簡單、易于標準化等等。但 是這些方法均只能反映探查點的信息，很難完整地探查出未固結(jié)的具體部位，因此必須尋找其他有 效的方法目前希望開發(fā)的更有效的方法應(yīng)該是在注入方法合理、漿液滲透作用確實的條件下，從注入?yún)?數(shù)預(yù)測預(yù)定注入范圍內(nèi)是否做到了無遺漏加固的方法。這些參數(shù)主要有：P-注漿壓力（Mpa）q注入速度（L/min）t-注入的累計時間（min）開發(fā)由這些參數(shù)來預(yù)測注入漿液在地層中的滲透狀況。如果這種方法成為現(xiàn)實，那么估算總體 加固狀態(tài)的可

14、能性也就大有希望，同時還具有即時性等優(yōu)點。最后用N值等其他調(diào)查方法確認加固效果也還是必要的。但最重要的還是選擇合理的注入方 法，只要方法合理才能較好地預(yù)測加固狀態(tài)，N值等原位調(diào)查才有意義，只有這樣才能明顯地提高 確認整體加固狀態(tài)及未加固部位的精度。2.4實現(xiàn)合理注入的條件注漿土質(zhì)對象必須是非固結(jié)土。要想使?jié){液有效的固結(jié)土體，則須形成所謂的滲透注入狀態(tài)， 即漿液擠走土體中的間隙水，進入土中固化的情形。這種滲透注入只限于滲透性大的砂層、卵石層。 當砂層中含有細粒組份時，滲透性被局限于某一程度之下，則漿液在地層中呈脈狀劈裂形式向外噴 射，即構(gòu)成劈裂注入。因為粘土層近于不滲水，故粘土層注入時漿液為劈裂

15、注入，提高加固效果困 難。如果說劈裂注入狀態(tài)下加固效果有某種程度的提高，這主要是劈裂脈的存在使設(shè)計范圍內(nèi)的土 體密度得以提高的原因所致。但是這種提高是有限的，例如盡管采用瞬結(jié)型漿液，減小注入孔距和 節(jié)長，提高注入率等措施，仍不能絕對保證加固效果的穩(wěn)步提高。設(shè)土層的滲透系數(shù)為K，當K 0.0005 cm/s時，要想注漿的加固效果好，必須使注入方法、注 入條件選擇得合理。而合理的關(guān)鍵是選擇與土層匹配的注入速度，滲透注入中注入速度存在一個極 限值，該極限值是滲透注入的關(guān)鍵，應(yīng)嚴格把注入速度控制在該極限值以下。該極限值的確定方法 如下：把漿液注入速度q分成若干段，測定各個階段的注入壓力P并進行比較，會

16、發(fā)現(xiàn)當注入速度小于 某一值時，注入速度與注入壓力成正比，當注入速度大于該值時，注入壓力反而下降.我們把注入速 度的這個臨界值設(shè)為Q，也就是上述的極限速度值。因此當注入速度小于極限速度值Q時，意味 著該區(qū)間屬于滲透注入狀態(tài)。綜上所述，極限速度值Q的大小是合理選擇注入速度的重要指標。Q值取決于地層的滲透系 數(shù)和注入點的深度（土層壓力）。但是，目前尚無正確估算的方法。所以必須在注漿之前，先用水 在這個位置作注入實驗以求得到準確的極限速度值。同時也必須恰當?shù)剡x擇注入率、凝膠時間、注 入孔距、注入順序等。僅次于注入速度的重要參數(shù)是注入率，也應(yīng)給予較高重視。2.5估測加固效果可靠性的必要條件若要使注漿的加固效果令人滿意，第一點就是應(yīng)把實用的注入速度確定在極限速度值Q以內(nèi)， 多年的施工經(jīng)驗值為5