注漿技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用分析

摘要：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、注漿材料、注漿方法、注漿效果等幾個方面的具體的應(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。

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

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、地鐵等工程開挖時(shí)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(shè)的高速發(fā)展，注漿材料得到了越來越廣泛的開發(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。

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(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，抗水溶蝕性和抗水分散性差。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%的膨潤土和相應(yīng)的外加劑。它的缺點(diǎn)是隨著膨潤土摻量的增加，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年英國湯姆遜隧道開始應(yīng)用，人們在實(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：包括丙烯酰胺類漿材、環(huán)氧樹脂類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(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，對周圍環(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優(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、對水泥原材料消耗過度，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，無法形成材料生產(chǎn)與環(huán)境相協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)化格局。在我國，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。在我國有效利用大宗工業(yè)廢渣研制高性能、綠色注漿材料，無疑是與時(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，沖擊切割土體，當(dāng)噴射流的動壓超過土體結(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，便在土中形成一個固結(jié)體。

對于高壓旋噴噴射流，破壞土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的最主要因素是噴射動壓。根據(jù)動量定律，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，對周圍土體產(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鉆機(jī)造孔，并直接利用鉆桿注漿，由于振動造孔時(shí)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(shí)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(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)，施工簡便，施工噪音小，注漿材料對環(huán)境無污染，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(jié)成一個高強(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；群樁區(qū)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(jié)構(gòu)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(shí)，混凝土從細(xì)長的導(dǎo)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(jié)合，降低了摩擦系數(shù)，以上幾點(diǎn)都影響到灌注樁的樁端承載力和側(cè)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(jié)合，增強(qiáng)該部分的密實(shí)程度，提高了承載力；漿液沿著樁身和土層的結(jié)合層上返，消除了泥皮，提高了樁側(cè)摩阻力，同時(shí)漿液橫向滲透到樁側(cè)土層中也起到了加大樁徑的作用。以上幾點(diǎn)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(diǎn)

（1）壓漿管的制作 在制作鋼筋籠的同時(shí)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(yán)。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(hù)。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(yán)，外面套上同直徑的自行車內(nèi)胎并在兩端用膠帶封嚴(yán)，這樣壓漿噴頭就形成了一個簡易的單向裝置：當(dāng)注漿時(shí)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?shù)目紫秹喝胨槭瘜又?，而混凝土灌注時(shí)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(cè)。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(hù)，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(yīng)加混凝土墊塊保護(hù)，不得摩擦孔壁以免車胎破裂造成壓漿孔的堵塞。按照規(guī)范要求灌注混凝土。

（3）壓漿樁位的選擇：根據(jù)以往工程實(shí)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(shí)水泥漿液從臨近薄弱地點(diǎn)冒出，壓漿的樁應(yīng)在混凝土灌注完成3～7d后，并且該樁周圍至少8m范圍內(nèi)沒有鉆機(jī)鉆孔作業(yè)，該范圍內(nèi)的樁混凝土灌注完成也應(yīng)在3d以上。

（4）壓漿施工順序：壓漿時(shí)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(shí)采用2根樁循環(huán)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(shí)間間隔30～60min以上，給水泥漿一個在碎石層中擴(kuò)散的時(shí)間。壓漿時(shí)應(yīng)做好施工記錄，記錄的內(nèi)容應(yīng)包括施工時(shí)間、壓漿開始及結(jié)束時(shí)間、壓漿數(shù)量以及出現(xiàn)的異常情況和處理的措施等。

6、注漿效果的監(jiān)控及檢測

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子儀器及相應(yīng)的技術(shù)已被注漿界所采用，日、英、法、美等國的注漿施工監(jiān)控都已達(dá)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(fā)展情況都可以及時(shí)獲得，以用于指導(dǎo)注漿全過程，并具有統(tǒng)計(jì)、分析及說明注漿結(jié)果所需的全部資料。

注漿效果的檢測是注漿技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)。例如以堵水為目的的注漿，應(yīng)檢測注漿前后土體滲透性的變化，并進(jìn)行比較和判定，如注水試驗(yàn)、漏水試驗(yàn)及潛望鏡、孔內(nèi)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(qiáng)度變化來判斷注漿效果等。

注漿效果檢查評定技術(shù)是對注漿施工好壞的有效評價(jià)，在實(shí)際注漿施工中，一定要根據(jù)注漿要求高低、現(xiàn)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(shù)評判標(biāo)準(zhǔn)。

7、結(jié)語

隨著施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)地累積，進(jìn)一步改良了注漿裝置，優(yōu)化工藝參數(shù)和工藝流程，注漿技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，越來越廣泛的被應(yīng)用于城市高層甚至超高層建筑工程中，并取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而各個學(xué)科領(lǐng)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(shè)備及新的注漿效果檢測手段將不斷地被開發(fā)和研制出來。注漿技術(shù)將獲得強(qiáng)大的生命力，注漿理論將進(jìn)一步完善，注漿技術(shù)也必將得以更廣泛地應(yīng)用和更高速地發(fā)展。

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