淺談注漿施工方法在不同工程中的作用機(jī)理

羅慶杰　肖強(qiáng)　趙晉斌

[摘要]注漿施工其表象看似單一，實(shí)則工藝種類繁多，作用機(jī)理更是千差萬(wàn)別。本文作者通過(guò)對(duì)不同注漿施工方法的分析比較，揭示注漿施工方法的不同作用機(jī)理，對(duì)工程實(shí)踐中的注漿施工具有重要的參考意義。

[關(guān)鍵詞]注漿;機(jī)理;特點(diǎn);適用范圍 文章編號(hào)：2095—4085（2019）08—0110—03

注漿施工法在1802年由法國(guó)人首次應(yīng)用的，注漿材料采用粘土，石灰。1864年英國(guó)開啟水泥注漿時(shí)代，1920年荷蘭人首次發(fā)明化學(xué)注漿，1973年高分子聚氨酯注漿材料研制成功。注漿施工方法因其所用設(shè)備簡(jiǎn)單，施工方便，費(fèi)用低廉，安全可靠，效果明顯，目前在工程領(lǐng)域被廣泛使用。主要用于地基加固，建筑物糾偏，防滲堵漏，樁端加固，路面抬升，采空區(qū)治理，隧道開挖等工程領(lǐng)域。

我公司在陽(yáng)泉蔭營(yíng)煤礦驅(qū)動(dòng)樓地基處理，中北大學(xué)宿舍樓糾偏工程，引黃入晉采空區(qū)治理等多項(xiàng)工程中采用此方法，取得了很好的效果。然而注漿施工其表象看似簡(jiǎn)單，實(shí)則工藝種類繁多，作用機(jī)理更是千差萬(wàn)別。根據(jù)近年來(lái)的施工經(jīng)驗(yàn)，參閱各類資料，我們將注漿施工方法的機(jī)理及特點(diǎn)梳理如下，供同行學(xué)習(xí)討論。

注漿是利用配套的機(jī)械設(shè)備，采取合理的注漿工藝，將一定量的膠凝性材料注入工程對(duì)象，使其在巖層裂隙內(nèi)流動(dòng)擴(kuò)散，充填，固結(jié)，成為具有一定強(qiáng)度和低透水性的結(jié)石體，以達(dá)到地層加固，堵水，填充，抬升，以及建筑物糾偏等目的。

1注漿法的分類

按照注漿壓力可分為靜壓注漿，高壓噴射注漿。按照注漿材料可分為粘土漿液注漿，化學(xué)漿液注漿，水泥漿液注漿。按照注漿機(jī)理可分為充填注漿，滲透注漿，壓密注漿，劈裂注漿，電動(dòng)化學(xué)注漿，高壓旋噴注漿，綜合注漿。

1.1充填注漿

充填注漿是指用漿液注入需充填地基土內(nèi)的大孔隙，大空洞中，待漿液凝固后與充填骨料及地層中的巖石形成具有一定強(qiáng)度的支撐體，阻止地基土的進(jìn)一步下沉及變形的施工工藝，如卵石層，碎石層，砂礫層，煤礦采空區(qū)等的注漿。

充填注漿的特點(diǎn)如下。1.注漿壓力小，注漿壓力可控制在0.5MPa以內(nèi)或者無(wú)壓力。2.漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度要求低，平均值>1.0MPa，最小值不低于0.6MPa。3.注漿材料除水泥漿外還可添加粉煤灰，大空洞的部位還可填充砂，砂礫，碎石等顆粒骨料。

1.2滲透注漿

滲透注漿是指利用高壓將漿液填充至土的孔隙和巖石的裂隙中，漿液置換巖土中的水和氣體，土和巖石的結(jié)構(gòu)和體積不變，滲透灌漿適用于加固和填充砂性土和有裂隙的巖石。

滲透注漿的特點(diǎn)如下。（1）所用壓力相對(duì)較小，注漿壓力可控制在1.5MPa以內(nèi)。（2）注漿量及擴(kuò)散距離與注漿壓力有關(guān)，相對(duì)壓力越大，注漿量及擴(kuò)散距離越大。（3）相對(duì)注漿材料的顆粒必須小于裂隙尺寸。

1.3壓密注漿

壓密注漿指用很稠的漿液灌人事先在地基土內(nèi)鉆進(jìn)的孔中并擠密土體，壓密注漿在注漿管口處形成漿泡，漿泡形成過(guò)程中擠密壓縮周圍的土體。漿液不與周圍土體融合，土體靠漿液的擠壓提高密度，改變土體工程性能。壓密注漿常見的有花管注漿和單向閥管注漿兩種施工方法。

壓密注漿主要材料為水泥，粉煤灰，水及水玻璃等，其水灰比較小，不易流動(dòng)，利用注漿泵注入巖土中，并在土中形成漿泡，漿液通過(guò)擠壓周圍土體，使周圍土體被擠密，漿液與周圍土體共同作用達(dá)到提高地基的承載能力，防滲堵漏的作用。壓密注漿適用于處理中砂，粘土等地基，還可用于非飽和土體的加固。

壓密注漿的特點(diǎn)如下。（1）因使用的是不易流動(dòng)的漿液，所以漿液不會(huì)隨意擴(kuò)散，只在注漿管周圍形成結(jié)石體，單管加固范圍小。（2）注漿過(guò)程中漿液擠密周圍土體，使?jié){液周圍土體或圖層得到密度提高。（3）由于壓密注漿擠壓周圍土體，當(dāng)在建筑物基礎(chǔ)下部注漿時(shí)產(chǎn)生的向上的抬力。能將使傾斜的建構(gòu)筑物糾正，下沉的建構(gòu)筑物提升。

1.4劈裂注漿

劈裂注漿是將漿液用高壓注入土層中，土層在高壓漿液的作用下發(fā)生剪切破壞并產(chǎn)生裂縫，漿液隨著裂縫滲入土體，漿液在混入土層時(shí)并不與土顆粒均勻混合而是在土體中形成網(wǎng)絡(luò)狀，漿液凝固后像樹根一樣牢牢固定住周圍土體，骨架中的土的物理力學(xué)性能的除略有擠密外并無(wú)實(shí)質(zhì)變化，其作用類似于在土體中加筋。

劈裂注漿是目前應(yīng)用較廣的一種注漿方法，在建筑工程中主要應(yīng)用于土層加固及基坑止水，在市政及水利工程中主要用于隧道或堤壩防滲止水。劈裂注漿可應(yīng)用于砂層，粉質(zhì)粘土層，粉土層，粘性土層。特別是在軟一流塑粘土地層，劈裂注漿可利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達(dá)到注漿加固及止水防滲的要求。

壓密注漿和劈裂注漿的區(qū)別如下。1.壓密注漿和劈裂注漿都能加固弱透水性地基。壓密注漿通過(guò)球星漿泡擠壓土體，劈裂注漿通過(guò)在土體中加筋加固鄰近土體來(lái)提高土的物理及力學(xué)性能。2.劈裂注漿比壓密注漿注漿量大，加固的土體的范圍也大。而壓密注漿灌漿量少，只能加固小范圍土體。3.壓密注漿施工中注漿壓力逐步升高，劈裂注漿注漿壓力先提高，在土體被劈裂后注漿壓力會(huì)降低，然后再次升高。4.壓密注漿過(guò)程中可能轉(zhuǎn)化為劈裂注漿。劈裂注漿不可能轉(zhuǎn)化為壓密注漿。

1.5高壓噴射注漿

高壓噴射注漿是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管插至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液成為高壓射流，從噴嘴中噴射出來(lái)沖擊破壞土體。土粒在噴射流的沖擊力和重力等作用下，與漿液攪拌混合。漿液凝固后，土中形成一個(gè)固結(jié)體與樁間土一起構(gòu)成復(fù)合地基，從而提高了地基承載力，達(dá)到地基加固的目的。

高壓噴射注漿施工時(shí)依據(jù)噴射角度的不同，可分為旋噴，定噴和擺噴三種形式。旋噴法是噴嘴邊噴射邊旋轉(zhuǎn)邊提升，固結(jié)體呈圓柱狀。定噴法是噴嘴邊噴射邊提升，方向固定不變，固結(jié)體成板狀。擺噴法是噴嘴噴射的方向呈一定的角度來(lái)回?cái)[動(dòng)，邊噴射邊提升，固結(jié)體成扇形狀，每個(gè)扇形組合成一堵較后的墻體。旋噴法注漿施工后在地基中形成的旋噴樁多用于地基加固。定噴和擺噴法注漿通常用于基坑，隧道和邊坡的防護(hù)及防水防滲施工。

高壓噴射注漿根據(jù)注漿管的類型不同又可分為單管高壓旋噴注漿法（CCP工法），二管高壓旋噴注漿法（JGS工法），三管高壓旋噴注漿法（GJG工法）。單管使用單層（根）注漿管噴射漿液（壓力20MPa左右），雙管使用雙層（根）注漿管噴射漿液，氣體同軸射流（漿液壓力20MPa左右，氣體壓力0.7MPa左右），三管使用三重（根）注漿管，一個(gè)噴射嘴射水，氣體同軸射流切割土體，另一個(gè)噴嘴噴入漿液（水壓20MPa，氣體0.7MPa，漿壓2～5MPa）

高壓噴射注漿主要的特點(diǎn)如后。1.適用的范圍廣，可用于處理淤泥，粘性土，黃土，沙土，人工填土和碎石土等地基。2.固結(jié)體形狀可以控制。3.固結(jié)體的強(qiáng)度高。4.漿液集中，流失少。

1.6化學(xué)注漿

化學(xué)灌漿是用化學(xué)材料配制成真溶液，用注漿泵將注入巖土或其他結(jié)構(gòu)的縫隙內(nèi)，漿液凝固后增加地層或結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度，抵抗?jié)B透，防止變形的一種注漿方式，較多地應(yīng)用于防水堵漏和混凝土缺陷補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

化學(xué)注漿的特點(diǎn)。（1）化學(xué)灌漿的漿液為不含固體顆粒的真融液體，其可滲透性好。不像水泥漿液那樣受其粒徑大小的限制。（2）凝膠時(shí)間可以控制。（3）相對(duì)于普通水泥而言，一般價(jià)格要貴。

化學(xué)灌漿技術(shù)在國(guó)內(nèi)水電，建筑，交通和采礦等工程中應(yīng)用廣泛如。（1）大壩，水庫(kù)的防滲和地基加固。（2）地上混凝土建，構(gòu)筑物的地基加固和裂縫補(bǔ)強(qiáng)。（3）地下建筑物的防滲，堵漏和補(bǔ)強(qiáng)加固。（4）橋基加固及橋體裂縫補(bǔ)強(qiáng);（5）機(jī)場(chǎng)跑道和停機(jī)坪，公路和鐵路特殊路段的軟弱地層加固和混凝土裂縫補(bǔ)強(qiáng)加固。

2注漿法施工的漿液材料

注漿法施工的漿液材料包括凝結(jié)材料，介質(zhì)，外加劑等。工程中常見的漿液如下。

2.1水泥漿

水泥注漿材料的主要材料是普通硅酸鹽水泥。其優(yōu)點(diǎn)是，材料方便采購(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，成本低。其缺點(diǎn)是，漿液容易離析，由于水泥顆粒直徑較大，不能處理細(xì)微裂隙，漿液凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，不適用工期緊急的項(xiàng)目。

2.2水泥黏土漿

水泥黏土漿是在水泥漿液中加入一定量的黏土，黏土的粒徑一般比水泥小，也具有膠黏性。

2.3水泥-水玻璃漿

水泥-水玻璃漿液是在水泥漿液中加入和一定比例的水玻璃，水玻璃可調(diào)整水泥的凝固時(shí)間及漿液的結(jié)實(shí)率等指標(biāo)，水泥漿液與水玻璃溶液使用不同的注漿泵在注漿管內(nèi)或注漿噴口處混合，防止堵管提高注入性。

2.4有機(jī)高分子注漿材料

常見的有丙烯酰胺類，聚氨酯類，木質(zhì)素類，環(huán)氧樹脂類，不飽和酯類等。有機(jī)高分子注漿材料通常費(fèi)用高于水泥類注漿材料，應(yīng)用于水泥類漿液無(wú)法解決的工程。

2.5綠色注漿材料

主要指粉煤灰，礦渣，鋼渣等工業(yè)廢渣。采用綠色注漿材料既降低成本有能解決工業(yè)廢料問(wèn)題。在我國(guó)公民越來(lái)越注重環(huán)境保護(hù)的趨勢(shì)下，綠色注漿材料無(wú)疑是新型注漿材料研究方向之一，必將獲得大范圍推廣應(yīng)用。