2-7 土建注漿施工與效果檢測(cè)

1、土建注漿施工與效果檢測(cè)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(shí)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) 土的顆粒或者充塞巖層裂縫，使土層（巖石）的力學(xué)性質(zhì)得以改善。這種通過(guò)注漿來(lái)改變地層狀況 的方法稱為注漿加固法。也稱為化學(xué)注漿或化學(xué)灌漿。該工法近年來(lái)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(lái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和心得對(duì)該工法做一個(gè)簡(jiǎn)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(jī)理是溶液 型漿液取代土顆粒間隙中的水；而匹裂注入的機(jī)理是漿液在土層中形成純漿液的固結(jié)脈，同時(shí)一些 脈壓密周圍土層。為了提高脈體的固結(jié)強(qiáng)度，故應(yīng)選擇懸濁型漿液。當(dāng)注漿施工在靠近公共水域的 地方進(jìn)行時(shí)，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(dāng)工程對(duì)漿液固結(jié)體的長(zhǎng)期耐 久性有特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇凝膠時(shí)間、滲透性好無(wú)硅石淋溶、凝膠收縮率小、勻凝強(qiáng)度高的漿液。 通常，有機(jī)高分子類漿液的耐久性最好。1.3注漿方法：總的來(lái)說(shuō)，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：?jiǎn)我簡(jiǎn)蜗到y(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(xué)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(shí)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(dāng)初多采用操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的單鉆桿注漿法，近 年來(lái)這種方法已遭淘汰。目前多采用雙重鉆桿過(guò)濾管法、雙層管雙栓塞工法和旋噴法，并且在國(guó)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(zhǎng)等 參數(shù)。1.4.1.1注入量注入對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(shí)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(wú)法用定量的公式表示。只能根據(jù)注漿前的注水實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和以往的施工經(jīng)驗(yàn) 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(qiáng)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(zhǎng)節(jié)長(zhǎng)L=2050米1.4.2注入設(shè)備注漿設(shè)備包括：鉆孔機(jī)、注漿泵、拌漿裝置、輸漿管、止?jié){塞、流量計(jì)、注入噴 槍等。這里不再詳細(xì)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(jiǎn)單、施工占地面積小、狹窄的場(chǎng)地及矮小的空間均 可施工。并且施工中產(chǎn)生

6、的振動(dòng)噪聲小、對(duì)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(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)，致使該工法的應(yīng)用極為 廣泛。2.1注漿的問(wèn)題及技術(shù)現(xiàn)狀雖然注漿技術(shù)有很大的進(jìn)步，但是該領(lǐng)域仍存在一些急待解決的問(wèn)題。比如檢測(cè)注漿工法的注 入范圍和判斷固結(jié)狀態(tài)，目前尚無(wú)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(shí)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(shí)間。雖 然發(fā)展成事故的概率并不大，但仍有發(fā)生。這說(shuō)明該工法的可靠性還存在著細(xì)微差距，這是該工法 的最大缺點(diǎn)。因?yàn)樽{是在肉眼無(wú)法觀察的土層中注入，克服上述缺點(diǎn)作到

7、完全可靠不是一件容易的事。但 是，考慮到今后一個(gè)時(shí)期的地下工程數(shù)量的增加及大深度地下開發(fā)計(jì)劃的迅速展開，必然帶來(lái)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(diǎn)，方能發(fā)揮自身長(zhǎng)處，立足不敗。注漿工法從50年代開始實(shí)用以來(lái)，至今已有50多年的施工歷史了，縱觀這一時(shí)期技術(shù)進(jìn)步的 實(shí)績(jī)，不難發(fā)現(xiàn)盡管漿液自身也有進(jìn)步，但貢獻(xiàn)顯赫的項(xiàng)目當(dāng)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(duì)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(diǎn)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(gè)栓塞，所以注漿管無(wú)論對(duì)地層的哪一個(gè)深度均可自由 地反復(fù)注入緩結(jié)型漿液，實(shí)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(jì)要求尚有差距。這說(shuō)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(biāo)注漿加固的主要地層對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)，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(yuǎn)，漿液的壓力越小，漿液充入細(xì)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(méi)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(qiáng)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(dāng)注入 間隙比相同時(shí)，土中的細(xì)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(guò)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(duì)加固效果的影響，在溶液性漿液的場(chǎng)合 下，固結(jié)特性主要受濃度支配，濃度越高，強(qiáng)度和抗?jié)B性越好。但是濃度高會(huì)導(dǎo)致粘性增強(qiáng)，漿液 滲入細(xì)小間隙困難?，F(xiàn)時(shí)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(shí)漿液也會(huì)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(qiáng)度，抗?jié)B性等參數(shù)值變好，濃縮作用的程度有時(shí)甚 至出現(xiàn)巖層般的高強(qiáng)度固化。再有，對(duì)水泥懸濁型漿液而言，固結(jié)強(qiáng)度可提高幾個(gè)量級(jí)，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(shí)現(xiàn)均勻加固 是不可能的。如果假定存在漿液完全沒(méi)有滲透的地點(diǎn)，則掘削時(shí)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(shí)流入，就會(huì)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(gè)未固結(jié)部位，也會(huì)有可能使整個(gè)注漿效果報(bào)廢。由此可見，加固目標(biāo)是 使其不出現(xiàn)未固結(jié)部位，注入孔與最遠(yuǎn)的

12、鄰近注入孔的中間部位，加固值往往不能滿足設(shè)計(jì)要求。 這一點(diǎn)必須特別注意。2.3預(yù)測(cè)注漿加固狀態(tài)的方法在實(shí)際注漿中，如果漿液選用恰當(dāng)，注入方法對(duì)頭，注入結(jié)果大體上也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在未固結(jié)部 位，但其加固值卻遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的目標(biāo)值，應(yīng)該說(shuō)注漿工法對(duì)于這種情形是無(wú)能為力的。也就是說(shuō)這 個(gè)工程不是注漿的對(duì)象工程，這并不是注漿工法自身的毛病。因此，對(duì)注漿工法的第一個(gè)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(gè)問(wèn)題的捷徑，通常有以下幾點(diǎn)：可靠地測(cè)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(duì)未固結(jié)部位實(shí)行兩次注入，使其得以確實(shí)加固?，F(xiàn)時(shí)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(cè)注入過(guò)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(cè)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(jiǎn)單、易于標(biāo)準(zhǔn)化等等。但 是這些方法均只能反映探查點(diǎn)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(shí)的條件下，從注入?yún)?數(shù)預(yù)測(cè)預(yù)定注入范圍內(nèi)是否做到了無(wú)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(jì)時(shí)間（min）開發(fā)由這些參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)注入漿液在地層中的滲透狀況。如果這種方法成為現(xiàn)實(shí)，那么估算總體 加固狀態(tài)的可

14、能性也就大有希望，同時(shí)還具有即時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。最后用N值等其他調(diào)查方法確認(rèn)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(cè)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(rèn)整體加固狀態(tài)及未加固部位的精度。2.4實(shí)現(xiàn)合理注入的條件注漿土質(zhì)對(duì)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(jìn)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(dāng)砂層中含有細(xì)粒組份時(shí)，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?yàn)檎惩翆咏诓粷B水，故粘土層注入時(shí)漿液為劈裂

15、注入，提高加固效果困 難。如果說(shuō)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(jì)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(zhǎng)，提高注入率等措施，仍不能絕對(duì)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(dāng)K 0.0005 cm/s時(shí)，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(gè)極 限值，該極限值是滲透注入的關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)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(cè)定各個(gè)階段的注入壓力P并進(jìn)行比較，會(huì)

16、發(fā)現(xiàn)當(dāng)注入速度小于 某一值時(shí)，注入速度與注入壓力成正比，當(dāng)注入速度大于該值時(shí)，注入壓力反而下降.我們把注入速 度的這個(gè)臨界值設(shè)為Q，也就是上述的極限速度值。因此當(dāng)注入速度小于極限速度值Q時(shí)，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(biāo)。Q值取決于地層的滲透系 數(shù)和注入點(diǎn)的深度（土層壓力）。但是，目前尚無(wú)正確估算的方法。所以必須在注漿之前，先用水 在這個(gè)位置作注入實(shí)驗(yàn)以求得到準(zhǔn)確的極限速度值。同時(shí)也必須恰當(dāng)?shù)剡x擇注入率、凝膠時(shí)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(cè)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(diǎn)就是應(yīng)把實(shí)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(yàn)值為5