浅议岩土注浆加固技术的发展与应用

中　国　矿　业CHINA MINING MAG AZINE 　　　　　　　　　　　　　Vol 114,No 16

J une 2005

收稿日期:2005-06-10

作者简介:张　有(1965—)　男　高级工程师　北京矿务局综合地

质工程公司总工程师　中国地质大学(北京)在读博士生,主要从事地质工程方面的研究浅议岩土注浆加固技术的发展与应用

张　有1　欧阳永龙2

(11中国地质大学・北京100083;21中国地质科学院地质力学研究所・北京100081)

　　摘　要　本文结合自己在岩土加固技术方面的施工实践,从岩土注浆材料和岩土注浆工艺两方面,就岩土注浆加固技术的发展与应用进行总结和展望。

关键词　岩土注浆加固技术　注浆材料　注浆工艺

中图分类号　TD26514+3　　文献标识码　B 　　文章编号　1004-4051(2005)06-0070-03

SIMPL E ANALYSIS OF DEVE LOPMENT AN D APPL ICATION OF

STRENGTHEN TECHN OLOG Y OF PER D USING SER OSIT Y

FOR R OCK AN D SOI L

Zhang Y ou 1　Ou Yangyonglong 2

(11China University of G eosciences ・Beijing 100083China ;

21Institute of Geomechanics ,Chinese Academy of G eological Sciences ・Beijing 100081China )

　　Abstract :In this paper ,on the basis of construction experience by oneself in strengthening technology

of rock and soil ,the author have some summarize and prospect on development and application of strengthen technology of perdusing serosity for rock and soil f rom both serosity material and perf using serosity πcraft.

K eyw ords :Strengthen technology of perdusing serosity for rock and soil 　Serosity material 　Perf using serosity πcraft

　　当前,岩土注浆加固技术在工程领域得到了广泛应用,包括水电工程,铁路隧道、建筑工程、公路工程、桥梁基础,矿山建设等方面,成功地解决了许多地质灾害和工程边坡加固的关键问题,取得丰硕的成果。为了更好地总结岩土加固技术的应用现状,了解其在新世纪里的发展新动向,现就从岩土注浆材料和岩土注浆工艺两方面进行阐述。1　岩土注浆材料技术的应用与发展

(1)水泥注浆材料

超细水泥。普通水泥最大颗粒尺寸一般为80～100

μm ,很难灌入渗透系数低的砂土或宽度小于200

μm 的裂隙。我国目前已经能够生产粒径为2～20

μm 的超细水泥,进入到世界先进行列,并在浙江黄潭水库大坝、广州地铁

工程抗渗堵水注浆中取得良好效果。

硅粉水泥浆材。硅粉是生产硅铁和工业硅过程中的副产品,主要成分为SIO 2,硅粉能够提高混凝土力学强度,同样,也可在水泥浆中掺入适量硅粉,提高浆液结石体强度。三山岛金矿粉矿仓地基加固采用硅粉水泥灌浆,基础下沉得到控制,取得良好效果。其配方为:浆液水灰比015,硅粉掺量816%,UN F -5掺量2%。浆液结石体抗压强度55～60M Pa 。

高水速凝材料。高水速凝材料是英国最早研究成功的新型水硬性凝胶材料,主要成分是硫铝酸盐,具有结石体含水率高,与化学浆液相比成本低。高水速凝材料一般由甲料和乙料组成。甲料配方为:硫铝酸盐水泥熟料、柠檬酸、水。乙料配方为:石膏、生石灰、膨润土、碳酸钠、水。我国在90年代建成高水速凝材料生产线,并在井筒壁后注浆,巷道式充填采矿法中得到应用。

纳米水泥材料。纳米材料科学是20世纪90年

(2)化学注浆材料

酸性水玻璃浆材。酸性水玻璃浆是一种无毒性、不污染环境,料源充足,造价低,施工方便的浆液材料,在我国北方碱性土质地区,尤其是在粉细砂加固工程中得到应用,但在南方酸性土质的注浆不明显。为了扩大酸性水玻璃的应用范围,探寻取代水泥碱性水玻璃的浆液材料,河南省水科所等单位在北京地铁酸性水玻璃固砂取得成功经验的基础上,针对酸性土质条件,研究了乳液型强酸性水玻璃和高抗渗性能的强酸性水玻璃浆液的配制方法及参数分析,认为酸性水玻璃、弱酸性水玻璃在加入特殊物质后,缩短了凝胶时间;乳液型强酸性水玻璃中加入一种廉价的弱碱性物质,注入酸性地层后,不定时凝固,获得较高抗压强度和可靠的稳定性。

丙烯酸盐浆材。为了避免化学注浆对环境产生污染,长江科学院研究了丙烯酸盐中金属离子引力场和生物学效应,得到微毒丙烯酸盐浆材,并用于万安水电站等工程注浆试验和帷幕补强。

高强木素浆材。高强木素是一种以纸浆废液为原料,掺入糠醛、尿素和硫酸乙脂配制成的新型化学浆材,其价格低廉、来源广、粘度低、无毒且强度高。高强木素是木质素类配方中无毒的高强浆材,在水中凝固后仍保持高强度,将来可用于含水地层及有水裂隙补强固结灌浆。

聚合物混凝土PBM。聚合物混凝土(PBM)是由树脂或单体作为粘合剂和骨料结合形成的聚合物材料。常用的单体或聚合物是甲基丙烯酸甲脂、聚脂/苯乙烯、聚氨脂等。PBM混凝土主要用于高速公路、机场、桥梁等工程的快速修复、水工建筑抗冲耐磨护面材料、水下混凝土,如坝面、隧道、桥墩、码头等水下部位的快速补强等。

2　岩土注浆工艺的应用与发展

(1)高压喷射注浆技术

高压喷射注浆技术是利用压缩空气流保护的高压水射束,对土体进行冲切切割,升扬置换作用,同时灌注水泥浆液,使之形成理想性状的凝结体。该施工流程为:钻孔—放入喷射管—按要求进行旋、定、摆喷射和提升。

高压喷射注浆技术工艺具有以下特点:

该工艺克服了静压注浆技术形成凝结体的形状,范围不可控的缺点,根据工程需要通过定、摆、旋喷施工工艺可在地下形成板墙(常用于防渗工程),桩体(常用于加固工程)及各种组合形式的凝结体,其抗压强度可达到5～15兆帕,渗透系数小于10-6cm/s。

由于高压水是定向喷射,并且在冲切破坏土体的瞬间完成灌浆过程,因此对非喷射方向上的土体扰动很小,施工是在基本不释放地基应力的条件下完成。

高压喷射水的能量可以使地下旧构筑物的表层剥离冲刷干净,新灌入的浆液凝结体能够与旧构筑物紧密相接。

高喷施工是在钻机钻成的孔内进行,喷射形成的凝结体尺寸远远大于钻孔直径。因此,该工艺方法具有施工速度快,造价低等优点,尤其适合于地下构筑物的修补和加固施工。

高压喷射注浆技术主要用于以下地基加固工程:

地下管道加固。如上海石化总厂四号污水管道加固。

构筑物下洞穴的处理及重建高喷防渗体系。如上海市新建苏州河闸桥工程建成后,根据设计要求于1991年9月9日至10日进行高水位动测实验,试验过程中由于闸桥底板下发生管涌淘刷,局部防渗结构损坏,致使防渗体系失效。山东省水利科学研究所采用高喷技术处理为主的封堵方案,一举取得成功。

建筑物纠偏。

已建建(构)筑物的地基及沉井底部堵漏抬升纠偏。如宁波市北仑港电厂循泵房沉井及甬江隧道沉井,均采用山东省水利科学研究所提出的用定喷法形成板墙封圈,然后在圈内构筑物(沉井)地基下部进行静压灌浆等综合措施,封堵渗漏,抬升纠偏,使建筑物地基稳定达到技术要求,取得成功。

新建建(构)筑物的地基加固及基坑围护。

高压喷射灌浆技术方法可在建(构)筑物地基中按需要形成桩、板、墙式水泥凝结体,起到提高地基承载力、挡土、防渗作用。圆柱状凝结体,主要用于提高地基承载力,板、墙状凝结体主要用于帷幕防渗。

通常将钻孔钢筋混凝土灌注桩与高压旋喷桩或摆(定)喷形成的墙、板一起组合起来形成基坑围护结构既挡土又止水。应用于北京市场大小工程有10多项,代表性工程有“人民日报社基坑止水水

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第6期　　　　　　　　　　　　　　张　有等:浅议岩土注浆加固技术的发展与应用　　　　　　　　　　帷幕工程”,东侧采用护坡桩加旋喷桩组合形成既挡土又止水的围护结构,西侧采用护坡桩加定喷墙组合形成围护结构。“昆仑项目公寓深基坑止水帷幕工程”,该工程设计采用护坡桩加高压摆喷墙组合形成围护结构。

(2)静压注浆技术

静压注浆又称劈裂灌浆,上海地区又称压密灌浆。在软土地基中进行静压注浆施工,是利用劈裂作用机理,即用压力注入比重较大的水泥浆或水泥砂浆,在压力传递作用下,灌入的浆液沿地基应力场中的最小主应力面或弱应力分布区劈裂、延伸。所形成的浆脉状或不规则形状的凝结体,对周围土体具有挤压和密实作用,使土体的孔隙减小,压缩模量增加。浆液凝结体在土体中起到骨架作用,从而达到提高地基承载力,减少沉降变形的目的。

静压注浆的特点是施工简捷、工期短、成本低。

静压注浆既可用于地基加固工程,又可用于基坑止水帷幕工程。

如“首都机场地面运输公司办公楼增层加固工程”设计采用静压注浆对原有地基基础进行加固处理,以满足增层(原二层增至四层)以后地基承载力的需求(97年3月份完成);北京大山子环岛西侧“宏源大厦基坑支护及止水帷幕工程”,北侧紧邻七一八电子厂精密仪器加工车间设计采用静压注浆形成止水帷幕工程,以解决该基坑开挖降水时七一八车间地基基础的影响;北京和平里“民族出版社住宅楼止水帷幕工程”西侧设计采用静压注浆形成止水帷幕工程以解决该基坑开挖及抽水时对西侧原办公楼基础的影响。

静压注浆施工时容易产生地面冒浆、串浆等现象,不易保证注浆加固效果,为克服这一缺点,设计采用静压振冲注浆方案。振冲注浆是利用振动钻机造孔,并直接利用钻杆注浆,由于振动造孔时地基原状土的扰动较小,钻杆和土层间相互挤压、抱紧,注浆施工时可以保证在一定压力下所注浆液不会顺钻杆窜出地面,并可根据土层的特点,进行下行或上行分层注浆,使浆液均匀扩散,提高加固效果。如煤科院建井所在北京大郊亭热力隧道竖井加固工程中就应用振冲注浆工艺,成功解决砂卵石地层注浆时冒浆、串浆现象,达到了理想效果。

(3)特殊注浆技术

桩侧、桩底后压浆技术。桩基扩底注浆是利用桩底小主应力的分布规律和劈裂注浆原理,以注浆液的压力有控制性地将桩底地基岩土劈开,然后注入浆液,与岩土体产生固结,从而改善桩底的内部应力状态,提高桩底地基岩土的稳定性和承载力。与普通灌桩相比,单桩承载力提高,改善桩的抗震性和抗拔性,可将长桩改短桩,减少钻进量,可减少承台数量。目前,北京许多高层建筑桩基施工中,都采用该工艺,如近期综地公司承接的金晖家园Ⅱ期桩基工程,望京科技大厦桩基工程都设计采用该工艺技术,取得了理想效果。

煤层灭火注浆。煤炭具有自燃的可能性。为了防止自燃和对地下燃煤层进行灭火,国内外采用注浆封闭技术来解决这一问题,即用人为方法,喷注一种或几种浆液,堵塞裂隙或覆盖矿床表面,断绝矿体与氧气的接触,或采用注浆建造隔离帷幕,达到阻燃灭火的目的。

我们煤炭系统兄弟单位陕西185煤田地质勘探队,在分析研究神府-东胜煤田自燃原因及灭火机理的基础上,针对李家畔村级煤矿煤层自燃灾情,提出了帷幕注浆灭火方案,实施后地下煤火被熄灭。

树根桩加固技术。树根桩对于已建建筑物的地基加固纠偏具有独特的作用,效果显著。树根桩是一种中小直径的钻孔灌注桩,通常在钢管的导向下,用旋转法钻进,钻孔直径100～250mm。直径较小时,可放入一根钢筋,对于较大直径的桩,用几根钢筋组成钢筋笼,成孔后,下注浆管,将配制好的砂、砾石灌入孔内,采用注浆泵以较低压力将水泥泵入孔内,边振边拔管,边补填骨料,最后成桩。由于树根桩可以任意角度倾斜,桩群形成如树根,因而得名。其突出优点是能够最大限度地保持结构物与地基之间原有的平衡状态,保证在加固地基的同时,又不破坏地基土对结构物的支撑作用。树根桩的三维结构增加了地基的刚度,可使基础的沉降大大降低,树根桩在施工时无振动,不需要笨重的设备,不影响建筑物的正常使用。因而,在地基加固领域内是有广阔的发展前途。综地公司在2000年承接施工的北京克拉玛依宾馆地基加固工程采用树根桩加固技术取得了良好的加固效果。

参考文献

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〔2〕　傅冰骏,王建宇主编。锚固与注浆面向新世纪国际会议论文集[D].2002.

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煤炭工业出版社.1997.

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〔5〕　王珊主编.地基处理新技术及其工程实例实用手册[D].黑龙江人民出版社,2002.

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