注漿技術(shù)在工程中的應(yīng)用

溫馨　苗廣霖

摘 要：隨著注漿材料科學(xué)的研究的深入和注漿技術(shù)的逐漸完善，注漿技術(shù)已在水電、采礦、土建、隧道、橋梁、公路等各個(gè)領(lǐng)域的工程中得到廣泛的應(yīng)用。本文通過對注漿材料、注漿基本理論的簡單描述并結(jié)合注漿技術(shù)在工程中的一些應(yīng)用，初步的了解注漿技術(shù)的一些知識和作用。

關(guān)鍵字：注漿材料；注漿理論；工程應(yīng)用

0前言

注漿法最早是由法國工程師查理士貝里尼于1802年在Severs橋的基礎(chǔ)樁施工中采用的，其方法是利用泵送粘土和石灰到鉆孔內(nèi)以達(dá)到密實(shí)并加固沉積層地基的目的，這個(gè)方法據(jù)今天已經(jīng)有200多年的歷史了。隨著注漿材料的日益豐富和注漿技術(shù)的發(fā)展，注漿技術(shù)現(xiàn)在在工程中得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在的注漿技術(shù)主要應(yīng)用在水利堤壩、礦山巷道、豎井、隧道、地鐵等地下工程開挖時(shí)的防滲堵漏和加固，也可用于防止地面沉陷，已有建筑物防護(hù)、加固；在建筑工程中廣泛用于提高地基承載力、各種地基的加固。

1注漿材料的分類及特性

1.1注漿材料的分類

注漿的研究對象之一便是注漿基體（漿液），而漿液主要分為牛頓流體和非牛頓流體兩大類，下面分別對牛頓流體和非牛頓流體中的賓漢姆流體做簡單的介紹。

1.1.1牛頓流體

由于流體的粘滯性，流體中發(fā)生剪切變形時(shí)，流體層之間有相對運(yùn)動，于是在流層之間會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來抵抗剪切變形。最早研究流體內(nèi)摩擦問題的牛頓提出了：如果在兩個(gè)平板之間隔著厚度為h的液體，其中一個(gè)平板相對于另一個(gè)平板以速度U滑動，則兩者之間的摩擦力F與U和平板面積A 成正比，與h成反比，即

其中：系數(shù)μ為液體的粘度。我們把上面的定律稱為牛頓內(nèi)摩擦定律，并把滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的液體稱為牛頓流體。

1.1.2賓漢姆流體

相對于牛頓流體，賓漢姆流體剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不滿足線性關(guān)系，是因?yàn)樗陨硗瑫r(shí)具有粘性和塑性，賓漢姆流變理論可用下式表示：

其中：C為流體的粘聚力。由于賓漢姆流體只有切應(yīng)力超過屈服值的部分才可以產(chǎn)生相對流動，而其它部分只能像固體一樣隨著這部分流體滑動，因此賓漢姆流體中一般包括兩種形態(tài)：流體質(zhì)點(diǎn)間無相對運(yùn)動的部分成固態(tài)，其余部分呈液態(tài)。

1.2注漿材料的基本特性

1.2.1水泥系列注漿材料

水泥漿屬于顆粒性注漿材料，所以對微小裂縫的處理有時(shí)不能得到滿意的效果；另外水泥漿一般凝固時(shí)間較長，在稍高流速的漏水部位很容易在膠凝前被稀釋或沖走，因此它更適用于灌注存在靜水或流速較小的水的裂縫和其它較大的修補(bǔ)等。

1.2.2聚氨酯灌漿材料

1）聚氨酯灌漿材料是化學(xué)灌漿行業(yè)的重要組成部分，與顆粒性灌漿材料相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

2）預(yù)聚物溶液的粘度低，可灌性好；

3）預(yù)聚物溶液反應(yīng)后從溶液變成凝膠體或固體的時(shí)間較短，而且可以調(diào)節(jié)；

4）大多數(shù)聚氨酯漿材具有良好的防滲性能；

5）聚合體的耐久性和抗化學(xué)性通常遠(yuǎn)優(yōu)于水泥基懸濁液漿體，并且對環(huán)境無污染。

2注漿基本理論

2.1滲透注漿理論

滲透注漿是通過注漿壓力使?jié){液克服阻力滲入到孔隙或裂縫，就地凝固達(dá)到加固或減少滲漏的注漿方法。其作用機(jī)制是假定被灌載體為均質(zhì)各向同性介質(zhì)，諸如土體等位于鉆孔底端的注漿按球形或柱形擴(kuò)散滲入孔隙并充填凝固。

2.2劈裂注漿理論

劈裂注漿是在鉆孔內(nèi)施加液體壓力于弱透水土層中，當(dāng)液體壓力超過劈裂壓力時(shí)土體產(chǎn)生水力劈裂，在鉆孔附近形成網(wǎng)狀漿脈，通過漿脈擠壓土體和漿脈的骨架作用加固土體，劈裂注漿是應(yīng)用較廣泛的一種注漿方法，其理論滯后于應(yīng)用，劈裂注漿主要用于土體加固和軟弱地基的防滲處理。

2.3壓密注漿理論

壓密注漿是用極稠的漿液，通過鉆孔擠向土體，在注漿處形成球形漿泡，靠漿液的擴(kuò)散擠壓周圍土體，漿液不向土體滲透，只對土體產(chǎn)生擠壓作用，因此土體不發(fā)生水力劈裂，這也是壓密注漿與劈裂注漿的根本區(qū)別。壓密注漿被廣泛應(yīng)用于建筑物的抬升、固結(jié)地基土等方面。

3注漿技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1堤壩的防滲

眾所周知，堤壩工程的滲漏病害會隨著使用時(shí)間的增加而變得越來越嚴(yán)重，如果不對這些病害進(jìn)行及時(shí)的處理，則會形成較大的安全隱患。在現(xiàn)行的堤壩防滲加固方法中，劈裂灌漿就是比較常用的一種方法。堤壩防滲高聚物劈裂注漿技術(shù)的施工工藝通常為：確定滲透層、劈裂注漿孔平面布置、劈裂注漿孔成孔方法、放置封孔注漿管和劈裂注漿管以及分單孔或多孔注漿。這與傳統(tǒng)的堤壩防滲技術(shù)相比，堤壩防滲高聚物劈裂注漿技術(shù)有防滲效果好、工期短、造價(jià)低和對堤壩擾動小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2隧道高聚物快速維修

目前，針對隧道病害治理比較常用的方法是水泥漿注漿處理，但該方法需要封閉施工，工期較長，對交通干擾較大，而且一般只能維持幾個(gè)月。高聚物技術(shù)可用于混凝土面板的脫空修復(fù)提升，深部注射高聚物隧道進(jìn)行加固維修，應(yīng)用前景廣闊。在隧道的維修中，通常先用探地雷達(dá)技術(shù)檢測隧道襯砌結(jié)構(gòu)危害，再有目的的用高聚物注漿技術(shù)治理隧道襯砌病害，這種把無損檢測和快速修復(fù)技術(shù)結(jié)合起來的方法，初步形成了適用于隧道病害處理的高聚物注漿施工工藝，實(shí)現(xiàn)了快速修復(fù)隧道災(zāi)害的目的。

3.3道路修復(fù)

水泥混凝土路面在實(shí)際使用過程中，由于車輛荷載的重復(fù)作用，水泥混凝土板下基礎(chǔ)將產(chǎn)生塑性變形累積形成面板脫空，這種現(xiàn)象客觀存在于實(shí)際使用中的水泥混凝土路面，特別是用細(xì)顆粒材料修筑基層的水泥混凝土路面。高聚物注漿技術(shù)可以通過注漿材料混合注射達(dá)到填充路面結(jié)構(gòu)脫空和加固路基的目的。高聚物注漿技術(shù)的施工的過程通常如下：注漿前用落錘式彎沉儀對擬定注漿路段進(jìn)行彎沉檢測；根據(jù)路面的脫空狀況，對高聚物注漿孔的位置進(jìn)行布置；實(shí)施注漿，并監(jiān)控路面的高度變化，控制注漿過程；注漿后的檢驗(yàn)。=

參考文獻(xiàn)

[1]熊進(jìn) 祝紅 長江三峽工程灌漿技術(shù)研究 中國水利水電出版社 2003年

[2]郭成超 水泥混凝土路面脫空高聚物注漿技術(shù)研究.[J]公路，2008（10）.

作者簡介

溫馨（1992—），漢族，河南南陽人，鄭州大學(xué)，水利與環(huán)境學(xué)院，2010級水利水電工程。

苗廣霖（1990—），漢族，河南新鄭人，鄭州大學(xué)，水利與環(huán)境學(xué)院，2010級道路與橋梁工程專業(yè)。