巖土工程加固土層的懸濁型漿液

■馬宏 張興偉

（1東煤四平建筑基礎工程公司吉林四平136000；2東北煤田地質局128勘探隊遼寧沈陽110122）

巖土工程加固土層的懸濁型漿液

■馬宏1張興偉2

（1東煤四平建筑基礎工程公司吉林四平136000；2東北煤田地質局128勘探隊遼寧沈陽110122）

加固地層的所用懸濁型漿液是由水泥、膨潤土、硅粉、粉煤灰及粘土等幾種惰性物質與水攪拌而成。因溶劑水用量不同，有穩(wěn)定（停止攪拌也不迅速沉淀）與不穩(wěn)定懸濁漿液差別。懸濁型漿液有水泥基、超細硅粉、、粘土與膨潤土等類別。水泥基應用較多，可分為純水泥漿、填料水泥漿及特殊用途水泥漿。

水泥基漿液 不穩(wěn)定懸濁漿液 可注性 凝固時間

1 普通的水泥基漿液

是由普硅、礦渣、復合、高鋁等水泥的一種為溶質的水泥漿液，具有適用面廣、使用方便、價格低廉、配置方便等優(yōu)點。漿液的粘度、凝固時間、流動可注性、凝固強度、抗?jié)B性等技術指標由水泥種類、配比、攪拌速度與時間、土質間隙、排水情況、裂縫寬度及注入壓力等決定，施工前必須做好方案設計。例如水灰比增大影響漿液粘度、凝固強度、抗?jié)B系數及耐久性，水灰比大于1.5粘度減小；當水灰比大于3與粘度無關。前人經驗證明水灰比為1～2.5較合適。巖石裂縫小于0.75時水灰比可取3；裂縫寬度1.25～2.5時水灰比要小于等于1。攪拌時長粘度增加但凝固強度降低，攪拌4小時比攪拌1小時強度強度減小約一半；這是因為攪拌過程可以破壞水泥水化形成的凝膠結晶結構；攪拌時間為1小時左右。注漿壓力可以提高凝固強度和抗?jié)B性能。普通的水泥基漿液有純水泥、膨潤土（粘土）加水泥和加填料的水泥漿液。（1）純水泥漿液。主要用來做巖石裂隙的填充補強，水灰比選擇大于1.5，漿液通過壓力注入縫隙時由于粘力與巖石阻力漿液流速減慢，水泥顆粒沉積會出現結石與壓力濾水結石。（2）粘土（膨潤土）水泥漿液。粘土（膨潤土）、水泥與水按一定比例與順序混合而成。純水泥漿液在水灰比小于1.5時易沉積，水和硬化時大量析水凝固時間長；加入粘土（膨潤土）時顆粒產生可塑性膨脹膠體吸附水泥顆粒停止沉積，穩(wěn)定漿液，提高漿液凝固的內聚力，也提高凝固后的強度與抗?jié)B能力；同時膨潤土（粘土）是難溶物質在水泥顆粒表面形成保護層后可阻止水對混凝土的侵蝕，提高了耐久性。調整膨潤土種類與數量可控制凝固時間，施工時應把握粘土（膨潤土）粒徑以保證可注性與滲透能力。制漿時天然粘土（膨潤土）要先進行幾個小時的水化，膨脹率為10倍左右，活性膨潤土只需要幾分鐘的水化膨脹率15～25；水與膨脹土的比例為3：1。膨潤土水化后加入水泥攪拌，加水至要求的水灰比即可。各種水泥均可使用，高鋁水泥不宜，礦渣水泥優(yōu)于普硅。水灰比為水：（膨潤土+水泥），采用普硅時可為0.5～2；膨潤土/水泥=0.05～0.2，有防水要求可取大些，只為加固可取小些。漿液性能：粘度35～60s，傾析率二小時內15%。凝固強度12～15MPa，滲透系數10-10m/s。粘土（膨潤土）水泥漿液主要用于巖體裂隙與粗粒土層加固，可完全替代不穩(wěn)定的純水泥漿液。其可用于補強、防水及與填充細粒等土層的大孔洞，來保證其它漿液滲入細粒土層間隙；也可做鉆孔護壁漿液。

2 填料水泥漿液

在水泥漿液或水泥粘土（膨潤土）漿液中加入天然砂、電石渣、粉煤灰及火山灰等惰性粉狀材料以改善漿液稠度并替代部分水泥降低成本為目的；多用于填充大孔洞。如此漿液滲透性因填料影響滲透性、凝固強度可能大幅降低，故多用于砌體背后注入加固、封堵礦井（石場等）及塌陷的大坑。

3 特殊用途水泥基漿液

有速凝型、需要壓實效果的泡沫型（加氣型、膨脹型）、加強滲透型及抗沖刷型。（1）速凝型。在水泥基漿液中加入CaCI2或Na4SIO4速凝劑可獲得最短幾秒鐘的速凝效果，主要用于動水注漿封堵及防稀釋的其他情況。對于粘土（膨潤土）水泥漿液速凝劑用Na4SIO4；普硅水泥32.5最小用量250kg/m3,Na4SIO4為水泥用量的1/10～1/5。（2）泡沫型、加氣型、膨脹型漿液都有一定的特殊性能。泡沫型是由水泥和水、發(fā)泡劑制作的泡沫拌和而成。拌和用水泥量較高具有結構輕凝固強度隔熱隔聲大優(yōu)點。也可用于管道回填、墻板間隙的封實及保溫屋面工程。加氣型漿液是在拌合漿液時加入如水性鋁粉等產生氣體的外加劑，可使?jié){液體積增加1.3～1.5倍，在封閉空間產生壓實效果。外加劑用量為膨脹前漿液體積的1/1000。用于防凍害的裂縫封堵最佳。在水泥基漿液中加入鋁粉和少量硅酸鈉產生氣泡使凝固體積增大。鋁粉用量為2kg/m3，Na4SIO4為水泥用量的1/10～1/5。膨脹率>100%。（3）加強滲透型漿液。有三個辦法提高漿液可注性（滲透能力）：方法一，適當降低漿液粘度。常用聚丙烯酸酯、氯化萘及碳酸氫鈉等流化劑加入漿液中，可使?jié){液的粘度由55～60s降低至30-35s;流化劑的用量要少于水泥用量的0.5%左右。方法二，降低濾過的阻力。水泥基漿液凝固成表面多孔狀，對離析水、漿液顆粒形成濾過作用，對漿液有阻力。在漿液中加入膠溶劑使水泥顆粒懸浮或加入聚合物把水泥顆粒間的離析水吸走，就可以實現滲透性的提高。方法三，減小漿料粒徑。使?jié){料粒徑由原來15～-20μm降至3～4μm以下滲透性將大為提高，這種漿料可以是磨細的超細水泥。（4）.抗沖刷型漿液。填充有流動水的孔隙要求漿液凝固后有抗沖刷能力。實現此目的有：方法一，采用速凝型漿液，如前所述；方法二，在漿液中加入有絮凝、凝結、增稠作用的外加劑增強漿液粘度與粘聚力。

4 超細水泥漿液

將水泥漿料再磨細（干磨或濕磨）粒徑由原來15～20μm降至3～4μm以下滲透性將大為提高，漿液由原來的粗砂層（5X10-4m/s）提高至細砂層（10-5～10-6m/s）。(1).漿液穩(wěn)定性好。超細水泥顆粒細比表面積大，較易懸浮。水灰比可以適當降低或填加減水劑。（2）流動性。同一水灰比下，水泥顆粒細的粘度大，流動性差。兼顧流動性與穩(wěn)定性，不加入減水劑時水灰比取值應大于2，加入減水劑時水灰比取值為1.5。（3）可注性好。可注入0.05～0.1mm的裂縫及0.1～0.2mm的細砂層。（4）凝固時間。在相同條件下，超細水泥漿液凝固時間短；初凝與終凝時間間隔短，這樣利于注漿作業(yè)。獲得更短的凝固時間可適當加入水玻璃，凝固時間可調整在二十秒至數分鐘范圍內。（5）凝固強度較高。28天的固砂體抗壓強度可達到50Mpa以上。（6）抗?jié)B性好。（7）配比。單液時，超細水泥：外加劑：水=100：1：465；凝固時間4-8h，固砂抗壓強度（7d）7Mpa。雙液時，超細水泥：外加劑：水玻璃：水120：1.2：200：760；凝固時間1-3分鐘，固砂抗壓強度（7d）1Mpa。

5 硅粉漿液

粒徑非常小（1.5μm）為主要成分的漿料具有滲透性好、耐久性好的特點。試驗證明同時可以提高漿液的流動性同時可以獲得較高的早期強度。值得說明的是超細水泥漿液中加入硅粉注入取得了一點進展，但因某些成分相互反應，使部分成分消失影響了漿液的其他特性，有其漿液采用的硬化劑首推氫氧化鈣待于人們來解決這一難題。

6 結束語

正確選定適合于要加固土層的漿液是確保注漿加固效果的關鍵，漿液的設計是由詳細土層土質調查而決定。懸濁型漿液只是巖土漿液工程中較常用的工法，其他漿液有如水玻璃漿液、高分子類漿液及有機高分子復合漿液等各有其特點。

[1]阮文軍.注漿擴散與漿液若干基本性能研究 [J].巖土工程學報.2009(01)

[2]阮文軍.基于漿液粘度時變性的巖體裂隙注漿擴散模型 [J].巖石力學與工程學報.2010(15)

F407.1

1000-405X（2016）-5-487-2

馬宏（1969～），男，本科，副高級工程師，研究方向為基礎工程、巖土工程技術研究與施工。