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5049 注浆料

  随着地下空间的进一步开发利用,出现了越来越多的超深基坑、长距离、大断面盾构或顶管隧道,这对工程建设提出了新的挑战。在现有的多种辅助施工技术中,注浆技术在地下结构防渗、基坑加固、防止地面沉降、已建构筑物地基处理、顶管减摩顶进等方面起着重要的作用。而且,施工工艺的革新、新设备、新材料的出现,也为注浆技术的发展提供了条件。

1 、注浆材料研究现状
由于地下工程的特点,要求注浆材料具有以下性能:
(1) 凝胶体或固结体的耐久性和抗渗性较好,受环境因素的影响小。
(2) 浆液的胶凝或固化时间可根据需要进行调节,具有较满意的强度。
(3) 浆液无毒,对环境无污染,而且灌注工艺比较简单。
(4) 注浆材料的来源广泛,价格相对低廉,贮存、运输方便。
(5) 要求浆液有一定的抗液化能力,即使在地震情况下也不发生液化。

1.1 水泥浆液类
   水泥浆液具有固结体强度高、耐久性好、材料来源丰富、工艺设备简单、成本较低等优点,但这种浆液容易离析和沉淀,稳定性较差,因而在有特殊要求的地下工程中其使用受到限制。目前比较有研究和应用前景的是纳米水泥浆液和超细水泥浆液。纳米水泥具有表面能很大、化学活性很高,高吸气体性和高混合性的特点,油和水无法粘附在材料表面。超细水泥浆液强度高、粒度细、无毒、无臭、无味、不污染环境、对人体无害且价格低廉、使用方便,注浆时的可灌性、胶凝时间可控性、抗水性、抗渗性、高粘结性、微膨胀性、触变性、抗腐蚀性、耐久性等性能十分优良,近年来已成功地应用于北京、广州、深圳、南京等地的地铁建设项目中。

1.2 膨润土类
  膨润土是以钾、钙、钠、蒙脱石为主要成分的黏土矿物,由非常薄的呈扁平状的晶片层堆叠而成的单体颗粒组成,颗粒间由钠离子和钙离子连接而成,具有膨胀性和触变性。目前,膨润土多侧重于作为辅助剂,利用其膨润作用,研制特殊用途的,注浆材料。

1.3 水玻璃类
   水玻璃主要成分为 Na 2 SiO 3 ,分为碱性水玻璃和酸性水玻璃。碱性水玻璃浆液的主要缺点是凝胶体有脱水收缩和腐蚀现象,其耐久性较差并对环境有污染。酸性水玻璃可在中性区域内凝胶,凝胶体没有碱溶出,不存在碱性水玻璃的腐蚀现象和环境污染问题,耐久性较好。目前,水玻璃多作为固化剂,起调节凝固时间的作用,常用于对初凝及终凝时间有特殊要求的注浆材料中。

1.4 单液浆
   单液浆由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等材料在搅拌机中一次拌和而成,这种浆液又可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液是未掺加水泥等凝胶物质,早期强度和后期强度均很低的浆液;硬性浆液是掺加了水泥等凝胶物质,具备一定的早期强度和后期强度的浆液。惰性浆液的强度、初凝时间、泵送性能和含水量密切相关,含水量多则强度低,泵送性好;含水量少则反之;硬性浆液的上述性能和水灰比密切相关,水灰比高则强度低,泵送性好;水灰比低则反之。

1.5 双液浆
   双液浆是由水泥砂浆等搅拌成的 A 液与由水玻璃等组成的 B 液混合而成的浆液,根据初凝时间不同分为缓结型和瞬凝型。盾构隧道同步注浆施工中浆液的胶凝时间越长,越容易发生浆液向土仓泄漏和向土体内流失的情况,导致限定范围的填充困难,而且在未初凝前,浆液容易被地下水稀释产生离析,因此,多采用瞬凝型浆液注浆。但如果胶凝时间过短,也会造成注浆尚未完成,浆液便已失去流动性,导致填充效果不佳。所以,应根据盾构推进速度、注浆量等情况,对双液浆各成分配比进行优化,控制双液浆的胶凝时间,使注浆效果达到最佳。

2 、注浆技术的应用现状
   注浆技术是指通过一定的压力将能凝固的浆液注入结构物和地基的缝隙中,改善被灌体的力学性能、满足防渗等功能要求。有时也称为灌浆技术。

2.1 高压旋喷注浆
   高压旋喷注浆技术是利用压缩空气流保护的高压水射束,对土体进行冲刷切割,同时灌注水泥浆液,浆液在喷嘴外呈射流状冲击和破坏土体,使浆液与土体搅拌混合形成固结体,从而起到加固地基、基坑防渗、既有构筑物纠偏等作用。固结体的形状和尺寸与喷射方式及持续时间有关,有时需要复喷。
   该注浆技术具有适用范围广,固结体成形好,强度高,施工简单等优点。

2.2 压密灌浆
   压密灌浆又称为静压注浆,是指用一定的压力向土体等注入比重较大的浆液,在压力传递作用下,注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延伸,填充空隙,起到加固土体的作用。静压注浆的特点是施工便捷、工期短、成本低。既可以用于地基加固工程,又可用于基坑止水帷幕工程。压密灌浆与充填灌浆不同,充填灌浆是利用泥浆本身的重力进行灌浆充填,不允许产生新的裂缝,如果对细小的裂缝充填不好,就不能形成连续的泥墙防渗体。

2.3 劈裂注浆
   劈裂注浆是在充填灌浆的基础上,使用一定的压力有控制地劈开土体灌注浆液,形成连续泥墙,可以起到加固土体和防渗的作用。其优点是可以就地取材、工艺简单、工效高、工期短、效果好、投资省,对土坝等构筑物的加固具有很大价值。

2.4 盾构隧道同步注浆
   隧道盾构法的同步注浆是在盾构掘进的同时,通过注浆泵的压送作用,将浆液灌注入盾尾的管片环外间隙之中,达到填充管片环外空隙、固定管片位置、减少地面沉降、充当环外第一道防水线的目的,并确保管片衬砌早期和后期的稳定性。注浆方式因地质条件和盾构形式的不同而存在差异,对于稳定性较好的地层,由于土体比较稳定,可以保持较长时间,但对于稳定性较差的地层,在脱离盾尾后短时间内就会发生一定程度的坍塌,甚至造成较大的地面沉降,并影响管片的防水效果,可见注浆方式的选择十分重要。
   同步注浆需要控制的参数包括盾构推进时的注浆量、注浆压力和注浆速度。注浆量的大小直接影响到地面和周边环境的隆沉变形,目前理论上只是根据盾尾间隙来计算同步注浆量的大小,施工时一般根据经验来控制,以降低其对周边环境的影响。同步注浆能弥补盾构推进时盾尾空隙以及盾构姿态调整等因素的影响所产生的土层损失,实践表明,注浆压力一般控制在 1.1~1.2 倍的静止土压力,此条件下注浆对周围土层只是填充而不是劈裂,能使注浆达到理想的效果。施工时,盾构推进速度、注浆量、浆液初凝时间等因素决定并影响着注浆的速度,合理控制注浆速度可以有效地减小盾构推进时地面的变形,保护周边环境。月前,国内外对同步注浆技术的研究主要集中在注浆材料配比的优化、同步注浆施工工艺革新、注浆压力和注浆量对周边环境影响的评价、注浆效果的检测等方面。

2.5 顶管减摩注浆
   长距离顶管施工注浆,既可以起润滑作用,减小顶进时的摩擦阻力;又可以起填补和支撑作用,填补施工时管道与土体间产生的空隙,能减小土体变形,防止土体坍塌,使隧洞更稳定。随着顶管推进,注浆的效果将明显下降,因而要对后面的管段不断补浆,以防止摩擦阻力增大。该项注浆技术在顶管施工中的应用越来越多,研究也不断深入:李万才对注浆减摩原理、注糊料的性质及注浆工艺进行了较为系统的研究/对顶管工程的施工具有积极的参考价值;魏纲等研究了顶管注浆材料的组成及其性能,并对注浆过程中浆液与管道以及周围土体之间的相互作用机理进行了分析,探讨了浆液在土体中的渗流以及注浆对土层移动的影响。实践证明,根据不同的工程及土质条件,配制相应的润滑浆液并通过完善注浆工艺,减摩效果可达到 50 %以上。

 



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