注浆技术在工程中的应用

摘 要：随着注浆材料科学的研究的深入和注浆技术的逐渐完善,注浆技术已在水电、采矿、土建、隧道、桥梁、公路等各个领域的工程中得到广泛的应用.本文通过对注浆材料、注浆基本理论的简单描述并结合注浆技术在工程中的一些应用,初步的了解注浆技术的一些知识和作用.

关键字：注浆材料；注浆理论；工程应用

0前言

注浆法最早是由法国工程师查理士贝里尼于1802年在Severs桥的基础桩施工中采用的,其方法是利用泵送粘土和石灰到钻孔内以达到密实并加固沉积层地基的目的,这个方法据今天已经有200多年的历史了.随着注浆材料的日益丰富和注浆技术的发展,注浆技术现在在工程中得到广泛的应用.现在的注浆技术主要应用在水利堤坝、矿山巷道、竖井、隧道、地铁等地下工程开挖时的防渗堵漏和加固,也可用于防止地面沉陷,已有建筑物防护、加固；在建筑工程中广泛用于提高地基承载力、各种地基的加固.

1注浆材料的分类及特性

1.1注浆材料的分类

注浆的研究对象之一便是注浆基体（浆液）,而浆液主要分为牛顿流体和非牛顿流体两大类,下面分别对牛顿流体和非牛顿流体中的宾汉姆流体做简单的介绍.

1.1.1牛顿流体

由于流体的粘滞性,流体中发生剪切变形时,流体层之间有相对运动,于是在流层之间会产生内摩擦力来抵抗剪切变形.最早研究流体内摩擦问题的牛顿提出了：如果在两个平板之间隔着厚度为h的液体,其中一个平板相对于另一个平板以速度U滑动,则两者之间的摩擦力F与U和平板面积A 成正比,与h成反比,即

其中：系数μ为液体的粘度.我们把上面的定律称为牛顿内摩擦定律,并把满足牛顿内摩擦定律的液体称为牛顿流体.

1.1.2宾汉姆流体

相对于牛顿流体,宾汉姆流体剪应力与剪切应变率之间不满足线性关系,是因为它自身同时具有粘性和塑性,宾汉姆流变理论可用下式表示：

其中：C为流体的粘聚力.由于宾汉姆流体只有切应力超过屈服值的部分才可以产生相对流动,而其它部分只能像固体一样随着这部分流体滑动,因此宾汉姆流体中一般包括两种形态：流体质点间无相对运动的部分成固态,其余部分呈液态.

1.2注浆材料的基本特性

1.2.1水泥系列注浆材料

水泥浆属于颗粒性注浆材料,所以对微小裂缝的处理有时不能得到满意的效果；另外水泥浆一般凝固时间较长,在稍高流速的漏水部位很容易在胶凝前被稀释或冲走,因此它更适用于灌注存在静水或流速较小的水的裂缝和其它较大的修补等.

1.2.2聚氨酯灌浆材料

1）聚氨酯灌浆材料是化学灌浆行业的重要组成部分,与颗粒性灌浆材料相比,具有以下优点：

2）预聚物溶液的粘度低,可灌性好；

3）预聚物溶液反应后从溶液变成凝胶体或固体的时间较短,而且可以调节；

4）大多数聚氨酯浆材具有良好的防渗性能；

5）聚合体的耐久性和抗化学性通常远优于水泥基悬浊液浆体,并且对环境无污染.

2注浆基本理论

2.1渗透注浆理论

渗透注浆是通过注浆压力使浆液克服阻力渗入到孔隙或裂缝,就地凝固达到加固或减少渗漏的注浆方法.其作用机制是检测定被灌载体为均质各向同性介质,诸如土体等位于钻孔底端的注浆按球形或柱形扩散渗入孔隙并充填凝固.

2.2劈裂注浆理论

劈裂注浆是在钻孔内施加液体压力于弱透水土层中,当液体压力超过劈裂压力时土体产生水力劈裂,在钻孔附近形成网状浆脉,通过浆脉挤压土体和浆脉的骨架作用加固土体,劈裂注浆是应用较广泛的一种注浆方法,其理论滞后于应用,劈裂注浆主要用于土体加固和软弱地基的防渗处理.

2.3压密注浆理论

压密注浆是用极稠的浆液,通过钻孔挤向土体,在注浆处形成球形浆泡,靠浆液的扩散挤压周围土体,浆液不向土体渗透,只对土体产生挤压作用,因此土体不发生水力劈裂,这也是压密注浆与劈裂注浆的根本区别.压密注浆被广泛应用于建筑物的抬升、固结地基土等方面.

3注浆技术在工程中的应用

3.1堤坝的防渗

众所周知,堤坝工程的渗漏病害会随着使用时间的增加而变得越来越严重,如果不对这些病害进行及时的处理,则会形成较大的安全隐患.在现行的堤坝防渗加固方法中,劈裂灌浆就是比较常用的一种方法.堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术的施工工艺通常为：确定渗透层、劈裂注浆孔平面布置、劈裂注浆孔成孔方法、放置封孔注浆管和劈裂注浆管以及分单孔或多孔注浆.这与传统的堤坝防渗技术相比,堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术有防渗效果好、工期短、造价低和对堤坝扰动小等优点.

3.2隧道高聚物快速维修

目前,针对隧道病害治理比较常用的方法是水泥浆注浆处理,但该方法需要封闭施工,工期较长,对交通干扰较大,而且一般只能维持几个月.高聚物技术可用于混凝土面板的脱空修复提升,深部注射高聚物隧道进行加固维修,应用前景广阔.在隧道的维修中,通常先用探地雷达技术检测隧道衬砌结构危害,再有目的的用高聚物注浆技术治理隧道衬砌病害,这种把无损检测和快速修复技术结合起来的方法,初步形成了适用于隧道病害处理的高聚物注浆施工工艺,实现了快速修复隧道灾害的目的.

3.3道路修复

水泥混凝土路面在实际使用过程中,由于车辆荷载的重复作用,水泥混凝土板下基础将产生塑性变形累积形成面板脱空,这种现象客观存在于实际使用中的水泥混凝土路面,特别是用细颗粒材料修筑基层的水泥混凝土路面.高聚物注浆技术可以通过注浆材料混合注射达到填充路面结构脱空和加固路基的目的.高聚物注浆技术的施工的过程通常如下：注浆前用落锤式弯沉仪对拟定注浆路段进行弯沉检测；根据路面的脱空状况,对高聚物注浆孔的位置进行布置；实施注浆,并监控路面的高度变化,控制注浆过程；注浆后的检验.等于