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注浆基本工艺方法doc
时间:2022-10-03 01:39:58来源:ballbet贝博网页 作者:ballbet体育官网登录
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  第一节 注浆模式 ? 一、静压注浆 ??????? 静压注浆(也称为灌浆)按灌浆理论可分为渗透灌浆、劈裂灌浆和压密灌浆三种。 ( 1 )渗透灌浆 ?????渗透灌浆是指在压力作用下,浆液填充土孔隙和岩石裂隙,排挤出孔隙和裂隙中水和气体,而基础上不改变土和岩石结构和体积,所用压力相对较小。渗透灌浆通常只使用于中砂以上砂性土和有裂隙岩石,这种渗透注浆是建筑上最常适用一个注浆类型。含有代表性渗透灌浆理论有球形扩散理论和柱形扩散理论。 ( 2 )劈裂灌浆 ?????劈裂灌浆是指在压力作用下,将浆液克服地层初始应力和抗拉强度,引发岩石和土体结构破坏和扰动,使其沿垂直于小主应力平面劈裂,使地层中原有裂隙或孔隙张开,或形成新裂隙或孔隙,浆液可灌性和扩散半径增大,而所用压力相对较大。注浆压力选择应依据土质及其埋深确定。 ( 3 )压密灌浆 ????压密灌浆是指经过钻孔在土中注入极浓浆液,在注浆点使土体压密,在注浆管端部形成浆泡,浆泡通常为球形或圆柱形。伴随浆泡尺寸逐步增大,便产生较大上抬力而使地面抬动,常见此法调整地基不均匀沉降。研究表明,向外扩张浆泡在土体中引发复杂径向和切向应力体系。紧靠浆泡处土体遭到严重破坏和剪切,并形成塑性变形区;离浆泡较远土体则基础上发生弹性变形。压密灌浆常见于中砂地层和有适宜排水条件粘土层。 ????实践证实,多个灌浆机理在实际施工中有可能单独发生,也有可能两种或两种以上同时发生。严格地说,纯粹渗透灌浆仅发生在极其特殊情况下,而实际施工中往往会伴随劈裂、压密等作用。 二、喷射注浆 ????喷射注浆比常规注浆表现了更大优越性,利用喷射注浆可形成经济型防渗帷幕。注浆从底部向上进行,水和空气在很高压力下从相互隔开精密喷嘴中喷射出,在高压射流作用下,土层颗粒和注浆材料混合,形成复合体。现在处理深度已经成功地超出 40m 。 ????喷射注浆有三种方法,即圆柱注浆、嵌板注浆和翼板注浆。圆柱注浆是喷射管上升、回转同时形成圆柱,经过圆柱部分重合就能产生一个屏障。嵌板注浆是当喷浆管上升时喷射,但只在垂直面内,相互连接嵌板形成含有低渗透率隔离。翼板注浆使用两个喷嘴,但不回转,可形成一个扇形注浆区。譬如旋喷桩法(日本称 CCP 工法)是应用钻机将钻杆下端装有特殊喷嘴钻头钻到预定深度后,用高压泵把配制好浆液经过钻杆经由喷嘴转换成高压高速射流,将土颗粒切削破坏,浆液和土颗粒混合,并逐步凝固和硬化。钻杆以一定速度旋转和提升,同时喷射浆液,从而在土层中形成圆柱固结体——旋喷桩。 三、爆破注浆 ?????爆破注浆是用炸药在注浆孔中爆破,使岩层增加网状裂隙并沟通原有裂隙,以增大浆液扩散半径,实现少孔注浆,提升堵水效果。这种新工艺由美国首先研究成功。它适适用于岩层裂隙不发育,有足够强度脆性岩石。 四、电动化学注浆 ?????假如土层渗透系数小于 10 -4 cm /s ,只靠通常静压力难于使浆液注入土空隙,此时用电渗透法比较有效。电动化学注浆就是把带孔注浆管作为阳极,一定距离滤水管作为阴极,将注浆液从阳极压入土中,并通以直流电,在电渗作用下,孔隙水由阳极流向阴极,促进通电区域中含水量降低,并形成渗流通道,浆液也随之流入土孔隙中,并在土中凝结硬化。 第二节 注浆液性能及其设计 ? ????以改良地基为目标,在地基中注入材料称为注浆材料,广义上讲,通常一个流体在一定条件下能够变为固体物质,均可作为注浆材料。伴随生产发展,工程需要,多年来出现不少比较理想注浆材料,供不一样地质条件下选择。原材料包含主剂(可能是一个或多个)和助剂(可能没有,也可能是一个或多个),助剂可依据它在浆液中作用,分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。 ????注浆材料品种很多,性能也各不相同,不过作为注浆材料,应有部分共同性质,一个理想注浆材料,应该满足以下要求: ( 1 )浆液粘度低、流动性好、可注性好,能够进入细小缝隙和粉细砂层; ( 2 )浆液凝固时间能够在几秒至几小时内任意调整,并能正确控制; ( 3 )浆液固化时体积不收缩,能牢靠粘结砂石; ( 4 )浆液结石率高,强度大; ( 5 )浆液无毒、无臭,不污染环境,对人体无害,属非易燃、易爆物品。 ????最早用于注浆材料,是石灰和粘土。 1864 年开始使用水泥注浆。它们均是颗粒性材料,难于充填细小裂隙和充塞砂层。水泥浆液凝结时间长。 1900 年荷兰采矿工程师尤斯登发明了水玻璃—氯化钙溶液,这是化学注浆开始。 ????20 世纪 50 年代,美国发明以丙烯酰胺为主剂有机化学注浆材料 AM-9 。其凝固时间可正确控制。这是发展注浆材料关键飞跃。 ????中国于 1965 年前,基础采取单液水泥注浆法。 1964 年研制成功 MG-646 新型化学浆液, 1967 年研制成功水泥—水玻璃双液注浆法。它同时含有水泥浆和化学浆液优点(水泥浆强度,水玻璃渗透性),又使二者短处减小到不妨碍实用程度,是一个各得其所浆液。 ????注浆材料从 19 世纪初原始材料开始到当今有机高分子化合物浆液,前后经历了 170 多年历史,发展了近百种浆液材料。多种浆液各有特点及其适用范围。即使化学浆液较之水泥浆液更理想,扩大了注浆法应用范围,但不管中国或国外,化学浆液全部比水泥浆液成本高、货源少。所以,现在水泥仍然是注浆关键材料。 ?? ?水泥浆关键缺点是颗粒问题,因为颗粒大,难以注入细小裂隙和空隙。针对此问题,首先能够减小水泥粒度,采取超细水泥,国外通常注浆用水泥细度为 5000cm 2 /g ,有达成 10 000 ~ 27 000cm 2 /g ,使其能注入 0.05 ~ 0 .09mm 裂隙。其次可预先用化学浆液处理受注岩层,降低表面张力,起润滑作用,使水泥易于注入。使用化学溶液有水玻璃、苛性钠等。 ????改善水泥性能,应致力于寻求新水泥添加剂,研究出愈加好水泥浆。英国 GEOSEAL-Z 型水泥添加剂,使水泥含有速凝、不沉淀、不收缩作用。水泥浆中加入这种添加剂,使浆液产生奶油状粘性,水泥颗粒保持悬浮,无水析出,固结体强度均匀,体积不缩,确保饱满地充填裂隙。 ???美国在水泥浆中加入一个高分子物质和一些金属盐作为添加剂,使水泥含有触变性,即在搅拌或泵注条件下,含有流动性,而当停止搅拌或泵注一段时间后,浆液粘度大幅度增加,变成不流动。 ????注浆材料分类方法很多,按浆液所处状态分为真溶液、悬浮液和乳化液;按工艺性质,可分为单浆液和双浆液;按浆液颗粒可分为粒状浆液和化学浆液;按浆液主剂性质可分为无机系列和有机系列两大类(图 8-1 )。 图 8-1 注浆材料分类 一、浆液性能 1、 浆液渗透能力 ( 1 )基础概念 ?????浆液渗透性是指浆液渗透缝隙中能力,渗透性越好,浆液在一定压力下扩散距离就越大,或只需用较小灌浆压力就能把浆液输送至预定距离。 ????浆液渗透能力受尺寸效应及流变效应控制,但随所用灌浆原理和浆材品种不一样,控制原因又分为下述多个情况: ?① 渗透性灌浆当采取粒状浆材时,材料颗粒尺寸越小和浆液流动性越好,浆液渗透能力就越高; ??② 渗透性灌浆当采取真溶液化学浆材时,浆液渗透能力仅受浆液流动性影响; ??③ 劈裂灌浆也受上述规律制约,但因被灌缝隙尺寸和形式可能在灌浆过程中发生改变,故尺寸效应和流变效应影响比较复杂。 ( 2 )颗粒细度影响 ?????从尺寸效应出发,浆材颗粒细度越高,渗透能力就越强。但细度越高,其比表面积也越大,在相同时间内颗粒水化程度和絮凝程度就越快,从而造成浆液变稠,粘度增加。这就说明,颗粒细度将造成相对矛盾两种效果,假如处理不妥,对渗透能力和灌浆效果将造成不利影响。 ( 3 )流动性维持能力 ?????浆液粘度在凝结前维持不变,就能使浆液在灌浆过程中维持一样渗透能力,然而除少数多个浆液如丙凝外,大多数浆液流动性全部随时间而变小,即浆液粘度随时间而增加,在理论计算中把浆液粘度视为常数将使计算结果出现误差。 ?? ?另外,在灌浆过程中,因为浆液受搅拌和摩擦等作用,其粘度改变将更显著,比如把水泥浆连续搅拌和循环,浆液即逐步变稠,出现“回浓”现象,粘度也大大增加。 ( 4 )特殊条件 ?????通常情况下,浆液渗透能力越强越有利于灌浆,但在一些特殊条件下,高渗透能力反而不利,在大孔隙地层中灌浆时,往往要采取流动性和维持能力较差浆液,才能提升灌浆质量和降低施工成本。在地下水流速较大地层,除采取上述浆液外,还常需采取两项方法:其一,掺入促进剂以加速浆液凝固过程;其二,若地层孔隙较大,还要在地层中投入石块或级配砂石料,才能实现预期灌浆目标。 2、浆液稳定性 ????对于化学浆材,稳定性是指它在常温常压下存放时,是否会发生强烈化学反应和改变其基础性质。对于粒状浆材,除化学稳定性,尚包含下面两个意义。 ( 1 )颗粒沉淀分层性 ???水泥浆和水泥砂浆等是一个不稳定悬浮体系,其颗粒极易在水溶液中沉淀分层,粘土浆则是比较稳定悬浮体系,有些高塑性粘土和膨润土甚至能用较低浓度制成稳定性很高浆液,粘土水泥混合浆稳定性介于上两种浆液之间。 ????在灌浆过程中,当浆液在缝隙中流动速度减慢或完全终止流动,和搅浆机因故暂停工作时,粒状浆材颗粒将发生沉淀分层,使浆液均匀性降低,流动性变坏或完全丧失。所以,稳定性较差浆液可能带来下述对灌浆工程极为不利后果:颗粒沉积后使浆体底部密度变为最大,上部最小,结石强度亦按此规律分布;易造成包含灌浆机具管路和地层缝隙等灌浆通道堵塞,尤其是在卵砾石地层,因为孔隙纵横交错和凹凸不平,不稳定浆液很轻易将一些渗流断面缩小或填满, 通道被堵塞后,将造成灌浆过程过早结束,或要采取特殊方法如用水冲洗通道或施加更大灌浆压力,才能恢复正常灌浆。 ( 2 )析水性 ??伴随固体颗粒下沉,浆液中水将被析出并向浆液顶端上升,这种析水机理可用斯脱克定律表示以下: ???????? ?????? ?????? ????? ???? ?? ( 8-1 ) ??????式中: q ——起始析水速度; d m ——悬液中水泥颗粒当量圆球直径; ν ——水运动粘度; ρc ——水泥密度; ρw ——水密度; W ——浆液水灰比, W =1 。 ????从式( 8-1 )能够看出,浆液水灰比是影响析水率关键原因,研究证实,当水灰比为 1.0 时,水泥浆最终析水率可高达 20% 。因为浆液析出,也可能造成下述多个后果: ????①因为析水和颗粒沉淀现象是伴生,所以析水结果也将造成浆液流动性变差,造成机具和灌浆通道堵塞,并使结石强度均匀性降低。 ????②若析水作用发生在灌浆结束以后,则可能在灌浆体顶部造成空穴,如不进行补灌,将使灌浆效果降低。 ?????不过,因为水泥颗粒凝结所需水灰比仅为 0.25 ~ 0.45 ,大大小于灌浆时所用水灰比,所以只有把多出水分尽可能排走,才能使灌浆体取得必需强度。沉淀析水也是渗透性灌浆一个理论依据。所以,假如析水现象发生在合适时刻且有浆液补充由析水形成空隙,则浆液析水现象不仅无害,甚至是必需。 3、结石率 ??????结石率是指浆液凝固后结石体积 V s 和浆液最初体积 V 0 之比,以百分数表示。假如结石率大于 1 ,则结石体膨胀;假如结石率小于 1 ,则结石体收缩。在强度指标得到满足条件下,结石率越高,加固效果就越好,然而因为种种原因,不少浆材全部难以达成理想结石率。 ( 1 )析水沉淀 ?????析水沉淀现象是造成结石率降低关键原因之一,这里不再赘述。降低浆液含水量和在浆液中掺入高塑性粘土等,可降低这种不利影响。 ( 2 )体积收缩 ????有些浆液比如丙凝,因含水量太多,凝固后若处于干燥条件下,凝胶将产生不一样程度收缩。即使干缩后再浸水又会使凝胶膨胀,但在体积改变过程中可能在凝胶体内产生裂缝。所以,这类浆液不宜在干燥环境中应用。 ?????有些浆液比如硅凝胶,即便在潮湿状态下也会发生一定收缩。但这种收缩不属于干缩,也不是水或有害化学剂对硅胶溶蚀,而是因为硅胶中硅离子发生缩聚作用而把自由水从硅胶中挤出结果,这种作用被称为脱水收缩,其结果将使灌浆效果降低。 ?????有些高分子聚合体收缩性很高,比如甲凝收缩率高达 15% ~ 20% 。这是因为甲凝浆液关键成份是甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯,在引发剂过氧化苯甲酰和促进剂二甲基苯胺等作用下,各单体分子逐步组成聚合链,分子间距也随之缩短,从而引发较大收缩。 ???但据研究,高分子聚合物这种体缩仅出现在聚合过程中,浆液一旦凝固,聚合物体积就不再发生改变,而且浆液在收缩过程中,其密度也对应地增加。 ????相关水泥浆材,有些人认为结石略有收缩,有试验结果证实,不管结石是用压力成型还是自由沉降成型,只要在水中养护,不仅不发生收缩,反而略有膨胀。 4、力学强度 ?????岩土加固灌浆实质在于: ① 改良被灌介质现有性质;② 从根本上 改变被灌介质物理化学状态,从而在被灌范围内产生一个新物质。 ??????灌浆之所以能达成上述目标,关键依靠下述三种作用: ?????( 1 )化学胶结作用 不管是水泥浆或化学浆,全部含有能产生胶结力化学反应,把分开岩石或土连结在一起,从而使岩土整体结构得到加强。 ?????( 2 )惰性填充作用 填充在岩石裂隙及土孔隙中浆液凝固后,因其含有不一样程度刚性而能改变岩层及土体对外力反应机制,使岩土变形受到约束。 ?????( 3 )离子交换作用 浆液在化学反应过程中,一些化学剂能和岩土中元素进行离子交换,从而形成含有愈加优良性质新材料。 ??? ?浆材强度越高,自然加固效果越好,但依据灌浆实践经验及室内试验研究可知,被灌介质强度增减是一个受多个原因制约复杂物理化学过程,灌浆材料本身性质当然是很关键原因,还需有各方面配合才能得到比较理想加固效果。 5、 耐久性 ?????在一些条件下,灌浆体结构将碰到破坏,力学强度将逐步降低,从而使灌浆效果降低甚至变得无效,所以浆材耐久性也是一个关键课题,下面分几方面来叙述。 ( 1 )养护条件 ????处于潮湿环境或在无压水下养护时,多数灌浆体结构和强度全部比较稳定或有所提升;在干燥条件下,因为浆体水分损失,造成体积缩小和密度提升,有些材料强度将显著地增加;但在反复干湿循环条件下,因为灌浆体结构遭到破坏,其强度将展现连续下降趋势。 ( 2 )水压力作用 ?? ?有些浆材,比如水泥灌浆体,当长久承受水压力作用时,结石中氧化钙可能被溶解和带走,晶体结构所以破坏,从而使结石强度降低。 ???研究资料表明,当水泥石中氧化钙被溶出 25% 时,其强度将损失 50% 。有些人以此作为灌浆体破坏标准,推导出灌浆体寿命为 ??????????????? ???????? ??????????????? ??????????? (8.2) ????式中 : T ——灌浆体中氧化钙被溶出 25% 时间,(年); W ——每立方米灌浆体中水泥量, kg/m 3 ; b ——灌浆体承受水压力厚度, m ; K ——灌浆体渗透系数, m/ 年; J ——水力比降; C 1 ——水泥中水化铝酸四钙极限氧化钙浓度, C 1 =1.08kg/m 3 ; C 2 ——水泥中水化铝酸三钙极限氧化钙浓度, C 2 =0.56kg/m 3 。 ????从上式能够看出,影响灌浆体耐久性原因关键有二,一为结石承受渗透压力,压力越大,寿命就越短;二为灌浆体本身质量,在渗透压力相同条件下,结石越密实和渗透性越小,寿命就越长。 ( 3 )化学侵蚀 ???自然界水中含有数十种化学离子成份,其中 Cl - 、 SO4 2- 、 HCO3 - 、 K + 、 Na + 、 Mg 2+ 、 Ca 2+ 等七种离子分布最广,当水泥灌浆体处于这些地下水环境中时,将产生多种类型侵蚀作用,其中以下述两种侵蚀最为有害: ①溶出性侵蚀 有害化学离子将使水泥石中水化硅酸钙分解,不停析出 CaO ,并造成结石强度降低。 ②硫酸盐侵蚀 含硫酸盐矿物水和水泥结石中石灰作用时,将生成石膏。在 SO4 2- 离子较多环境水中,石膏将结晶膨胀,并造成水泥结石破坏。另外, SO4 2- 还能和水泥石中铝酸三钙反应生成硫铝酸钙晶体(水泥杆菌),其体积比原参与反应固相物质体积增大很多,也将在结石中产生内应力而使结石结构破裂。所以,水泥中 C3A 含量愈多,硫酸盐侵蚀性就愈大。 二、注浆液设计 ????选择注浆材料时,应考虑岩土性质、水文地质条件、工程要求、原料供给及施工成本诸原因。 ( 1 )在基岩裂隙含水层中注浆,需浆量大,且开钻井筒,要求浆液有较高强度。所以通常采取水泥浆液或水泥—水玻璃浆液。 ( 2 )在松散含水层中注浆,粗砂可采取水泥—水玻璃浆液。对于中砂、细砂、粉砂,砂质粘土和细小裂隙,因为水泥等颗粒性材料难以注入,应采取化学浆液,如丙烯酰胺、聚氨酯、脲醛树脂等。 ( 3 )处理岩溶、断层、破碎带或突水事故,应先充注惰性材料,如砂子、炉渣、岩粉、砾石等,后注水泥—水玻璃浆液,如此较经济合理。 ?( 4 )无机硅酸盐材料,如水泥、水玻璃等,源多价廉,是基础注浆材料,应优先选择。 ?? ?化学浆液含有粘度小,可控制凝胶时间特点,是松散含水层不可缺乏材料,但价格昂贵,只在必需采取化学浆液条件下才采取。现将多种注浆材料适用范围列于表 8-1 。多种注浆材料基础性能、成份、成本及适用范围比较见表 8-2 。 ?( 5 )对渗透性灌浆工艺,浆液必需渗透土孔隙,即所用浆液必需是可灌,这是一项最基础技术要求,不满足它就谈不上灌浆;但若采取劈裂灌浆工艺,则浆液不是向天然孔隙中渗透,而是向被较高灌浆压力扩大了孔隙渗透,所以对可灌性要求就不如渗透性灌浆那么严格。 ( 6 )通常情况下,浆液应含有良好流动性和流动性维持能力,方便在不太高灌浆压力下取得尽可能大扩散距离;但在一些地质条件下,比如地下水流速较高和土孔隙尺寸较大时,往往要采取流动性较小和触变性较大浆液,以免浆液扩散至无须要距离和预防地下水对浆液稀释及冲刷。 ?( 7 )浆液析水性要小,稳定性要高,以防在灌浆过程中或灌浆结束后发生颗粒沉淀和分离,并造成浆液可泵性、可灌性和灌浆体均匀性大大降低。 ?( 8 )对防渗灌浆而言,要求浆液结石含有较高不透水性和抗渗稳定性;若灌浆目标是加固地基,则结石应含有较高力学强度和较小变形性。和永久性灌浆工程相比,临时性工程对所述要求较低。 ?( 9 )制备浆液所用原材料及凝固体全部不应含有毒性,或毒性尽可能小,以免伤害皮肤、刺激神经和污染环境。一些碱性物质即使没有毒性,但若流失在地下水中也会造成环境污染,故应尽可能避免这种现象。 ( 10 )有时浆材尚应含有一些特殊性质,如微膨胀性、高亲水性、高抗冻性和低温固化性等,以适应特殊环境和专门工程需要。 ( 11 )不管何种灌浆工程,所用原材料全部应就近取材,而且价格尽可能低,以降低工程造价。但在核实工程成本时,应把花费量和总体效果综合起来考虑,比如有些化学浆材即使单价较高,却因其强度较高和稳定性很好,常可把灌浆体做得更薄或更浅。 ( 12 )相关浆液凝结时间,要注意多个问题: ???①浆液凝结时间变幅较大,比如化学浆液凝结时间可在几秒钟到几小时之间调整,水泥浆通常为 3 ~ 4h ,粘土水泥浆则更慢,可依据灌浆土层体积、渗透性、孔隙尺寸和孔隙率、浆液流变性和 ?第三节 灌浆标正确实定 ? 一、灌浆标准 ??????所谓灌浆标准,是指设计者要求地基灌浆后应达成质量指标。所用灌浆标准高低,关系到工程量、进度、造价和建筑物安全等问题。 (一)设计标准 ??????设计标准包含内容较多,而且工程性质和地质条件千差万别,灌浆目标和要求各不相同,所以极难要求一个比较具体和统一准则,只能依据具体情况作出具体要求。下面仅提出几点和确定灌浆标准相关标准和方法。 1、防渗标准 ?????防渗标准是指渗透性大小。防渗标准越高,表明灌浆后地基渗透性越低,灌浆质量也就越好,因为渗透性越小,地下水在介质中流速越低,地基上发生管涌破坏可能性就越小。不过,防渗标准越高,灌浆技术难度就越大,通常灌浆工程量及造价也越高。所以,防渗标准不应是绝正确,每个灌浆工程全部应依据自己特点,经过技术经济比较,确定一个相对合理指标。标准上,对比较关键建筑,对渗透破坏比较敏感地基全部要求采取较高标准。 ????在砂或砂砾石层中,防渗标准多用渗透系数表示。对比较关键防渗工程,多要求把地基渗透系数降至 10 - 4 ~ 10 - 5 cm /s 以下,对临时性工程或许可出现较大渗漏量而又不致发生渗透破坏地层,也有采取 10 - 3 cm /s 数量级实例。 ??? ?在岩石地基中,中国多采取单位吸水量 ω 作为准则。在水利水电建设工程中防渗标准多采取 ω =0.01 ~ 0.03 ,在特殊情况下可能有更高要求。 单位吸水量是用钻孔压水试验方法求得,其计算式为: ????????????????????????????????? ???????? ????????????????( 8-4 ) ??????????? 式中: ω ——地层单位吸水量, L/m/m/min ; Q ——地层总吸水量, L ; L ——压水试验段长( m ); H ——压水压力, m ; t ——试验时间, min 。 ????现场试验资料证实,单位吸水量和渗透系数之间存在着以下式关系: ???????????????????????? ??????????????? ???????????????( 8-5 ) ?????比如当 ω =0.01 时, k =1.5 × 10 -5 cm /s ; ω =0.1 时, k =1.5 × 10 -4 cm /s 。由此可知,不管在岩基或在砂砾石地基中,所用防渗标准基础上是一致。 2、强度和变形问题 ?? ?因为灌浆目标、要求和各工程具体条件千差万别,不一样工程只能依据自己特点来要求强度和变形要求,如有是为了增加摩擦桩承载力,关键应沿桩周围灌浆,以提升界面间粘聚力;支承桩则在桩底灌浆以提升土抗压强度和变形模量;为了降低拱坝基础不均匀变形,仅需在坝下游基础受压部位进行固结灌浆,以提升基础变形模量,而无需在整个坝基灌浆;对于振动基础,有时灌浆目标是为了改变地基自然频率以消除共振条件,所以不一定需用强度较高浆材;为了减小挡土墙土压力,则应在墙背后至滑动面周围土体中灌浆,以提升土容重和滑面粘结强度等等。 (二)终止标准 ????注浆早期,孔吸浆量大,利用其凝固时间能够控制扩散范围,以降低材料消耗和提升灌注效果。伴随注浆进行,孔吸浆率下降,到注浆后期可采取单液水泥浆,以确保裂隙充堵效果。注浆结束标准随浆液材料、注浆工艺和设备改善、岩石裂隙不一样而改变。现在用两个指标表示:一是注浆压力达成设计终压值并保持 20min 以上;二是最终吸浆量小于设计要求值。 ????注浆中应定时观察、统计注浆压力和注入量,绘制 T - P - Q 曲线。依据曲线分析判定注浆工作是否正常,如有异状需进行处理或调整。 ????因为浆液扩散能力和灌浆压力大小亲密相关,所以不少人倾向于采取较高灌浆压力,在确保灌浆质量前提下,使钻孔数尽可能降低。高灌浆压力还能使部分微细孔隙张开,有利于提升可灌性。当孔隙中被某种软弱材料充填时,高灌浆压力能在充填物中造成劈裂灌注,使软弱材料密度、强度和不透水性等得到改善。另外,高灌浆压力还有利于挤出浆液中多出水分,使浆液结石强度提升。不过,当灌浆压力超出地层压重和强度时,将有可能造成地基及其上部结构破坏,所以,通常全部以不使地层结构破坏或仅发生局部和少许破坏,作为确定地基许可灌浆压力基础标准。安全最大压力取决于覆盖层重量、地层强度、原地应力和孔隙水压力、钻孔深度、位置及灌浆次序等。不管怎样,这些原因和安全最大注浆压力之间没有简单关系,还需要继续研究。 ?????达成注浆结束标准后,需压入一定量清水把管路中浆液全部压入地层裂隙。然后关闭注浆阀,停 20 ~ 30min 使浆液凝结后,将注浆管(双液注浆时内管)和止浆塞上提一段,然后压水冲洗管路至孔口返回清水为止。最终提出注浆器,拆除管路和设备。 ?????灌浆效果通常全部用钻孔压力(注水)试验和钻孔取样进行物理力学性能试验来评价,这些方法即使行之有效,但需要增加不少钻孔量。下面补充多个比较简便方法。 ? 1 .???耗灰量分析方法 ??????因为灌浆通常是按逐步加密法进行,用水泥灌浆时孔段耗灰量应随加密次序增加而逐步降低。若起始孔距部署正确,则第二次序孔耗灰量将比第一次序孔大大降低,这是灌浆取得成效标志之一。 2 .雷达检验 ????雷达透射仪可用来确定浆液扩散范围,其基础原理为:在两个相邻钻孔中同一高程上放置雷达透射仪,一个钻孔发生脉冲,另一个钻孔接收信号,因为灌浆材料吸收电磁辐射能力很强,所以在灌浆地带,雷达信号将大大衰减。据此就可知道该区浆液充填情况。 3 . γ 射线检测 ?????本法设备简单,施工快速,含有足够大探测范围,只要把 γ 射线探针放入灌浆孔中,就能较快地测出砂砾石地基灌浆前后密度改变,据此对灌浆效果作出判定。 (三) 注浆过程非标准(异常)现象 ?????注浆过程往往并不按设计标准进行。常见异常事故是跑浆、串浆和堵塞管路。 ??? ?注浆中发生注浆压力忽然下降,或压力虽未显著下降而吸浆量却忽然增大。说明浆液不在预定位置充塞,而是沿着某一大裂隙或溶洞,或压破某一地层后,漏泄远方。它不仅损失浆液,影响注浆效果,而且污染周围环境。所以在设计时应有较完备预防或处理方法,查明情况、区分对待。如调理浆液浓度,缩短凝固期,减小注浆压力,或在浆液中增加惰性材料,采取分次复注等措施处理。 ?????串浆是指注浆孔间相互串通,可采取将串浆孔口堵塞,继续注浆,或串浆两孔同时注浆。为根本避免此等事故,采取钻孔、注浆次序作业,钻一孔、注一孔。 ?????注浆过程遇有注浆泵压力骤然下降,吸浆量快速减小,可能是吸浆管或泵低压阀堵塞;当泵压及孔口压力均出现大幅度上升,吸浆量大幅度下降时,可能是混注器或注浆管发生堵塞。上述征兆,应分析原因、立即处理,以确保注浆工作正常进行。 二、 灌浆半径确实定 ???浆液扩散半径 r 是一个关键参数,它对灌浆工程量及造价含相关键影响,假如选择 r 值不符合实际情况,将降低灌浆效果,甚至于造成灌浆失败。 ??????????? r 值可用理论公式估算,如选择参数靠近于实际条件,则计算值含有参考价值。当地基条件较复杂或计算参数不易选按时,就应经过现场灌浆试验来确定 。 ???????????? 现场灌浆试验时,常采取三角形(图 8-2 )及矩形(图 8-3 )布孔方法。 ???????? ? 图 8-2 三角形布孔 图????????????????????????????? 8-3 矩形或方形布孔 ( a ) 1- 灌浆孔; 2- 检验孔;( b ) 1- Ⅰ 序孔;? ( a ) 1- 灌浆孔; 2- 试井; 3- 检验孔 ???????????? 2- Ⅱ 序孔; 3- Ⅲ 序孔; 4- 检验孔???????????????? ( b ) 1-4- 第 Ⅰ 次序孔; 5- 第 Ⅱ 次序孔; 6- 检验孔 ?????????? 灌浆试验结束后,可经过下述方法对浆液扩散半径进行评价: ( 1 ) 钻孔压水或注水,求出灌浆体渗透性; ( 2 ) 钻孔取样品,检验孔隙充浆情况; ( 3 ) 用大口径钻井或人工开挖竖井,用肉眼检验地层充浆情况,并采取灌浆样品供室内进行试验研究。 第四节 常见注浆工法 ????????? 任何灌浆工程全部离不开钻孔、注浆和效果检验等几部分。相对而言,钻孔和效果检验方法已比较成熟,注浆技术则问题较多,因为灌浆施工属于隐蔽性工程,地层结构复杂多变,灌浆理论不太成熟,灌浆效果好坏很大程度上取决于工程人员经验。 一、砂砾石层灌浆方法 ???已在工程实践中使用过钻孔灌浆方法关键有以下多个。 1 .打花管灌浆法 ?? ?首先在地层中打入一下部带尖头花管 [ 图 8-3(a)] ,然后冲洗进入管中砂土 [ 图 8-3(b)] ,最终自下而上分段拔管灌浆 [ 图 8-3(c)] 。此法即使简单,但遇卵石及块石时打管很困难,故只适适用于较浅砂土层。灌浆时轻易沿管壁冒浆,也是此法缺点。 ???????????? 图 8-3 打花管灌浆法???????????? ?????????????? 图 8-4 套管护壁灌浆法 2 .套管护壁灌浆法 ?????图 8-4 所表示,边钻孔边打入护壁套管,直至预定灌浆深度 [ 图 8-4(a)] ,接着下入灌浆管 [ 图 8-4(b)] ,然后拔套管灌注第一灌浆段 [ 图 8-4(c)] ,再用同法灌注第二段 [ 图 8-4(d)] 及其它各段,直至孔顶,此法缺点也是打管较困难,为使套管达成预定灌浆深度,常需在同一钻孔中采取多个不一样直径套管。 3 .边钻边灌法 ????图 8-5 所表示,仅在地表埋设护壁管,而无需在孔中打入套管,自上而下钻完一段灌注一段,直至预定深度为止。钻孔时需用泥浆护壁或较稀浆液护壁。如砂砾层表面有粘性土覆盖,护壁管可埋设在土层中 [ 图 8-5(a)] ,如无粘土层则埋设在砂砾层中 [ 图 8-5(b)] ,但后一个情况将使表层砂砾石得不到适宜灌注。 ?????边钻边灌法关键优点是无需在砂砾层中打管,缺点也是轻易冒浆而且因为是全孔灌浆,灌浆压力难以按深度提升,灌浆质量难以确保。 4 .袖阀管法 ????图 8-6 所表示,此法为法国 Soletanche 企业所首创,故又称 Soletanche 方法,于 20 世纪 90 年代开始广泛用于国际土木工程界。在砂砾地基灌浆中,袖阀管法用得最多。 ?????????????? ????????? 图 8-5 边钻边灌法????????? ??????????????????????? ??????? 图 8-6 袖阀管法 ?????????????? 袖阀管法施工工序分为下述四个步骤,见图 8-7 。 ( 1 ) 钻孔 通常全部用优质泥浆,如膨润土造浆; ( 2 ) 插入袖阀管 为使套壳料厚度均匀,应设法使袖阀管在钻孔中心 [ 图 8-7(b)] ; ( 3 ) 浇注套壳料 用套壳料置换孔内泥浆 [8-7(c)] ,浇注时应避免套壳料进入袖阀管内,并严防孔内泥浆混入套壳料中; ( 4 ) 灌浆 待套壳料含有一定强度后,在袖阀管内放入带双塞灌浆管进行灌浆 [ 图 8-7(d)] 。 图 8-7 袖阀管法施工程序 ?? ?袖阀管法关键优点为:可依据需要灌注任何一个灌浆段,还能够进行反复灌浆;可使用较高灌浆压力,灌浆时冒浆和串浆可能性小;钻孔和灌浆作业能够分开,使钻孔设备利用率提升。 ????这一施工方法缺点关键有:袖阀管被含有一定强度套壳料胶结,难于拔出反复使用,花费管材较多;每一个灌浆段长度固定为 33 ~ 50cm ,不能依据地层实际情况调整灌浆段长度。 二、 裂隙岩石灌浆方法 ?????岩石灌浆通常分为四个步骤: ① 钻孔; ② 清洗钻屑和岩石缝隙; ③ 进行压水试验以取得岩石渗透性资料; ④ 注浆。 ?????注浆方法较多,分类也不统一,中国外用得较多可分为三类: 1 .自上而下孔口封闭分段灌浆法 ?????此法关键优点为:全部孔段均能自行复灌,利于加固上部比较软弱岩层,而且免去了起下栓塞工序,节省时间。缺点是数次反复钻孔,使孔内废浆较多。 2 .自下而上栓塞分段灌浆法 ????此法即使工序简单,工效较高,但缺点较多,比如灌浆前压水资料不正确,在裂隙发育和较软弱岩层中轻易造成串浆、冒浆和岩石上抬等事故,所以此法仅适适用于裂隙不很发育和比较坚硬岩层中。 3 .自上而下栓塞分段灌浆法 ????栓塞易于堵塞严密,压水资料比较正确,并能自上而下逐段加固岩石和降低浆液串冒和岩石上抬事故等,在地质条件较差岩层中多采取此法。 ????钻孔通常为垂直孔,若裂隙倾角较大则可钻斜孔以截取更多裂隙。 灌浆通常采取纯水泥浆。考虑到岩层中往往同时存在着宽窄不一样裂隙,故中国外灌浆规范多要求采取稀浆开始灌注,以防细裂隙被浓浆堵塞,然后依据具体情况逐步提升灌浆压力和浆液浓度。 ????灌浆结束前,要用最大灌浆压力闭浆 30 ~ 60min ,以排除灌入裂隙中浆液多出水分。 ? 第六节 有机系列注浆材料 ? 一、丙烯酰胺类及无毒丙凝 ?????丙烯酰胺类浆材国外多叫 AM-9 ,中国则称丙凝。 20 世纪 50 年代美国最先使用丙烯酰胺作注浆材料,称为 AM-9 。其以水溶液状态注入地层,在地层中发生聚合反应而形成含有弹性、不溶于水聚合体。 20 世纪 60 年代日本研制成功日东 -SS ,它们和中国 MG-646 浆液一样,主剂均是丙烯酰胺,只是交联剂或其它辅助剂不一样,而其性能并无本质差异。 AM-9 在工艺方面采取双液注浆系统,其粘度为 1.2 × 10 -3 Pa · s ,近似于水( 1 × 10 -3 Pa · s )。其标准配方见表 8-11 。 ??丙烯酰胺类浆液性能关键是指其凝胶时间和抗压强度,它抗压强度通常来讲是比较低,改变配方对抗压强度影响不大,而其凝胶时间则能够控制在几秒到多个小时之间,影响凝胶时间原因关键有:温度、过硫酸铵( AP )、β - 二甲氨基丙腈( DAP )、硫酸亚铁、 pH 值、铁氰化钾及水中离子等。 ??????????? 丙凝浆液及凝固体关键特点 为: ( 1 ) 浆液属于线 Pa · s ,和水甚靠近,其可灌性很好。 ( 2 ) 浆液从制备到凝结所需时间,能够在几秒钟到几小时内正确地加以控制,而且其凝结过程不受水和空气干扰或极少干扰。 ( 3 ) 浆液粘度在凝结前维持不变,这就能使浆液在灌浆过程中维持一样渗透能力。 ( 4 ) 浆液凝固后,凝胶本身基础上不透水(渗透系数约为 10 - 9 cm /s ),耐久性和稳定性全部好,可用于永久性工程。 ( 5 ) 丙凝浆液能在很低浓度下凝结,比如现在采取标准浓度为 10% ,其中有 90% 是水,而且浆液凝结后在潮湿条件下不干缩,所以,丙凝浆液成本是相对较低。 ????丙凝关键缺点是浆材有一定毒性,反复和丙烯酰胺粉未接触会影响中枢神经系统,对空气和水也存在环境污染问题。 ????1980 年,美国研制成一个史为 AC-400 浆材。 1982 年水科院亦研制成类似浆材 AC-MS ,其经典配方见表 8-12 。这类浆材毒性仅为丙凝 1% ,但其特征和功效全部和 AM-9 相同,故被称为无毒丙凝,是一个愈加理想灌浆材料。 ?二、 木质素类浆液 ???木质素类浆液是以纸浆废液为主剂,加入一定量固化剂所组成浆液,因为现在仅有重铬酸钠和过硫酸铵两种固化剂能使纸浆废液固化,所以现在木质素类浆液包含铬木质素浆液和硫木质素浆液两种。 1 .铬木质素浆液 ????铬木质素浆液是一个双液系统注入注浆材料,浆液由三部分组成,甲液是亚硫酸钙纸浆废液(简称废液),乙液包含固化剂和促进剂,固化剂现在中国外均采取重铬酸钠,促进剂有三氯化铁、硫酸铝、硫酸铜、氯化铜等。 ????铬木素浆液是由亚硫酸盐纸浆废液和重铬酸钠组成。浆液材料起源丰富,价格低廉,粘度低,可控制凝胶时间,凝胶体稳定,抗渗性好,能满足注浆堵水要求。但重铬酸钠是一个剧毒品,可能出现铬离子污染地下水严重问题。 ???国外曾大量应用过铬木素注浆,但多年有些国家已严禁使用。中国部分部门正进行铬木素浆液消铬研究,其次对其污染范围进行测定,推算非污染区半径,限制其使用范围。铬木质素浆液有以下特点: ( 1 )浆液粘度较小,可灌性好,渗透系数为 10 -3 ~ 10 -4 cm /s 基础均可适于灌浆。 ( 2 )防渗性能好,用铬木质素浆液处理后基础,其渗透系数达 10 -7 ~ 10 -8 cm /s 。 ( 3 )浆液凝胶时间可在几秒钟至数十分钟范围内调整。 ( 4 )新老凝胶体之间胶结很好,结石体强度达 0.4 ~ 0.9MPa 。 ( 5 )原材料起源广,价格低廉。 2 .硫木质素浆液 ????因为重铬酸钠是一个剧毒药品,在地层中注浆存在着铬离子( Cr 6+ )污染地下水问题,所以铬木质素浆液广泛应用受到了一定限制,以过硫酸铵安全替换重铬酸钠,成为无毒硫木质素浆液。硫木质素浆液有以下特点: ( 1 )浆液粘度和铬木质素相同,可灌性能好。 ( 2 )胶凝时间随浆液中木质素、氯化铁、氨水等含量增加而缩短,通常可在几十秒至几十分钟之间控制。 ( 3 )凝胶体不溶于水、酸及碱溶液中,化学性能较稳定。 ( 4 )结石体抗压强度在 0.5MPa 以上。 三、 其它有机浆液 1 .聚氨酯类浆液 ???聚氨酯浆材是一个防渗和加固效能全部很高高分子化学灌浆材料,它属于聚氨基甲酸酯类高聚物,是由异氰酸酯和多羟基化合物反应而成。因为浆液中含有未反应异氰酸基团,遇水发生化学反应,交联生成不溶于水聚合体,所以能达成防渗、堵漏和固结目标。另外反应过程中产生二氧化碳,使体积膨胀而增加固结体积比,并产生较大膨胀压力,促进浆液二次扩展,从而加大了扩散范围。这种浆液粘度较低,可灌性好,结石强度和抗渗性能高,耐久性好,适适用于砂层及软弱夹层加固,尤其适适用于在动水条件下防渗堵漏。 ?????聚氨酯类浆液可分为水溶性和非水溶性浆液两大类,它们区分在于:前者和水能混溶,后者只溶于有机溶剂。 ?????塔克斯( TACSS )是日本很有名聚氨酯材料。据统计,自 1967 年至 1971 年,日本使用塔克斯工程就有 800 项之多。它是非水溶性,用单液注浆。浆液在地层中遇水才发生反应,发泡、膨胀并凝固。因为发泡,体积膨胀 8 ~ 9 倍,所以充塞效果甚佳。经塔克斯加固后砂体强度,最高可达 11 ~ 19MPa 。 ?????塔克斯是以甲苯二异氰酸脂、丙二醇聚醚、丙三醇聚醚为主剂,用邻苯二甲酸二丁脂作溶剂,并加入发泡灵等药品制成浆液。 ?????中国也开展对聚氨酯类浆液研究,非可溶性称 PM 浆液,可溶性者称 SPM 浆液。均含有可控制凝胶时间和固砂体抗压强度高优点。 2 .脲醛树脂类浆液 ?????脲醛树脂是由脲素和甲醛缩合而成高分子聚合物。因原材料起源丰富,成本较低,加工方便,性能很好,所以广泛应用于注浆。脲醛树脂在固化前是一个水溶性树脂,用水配制成水溶液,这种溶液在酸性条件下,在常温、常压下就能快速固化,而且含有一定强度。 ?????脲醛树脂由脲素和甲醛两种材料制成,所以其配比直接影响脲醛树脂性能。工业上制取配比,用脲素和甲醛克分子比,通常采取 1 ∶ 1.5~2 。脲醛树脂注浆固砂体取芯强度可达 16MPa ,但粘度大,可注性差,且本身不稳定。 ?????为了处理脲醛树脂不稳定问题,可直接采取脲素和甲醛作注浆材料。其配方为: ??甲液为甲醛∶脲素 =2 ∶ 1 (重量比),乙液为硫酸(浓度 1% ~ 8% ),甲液∶乙液 =6 ∶ 1 ~ 7 ∶ 1 (体积比)。此浆液凝胶时间可控制在几秒到几分钟。抗压强度最高可达 2MPa 。 ????上述浆液中游离甲醛,含有特殊刺激性臭味,故中国外均致力于研究甲醛消味问题。中国多年研制成功康醛树脂注浆材料,这种浆液由康醛、脲素、硫酸和水组成。硫酸是催化剂,水为溶剂。康醛刺激性味道比甲醛小得多。康醛树脂浆液粘度仅( 1.06 ~ 1.09 )× 10 -3 Pa · s ,可注入粒径 0.01mm 细砂,固砂体抗压强度为 1 ~ 6MPa 。它已成功地用于流砂施工。能够预想,康醛 - 脲素将越来越广泛地替换脲素 - 甲醛浆液在注浆施工中地位。 3 .改性环氧树脂浆材 ????环氧树脂是一个高分子材料,它含有强度高,粘结力强,收缩性小,化学稳定性好,并能在常温下固化等特点;但它作为灌浆材料则存在部分问题,比如浆液粘度大,可灌性小,憎水性强,和潮湿裂缝粘结力差等。 ????近十年来,中国部分单位为克服环氧树脂浆材上述缺点而进行了大量试验研究和工程实践,已使环氧树脂成为优良岩土加固浆材,其中北京水科院改性环氧树脂( SK-E ),含有粘度低,亲水性好,毒性较低和可在低温和水下灌浆等特点,尤其适适用于混凝土裂缝及软弱岩基特殊部位灌浆加固处理。 ? 第六节 有机系列注浆材料 ? 一、丙烯酰胺类及无毒丙凝 ????丙烯酰胺类浆材国外多叫 AM-9 ,中国则称丙凝。 20 世纪 50 年代美国最先使用丙烯酰胺作注浆材料,称为 AM-9 。其以水溶液状态注入地层,在地层中发生聚合反应而形成含有弹性、不溶于水聚合体。 20 世纪 60 年代日本研制成功日东 -SS ,它们和中国 MG-646 浆液一样,主剂均是丙烯酰胺,只是交联剂或其它辅助剂不一样,而其性能并无本质差异。 AM-9 在工艺方面采取双液注浆系统,其粘度为 1.2 × 10 -3 Pa · s ,近似于水( 1 × 10 -3 Pa · s )。其标准配方见表 8-11 。 ?? ?丙烯酰胺类浆液性能关键是指其凝胶时间和抗压强度,它抗压强度通常来讲是比较低,改变配方对抗压强度影响不大,而其凝胶时间则能够控制在几秒到多个小时之间,影响凝胶时间原因关键有:温度、过硫酸铵( AP )、β - 二甲氨基丙腈( DAP )、硫酸亚铁、 pH 值、铁氰化钾及水中离子等。 ???丙凝浆液及凝固体关键特点 为: ( 1 ) 浆液属于线 Pa · s ,和水甚靠近,其可灌性很好。 ( 2 ) 浆液从制备到凝结所需时间,能够在几秒钟到几小时内正确地加以控制,而且其凝结过程不受水和空气干扰或极少干扰。 ( 3 ) 浆液粘度在凝结前维持不变,这就能使浆液在灌浆过程中维持一样渗透能力。 ( 4 ) 浆液凝固后,凝胶本身基础上不透水(渗透系数约为 10 - 9 cm /s ),耐久性和稳定性全部好,可用于永久性工程。 ( 5 ) 丙凝浆液能在很低浓度下凝结,比如现在采取标准浓度为 10% ,其中有 90% 是水,而且浆液凝结后在潮湿条件下不干缩,所以,丙凝浆液成本是相对较低。 ????丙凝关键缺点是浆材有一定毒性,反复和丙烯酰胺粉未接触会影响中枢神经系统,对空气和水也存在环境污染问题。 ????1980 年,美国研制成一个史为 AC-400 浆材。 1982 年水科院亦研制成类似浆材 AC-MS ,其经典配方见表 8-12 。这类浆材毒性仅为丙凝 1% ,但其特征和功效全部和 AM-9 相同,故被称为无毒丙凝,是一个愈加理想灌浆材料。 ?二、 木质素类浆液 ??? ? ????? 木质素类浆液是以纸浆废液为主剂,加入一定量固化剂所组成浆液,因为现在仅有重铬酸钠和过硫酸铵两种固化剂能使纸浆废液固化,所以现在木质素类浆液包含铬木质素浆液和硫木质素浆液两种。 1 .铬木质素浆液 ????铬木质素浆液是一个双液系统注入注浆材料,浆液由三部分组成,甲液是亚硫酸钙纸浆废液(简称废液),乙液包含固化剂和促进剂,固化剂现在中国外均采取重铬酸钠,促进剂有三氯化铁、硫酸铝、硫酸铜、氯化铜等。 ????铬木素浆液是由亚硫酸盐纸浆废液和重铬酸钠组成。浆液材料起源丰富,价格低廉,粘度低,可控制凝胶时间,凝胶体稳定,抗渗性好,能满足注浆堵水要求。但重铬酸钠是一个剧毒品,可能出现铬离子污染地下水严重问题。 ???国外曾大量应用过铬木素注浆,但多年有些国家已严禁使用。中国部分部门正进行铬木素浆液消铬研究,其次对其污染范围进行测定,推算非污染区半径,限制其使用范围。铬木质素浆液有以下特点: ( 1 )浆液粘度较小,可灌性好,渗透系数为 10 -3 ~ 10 -4 cm /s 基础均可适于灌浆。 ( 2 )防渗性能好,用铬木质素浆液处理后基础,其渗透系数达 10 -7 ~ 10 -8 cm /s 。 ( 3 )浆液凝胶时间可在几秒钟至数十分钟范围内调整。 ( 4 )新老凝胶体之间胶结很好,结石体强度达 0.4 ~ 0.9MPa 。 ( 5 )原材料起源广,价格低廉。 2 .硫木质素浆液 ?????因为重铬酸钠是一个剧毒药品,在地层中注浆存在着铬离子( Cr 6+ )污染地下水问题,所以铬木质素浆液广泛应用受到了一定限制,以过硫酸铵安全替换重铬酸钠,成为无毒硫木质素浆液。硫木质素浆液有以下特点: ( 1 )浆液粘度和铬木质素相同,可灌性能好。 ( 2 )胶凝时间随浆液中木质素、氯化铁、氨水等含量增加而缩短,通常可在几十秒至几十分钟之间控制。 ( 3 )凝胶体不溶于水、酸及碱溶液中,化学性能较稳定。 ( 4 )结石体抗压强度在 0.5MPa 以上。 三、 其它有机浆液 1 .聚氨酯类浆液 ??? ?聚氨酯浆材是一个防渗和加固效能全部很高高分子化学灌浆材料,它属于聚氨基甲酸酯类高聚物,是由异氰酸酯和多羟基化合物反应而成。因为浆液中含有未反应异氰酸基团,遇水发生化学反应,交联生成不溶于水聚合体,所以能达成防渗、堵漏和固结目标。另外反应过程中产生二氧化碳,使体积膨胀而增加固结体积比,并产生较大膨胀压力,促进浆液二次扩展,从而加大了扩散范围。这种浆液粘度较低,可灌性好,结石强度和抗渗性能高,耐久性好,适适用于砂层及软弱夹层加固,尤其适适用于在动水条件下防渗堵漏。 ?????聚氨酯类浆液可分为水溶性和非水溶性浆液两大类,它们区分在于:前者和水能混溶,后者只溶于有机溶剂。 ?????塔克斯( TACSS )是日本很有名聚氨酯材料。据统计,自 1967 年至 1971 年,日本使用塔克斯工程就有 800 项之多。它是非水溶性,用单液注浆。浆液在地层中遇水才发生反应,发泡、膨胀并凝固。因为发泡,体积膨胀 8 ~ 9 倍,所以充塞效果甚佳。经塔克斯加固后砂体强度,最高可达 11 ~ 19MPa 。 ?????塔克斯是以甲苯二异氰酸脂、丙二醇聚醚、丙三醇聚醚为主剂,用邻苯二甲酸二丁脂作溶剂,并加入发泡灵等药品制成浆液。 ?????中国也开展对聚氨酯类浆液研究,非可溶性称 PM 浆液,可溶性者称 SPM 浆液。均含有可控制凝胶时间和固砂体抗压强度高优点。 2 .脲醛树脂类浆液 ?????脲醛树脂是由脲素和甲醛缩合而成高分子聚合物。因原材料起源丰富,成本较低,加工方便,性能很好,所以广泛应用于注浆。脲醛树脂在固化前是一个水溶性树脂,用水配制成水溶液,这种溶液在酸性条件下,在常温、常压下就能快速固化,而且含有一定强度。 ????脲醛树脂由脲素和甲醛两种材料制成,所以其配比直接影响脲醛树脂性能。工业上制取配比,用脲素和甲醛克分子比,通常采取 1 ∶ 1.5~2 。脲醛树脂注浆固砂体取芯强度可达 16MPa ,但粘度大,可注性差,且本身不稳定。 ?????????????? 为了处理脲醛树脂不稳定问题,可直接采取脲素和甲醛作注浆材料。其配方为: ?????甲液为甲醛∶脲素 =2 ∶ 1 (重量比),乙液为硫酸(浓度 1% ~ 8% ),甲液∶乙液 =6 ∶ 1 ~ 7 ∶ 1 (体积比)。此浆液凝胶时间可控制在几秒到几分钟。抗压强度最高可达 2MPa 。 ?????上述浆液中游离甲醛,含有特殊刺激性臭味,故中国外均致力于研究甲醛消味问题。中国多年研制成功康醛树脂注浆材料,这种浆液由康醛、脲素、硫酸和水组成。硫酸是催化剂,水为溶剂。康醛刺激性味道比甲醛小得多。康醛树脂浆液粘度仅( 1.06 ~ 1.09 )× 10 -3 Pa · s ,可注入粒径 0.01mm 细砂,固砂体抗压强度为 1 ~ 6MPa 。它已成功地用于流砂施工。能够预想,康醛 - 脲素将越来越广泛地替换脲素 - 甲醛浆液在注浆施工中地位。 3 .改性环氧树脂浆材 ????环氧树脂是一个高分子材料,它含有强度高,粘结力强,收缩性小,化学稳定性好,并能在常温下固化等特点;但它作为灌浆材料则存在部分问题,比如浆液粘度大,可灌性小,憎水性强,和潮湿裂缝粘结力差等。 ????近十年来,中国部分单位为克服环氧树脂浆材上述缺点而进行了大量试验研究和工程实践,已使环氧树脂成为优良岩土加固浆材,其中北京水科院改性环氧树脂( SK-E ),含有粘度低,亲水性好,毒性较低和可在低温和水下灌浆等特点,尤其适适用于混凝土裂缝及软弱岩基特殊部位灌浆加固处理。

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