巖土施工中泥漿類比及注槳法的作用

 巖土施工中泥漿類比及注槳法的作用

　　關(guān)鍵詞：泥漿；分類；注槳法；施工；應(yīng)用；作用

　　前言

　　雖然隨著國內(nèi)施工方法及工藝的不斷改進,不斷提高，但泥漿在巖土工程施工中仍然扮演著重要的作用�，F(xiàn)在的造漿材料已不僅限于傳統(tǒng)的粘土和水，隨著作漿材料成分及比例的不斷改變，工程中的許多問題都得到了很好的解決。而且直到今天，泥漿這種似乎并不太引起大多數(shù)人注意的材料，并沒有被淘汰，反而應(yīng)用范圍更大更廣。泥漿的作用主要是在鉆孔灌注樁施工中的泥漿護壁，以及在地下連續(xù)墻、沉井法施工或盾構(gòu)法施工中都要用到泥漿。注漿法作為一種重要的巖土工程施工方法,隨著國家大規(guī)模進行水庫江河堤壩整治和地質(zhì)災(zāi)害治理，注漿法得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)方法和材料應(yīng)用不斷得到完善。

　　一、泥漿的特性

　�。�1）泥漿是一種較為容易得到的材料

　　因為我們生活在地球表面，巖石風(fēng)化形成土壤，因此，與其他材料相比，無論從來源還是價格上講，泥漿都具有很好的先天條件。

　�。�2）物理和化學(xué)性能穩(wěn)定

　　將泥漿靜置相當時間其性質(zhì)不發(fā)生變化，不因重力的作用而沉淀。也不因與水泥、海水等異物混入而受到污染。

　　（3）泥漿是一種比重可以調(diào)節(jié)的材料

　　比重大對護壁、對土渣的浮托作用有利，但比重大會使泵的能力不足或防礙混凝土置換。我們通過調(diào)節(jié)泥漿組成材料比例關(guān)系可以控制泥漿達到適當?shù)谋戎亍?/p>

　�。�4）良好的觸變性

　　當泥漿處于動態(tài)即流動狀態(tài)時阻力很小，而當施工停止時泥漿又能很快凝聚成凝膠狀，避免漿中砂粒迅速下沉，同時滲入孔壁中的泥漿能迅速固結(jié)，以維持孔壁穩(wěn)定。這樣在施工中就不會因為時間擔(dān)擱而造成不必要的損失。

　�。�5）隔離作用

　　處于護壁狀態(tài)時，孔壁上會形成薄而韌的泥皮，從而隔離孔內(nèi)水與周圍地層水的聯(lián)系，更好的維護孔壁的穩(wěn)定。

　　（6）清洗作用

　　與其他洗井介質(zhì)如清水、空氣及空氣泡沫相比，泥漿可廣泛應(yīng)用在任何地質(zhì)條件下。

　　（7）可反復(fù)利用

　　針對泥漿的這些獨有特性，可以說今后相當長一段時間，泥漿都不會為別的材料所替代。

　　二、泥漿分類及配比

　　國內(nèi)外大多根據(jù)泥漿的主要處理劑成分、關(guān)鍵特性或特殊用途等來對泥漿進行命名分類。如：腐植酸類泥漿、聚合物泥漿、木質(zhì)素磺酸鹽泥漿、抑制性泥漿、充氣泡沫泥漿、非水基泥漿、飽和鹽水泥漿、混油潤滑泥漿、地?zé)峋�和深井泥漿、石油天然氣完井泥漿、小口徑金剛石鉆進泥漿、基樁鉆孔循環(huán)泥漿、地下墻槽壁穩(wěn)定泥漿等。施工中常見的泥漿種類包括有粘土泥漿、膨潤土泥漿、CMC泥漿、聚合物泥漿等。泥漿配比應(yīng)該根據(jù)地基條件、施工機械等各種條件不同來具體確定，根據(jù)這些條件選定基本配比而后再作泥漿制備試驗和修正配比�！�

　　三、泥漿在巖土工程施工過程中的重要作用

　�。�1）護壁、固壁、防滲作用

　　應(yīng)用：在鉆（沖）孔灌注樁施工中，孔內(nèi)泥漿側(cè)壓力高于孔外水、土壓力，防止坍孔。泥漿流向地層，在孔壁形成泥皮，逐漸變密增厚，起到了加固孔壁的作用。泥皮還可以隔離孔內(nèi)水與周圍地層水的聯(lián)系，起到防滲作用，更好的維護孔壁的穩(wěn)定。此種機理同樣適用與地下連續(xù)墻的開槽以及盾構(gòu)法施工過程中。

　�。�2）減阻助沉作用

　　應(yīng)用：沉井法施工過程中，設(shè)置泥漿潤滑套，減小下沉阻力。同時可使井壁做薄，節(jié)省材料。此種機理也適用于頂管法施工過程中，方便工程管的頂進。

　�。�3）清洗、浮渣、攜渣作用

　　不使土渣留在井（槽）底，為后續(xù)工作提供保證，從而保證施工質(zhì)量，提高效率。應(yīng)用：在特殊鑿井鉆井法施工中，利用循環(huán)流動的泥漿及時清除井底被刀具破碎了的巖渣，將之排出井口（洗井）。而且，提高泥漿噴出壓力，沖擊地層，有利于巖層破碎。

　　（4）冷卻潤滑施工機具

　　在施工過程中不停沖擊巖石，溫度升高，通過泥漿使之降溫，起到冷卻和潤滑作用。

　�。�5）工程實例：

　　廣西某市的國際商務(wù)公寓樓設(shè)計樓高為35層，設(shè)置一層地下室，采用的結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用沖孔樁基礎(chǔ)。根據(jù)勘察資料揭露，場地由人工填土、紅粘土和下伏白云質(zhì)灰?guī)r組成。其中紅粘土層有10~20米厚，下伏白云質(zhì)灰?guī)r持力層埋深有15~20米。在沖孔樁施工時，綜合考慮到現(xiàn)場的地質(zhì)條件，利用紅粘土層做造漿材料。既因地制宜利用大自然的資源，又節(jié)省了施工成本，且紅粘土造的施工用泥漿質(zhì)量較好，不用補充其它材料，在順利完成該項目沖孔樁施工中，起到了較大的作用，取得了較好的經(jīng)濟較益。隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑不斷的涌現(xiàn)，鉆（沖）樁基礎(chǔ)的應(yīng)用越來越廣泛，泥漿在施工的作用也越來越大。

　　四、注漿法

　　巖土工程中注漿法作為一種與之配套的輔助施工方法,扮演著重要的角色。注漿法在巖土工程施工中的重要作用及各種注漿方法的特點作總結(jié)。

　　所謂注漿,一般原理就是利用液壓、氣壓和電滲方法等方法將漿液注入介質(zhì)中,待其凝固后形成結(jié)石體,提高介質(zhì)強度和穩(wěn)定性,達到防滲、防水效果。注漿時,應(yīng)該合理選擇注漿孔的數(shù)目和位置。這兩個指標對注漿效果、注漿時間和注漿成本影響很大。在地質(zhì)條件較為復(fù)雜,比如斷層區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)或者是地下水流速很大的傾斜巖層地帶,注漿孔應(yīng)該作不等距布置。同時,應(yīng)該詳細探明含水層的埋藏深度,注漿孔深度穿過含水層,由此才能保證施工時有效的封堵含水層。

　�。�1）注漿材料

　　當今注漿材料品種很多,可分為無機系和有機系2個類別,但各種注漿施工工程還是以水泥漿液為主要材料。

　�。�2）注漿分類及方法比較

　�、侔醋�漿工作和地下工程掘砌先后時間次序進行分類,分為預(yù)注漿法和后注漿法。

　　預(yù)注漿法是在施工前或在地下工程掘進到含水層之前進行的注漿工程。主要特點是改善施工條件,提高效率和增加施工的安全性。

　　后注漿法是在地下工程掘砌之后所進行的注漿工作。作用是可以有效抑制地下建筑周圍涌水和滲水,同時起到加強永久支護的作用。

　　②根據(jù)注漿目的和巖土性質(zhì),注漿方法應(yīng)用較為廣泛的有滲透注漿、劈裂注漿、壓密注漿、充填注漿等。事實上,這4種作用在注漿時一般都會同時出現(xiàn),只是在不同情況下具體以何種作用為主而已。

　　a.滲透注漿。多適用滲透系數(shù)大于10cm/s~4cm/s砂性土質(zhì),顆粒之間孔隙大,利用較小的注漿壓力小,在顆粒之間滲透凝結(jié)從而達到施工目的。該種注漿基本上不會破壞受注巖土結(jié)構(gòu)與顆粒排列。

　　b.劈裂注漿。用于土的滲透系數(shù)小于10cm/s~4cm/s且強度不高的軟土。漿液在較小的土顆�？紫堕g流動較為困難,利用高壓加寬裂隙,促進漿液沿裂隙壓入土中,加固后的土中形成漿液凝固成的網(wǎng)絡(luò)骨架,提高了整個土體的強度。這種注漿結(jié)果改變了巖土原有結(jié)構(gòu)。

　　c.壓密注漿。主要對巖土起壓密作用。利用壓力下的極濃漿液使土體壓密,減小孔隙比,增加抗變形能力,提高其強度。一般注入速度較慢。

　　d.充填注漿。主要用來充填和穩(wěn)定自然孔洞和廢舊的礦井空間等。

　�、墼诓煌�性質(zhì)的介質(zhì)中注漿施工

　　a.在存在裂隙的巖層中注漿。先鉆孔、沖洗鉆屑,再進行壓水試驗以獲得該巖層滲透性資料,然后灌注漿液。

　　如果采用孔口封閉自上而下分段灌漿法,利于加固上部軟弱巖層,缺點是多次重復(fù)鉆孔,廢漿較多。

　　如果采用注漿管管端栓塞自上而下分段灌漿法,與第一種方法比較僅僅體現(xiàn)在壓水試驗資料較為準確。

　　如果采用注漿管管端栓塞自下而上分段灌漿法,工序簡單,工效較高,但在裂隙發(fā)育或軟質(zhì)巖層中易于串漿、冒漿,并可能巖層上抬等事故。

　　在南昆鐵路所處的廣西、貴州、云南等地，均為石灰?guī)r層（喀斯特溶巖）地區(qū)，在南昆鐵路路基勘察時就發(fā)現(xiàn)局部路段存在較多巖溶洞穴。為此在南昆鐵路正式通車前進行了大規(guī)模的路基巖溶整治注漿，在不同的地質(zhì)狀況路段采用不同的注漿方法，或2種或多種注漿方法混合使用。

　　b.在砂性土中注漿。

　�、倩ü芊�—將下部帶尖頭的花管打入土中,沖去進入管中的土,然后自下而上分段拔管注漿。此法優(yōu)點是不用另行鉆孔,缺陷在于容易引起串漿、冒漿,而且用于較淺的砂土層。

　　②套管護壁法—邊鉆孔邊打入套管,一直到預(yù)定深度后再下注漿管,然后分段拔套管,分段灌注各段。此法缺點是打套管較為困難,根據(jù)實際情況,常常需要在同一鉆孔中采取不同直徑的套管,造成施工效率降低。

　　③邊鉆邊灌—自上而下鉆一段灌一段,鉆孔時可用泥漿護壁。此法缺點是容易冒漿,質(zhì)量不能夠得到充分保證。

　�、苄溟y管法—這是比較好的方法,被廣泛采用。具體是首先采用泥漿護壁形式進行鉆孔,然后插入袖閥管,澆注套殼料,套殼料(粘土為主,水泥為輔)擠走泥漿并固結(jié)。灌漿時,袖閥管外面的橡皮模被沖開,使?jié){液迸開,套殼料進入土層。停止灌漿時橡皮膜又壓緊袖閥管,防止?jié){液回流入管內(nèi)。此法優(yōu)點是用泥漿護壁代替套管護壁,較為簡單。套殼料封閉了袖閥管與鉆孔壁間的空間,有效防止了漿液的流竄。缺點:袖閥管難于拔出,常不能重復(fù)使用,耗管材較多;灌漿段的長度不能隨時調(diào)整。

　　該類型注漿法主要應(yīng)用于砂砂土類的軟基處理。

　　c.粘性土的劈裂注漿。

　　粘性土鉆孔注漿法是應(yīng)用于江河湖海堤壩整治的重要方法，大部分堤壩的散浸、管涌和滲漏適合用堤壩劈裂灌漿防滲加固技術(shù)來處理。劈裂灌漿技術(shù)除具有設(shè)備輕便，工藝簡單，容易操作，所灌漿料可以就地取材，無環(huán)境污染，效果好，造價低等優(yōu)點外，更重要的特點是適應(yīng)范圍廣，能夠在不釋放原壩體應(yīng)力的條件下構(gòu)造出豎直連續(xù)的漿體防滲帷幕，而且漿脈連通的裂縫、洞穴、水平沙層等隱患均能被漿液充填擠壓密實。除漿體帷幕能起到防滲外，還能使原壩體的防滲能力得到恢復(fù)或提高。在西江流域桂平段大坑口堤壩注漿整治和西江梧州段的西堤注漿整治工程中均采用粘性土劈裂注漿法。

　　四、結(jié)束語

　　在巖土工程施工過程中，采用泥漿作為輔助材料，不僅節(jié)省體力勞動，而且提高作業(yè)效率和節(jié)省開支，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。同時注漿技術(shù)作為輔助施工手段,不僅能夠保證工程質(zhì)量,而且能夠增加作業(yè)的安全性,提高作業(yè)效率。我們應(yīng)該充分認識到注漿法在巖土工程施工過程中的重要作用,抓住其主要特點,更好的為工程服務(wù)。