【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 固 ） 原理 (A).滲流注漿原理 （ 即巖層裂隙中的擴(kuò)散規(guī)律 充塞作用 ） 在巖層裂隙注漿中常用單液水泥漿或水泥 水玻璃漿 。 水泥漿屬于懸濁液的非穩(wěn)定材料 （ 靜放后有沉降 ） ， 水泥漿在巖層裂隙中的流態(tài)是由紊流變?yōu)閷恿?， 在層流狀態(tài)下固體顆粒沉降而產(chǎn)生充塞作用 （ 紊流狀態(tài)中固體顆粒呈脈動(dòng)流動(dòng) ， 使其保持懸浮狀態(tài) ， 層流狀態(tài)中固體顆間無交換現(xiàn)象 ， 顆粒靠自重下落 ， 沉積凝固 ） 。 如何判定紊流還是層流 ?一般地采用流體力學(xué)中的雷諾數(shù)作為判定的依據(jù)： Re=. ρ/μc =. γ/ 式中 V—— 平均速度； de—— 裂隙相當(dāng)直經(jīng)； h —— 裂隙開度； ρ —— 漿液密度； γ —— 漿液容重； g—— 重力加速度 。 μ c—— 液體有效粘度。 層流： Re≤ 2100 小時(shí) 對(duì)于粘塑體漿液： 紊流 : Re ≦ 2100 大時(shí) 流速與注漿壓力關(guān)系密切 ， 在一定過水?dāng)嗝?， 注壓大 、流速高 ， 但是隨著液流長(zhǎng)度的增加壓力減弱 （ 克服裂隙的摩阻力 ） 、 流速降低 、 Re減小 ， 即漿液由紊流變?yōu)閷恿?， 水泥顆粒開始沉降 。 可以出現(xiàn)以下不同階段： 圖 42 滲流 —— 堵塞過程示意圖 P r P v (a) (b) (d) (c) (a) 階段：漿液在注漿壓力作用下通過注漿孔進(jìn)入巖層裂隙 ， 此時(shí)注漿壓力必須大于水壓力 。壓力 （ Pa） 、 流速 （ Vk） 沿流程逐漸降低 ， 流速分布如圖 （ 沿壁 V=0） ； (b) 階段：上部水泥顆粒降入中區(qū)被帶走 ， 下部沉積 ， 故過漿斷面縮小 ， 壓力 、 流速增加 ， 但不足以將全部沉積物帶走； (c) 階段：在這些沉積物的后面 ， 壓力 、 流速突然減低 ， 并在其后發(fā)生新的沉積； (d) 階段：隨著沉積床的增大 ， 流量減少 、 壓力增大 ， 沉積床上端發(fā)生沉積 ， 直到整個(gè)鉆孔 ，至此完成裂隙全過程充塞過程 。 注漿是一項(xiàng)隱蔽工程，即看不見摸不著，上述過程是理論分析的結(jié)果，反映在注漿壓力、漿液流量的變化（可控變量）見下圖。 圖 43 滲流注漿 Pt曲線 t P Qmin P0 注意的幾個(gè)問題： * 漿液的凝膠時(shí)間（時(shí)間的長(zhǎng)與短均是不允許的）； * 不能立即卸壓（待結(jié)石體有一定強(qiáng)度）。 (B).管道（割裂或脈狀）注漿 粘土層或細(xì)砂土層的擠壓加固注漿（利用化學(xué)漿或磨細(xì)水泥高壓注漿）。在注漿過程中，首先是孔隙水被排除，漿液擠入孔隙并沿薄弱 部位壓出一樹狀通道，隨著漿液的不斷擴(kuò)散，土層的密實(shí)性、抗?jié)B性穩(wěn)定性增加（枝體間的土體被壓密、枝體為 “ 筋體 ” ） ,形成有一定強(qiáng)度的復(fù)合體 ，見圖 44。 （ C） 。 滲透注漿 （ 均勻擴(kuò)散 ） 在流砂層 、 粗砂層 ， 采用單液水泥漿 、 化學(xué)漿 、 或磨細(xì)水泥漿 ， 高壓注入 。 過程為：均勻排水 、 漿液擴(kuò)散 、 擠壓 、 密實(shí) ， 形成固砂體 。 圖 44 管道注漿原理圖 （ 二 ） 。 注漿參數(shù)的基本方程 （ 均勻土層 ） 滲流微分方程： Qo = Kf. W /(dp/dr). μ 式中 Qo —— 注入量； Kf—— 砂層滲透系數(shù)； μ —— 漿液動(dòng)力粘度； W —— 柱體表面積 . （ 三 ） 。 注漿參數(shù) 注漿參數(shù)包括注漿壓力 （ Po） 、 注入量 （ Qo） 、擴(kuò)散半徑等 ， 是控制施工 、 保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵 ， 后面有專門論述 。 圖 45 滲透注漿原理圖 四 ． 注漿技術(shù)所涉及的主要技術(shù)問題 1. 地質(zhì)及水文地質(zhì)影響 地質(zhì)及水文地質(zhì)條件千差萬別 ， 注漿工程施工前 ，科學(xué)準(zhǔn)確地探測(cè) 、 分析研究地質(zhì)及水文地質(zhì)狀況 （ 如含水量 、 賦存深度 、 水壓 、 水質(zhì) 、 裂隙產(chǎn)狀 、 孔隙率等 ） 是保證注漿效果 、 甚至是工程成敗的關(guān)鍵 。 目前的探測(cè)手段 （ 抽 、 壓水 、 超聲波 等 ） 可靠度低 （ 30%左右 ） ， 對(duì)工程造成極大的被動(dòng) 。 注漿材料是注漿技術(shù)的主體 ， 注漿材料的性能直接影響注漿效果及注漿成本 （ 注漿材料占注漿總成本的40%~70%， 材料從幾公斤 ~幾千噸 ， 價(jià)格從幾百元 /噸 ~幾十萬元 ？ 噸 ） 。 同時(shí)對(duì)注漿技術(shù)的發(fā)展起主導(dǎo)作用 。對(duì)注漿材料的總要求體現(xiàn)在 “ 三性 ” 的控制上 ， 即可注性 、 可控性和抗?jié)B性 。 l可注性是指漿液的流動(dòng)性好 （ 粘度小 ） 、 滲透能力強(qiáng)； l可控性是指漿液凝膠時(shí)間人為控制 ， 即不能擴(kuò)散的過遠(yuǎn)有能達(dá)到要求的距離； l抗?jié)B性是指漿液結(jié)石后有較強(qiáng)的抗?jié)B水能力 。 3． 注漿參數(shù)的影響 為了最大限度地克服注漿的盲目性 ， 實(shí)現(xiàn)注漿工程的科學(xué)化 ， 就應(yīng)有科學(xué)的控制參數(shù) ，對(duì)注漿工程實(shí)現(xiàn)全過程控制 。 4． 注漿設(shè)備的影響 注漿設(shè)備是注漿工程的必備硬件 。 注漿設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單 、 操作方便 ， 主要包括：注漿泵 （ 動(dòng)力源 ， 有單液泵 、 雙液泵 、 液壓泵 、 電動(dòng)泵及風(fēng)動(dòng)泵等 ） 、 攪拌機(jī) （ 風(fēng)動(dòng) 、 電動(dòng) ） 、 混合器（ 類似 “ 三通 ” 實(shí)現(xiàn)不同漿液的均勻混合 ） 、止?jié){塞 （ 防止跑漿 、 實(shí)現(xiàn)分段注漿的技術(shù)手段 。 5． 注漿方式 （ 方案 ） 的影響 根據(jù)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的要求 ， 一般把注漿方式 （ 方案 ） 分為：預(yù)注漿 、 后注漿 、 前進(jìn)式注漿 、 后退式注漿 ， 如果選擇不當(dāng)既浪費(fèi)材料 、 增加工程難度 ， 也難以保證注漿效果 。 五 ． 注漿新技術(shù)簡(jiǎn)介 旋噴注漿法 ， 即利用高壓水射流旋轉(zhuǎn)切割土體 ， 同時(shí)進(jìn)行泥漿 、 水泥漿地下攪拌 ， 形成地下混合灌注樁；綜合注漿法 ， 即將以粘土為主作為注漿材料 ， 配備可移式注漿站 （ 注漿臺(tái)車 ） ；直接堵漏技術(shù) ， 即對(duì)構(gòu)筑物的滲漏水直接封堵 （ 需特殊的材料及設(shè)備 ） ；還有其他的化學(xué)注漿新技術(shù)等 。 第五講：注漿參數(shù) 一 .注漿壓力 注漿壓力是給予漿液擴(kuò)散 、 充塞 、 壓實(shí)的能力 。 壓力過大則漿液擴(kuò)散過遠(yuǎn) ， 造成浪費(fèi) ， 壓力過小則漿液難以進(jìn)入 ， 或達(dá)不到所需的厚度而造成注漿失效 。影響注漿壓力的因素很多 ， 可用以下函數(shù)關(guān)系表示： Po=f(H, Ro , μ , 1/K , 1/t) 式中 H—— 水頭壓力； Ro—— 擴(kuò)散距離； μ —— 漿液粘度； 1/K—— 裂隙開度； 1/t—— 凝膠時(shí)間 。 把所有的因素都表述出來或考慮進(jìn)去是不可能 的 ， 也是不科學(xué)的 ， 一般的常用以下公式計(jì)算： 1． 以地下水壓為計(jì)算依據(jù)： Po′=(2~) P b Po′=3~5+P b 式中 Po′ —— 受注點(diǎn)注漿壓力； Pb—— 受注點(diǎn)最大水壓力 。 ． 2. 以水壓力同時(shí)考慮巖層產(chǎn)狀為計(jì)算依據(jù)： Po′=N. P b 式中 N—— 與裂隙產(chǎn)狀有關(guān)的參數(shù) 。 此外還有在特定環(huán)境下推導(dǎo)的公式 ， 如 。無實(shí)用價(jià)值 ， 不予探討 。 二 ． 注入量 注入量是了解漿液的充塞狀態(tài) 、 選擇注漿泵 、 材料估算及配制漿液的依據(jù) ， 有如下計(jì)算方法： 1 ． 依據(jù)壓水實(shí)驗(yàn)估算： Qo= K. . h 式中 K—— 灌注系數(shù)； q—— 吸水率； h—— 注漿段高度 。 2． 按理想狀態(tài)下柱狀體 （ 如滲透注漿 ） 估算： Qo= A. π . R . n. β 式中 A—— 漿液損耗系數(shù) R—— 擴(kuò)散半徑； n—— 孔隙率 ， %； β —— 漿液充填系數(shù) 。 三 ． 有效擴(kuò)散半徑 有效擴(kuò)散半徑或叫有效擴(kuò)散距離是指漿液擴(kuò)散后形成有效堵水或加固厚度所需要的擴(kuò)散距離 。 下面以裂隙注漿為例探討如何估算有效擴(kuò)散距離 。 為了使問題明了化 ， 便于問題的研究 ,做如下的簡(jiǎn)化 ，即將結(jié)石體簡(jiǎn)化為直徑為裂隙開度 δ的圓柱體 ， 柱體的表面積所受的抗剪切應(yīng)力為 τc， ， 則合抗力為 Tc， 擋水?dāng)嗝嫠軕?yīng)力為 Pb.， 合力為 Fb。 為保證有效堵水則應(yīng)滿足： Tc≥Fb Tc=π. . [τc] Fb=π. Pb..δ2 /4 代入上式簡(jiǎn)化后得出有效擴(kuò)散距離為： E≥N . δ .Pb./ [τ c] (N：綜合系數(shù) ) Pb. τc 第六講 注漿材料 注漿材料即是配制漿液的原材料 ， 這種材料配制出的漿液基本特點(diǎn)是其物體特征是可變的 ， 即由液相變?yōu)楣滔?（ 由液體狀態(tài)變?yōu)楣腆w狀態(tài) ） ， 以實(shí)現(xiàn)堵水加固的作用 。 一 ． 注漿材料的技術(shù)要求 （ 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ） 不是所有的材料都可以作為注漿材料的 ， 必須符合行業(yè)的技術(shù)要求 ， 下面從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面探討注漿材料的基本要求 。 定性分析： 1。 有良好的可注性 ， 即粘度低 、 流動(dòng)性強(qiáng) 、 滲透力高； 2。 良好的穩(wěn)定性 ， 即不沉淀 、 不離析； 3． 凝膠時(shí)間可調(diào) ， 能滿足特殊情況的要求 ， 如動(dòng)水情況； 4． 結(jié)實(shí)后的收縮量小 ， 結(jié)石率高 、 抗?jié)B性強(qiáng)； 5． 對(duì)環(huán)境無污染且成本低 。 定量分析 通過實(shí)驗(yàn)手段測(cè)試其性能參數(shù) ， 主要參數(shù)包括： 1． 粘度：流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩阻力的大小 。 粘度的大小與材料的組成 、 性質(zhì) 、 配比及環(huán)境溫度等因素有關(guān) ， 通常以“ 秒 ” 、 “ 泊 ” 、 “ 厘泊 ” 為計(jì)量單位； 2． 滲透能力：即漿液進(jìn)入巖層的難易程度 。 對(duì)懸濁液取決于內(nèi)中顆粒的大小 ， 對(duì)溶液則取決于粘度的大?。? 3． 凝膠時(shí)間 （ 指初凝時(shí)間 ） ：指漿液開始攪拌到 失去自由流動(dòng)性的這段時(shí)間 ， 以 “ 秒 ”