【文章內容簡介】 固 ） 原理 (A).滲流注漿原理 （ 即巖層裂隙中的擴散規(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)中固體顆粒呈脈動流動 ， 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?？孔灾叵侣?， 沉積凝固 ） 。 如何判定紊流還是層流 ?一般地采用流體力學中的雷諾數(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 對于粘塑體漿液： 紊流 : Re ≦ 2100 大時 流速與注漿壓力關系密切 ， 在一定過水斷面 ， 注壓大 、流速高 ， 但是隨著液流長度的增加壓力減弱 （ 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入巖層裂隙 ， 此時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 ， 直到整個鉆孔 ，至此完成裂隙全過程充塞過程 。 注漿是一項隱蔽工程，即看不見摸不著，上述過程是理論分析的結果，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 注意的幾個問題： * 漿液的凝膠時間（時間的長與短均是不允許的）； * 不能立即卸壓（待結石體有一定強度）。 (B).管道（割裂或脈狀）注漿 粘土層或細砂土層的擠壓加固注漿（利用化學漿或磨細水泥高壓注漿）。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，隨著漿液的不斷擴散，土層的密實性、抗?jié)B性穩(wěn)定性增加（枝體間的土體被壓密、枝體為 “ 筋體 ” ） ,形成有一定強度的復合體 ，見圖 44。 （ C） 。 滲透注漿 （ 均勻擴散 ） 在流砂層 、 粗砂層 ， 采用單液水泥漿 、 化學漿 、 或磨細水泥漿 ， 高壓注入 。 過程為：均勻排水 、 漿液擴散 、 擠壓 、 密實 ， 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） 、擴散半徑等 ， 是控制施工 、 保證施工質量的關鍵 ， 后面有專門論述 。 圖 45 滲透注漿原理圖 四 ． 注漿技術所涉及的主要技術問題 1. 地質及水文地質影響 地質及水文地質條件千差萬別 ， 注漿工程施工前 ，科學準確地探測 、 分析研究地質及水文地質狀況 （ 如含水量 、 賦存深度 、 水壓 、 水質 、 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鍵 。 目前的探測手段 （ 抽 、 壓水 、 超聲波 等 ） 可靠度低 （ 30%左右 ） ， 對工程造成極大的被動 。 注漿材料是注漿技術的主體 ， 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 ， 價格從幾百元 /噸 ~幾十萬元 ？ 噸 ） 。 同時對注漿技術的發(fā)展起主導作用 。對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性好 （ 粘度小 ） 、 滲透能力強； l可控性是指漿液凝膠時間人為控制 ， 即不能擴散的過遠有能達到要求的距離； l抗?jié)B性是指漿液結石后有較強的抗?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 ， 實現(xiàn)注漿工程的科學化 ， 就應有科學的控制參數(shù) ，對注漿工程實現(xiàn)全過程控制 。 4． 注漿設備的影響 注漿設備是注漿工程的必備硬件 。 注漿設備系統(tǒng)簡單 、 操作方便 ， 主要包括：注漿泵 （ 動力源 ， 有單液泵 、 雙液泵 、 液壓泵 、 電動泵及風動泵等 ） 、 攪拌機 （ 風動 、 電動 ） 、 混合器（ 類似 “ 三通 ” 實現(xiàn)不同漿液的均勻混合 ） 、止?jié){塞 （ 防止跑漿 、 實現(xiàn)分段注漿的技術手段 。 5． 注漿方式 （ 方案 ） 的影響 根據(jù)地質及水文地質條件的要求 ， 一般把注漿方式 （ 方案 ） 分為：預注漿 、 后注漿 、 前進式注漿 、 后退式注漿 ， 如果選擇不當既浪費材料 、 增加工程難度 ， 也難以保證注漿效果 。 五 ． 注漿新技術簡介 旋噴注漿法 ， 即利用高壓水射流旋轉切割土體 ， 同時進行泥漿 、 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 （ 注漿臺車 ） ；直接堵漏技術 ， 即對構筑物的滲漏水直接封堵 （ 需特殊的材料及設備 ） ；還有其他的化學注漿新技術等 。 第五講：注漿參數(shù) 一 .注漿壓力 注漿壓力是給予漿液擴散 、 充塞 、 壓實的能力 。 壓力過大則漿液擴散過遠 ， 造成浪費 ， 壓力過小則漿液難以進入 ， 或達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)關系表示： Po=f(H, Ro , μ , 1/K , 1/t) 式中 H—— 水頭壓力； Ro—— 擴散距離； μ —— 漿液粘度； 1/K—— 裂隙開度； 1/t—— 凝膠時間 。 把所有的因素都表述出來或考慮進去是不可能 的 ， 也是不科學的 ， 一般的常用以下公式計算： 1． 以地下水壓為計算依據(jù)： Po′=(2~) P b Po′=3~5+P b 式中 Po′ —— 受注點注漿壓力； Pb—— 受注點最大水壓力 。 ． 2. 以水壓力同時考慮巖層產(chǎn)狀為計算依據(jù)： Po′=N. P b 式中 N—— 與裂隙產(chǎn)狀有關的參數(shù) 。 此外還有在特定環(huán)境下推導的公式 ， 如 。無實用價值 ， 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) ， 有如下計算方法： 1 ． 依據(jù)壓水實驗估算： 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—— 擴散半徑； n—— 孔隙率 ， %； β —— 漿液充填系數(shù) 。 三 ． 有效擴散半徑 有效擴散半徑或叫有效擴散距離是指漿液擴散后形成有效堵水或加固厚度所需要的擴散距離 。 下面以裂隙注漿為例探討如何估算有效擴散距離 。 為了使問題明了化 ， 便于問題的研究 ,做如下的簡化 ，即將結石體簡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力為 τc， ， 則合抗力為 Tc， 擋水斷面所受應力為 Pb.， 合力為 Fb。 為保證有效堵水則應滿足： Tc≥Fb Tc=π. . [τc] Fb=π. Pb..δ2 /4 代入上式簡化后得出有效擴散距離為： 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) ） ， 以實現(xiàn)堵水加固的作用 。 一 ． 注漿材料的技術要求 （ 技術標準 ） 不是所有的材料都可以作為注漿材料的 ， 必須符合行業(yè)的技術要求 ， 下面從定性和定量兩個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 、 流動性強 、 滲透力高； 2。 良好的穩(wěn)定性 ， 即不沉淀 、 不離析； 3． 凝膠時間可調 ， 能滿足特殊情況的要求 ， 如動水情況； 4． 結實后的收縮量小 ， 結石率高 、 抗?jié)B性強； 5． 對環(huán)境無污染且成本低 。 定量分析 通過實驗手段測試其性能參數(shù) ， 主要參數(shù)包括： 1． 粘度：流體流動時內摩阻力的大小 。 粘度的大小與材料的組成 、 性質 、 配比及環(huán)境溫度等因素有關 ， 通常以“ 秒 ” 、 “ 泊 ” 、 “ 厘泊 ” 為計量單位； 2． 滲透能力：即漿液進入巖層的難易程度 。 對懸濁液取決于內中顆粒的大小 ， 對溶液則取決于粘度的大?。? 3． 凝膠時間 （ 指初凝時間 ） ：指漿液開始攪拌到 失去自由流動性的這段時間 ， 以 “ 秒 ”