渗透注浆的问题与发展前景

渗透注浆的问题与发展前景

摘要：从渗透注浆的定义、发展概况、工程应用等方面对渗透注浆技术进行了综述论述，同时对渗透注浆存在的问题进行了论述分析，指出渗透注浆作为一种行之有效的地基处理注浆技术有着广泛的发展前景。

关键词：渗透注浆，存在问题，发展

1、渗透注浆的定义

渗透注浆是指在不足以破坏砂层构造的压力下，把水泥浆液注入到砂粒间的孔隙中，取代、排出其中的空气和水，从而对砂层的结构强度与抗渗性能起到改善作用[1]。

2、渗透注浆的发展概况

2.1渗透注浆浆液的流变性

渗透注浆时，浆液的流变性在浆液的渗透能力方面有很大影响，决定着注浆压力与浆液流速之间的关系。浆液按性能的不同分为悬浊液和溶液,由于化学浆材价格贵、强度低且对环境有污染，目前在注浆工程中经常采用的仍然是悬浊液，以水泥浆液为代表。水泥浆液的流变性能受外加剂及施工工艺（如水胶比、温度、外加剂添加的先后顺序）的影响较大，因此，建立相关配比标准和施工工艺是很重要的一环。

2.2渗透注浆浆液的颗粒大小

渗透注浆对浆液的颗粒大小要求较高，若注浆浆液颗粒较大，浆液注浆时只能停留在裂隙表面，无法进一步深入灌入，防渗加固固结效果会很差，化学浆材由于颗粒小，有很好的渗透性，但是1974年日本由于化学灌浆发生环境污染事件，政府自此禁止使用有毒浆材，此后，美国等也相继禁止了有毒浆材的使用，化学浆材陷入低潮。为此日本在80年代初期成功研制了MC-500型超细水泥[2]，该类型水泥可以注入到渗透系数3.75×10-4cm/s细砂层中，我国目前生产的超细水泥能够灌入0.05mm的微细裂缝中。

2.3渗透注浆理论研究

渗透注浆有着悠久的历史，它是人们最早使用的一种注浆技术，1902年以前的注浆发展历史实际上就是渗透注浆的发展史，随着渗透注浆技术的发展，注浆理论和工艺相继产生并发展。1938年马格(Maag)发表了在颗粒材料中注浆的简化理论，该理论假设浆液在均匀各向同性介质中流动时按球形扩散流动，从而使注浆压力流量扩散半径、浆液的粘度、地层的孔隙性及渗透性等因素联系起来。随后，出现了柱状渗透理论，渗透注浆设备也得到不断的革新。

3渗透注浆技术的应用[3]

（1）抗渗止水：开挖竖井、隧道等地下工程，防止和控制涌水；地下工程开挖时防止基础沉降及掌子面崩塌；坝基防渗注浆，建筑物地基下部或周围防渗体的建立；基础及城市地下工程防止流砂管涌及地面隆起等；

（2）地基加固：加固软弱地基，提高地基土的承载力，扩散上部荷载，降低应力水平；

（3）防止变形工程:防止产生滑动，维持坡面稳定；构筑物本身的加强，开挖基坑时

对附近已有构筑物的防护。

（4） 对灌注桩的两侧和底部注浆，用以提高桩与土间的侧摩阻力和桩端土体的力学强度。

（5）后拉锚杆注浆:在锚杆和锚索施工过程中，用渗透注浆做成锚固体。

4、渗透注浆的研究现状及存在的问题

直到现在对渗透注浆技术的理论研究仍然很不完善，在工程施工中很大程度上仍依靠工程技术人员施工经验，导致施工中具有很大的盲目性，容易造成注浆材料的浪费或者留下工程隐患。在注浆工程中人们主要通过改变注浆压力、浆液的粘度等方法来控制浆液的扩散距离即控制浆液扩散半径[4-5]。

浆液扩散半径是控制注浆过程和施工质量的一项重要指标，目前人们按渗透理论对砂砾层中水泥浆液的扩散半径进行计算时常常忽略浆液粘度变化的影响采用以下两种计算理论进行计算:1、球面扩散理论；2、柱面扩散理论。即在计算浆液扩散半径时采用球面扩散公式马格公式，或者是采用柱面扩散公式。这两种计算浆液扩散半径的方法中对浆液粘度这一影响参数均按照定值来进行处理，即按浆液的初始粘度进行计算。

我们知道，对于大多数浆液来说其粘度是随时间的增加而增加的，这就使得按上面两种扩散理论计算所得的理论值比实际中浆液的扩散范围大，也就是说如果按照上面两种扩散理论的计算公式计算浆液扩散半径，进行注浆设计时很可能使得工程实际中浆液的扩散半径达不到工程要求从而造成工程隐患。粗砂层水泥渗透注浆工程中对浆液扩散半径的另一种计算方法是把水泥浆液看作是一种粘时变流体，目前对于粘时变流体的注浆计算，工

程技术人员对浆液粘度按注浆过程中浆液粘度所达到的最大值进行考虑，即在计算浆液扩散半径时，对浆液粘度这一影响参数按浆液粘度最大时刻的粘度来考虑。按这种计算方法计算所得的浆液扩散半径一般小于浆液实际扩散半径，容易导致注浆工程中注浆材料的浪费。

在使用化学浆材注浆时，注浆时产生的环境污染问题有待于进一步解决。主要内容包括：（1）现有化学注浆材料特性的改进工作，（2）注浆施工对周围环境的短期及长期影响。

5、渗透注浆的发展前景

渗透注浆技术自问世以来，在大量工程中得到了应用，发挥了巨大的效用。同时，经过广大科研人员的潜心研究，其理论也得到了长足的进步与发展，但仍有不足之处，如尚无完好的检测注浆工法的注入范围和判断固结状态的方法等，需进一步完善。随着科学技术的发展与进步，可进一步开发利用计算机软件用于模拟与实际接近的模型，指导并完善相关理论研究工作，也可用于指导现场施工工作。通过大力组织攻关解决好相关问题，相信渗透注浆技术的应用领域会更广泛。

[参考文献]

[1] Raymond J. Krizek & Teodoro Perez,Chemical Grouting in Soils Permeated by Water[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1984(10).

[2]Edward D.Graf.美国岩石裂隙灌浆40年的观察研究[M].岩石与混凝土灌浆译文集,1995:41-45.

[3]杜嘉鸿. 地下建筑注浆工程手册[ M] . 北京: 科学出版社,1983.

[4]张宏贞,邓喀中,谭志祥.老采空区注浆充填理论研究[J].河南理工大学学报,2005(1).

[5]杨朝维,张建立,薛峰峰,苗建业.“三软”厚煤层井下动水注浆堵水技术研究[J].能源技术与管理,2007(6).