巖土注漿技術(shù)中國(guó)礦大

巖土注漿技術(shù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建工學(xué)院韓立軍巖土注漿技術(shù)1巖土注漿技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用2巖土注漿加固材料3巖土注漿加固理論4巖土注漿加固設(shè)計(jì)5巖土注漿加固施工與監(jiān)測(cè)6高壓噴射注漿技術(shù)1巖土注漿技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用1.1注漿技術(shù)的概念1.2注漿技術(shù)的發(fā)展歷史1.3注漿技術(shù)研究?jī)?nèi)容與方法1.4注漿技術(shù)分類1.5注漿技術(shù)應(yīng)用范圍1.1注漿技術(shù)的概念注漿技術(shù)是巖土工程學(xué)的一個(gè)分支，屬于地基處理的范疇。已由初始經(jīng)驗(yàn)方法發(fā)展為一門具有理論的技術(shù)。注漿又稱為灌漿，它是利用壓力將能固化的漿液通過(guò)鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力學(xué)性能得到改善的一種方法。注漿技術(shù)涉及很多學(xué)科，而且和液壓技術(shù)、泵技術(shù)、射流技術(shù)、電子技術(shù)等息息相關(guān)。1.2注漿技術(shù)的發(fā)展歷史注漿技術(shù)的發(fā)展歷史大致可分為四個(gè)階段：原始粘土漿液階段（1802－1857年）初級(jí)水泥注漿階段（1858－1919年）中級(jí)化學(xué)漿液注漿階段（1920－1969年）現(xiàn)代注漿階段（1969年以后）1.2注漿技術(shù)的發(fā)展歷史隨著注漿技術(shù)的廣泛應(yīng)用，注漿材料及施工技術(shù)得到了較大的發(fā)展。注漿材料從最早的石灰和粘土、水泥，發(fā)展到水泥－水玻璃漿液、各種化學(xué)漿液。注漿方法的重要性也逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。注漿設(shè)備的改進(jìn)，注漿技術(shù)的管理以及注漿效果的測(cè)定方法也是注漿技術(shù)發(fā)展中的重要方面。1.2注漿技術(shù)的發(fā)展歷史我國(guó)注漿材料研究發(fā)展過(guò)程：50年代開(kāi)始初步掌握注漿技術(shù);1953年開(kāi)始研究應(yīng)用水玻璃作為注漿材料。隨著水利水電工程建設(shè)的發(fā)展和我國(guó)化學(xué)工業(yè)的形成，除水泥、粘土等材料外，50年代末已形成了環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸甲脂等注漿材料，60年代形成了丙烯酰胺注漿材料，70年代末形成了聚氨酯注漿材料。進(jìn)入80年代后，根據(jù)不同的需要，各種材料在種類、性能上得到了進(jìn)一步的發(fā)展。1.2注漿技術(shù)的發(fā)展歷史我國(guó)配套的施工技術(shù)、工藝、注漿機(jī)具和檢測(cè)手段相應(yīng)地獲得了重大的發(fā)展。形成配套注漿設(shè)備：鉆孔機(jī)具、高壓注漿泵、高壓耐磨閥門、高速攪拌機(jī)、止?jié){裝置、自動(dòng)紀(jì)錄儀、集中制漿系統(tǒng)等。多種宏觀和微觀的檢測(cè)手段：從目測(cè)樣品、壓水試驗(yàn)等常規(guī)方法，發(fā)展到聲波監(jiān)測(cè)、變形檢測(cè)、電子顯微鏡等。以高壓注漿為代表各種注漿技術(shù)：整套注漿技術(shù)、水泥濃漿注漿技術(shù)、水泥漿液和化學(xué)漿液聯(lián)合注漿技術(shù)等。1.2注漿技術(shù)的發(fā)展歷史在注漿工程中，以下幾個(gè)方面需要進(jìn)一步做出努力，以求注漿技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展：（1）繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)高效注漿施工設(shè)備，特別對(duì)高效鉆孔機(jī)具、自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄、漿液的集中制備與輸送、專用注漿泵和有關(guān)的止?jié){、制漿、輸漿等設(shè)備及其自動(dòng)化進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，以期達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。（2）研制開(kāi)發(fā)能客觀評(píng)價(jià)注漿效果的檢測(cè)儀器和方法，并且使其標(biāo)準(zhǔn)化，以利于工程應(yīng)用。（3）發(fā)揮注漿技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，開(kāi)拓其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。注漿技術(shù)是一門古老而又新型的技術(shù)，隨著化學(xué)、材料、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等工業(yè)和工程技術(shù)的發(fā)展及建設(shè)工程的大量需求，注漿技術(shù)也必將以更高的速度向前發(fā)展。1.3注漿技術(shù)研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1注漿目的（1）防滲；（2）堵水；（3）固結(jié)；（4）防止滑坡；（5）控制地表下沉；（6）提高地基承載力；（7）回填；（8）加固。此外，減小擋土墻上土壓力，防止巖土的沖刷，消除砂土液化，糾正建筑物偏斜等都可采用注漿法。注意：一般注漿目的不是單一的。1.3注漿技術(shù)研究?jī)?nèi)容與方法1.3.2注漿技術(shù)研究?jī)?nèi)容（1）注漿對(duì)象的可注性；（2）注漿漿液及其特性；（3）漿液在巖土層內(nèi)流變特性及流動(dòng)規(guī)律；（4）注漿設(shè)備及工藝；（5）注漿效果的檢測(cè)方法。1.3注漿技術(shù)研究?jī)?nèi)容與方法1.3.3注漿技術(shù)研究方法（1）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)方法（2）土工試驗(yàn)和壓水試驗(yàn)（3）室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（4）化學(xué)試驗(yàn)方法（5）理論計(jì)算和工程類比（6）鉆孔檢查法和物探方法1.4注漿技術(shù)分類按漿液種類：水泥注漿、化學(xué)注漿和混合注漿等；按工程屬性：壩基注漿、隧洞注漿和基坑注漿等；按注漿對(duì)象：巖石注漿、砂礫注漿和粘土注漿等；按注漿功能：防滲注漿、加固注漿和基礎(chǔ)托換注漿等。注漿的實(shí)質(zhì)都是為了減少巖土體的滲透性以及提高巖土體的力學(xué)強(qiáng)度和抗變形能力，因此，注漿都可以歸屬于防滲注漿和加固注漿的范疇。防滲注漿和加固注漿的功能總是并存的。1.4注漿技術(shù)分類按注漿機(jī)理：（1）充填注漿；（2）劈裂注漿和脈狀注漿；（3）基巖裂隙注漿；（4）滲透注漿；（5）界面注漿、接縫注漿和接觸注漿；（6）混凝土裂縫注漿；（7）擠密注漿。按注漿壓力：靜壓注漿和高壓噴射注漿1.4注漿技術(shù)分類靜壓注漿：（1）充填或裂隙注漿（2）滲透注漿（3）壓密注漿（4）劈裂注漿高壓噴射注漿：

1.5注漿技術(shù)應(yīng)用范圍（1）建筑物地基的加固——提高地基承載力，提高樁基承載力；（2）土坡穩(wěn)定性加固——提高土體抗滑能力；（3）擋土墻后土體的加固——增加土的抗剪能力，減小土壓力；（4）已有建筑混凝土裂縫缺陷的修補(bǔ)——混凝土構(gòu)筑物補(bǔ)強(qiáng)；（5）壩基的加固及防滲——提高巖土體密實(shí)度，改善其力學(xué)性能，減小透水性，增強(qiáng)抗?jié)B能力；（6）地下構(gòu)筑物的止水及加固——增強(qiáng)土體的抗剪能力，減小透水性；（7）井巷工程中的加固及止水——改善巷道圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)；（8）裂隙巖體的止水和破碎巖體的補(bǔ)強(qiáng)——提高巖體整體性；（9）動(dòng)力基礎(chǔ)的抗震加固——提高地基土抗震能力。2巖土注漿加固材料

2巖土注漿加固材料2.1注漿材料概述漿液的要求;注漿材料的組成;分類及其特點(diǎn);使用范圍。2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)密度;濃度;PH值;粘度;膠凝時(shí)間;可注性和滲透性;毒性及腐蝕性;固結(jié)體。2.3無(wú)機(jī)系注漿材料單液水泥漿;水泥粘土類漿液;水泥水玻璃類漿液;水玻璃類;高水速凝材料。2.4有機(jī)系注漿材料丙稀酰胺類、木質(zhì)素類、脲醛樹(shù)脂類、聚氨酯類、聚乙烯醇類、甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸鹽類。2.1注漿材料概述巖土注漿的實(shí)質(zhì)是利用壓力將能固化的漿液通過(guò)鉆孔注入巖土體孔隙或裂隙中，從而使巖土體的物理力學(xué)性能得到改善，也就是說(shuō)漿液的注入和固化是被加固的巖土體力學(xué)性能改變的基礎(chǔ)。因此，漿液材料的類型與特性對(duì)巖土體的加固效果起著關(guān)鍵的作用。2.1注漿材料概述一般對(duì)理想漿液的要求是：（1）漿液的初始粘度低、流動(dòng)性好，可注性強(qiáng)，能滲透到細(xì)小的裂隙或孔隙內(nèi)。（2）凝膠時(shí)間可以在幾秒～數(shù)小時(shí)范圍內(nèi)任意調(diào)整，并能準(zhǔn)確控制。（3）穩(wěn)定性好，在常溫、常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改變其基本性質(zhì)，存放不受溫度、濕度變化的影響。（4）無(wú)毒、無(wú)臭，不污染環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害，屬非易燃和易爆品。（5）對(duì)注漿設(shè)備、管道、混凝土結(jié)構(gòu)物等無(wú)腐蝕性，并易清洗。（6）固化時(shí)無(wú)收縮，固化后與巖土體和混凝土等有一定的粘結(jié)力。（7）結(jié)石體具有一定的抗壓、抗拉強(qiáng)度，抗?jié)B、抗沖刷及耐老化好。（8）材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜。（9）配制方便，操作簡(jiǎn)單。目前，已有漿液不可能同時(shí)滿足上述全部要求。一種漿液只能符合上述幾項(xiàng)要求，因此，在注漿施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選用。2.1注漿材料概述注漿工程中所用的材料由主劑（原材料）、溶劑（水或其它溶劑）及外加劑混合而成。通常所說(shuō)的注漿材料是指漿液中的主劑。注漿材料必須是能固化的材料，大體上可分為無(wú)機(jī)系和有機(jī)系兩大類。無(wú)機(jī)系注漿材料包括單液水泥類、水泥-水玻璃類、粘土類、水玻璃類、水泥粘土類等；有機(jī)系注漿材料包括丙稀酰胺類、木質(zhì)素類、脲醛樹(shù)脂類、聚氨酯類、聚乙烯醇類、甲基丙烯酸甲酯類、丙烯酸鹽類等。日常使用中，一般又將漿液分為水泥漿材和化學(xué)漿材。2.1注漿材料概述水泥漿材結(jié)石體強(qiáng)度高，造價(jià)低廉，材料來(lái)源豐富，漿液配制方便，操作簡(jiǎn)單，是使用量最大的漿材。但由于普通水泥顆粒較大，這種漿液一般只能注入到直徑或?qū)挾却笥?.2mm的孔隙或裂隙中，因此，使用上受到一定的限制。化學(xué)漿材可注性好，漿液粘度低，能注入到細(xì)微裂隙中，但一般的化學(xué)漿液都具有毒性，價(jià)格較貴，且結(jié)石體強(qiáng)度比水泥漿液的結(jié)石體強(qiáng)度低。因此，化學(xué)漿液的應(yīng)用范圍也受到一定的限制。2.1注漿材料概述針對(duì)水泥漿材和化學(xué)漿材的缺點(diǎn)，世界各國(guó)展開(kāi)了改善現(xiàn)有注漿材料和研制新的注漿材料的工作，先后推出一批低毒或無(wú)毒、高效能的改進(jìn)型漿材。同時(shí)水玻璃類漿材的品種達(dá)五六十種。至今，國(guó)內(nèi)外各種注漿漿材品種達(dá)百余種以上。我國(guó)基本上擁有國(guó)外的所有注漿材料，且研制出一些新的漿液品種，各類漿材的適用范圍見(jiàn)表10-1所示。2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)漿液的性質(zhì)對(duì)注漿工程來(lái)說(shuō)是非常重要的。只有選擇性能合適的漿液才能達(dá)到實(shí)際注漿的目的，如果漿液選擇不當(dāng)，使?jié){液難以注入或漿液流失、強(qiáng)度很低，則達(dá)不到注漿的目的，因此，有必要了解漿液的性質(zhì)：（1）漿液的密度與重度（2）漿液的濃度（3）漿液的pH值（4）漿液的粘度（5）漿液的凝膠時(shí)間（6）漿液的注入能力與滲透性（8）浸出液分析（9）漿液固結(jié)體的性質(zhì)2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（1）漿液的密度與重度漿液的密度指漿液的質(zhì)量與其體積的比值，即（10-1）漿液的重度為（10-2）2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（2）漿液的濃度不同漿液濃度的表示方式是不同的。常用漿液濃度的表示方法有百分比濃度、水灰比、波美度等。一般漿液的濃度可用百分比濃度來(lái)表示，表達(dá)式為

（溶質(zhì)質(zhì)量/漿液質(zhì)量）×100％水泥漿液可用水灰比來(lái)反映漿液的濃度，表達(dá)式為（10-3）水泥漿液的水灰比與密度有以下關(guān)系（10-4）而水玻璃的濃度可用波美度oBe′表示（10-5）測(cè)定漿液密度時(shí)，最好在該漿液的所有成分混合后，形成凝膠之前測(cè)定完畢。若凝膠時(shí)間太短，可對(duì)甲、乙液分別測(cè)定，然后按其在配方中用量多少來(lái)計(jì)算密度。由于漿液配方的改變，有些漿液密度可能會(huì)有一個(gè)變化范圍，這時(shí)需測(cè)出最大和最小值。2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（3）漿液的pH值漿液的酸堿度用pH值表示。漿液的pH值等于漿液中氫離子濃度（摩爾濃度）的負(fù)對(duì)數(shù)值，即

pH＝-lgH+為測(cè)定pH值所使用的試劑稱為pH值指示劑，指示劑在pH值超過(guò)一定值范圍時(shí)發(fā)生變色。而為測(cè)定pH值使用的試紙稱pH試紙，在紙上染有指示劑的顏色。（4）漿液的粘度粘度是度量流體粘滯性大小的物理量。漿液粘度是指漿液所有成分混合后的初始粘度。對(duì)理想漿液的粘度要求：初期粘度低，一旦凝膠則粘度急劇增大。漿液粘度的大小直接影響漿液的擴(kuò)散半徑，同時(shí)也決定著注漿壓力、流量等參數(shù)的確定，從而影響到注漿效果。測(cè)定漿液粘度可采用斯托默旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)等。水泥漿的粘度通常用時(shí)間秒(s)表示，而一般液體的粘度用帕?秒（Pa?s）表示。幾種常用注漿材料的粘度及測(cè)定方法見(jiàn)表10-2。表10-2幾種常用注漿材料的粘度及測(cè)定方法

漿液名稱粘度測(cè)定方法水泥漿材單液水泥類15～140s常用ZNN型泥漿粘度計(jì)水泥－水玻璃類15～140s化學(xué)漿材水玻璃類（3～4）×10-3

Pa﹒s使用旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)或落球式粘度計(jì)丙稀酰胺類1.2×10-3

Pa﹒s鉻木素類（3～4）×10-3

Pa﹒s脲醛樹(shù)脂類（5～6）×10-3

Pa﹒s聚氨酯類（十幾～幾百）×10-3

Pa﹒s糠醛樹(shù)脂類<2×10-3

Pa﹒s環(huán)氧樹(shù)脂類>6×10-3

Pa﹒s2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（5）漿液的凝膠時(shí)間凝膠時(shí)間一般是指在一定的溫度下，從參加反應(yīng)的全部成分混合時(shí)起，到漿液失去流動(dòng)性止所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，可分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。凝膠時(shí)間除與參加反應(yīng)的成分有關(guān)外，還受漿液的配比、濃度、催化劑、溶劑、水的pH值以及溫度的影響。為了得到較理想的漿液擴(kuò)散半徑和較好的注漿效果，凝膠時(shí)間應(yīng)能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)和控制。測(cè)定漿液的凝膠時(shí)間方法有：粘度計(jì)法和倒杯法。粘度計(jì)法適用于凝膠時(shí)間大于3min的溶液型材料。倒杯法是現(xiàn)場(chǎng)使用的比較簡(jiǎn)便的一種方法。該方法適用于各種注漿材料，凝膠時(shí)間從瞬時(shí)至幾十分鐘都能使用。測(cè)定方法是：首先用量簡(jiǎn)量取A液（主液）與B液（固化劑），分別置入燒杯中，然后把A液倒入裝有B液的燒杯中，立即把A、B混合液再倒入A液的燒杯中，重復(fù)交替混合A、B液，直至漿液不再流動(dòng)時(shí)或漿液呈現(xiàn)粘稠狀為止，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為凝膠時(shí)間。水泥漿液的凝膠時(shí)間又可稱為凝結(jié)時(shí)間。由于水泥漿液的水化反應(yīng)緩慢，其凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，可用試錐稠度儀測(cè)定。表10-3幾種注漿漿液凝膠（凝結(jié)）時(shí)間漿液名稱凝膠時(shí)間

漿液名稱凝膠時(shí)間純水泥漿12～24h

鉻木素類十幾秒～十幾分鐘水泥加外加劑6～15h脲醛樹(shù)脂類十幾秒～十幾分鐘水泥-水玻璃雙液漿十幾秒～十幾分丙稀酰胺類十幾秒～十幾分鐘水玻璃類瞬間～幾十分鐘聚氨酯類十幾秒～十幾分鐘2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（6）漿液的注入能力與滲透性漿液注入能力是指漿液注入裂隙或土體的難易程度。水泥類顆粒性漿材的注入能力主要由漿液的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和顆粒粒徑等因素決定；化學(xué)漿液則主要由漿液的流動(dòng)性決定。漿液的滲透性（可注性）是指漿液在一定的裂隙或土體中的滲透性能，它不僅依賴于漿液的注入能力，而且與所處理巖土的裂隙或孔隙尺寸有關(guān)。滲透性好，漿液在一定壓力下的擴(kuò)散距離就大。幾種常見(jiàn)注漿材料的滲透系數(shù)見(jiàn)表10-4。固結(jié)體滲透系數(shù)是指漿液固化后結(jié)石體透水性的高低，固結(jié)體的滲透系數(shù)越小，防滲性能越好。幾種常用注漿材料固結(jié)體的滲透系數(shù)見(jiàn)表10-5。漿液名稱可注入砂層的最小粒徑（mm）

漿液名稱可注入砂層的最小粒徑（mm）單液水泥類1.1

鉻木素類0.03水泥-水玻璃類1.0脲醛樹(shù)脂類0.06水玻璃類0.1聚氨酯類0.03丙稀酰胺類0.01糠醛樹(shù)脂類0.01表10-4常用注漿材料的滲透性表10-5常用注漿材料固結(jié)體的滲透系數(shù)

漿液名稱滲透系數(shù)（cm/s）

漿液名稱滲透系數(shù)（cm/s）單液水泥類10-1～10-3

鉻木素類10-3～10-5水泥-水玻璃10-2～10-3脲醛樹(shù)脂類10-3～10-4水玻璃類10-2聚氨酯類10-4～10-6丙稀酰胺類10-5～10-6糠醛樹(shù)脂類10-4～10-52.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（8）浸出液分析有些化學(xué)漿液或其固結(jié)體的浸出液具有毒性或腐蝕性，用這類漿液進(jìn)行注漿將會(huì)產(chǎn)生環(huán)境和地下水的污染，從而引起污染和公害，這關(guān)系到注漿材料的取舍問(wèn)題，因此，應(yīng)進(jìn)行這方面的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)將尺寸相同但配方不同的兩個(gè)試樣分別放入500ml清水中，浸泡3d、7d、28d后測(cè)定其有害離子含量。2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（9）漿液固結(jié)體的性質(zhì)水泥類漿液凝結(jié)后的固結(jié)體稱為結(jié)石體，化學(xué)漿液膠凝后形成的固結(jié)體稱為凝膠體。1）漿液結(jié)石（凝膠）率及析水率結(jié)石（凝膠）體積與漿液體積之比稱為結(jié)石（凝膠）率，即（10-6）對(duì)于懸濁漿液，漿液靜止24h后，析出水的體積與原漿液體積之比稱為漿液的自由析水率，即（10-7）2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（9）漿液固結(jié)體的性質(zhì)2）漿液固結(jié)體的強(qiáng)度對(duì)水泥類懸濁漿液，可用純漿液固結(jié)體試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，而對(duì)化學(xué)漿液則常在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)砂注漿制成凝膠體試件，再進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)包括抗壓強(qiáng)度、抗折或抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)?？箶D出強(qiáng)度是化學(xué)漿液的凝膠體承受水頭壓力的能力。試驗(yàn)裝置是由幾根外徑和長(zhǎng)度都相同而內(nèi)徑不同的厚壁玻璃管和耐壓保護(hù)裝置組成。首先將玻璃管內(nèi)充滿漿液，待凝結(jié)后測(cè)定凝膠體在管中的長(zhǎng)度，然后將玻璃管裝入耐高壓保護(hù)裝置中加壓，每加壓0.1MPa，穩(wěn)定10min，直至管中固結(jié)體擠出為止。擠出的最小壓力為該漿液在這種直徑和長(zhǎng)度條件下的抗擠出強(qiáng)度。試驗(yàn)規(guī)定要分別對(duì)不同直徑的結(jié)石體進(jìn)行100、200、300mm三種長(zhǎng)度的試驗(yàn)，以此歸納出結(jié)石體長(zhǎng)度、直徑和抗擠出強(qiáng)度的一般規(guī)律。2.2注漿漿液的基本性能參數(shù)（9）漿液固結(jié)體的性質(zhì)3）漿液固結(jié)體的耐久性漿液固結(jié)體在地下水的物理和化學(xué)作用下，某些組分的溶出、老化等現(xiàn)象，可使固結(jié)體性能降低或喪失。當(dāng)固結(jié)體所處環(huán)境發(fā)生變化，如地下水升降、基坑開(kāi)挖暴露等，可使固結(jié)體發(fā)生崩解風(fēng)化。耐久性試驗(yàn)的試件應(yīng)在密封干、濕、干濕循環(huán)以及壓力滲透條件下養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行測(cè)定，它反映了最常見(jiàn)的不理想的條件。2.3

無(wú)機(jī)系注漿材料

2.3.1單液水泥類漿液2.3.2水泥粘土類漿液2.3.3水泥-水玻璃類漿液2.3.4水玻璃類漿液2.3.5高水速凝材料2.3.1單液水泥類漿液?jiǎn)我核囝悵{液是指以水泥為主，添加一定量的附加劑，用水調(diào)制而成，采用單液方式注入巖土層的漿液。注漿工程中最常用的是普通硅酸鹽水泥，某些情況下也采用礦渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水灰比不大于1.0。由于純水泥漿隨水灰比的增大，漿液的粘度、密度、結(jié)石率、抗壓強(qiáng)度等均出現(xiàn)明顯地下降，且純水泥漿易沉淀析水、穩(wěn)定性差、凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，在地下水流速較大條件下漿液易受水的沖刷和稀釋。因此，為了改善水泥漿的性質(zhì)，常在水泥漿中摻入各種附加劑。附加劑能改善水泥漿液的性能，包括速凝劑、早強(qiáng)劑、塑化劑、懸浮劑、加氣劑、流動(dòng)劑、減水劑等。表10-6純水泥漿液的基本性能

注：1.采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；2.測(cè)定數(shù)據(jù)為平均值。水灰比粘度（s）密度(g/cm3)結(jié)石率（％）凝結(jié)時(shí)間抗壓強(qiáng)度（MPa）初凝終凝3d7d14d28d0.5:11391.86997h41min12h36min4.146.4615.322.00.75:1331.629710h47min20h33min2.432.605.5411.21:1181.498514h56min24h27min2.002.402.428.901.5:1171.376716h52min34h47min2.042.331.782.222:1161.305617h7min48h15min1.662.562.102.802.3.1單液水泥類漿液摻入膨潤(rùn)土或高塑性粘土、析水率不大于5％的水泥漿液常稱為穩(wěn)定漿液。根據(jù)注漿工程需要，可在水泥漿中摻入細(xì)粒砂、粘性土、粉煤灰、水玻璃等摻合料。摻入摻合料的水泥漿液常稱為混合漿液。對(duì)塑性屈服強(qiáng)度大于20Pa的混合漿液則稱為膏狀漿液。制漿材料一般采用重量稱量。現(xiàn)場(chǎng)制漿時(shí)，要求加料準(zhǔn)確并注意加料順序，即先往攪拌機(jī)中放入規(guī)定量的水，然后再加入水泥攪拌均勻后再加入附加劑。漿液的攪拌時(shí)間，使用普通攪拌機(jī)時(shí)不少于3min，使用高速攪拌機(jī)時(shí)不少于3s，攪拌時(shí)間大于4h的漿液應(yīng)廢棄。任何季節(jié)注漿漿液的溫度應(yīng)保持在5～40℃之間。2.3.1單液水泥類漿液?jiǎn)我凰酀{具有材料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、結(jié)石體強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、單一注入方式、工藝簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)應(yīng)用最多的一種材料。但由于水泥是顆粒性材料，可注性較差，難以注入中細(xì)砂、粉砂層和細(xì)小的裂隙巖層，且水泥漿存在：凝固時(shí)間長(zhǎng)，容易流失，造成漿液浪費(fèi)，易沉淀析出、強(qiáng)度增長(zhǎng)慢、結(jié)石率低、穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，所以單液水泥漿應(yīng)用范圍有一定的局限性。為此，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在改善水泥漿性能方面做了大量的工作，其中超細(xì)水泥的研究在擴(kuò)大水泥漿應(yīng)用范圍、提高水泥漿性能方面取得突破性進(jìn)展。2.3.1單液水泥類漿液超細(xì)水泥注漿材料由極細(xì)的水泥漿顆粒組成，其平均粒徑為4μm，最大粒徑約10μm，比表面積在8000cm2/g以上。這一性質(zhì)使超細(xì)水泥漿液有很好的可注性，能注入滲透系數(shù)為10-3～10-4cm/s的細(xì)砂，其可注性與化學(xué)漿液相似，而結(jié)石體強(qiáng)度又大大高于化學(xué)漿液，且對(duì)地下水和環(huán)境無(wú)污染。但價(jià)格較昂貴，約1000元/t。2.3.2水泥粘土類漿液

粘土的粒徑一般極小（0.005mm），而比表面積較大，遇水具有膠體化學(xué)特件。粘土礦物的特征是其原子呈層狀排列，不同的排列形式組成了不同的粘土礦物，最常見(jiàn)的是高嶺石、伊利石、蒙脫石。在水泥漿中，根據(jù)施工目的和要求，經(jīng)常需要加入一定量的粘土，有時(shí)粘土摻量比水泥用量還要多，故稱為水泥粘土類漿液。由于粘土的分散性高，親水性好，因而漿液的沉淀析水性較小，穩(wěn)定性大大提高。水泥粘土漿的濃度一般按水泥、粘土、水的質(zhì)量比表示，粘土顆粒密度通常取為2.75t/m3。水泥粘土漿液的配比及性能見(jiàn)表10-8。表10-8粘土用量對(duì)漿液性能的影響水灰比粘土用量/％粘度/s密度/g/cm3結(jié)石率（％）凝結(jié)時(shí)間（h:min）抗壓強(qiáng)度（MPa）初凝終凝3d7d14d28d0.5:15滴流1.84992：425：5211.8513.2013.60.75:15401.65937：5013：14.056.967.947.891:15191.52878：3014：302.415.174.289.121.5:1516.51.376611：523：501.293.453.247.352:1515.81.285713：5351：521.252.582.587.850.5:110不流1002：245：2920.30.75:110651.68995：159：382.936.965.121:110211.56917：2414：101.684.552.881.5:110171.43798：1220：151.562.793.302:110161.32589：1630：241.251.582.520.75:115711.70998：500.402.402.951:115231.62954：3514：131.301.562.181.5:115191.51606：2024：50.850.971.402:115161.34607：4529：160.731.132.242.3.2水泥粘土類漿液

從表中可以看出：水泥漿摻入粘土后可使?jié){液結(jié)石率提高；還可改善水泥分層離析程度，從而改善漿液的可注性；但摻入粘土過(guò)多，會(huì)使結(jié)石體抗壓強(qiáng)度降低，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。作為加固注漿時(shí)，粘土摻量不宜過(guò)多，一般摻量為5％～15％（占水泥重量）。在水泥粘土類漿液中，也可以加入一些水玻璃、速凝劑等附加劑以改善漿液性能。2.3.3

水泥-水玻璃類漿液

水泥-水玻璃漿液亦稱CS漿液。它是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式注入，必要時(shí)加入速凝劑或緩凝劑所組成的注漿材料。特點(diǎn)：克服了單液水泥漿的凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)且不能控制、結(jié)石率低等缺點(diǎn)，提高了水泥注漿的效果，擴(kuò)大了水泥注漿的適用范圍。用途：可用于防滲和加固注漿，在地下水流速較大的地層中采用這種混合型漿液可達(dá)到快速堵漏的目的。這是一種用途極廣、使用效果良好的注漿材料。（1）水玻璃水玻璃是氧化鈉（Na2O）與無(wú)水二氧化硅（SiO2）以各種比例結(jié)合的化合物，其分子式為Na2O·nSiO2。水泥漿中加入水玻璃有兩個(gè)作用，—是作為速凝劑使用，摻量較少，一般約占水泥重量的3～5％；另一個(gè)作用是作為主材料使用，摻量較多。注漿用水玻璃對(duì)其模數(shù)和濃度有一定的要求。模數(shù)M是描述水玻璃性能的一個(gè)重要參數(shù)，其定義為水玻璃模數(shù)的大小對(duì)注漿影響很大。模數(shù)小，二氧化硅含量低，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)石體強(qiáng)度低；模數(shù)大，二氧化硅含量高，凝結(jié)時(shí)間短，結(jié)石體強(qiáng)度高。模數(shù)過(guò)大過(guò)小都對(duì)注漿不利。注漿時(shí)，一般要求水玻璃的模數(shù)在2.4～3.4較為合適。（1）水玻璃水玻璃濃度以波美度oBe′表示。波美度與密度有如下關(guān)系

或（10-8）水玻璃出廠濃度一般為50～56oBe′，而注漿使用的范圍為30～45oBe′，其濃度變換可用下式計(jì)算：（10-9）（2）水泥-水玻璃漿液的性能根據(jù)注漿工程的實(shí)際需要，水泥-水玻璃漿液一般用于加固和堵水注漿。對(duì)于堵水，特別是水壓較大、流速較快或填充巖土的大裂隙時(shí)，要求漿液的凝結(jié)時(shí)間短且具有一定的抗壓強(qiáng)度；對(duì)于加固地基，則要求漿液具有足夠的抗壓強(qiáng)度。現(xiàn)分別討論如下：1）凝膠時(shí)間2）抗壓強(qiáng)度3）漿液的配制4）水泥-水玻璃漿液的特點(diǎn)（2）水泥-水玻璃漿液的性能1）凝膠時(shí)間水玻璃能顯著加快水泥的凝膠時(shí)間。凝膠時(shí)間隨水玻璃濃度、水泥漿的濃度（水灰比）、水玻璃與水泥漿的體積比等因素的變化而變化。一般情況下，水玻璃濃度減小，凝膠時(shí)間縮短，并呈直線關(guān)系；水灰比越小，水泥與水玻璃之間的反應(yīng)越快，凝膠時(shí)間越短。總的說(shuō)來(lái)，水泥漿越濃，反應(yīng)越快；水玻璃則越稀反應(yīng)越快。2）抗壓強(qiáng)度決定水泥-水玻璃漿液抗壓強(qiáng)度的主要因素是水泥漿的濃度（水灰比）。其它條件一定時(shí)，水泥漿越濃其抗壓強(qiáng)度越高。水泥漿與水玻璃濃度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表10-9。表10-9水泥漿與水玻璃濃度對(duì)漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度的影響水玻璃濃度（Be′）水泥漿濃度（W/C）水泥漿與水玻璃體積比抗壓強(qiáng)度（MPa）7d14d28d350.5:11:117.420.220.2350.75:11:114.413.214.8351:11:17.39.510.4351.25:11:13.24.05.8351.5:11:11.22.02.8400.5:11:120.424.424.8400.75:11:111.617.718.5401:11:14.410.611.3401.25:11:10.94.49.0401.5:11:10.50.92.3450.5:11:124.525.025.8450.75:11:18.216.919.2451:11:12.96.911.3451.25:11:10.52.65.8451.5:11:10.30.60.8（2）水泥-水玻璃漿液的性能水泥漿濃度較大時(shí)，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強(qiáng)度增高；水泥漿濃度較小時(shí)，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強(qiáng)度降低。但當(dāng)水泥漿濃度處于中間狀態(tài)時(shí)，則其抗壓強(qiáng)度變化不大，也比較夏雜。水泥漿與水玻璃體積比對(duì)結(jié)石體抗壓強(qiáng)度有一定的影響。當(dāng)水泥漿與水玻璃體積比在1﹕（0.4～0.6）時(shí)，其抗壓強(qiáng)度最高，說(shuō)明水泥漿與水玻璃有一個(gè)適當(dāng)?shù)呐浜媳龋谶@個(gè)配合比的范圍內(nèi)，反應(yīng)進(jìn)行得最完全，強(qiáng)度也就最高。實(shí)際上，濃水泥漿需要濃水玻璃；稀水泥漿需要稀水玻璃，水玻璃過(guò)量對(duì)其抗壓強(qiáng)度將產(chǎn)生不良影響。綜合考慮凝膠時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、施工及造價(jià)等因素，水泥-水玻璃漿液的常用配方為﹕水泥為42.5或52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；水泥漿水灰比為0.8﹕1～1﹕1；水泥漿與水玻璃的體積比為1﹕（0.5～0.8）；水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，濃度為（35～40）oBe′。（2）水泥-水玻璃漿液的性能3）漿液的配制水泥-水玻璃漿液的組成及配制方法見(jiàn)表10-10。但使用緩凝劑時(shí)，應(yīng)注意加料順序、攪拌和放置時(shí)間。加料順序?yàn)椋核從齽啵瑪嚢钑r(shí)間應(yīng)不少于5min，放置時(shí)間不宜超過(guò)30min。4）水泥-水玻璃漿液的特點(diǎn)水泥-水玻璃漿液的凝膠時(shí)間可控制在幾秒至幾十分鐘范圍內(nèi)；結(jié)石體抗壓強(qiáng)度較高，可達(dá)10～20MPa；結(jié)石率可達(dá)100％；結(jié)石體滲透系數(shù)為10-3cm/s；可用于裂隙為0.2mm以上的巖體或粒徑為1.0mm以上的砂層；材料來(lái)源豐富，價(jià)格較低；對(duì)環(huán)境及地下水無(wú)毒性污染，但有NaOH溶出，對(duì)皮膚有腐蝕性；結(jié)石體易粉化，有堿溶出，化學(xué)結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。表10-10水泥-水玻璃漿液組成及配方原料規(guī)格要求作用用量主要性能水泥42.5級(jí)或52.5級(jí)普硅或礦硅水泥主劑1凝膠時(shí)間可控制在幾十秒至幾十分鐘范圍內(nèi)。抗壓強(qiáng)度5～20MPa水玻璃模數(shù)：2.4～3.4；濃度：(30～45)oBe′主劑0.5～1氫氧化鈣工業(yè)品速凝劑0.05～0.20磷酸氫二鈉工業(yè)品緩凝劑0.01～0.032.3.4

水玻璃類漿液水玻璃類漿液是以水玻璃為主劑，加入膠凝劑，反應(yīng)后生成凝膠。因其材料來(lái)源廣、價(jià)格便宜，對(duì)環(huán)境無(wú)害而被廣泛采用。它既可用于單一漿液灌注，也可作為水泥注漿的速凝劑使用。用水玻璃作主劑時(shí)，可根據(jù)工程需要采用不同的固化劑，其凝膠時(shí)間及性能可通過(guò)不同的配方試驗(yàn)確定。現(xiàn)介紹幾種性能較好的水玻璃類漿液。（1）水玻璃-氯化鈣漿液（2）水玻璃-鋁酸鈉漿液（3）水玻璃-氟硅酸漿液（4）水玻璃-乙二醛漿液（5）酸性水玻璃漿液2.3.4

水玻璃類漿液（1）水玻璃-氯化鈣漿液水玻璃、氯化鈣兩種漿液在土體中相遇時(shí)發(fā)生反應(yīng)可生成二氧化硅膠體，與土顆粒一起形成整體，起到防滲和加固的作用。這種漿液主要用于地基加固或無(wú)粘性土的堵水。加固每立方米土體所需漿液視土體的孔隙率而定。加固后的地基承載力：砂土為1500～3000kPa，粉砂約為500kPa，粘性土約為800kPa。水玻璃-氯化鈣漿液可用一根管交替注人，但在換液前必須清洗管路；也可用雙管注入，即一根管注入水玻璃，另一根管注入氯化鈣漿液，使兩種漿液在地基中相遇而起化學(xué)反應(yīng)形成凝膠。另可為兩根注漿管通直流電，該法稱為電動(dòng)硅化法，可以提高漿液的擴(kuò)散能力。需要說(shuō)明的是：兩種漿液在相遇時(shí)的瞬間可產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，凝膠時(shí)間不好控制，因此，注漿效果受操作技術(shù)及施工經(jīng)驗(yàn)影響較大。2.3.4

水玻璃類漿液（2）水玻璃-鋁酸鈉漿液水玻璃與鋁酸鈉在地基中反應(yīng)而生成的凝膠物—硅膠和硅酸鋁鹽可以膠結(jié)土顆粒。其反應(yīng)方程式為3Na2O·SiO2+2NaAlO2→Al(SiO3)2+4Na2O這種漿液主要用于堵水或加固地基。改變水玻璃模數(shù)、濃度、鋁酸鈉含鋁量可調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間。水玻璃模數(shù)越高，凝膠時(shí)間越短；濃度越低，凝膠時(shí)間越短；鋁酸鹽含鋁量增加，凝膠時(shí)間縮短。高濃度漿液強(qiáng)度雖高，若被地下水稀釋，其凝膠時(shí)間反而縮短。2.3.4

水玻璃類漿液（3）水玻璃-氟硅酸漿液氟硅酸（H2SiF6）水溶液無(wú)色、呈強(qiáng)酸性、能侵蝕玻璃，需保存于塑料容器中。漿液的凝膠時(shí)間主要受水玻璃、氟硅酸用量的多少影響。水玻璃濃度降低，或水玻璃用量減小均使凝膠時(shí)間縮短。固結(jié)體抗壓強(qiáng)度隨水玻璃濃度的增加而增加，隨氟硅酸用量的增加而增加。這種漿液配方簡(jiǎn)單、操作方便，使用時(shí)，水玻璃與氟硅酸兩者可等體積注入，氟硅酸不足部分可加水補(bǔ)充。2.3.4

水玻璃類漿液（4）水玻璃-乙二醛漿液這是一種性能良好的水玻璃漿液，但其成本較高，且受來(lái)源的限制，因而使用上受到了影響。以上幾種水玻璃類漿液組成、性能及主要用途見(jiàn)表10-11。表10-11水玻璃類漿液的組成、性能及主要用途漿液種類原料規(guī)格要求用量凝膠時(shí)間注入方式抗壓強(qiáng)度/MPa主要用途備注水玻璃-氯化鈣漿液水玻璃模數(shù):2.5-3.0濃度:43-45Be′45%瞬間單管或雙管<3.0基礎(chǔ)加固注漿效果受操作技術(shù)影響較大氯化鈣密度:1.26-1.28濃度:30-32Be′55%水玻璃-鋁酸鈉漿液水玻璃模數(shù):2.3-2.4濃度:40Be′1幾十秒～幾十分雙液<3.0堵水或加固改變水玻璃模數(shù)、濃度、鋁酸鈉含鋁量和溫度，可調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間。鋁酸鈉含鋁量多少會(huì)影響其抗壓強(qiáng)度鋁酸鈉含鋁量：160-190g/l1水玻璃-硅氟酸漿液水玻璃模數(shù):2.4-3.4濃度:30-45Be′1幾秒～幾十分雙液<1.0堵水或加固兩液等體積注入，硅氟酸不足部分加水補(bǔ)充。兩液相遇時(shí)有絮狀物產(chǎn)生硅氟酸濃度:28%-30%0.1-0.4水玻璃-乙二醛漿液水玻璃模數(shù):2.5-3.0濃度:43-45Be′1幾秒～幾十分雙液<2.0堵水或加固兩液等體積注入，乙二醛不足部分加水補(bǔ)充。乙酸為速凝劑乙二醛濃度:35%0.2-0.6乙酸濃度:90%0-0.022.3.4

水玻璃類漿液膠凝劑的品種較多，有些膠凝劑與水玻璃的反應(yīng)速度很快，如氯化鈣、磷酸和硫酸鋁等，它們和主劑必須在不同的注漿管或不同的時(shí)間內(nèi)分別注入，所以稱雙液注漿法；另一些膠凝劑如鹽酸、碳酸氫鈉和鋁酸鈉等與水玻璃的反應(yīng)速度較慢，因而主劑與膠凝劑能在注漿前預(yù)先混合注入同一鉆孔中，所以稱為單液注漿法。雙液法中兩種化學(xué)劑的反應(yīng)幾乎是立即發(fā)生，而單液法中漿液的凝膠時(shí)間較長(zhǎng)，粘度增長(zhǎng)速度較慢，故單液法的有效擴(kuò)散半徑比雙液法大，但單液法的凝膠強(qiáng)度一般比雙液法低。為克服單液法的這一缺點(diǎn)，近年來(lái)用有機(jī)物作為膠凝劑的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展，這些有機(jī)劑包括乙二醛、醋酸乙酯、甲酰胺等。2.3.4

水玻璃類漿液（5）酸性水玻璃漿液通常所用水玻璃為強(qiáng)堿性材料，其凝膠體有堿溶出、脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象，這影響了它的耐久性，而且對(duì)環(huán)境有一定的污染。而酸性水玻璃可在中性或酸性條件下凝膠，且凝膠體沒(méi)有堿溶出。酸性水玻璃的制備有酸化法和離子交換法兩類。因離子交換法操作比較困難，工程中一般不采用，酸化法又分直接法和間接法兩種，前者是把酸性材料直接用作水玻璃的膠凝劑，后者是用酸性材料先把水玻璃酸化，然后再用堿性膠凝劑使之在弱酸性或中性范圍內(nèi)發(fā)生膠凝。在酸化過(guò)程中，必須保持pH值不大于2，因?yàn)檫@時(shí)它的穩(wěn)定性最高，不易自凝。2.3.4

水玻璃類漿液為使水玻璃漿液在土體中溶出降低到最低限度，減小污染，增加固結(jié)體的耐久性，除了上述酸性水玻璃漿液外，還可通過(guò)降低水玻璃溶液中的Na2O含量得到高模數(shù)的酸性水玻璃。由于在脫鈉過(guò)程中已經(jīng)逐步產(chǎn)生了硅膠，所以實(shí)際上已完全改變了原水玻璃的特性，這種漿液可在中性或微酸性范圍內(nèi)凝膠；又因?yàn)樯伤苄喳}的鈉離子大部分已被脫去，這就減少了它在土體中的溶出，相應(yīng)地增加了固結(jié)體的耐久性，降低了污染的程度。該漿液的主要性能如下：

粘度：5mPa.s；

凝膠時(shí)間：從瞬時(shí)至30min內(nèi)任意調(diào)整；

固砂體抗壓強(qiáng)度：0.39～0.59MPa；

耐久性試驗(yàn)：固砂體在水中浸泡其強(qiáng)度不降低。2.3.4

水玻璃類漿液水玻璃類漿液除了上述幾種漿液外，還有水玻璃-磷酸類、水玻璃—草酸硫酸鋁類、水玻璃-二氧化碳類、水玻璃-有機(jī)膠凝劑類等。由于水玻璃來(lái)源豐富，價(jià)格較低，污染較小，加之各種固化劑的不斷出現(xiàn)，使水玻璃類漿液性能不斷改進(jìn)。因此，這是一類很有發(fā)展前景的漿液。但在應(yīng)用水玻璃時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）漿液凝膠后能釋放出一定量的自由鈉離子，它雖無(wú)毒，但對(duì)地下水有污染；2）由于硅膠具有粘塑性質(zhì)，注漿后承受長(zhǎng)期荷載時(shí)，其強(qiáng)度有所降低，因此，當(dāng)用水玻璃類漿液加固砂土?xí)r，應(yīng)充分考慮加固體的蠕變特性；3）酸性水玻璃漿液在含水量較高的土質(zhì)中使用時(shí)，pH值容易受到地下水稀釋的影響，其結(jié)果是較難把握準(zhǔn)確的凝膠時(shí)間。2.3.5高水速凝材料高水速凝材料是選用鋁礬土、石灰和石膏為主要原料，配以多種無(wú)機(jī)原料和附加劑，經(jīng)磨細(xì)、均化等工藝配制成甲、乙兩種粉料的水硬性膠結(jié)材料。該材料是一種具有獨(dú)特性能的新型材料，其主要技術(shù)特征如下：(1)由甲乙兩種固體粉料組成。(2)具有高含水性，其水和固體粉料體積比高達(dá)6.7:1.0～9.0:1.0，重量水固比（即水灰比）為2.2:1～2.57:1。(3)具有可注性。甲乙兩種固體粉料與水?dāng)嚢柚瞥傻募滓覂煞N漿液，單獨(dú)放置可達(dá)24小時(shí)以上不凝固、不結(jié)底，流動(dòng)性好，適應(yīng)于遠(yuǎn)距離輸送。(4)具有速凝性。甲乙兩種漿液混合后30分鐘之內(nèi)即可凝結(jié)成固體。(5)強(qiáng)度性能。甲乙兩種材料漿液混合后開(kāi)始凝固，1h抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.5～1.0MPa，2h強(qiáng)度可達(dá)2.0MPa，一天可達(dá)4.0MPa，7天以后可達(dá)5.0MPa以上。(6)無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕。(7)酸堿性：甲料的pH為9～10，為弱堿性；乙料的pH為11～12，為堿性。(8)高水材料所形成的結(jié)石體早期破壞后還具有重結(jié)晶恢復(fù)強(qiáng)度的特性。2.3.5

高水速凝材料

由于高水速凝材料具有高水、速凝、可注性好等特殊性能，因此，高水速凝材料不僅在采礦工程中的巷道支護(hù)、釆空區(qū)充填、壁后充填支護(hù)、錨噴支護(hù)等工程中得到廣泛使用，而且在地下工程與地基的加固、注漿堵漏及建筑、水利、公路等工程領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。高水速凝材料的力學(xué)性能見(jiàn)表10-12。表10-12高水速凝材料力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)水灰比膠結(jié)料用量（kg/m3）水用量（kg/m3）膠凝時(shí)間（min）單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）2h24h7d28d10.8873698714.419.021.0744744810.215.831.264777688.4014.041.5542813104.489.1452.0426850123.336.267.928.7062.25385866142.424.746.197.0872.5352880162.053.975.085.44注：試件養(yǎng)護(hù)溫度為20℃2.4有機(jī)系注漿材料有機(jī)系注漿材料的品種很多，包括丙烯酰胺類、木質(zhì)素類、聚氨脂類、脲醛樹(shù)脂類、不飽和聚脂類、熱瀝青類、環(huán)氧樹(shù)脂類等。2.4.1丙烯酰胺類漿液2.4.2木質(zhì)素類漿液2.4.3聚氨酯類漿液2.4.4脲醛樹(shù)脂類漿液2.4.5其它有機(jī)類注漿材料（1）環(huán)氧樹(shù)脂類漿液（2）糠醛樹(shù)脂類漿液（3）甲凝漿液（4）丙強(qiáng)漿液（5）聚酯樹(shù)脂類漿液2.4.1丙烯酰胺類漿液丙烯酰胺類漿液，國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱丙凝漿液，也稱為MG646、ZH-656或TKH946，國(guó)外稱為AM-9或日本-SS，它是以有機(jī)化合物丙烯酰胺為主劑，配合其它藥劑而制成的漿液。其粘滯性與水接近，且凝結(jié)前維持基本不變，以水溶液狀態(tài)注入土中，發(fā)生聚合反應(yīng)后形成具有彈性的、不溶于水的聚合物。其組成與配方見(jiàn)表10-13。表10-13丙凝漿液的組成、配方及性能體系原料名稱簡(jiǎn)稱分子式作用配方（wt%）主要性能粘度/mPa.s凝膠時(shí)間強(qiáng)度(MPa)甲液丙稀酰胺AAMCH2=CHCONH2主劑9.51.2十幾秒～幾十分鐘0.4～0.6N-N′-亞甲基雙丙稀酰胺MBAM(CH2=CHCONH)2CH2交聯(lián)劑0.5β-二甲氨基丙腈DMAPN(CH3)2NCH2CH2CN還原劑0.3～1.2硫酸亞鐵FeFeSO4?7H2O還原劑0～0.16鐵氯化鉀KFeK3Fe(CN)6緩凝劑0～0.05乙液過(guò)硫酸銨AP(NH4)2S2O3氧化劑0.3～1.2注：甲、乙液等體積注入；配方其余部分為水；MBAM應(yīng)選用溫水溶解，后加入AAM。2.4.1丙烯酰胺類漿液1980年美國(guó)研制成AC-400的漿材，它是以10％的丙烯酸鹽水溶液為主劑，其毒性比丙烯酰胺漿液低。1982年中國(guó)水科院亦研制成類似漿材AC-MS，這類漿材的毒性僅為上述漿材的1％左右。丙烯酰胺類漿液及凝膠體的特點(diǎn)有以下幾方面：(1)漿液粘度小，與水接近，常溫標(biāo)準(zhǔn)濃度下為1.2×10-3Pa.s，且在凝膠前保持不變，因此，具有良好的可注性。(2)凝膠時(shí)間可準(zhǔn)確地控制在幾秒至幾十分鐘之間，且凝膠是在瞬間發(fā)生并在幾分鐘之內(nèi)就達(dá)到其極限強(qiáng)度，聚合體體積為漿液體積的100％。(3)凝膠體抗?jié)B性好，其滲透系數(shù)為10-9～10-10cm/s。(4)凝膠體抗壓強(qiáng)度較低，約0.2～0.6MPa，一般不受配方的影響，在較大裂隙內(nèi)的凝膠體易被擠出，因此，僅適用于防滲注漿。(5)丙凝漿液及凝膠體耐久性較差，且具有一定的毒性，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有毒害，對(duì)空氣和地下水有污染。(6)丙烯酰胺漿液價(jià)格較貴，材料來(lái)源也較少。(7)丙凝漿液與鐵質(zhì)易起化學(xué)作用，具腐蝕性，凡漿液所流經(jīng)的部件均宜采用不與漿液發(fā)生化學(xué)作用的材料制成。2.4.2木質(zhì)素類漿液木質(zhì)素類漿液是以紙漿廢液為主劑，加入一定量固化劑所組成的漿液。為了加快凝膠速度和提高結(jié)石體抗壓強(qiáng)度，往往加入促進(jìn)劑。木質(zhì)素類漿液包括鉻木素和硫木素兩種漿液。鉻木素漿液的固化劑是重鉻酸鈉，由于重鉻酸鈉的毒性較大（飲水中的允許含量＜0.05mg/L），因此，這種漿材難以大規(guī)模使用。硫木素漿液是在鉻木素漿液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是采用過(guò)硫酸銨完全代替重鉻酸鈉，使之成為低毒、無(wú)毒的木質(zhì)素漿液，這是一種很有發(fā)展前途的注漿材料。硫木素漿液配方及主要性能見(jiàn)表10-14。表10-14硫木素漿液配方及主要性能組成材料材料性狀及規(guī)格配比用途基本性能紙漿廢液黑色粘液，固體物含量40％50mL主劑1.凝膠時(shí)間可控制在幾十秒至幾十分鐘范圍內(nèi)；2.粘度為4×10-3Pa.s；3.其固砂體強(qiáng)度為0.5MPa左右過(guò)硫酸銨白色粉末，化學(xué)純或工業(yè)品7g固化劑氯化鋅白色粉末，濃度0.5g/mL4mL催化劑氯化銨白色結(jié)晶，濃度0.2g/mL16mL催化劑氯化銅綠色結(jié)晶，濃度0.1g/mL2～3mL催化劑氨水無(wú)色透明液體，含氨25%4mL催化劑水加至100mL溶劑2.4.3聚氨酯類漿液聚氨酯類漿液采用多異氰酸酯和聚醚樹(shù)脂等作為主要原材料，加入各種外加劑配制而成。漿液注入地層后與水發(fā)生反應(yīng)生成聚氨酯泡沫體，起加固地基和防滲堵水作用。它可分為非水溶性聚氨酯漿液（簡(jiǎn)稱PM）和水溶性聚氨酯漿液（簡(jiǎn)稱SPM）。2.4.3聚氨酯類漿液（1）非水溶性聚氨酯類漿液非水溶性聚氨酯類漿液只溶于有機(jī)溶劑。PM漿液組成及主要性能見(jiàn)表8-15。但PM型漿液的配方變化較大，其中甲苯二異氰酸酯（TDI）可用二苯基亞甲基二異氰酸酯（MDI）或多苯基多亞甲基多異氰酸脂（PAPI）代替，聚醚也可選用其它型號(hào)。預(yù)聚體(把主劑先合成為聚氨酯的低聚物)制備方法有熱法和冷法兩種：熱法是將所需藥品按一定比例稱重后，放入搪瓷捅內(nèi)攪拌并加熱，待反應(yīng)開(kāi)始后停止加熱（因反應(yīng)釋放熱量），保持溫度在100℃左右，反應(yīng)1h即可。冷法是將所需藥品按一定比例稱量后，放入塑料桶內(nèi)搖勻，將蓋蓋緊，如溫度過(guò)高須用冷水冷卻，第二天即可使用。熱法適用于做大量預(yù)聚體，冷法適用于做小量預(yù)聚體，兩種方法所成預(yù)聚體性能相同。預(yù)聚體制成后，在注漿前加入發(fā)泡靈和丙酮攪拌均勻，臨注漿時(shí)再加入三乙胺。另預(yù)聚體己有批量生產(chǎn)。表10-15PM型漿液組成及主要性能漿液原材料外觀作用凝膠時(shí)間粘度/10-3Pa.s抗壓強(qiáng)度/MPa甲苯二異氰酸酯（TDI）淺黃色液體，有刺激性臭味制成預(yù)聚體為主劑十幾秒至幾十分鐘十幾至幾百6.0～10.0丙二醇聚醚（N-204）無(wú)色透明液體，無(wú)味丙三醇聚醚（N-303）淺棕色液體，無(wú)味鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）無(wú)色液體，無(wú)味溶劑丙酮無(wú)色液體溶劑發(fā)泡靈棕色粘稠液體表面活性劑三乙胺無(wú)色液體，有刺激性臭味催化劑2.4.3聚氨酯類漿液（2）水溶性聚氨酯類漿液水溶性聚氨酯與非水溶性聚氨酯的主要區(qū)別在聚醚。PM漿液所用的聚醚是環(huán)氧丙烷聚合物，而SPM漿液所用的聚醚是環(huán)氧乙烷聚合物，后者具有親水性。SPM漿液的配方及主要性能見(jiàn)表10-16。水溶性聚氨酯也采用預(yù)聚體法，即將聚醚（固體）加熱溶化，而后與甲苯二異氰酸酯按一定比例混合格勻，在80℃條件下保持4h，即得到蠟狀預(yù)聚體，使用時(shí)先加熱溶化后，再加入一定量的溶劑即可注漿。表10-16SPM漿液的配方及主要性能漿液原材料作用用量/重量比凝膠時(shí)間抗壓強(qiáng)度/MPa備注甲苯二異氰酸酯聚醚制成預(yù)聚體為主劑1小于2min可調(diào)小于1.0SPM與PM的主要區(qū)別在于聚醚。SPM中的聚醚是環(huán)氧乙烷聚合物，分子量控制在3000～4000鄰苯二甲酸二丁酯溶劑0.15～0.5丙酮溶劑0.5～12，4-二氨基甲苯催化劑適量水反應(yīng)劑5～102.4.4脲醛樹(shù)脂類漿液以脲醛樹(shù)脂或脲-甲醛為主劑，加入一定量的酸性固化劑所組成的漿液材料稱為脲醛樹(shù)脂類漿液。該漿液具有水溶性，強(qiáng)度高（但較脆），材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但其強(qiáng)度變化較大，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，不能長(zhǎng)期存放，且必須在酸性介質(zhì)中固化，對(duì)設(shè)備有腐蝕，對(duì)人體不安全，因此其使用范圍受到了限制。2.4.5其它有機(jī)類注漿材料（1）環(huán)氧樹(shù)脂類漿液環(huán)氧樹(shù)脂是一種高分子材料，具有強(qiáng)度高、粘結(jié)力強(qiáng)、收縮性小、化學(xué)穩(wěn)定性好、能在常溫下固化等性能。作為注漿材料則存在一些問(wèn)題，如漿液粘度大、可注性小、憎水性強(qiáng)、與潮濕裂縫聯(lián)結(jié)力差等。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外的廣泛研究和應(yīng)用，環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用范圍從混凝土的補(bǔ)強(qiáng)發(fā)展到固結(jié)巖體裂隙和固砂。因環(huán)氧樹(shù)脂注漿材料的內(nèi)聚力均大于混凝土的內(nèi)聚力，因而對(duì)于恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，能起很好的作用。2.4.5其它有機(jī)類注漿材料（2）糠醛樹(shù)脂類漿液糠醛是非水溶性油狀液體，加入0.01％～0.1％的表面活性劑加溫后即可產(chǎn)生穩(wěn)定的乳濁液，在酸性固化劑作用下與脲發(fā)生反應(yīng)生成樹(shù)脂狀固體，因此，可用于注漿。該漿液固化時(shí)間長(zhǎng)，且不能準(zhǔn)確控制，固結(jié)土的強(qiáng)度與固化劑的種類有關(guān)，可應(yīng)用于固砂。2.4.5其它有機(jī)類注漿材料（3）甲凝漿液甲凝是以甲基丙烯酸甲酯為主要成分，加入引發(fā)劑等組成的一種低粘度的注漿材料。甲基丙烯酸甲酯是無(wú)色透明液體，粘度很低，在25℃時(shí)僅為5.7×10-4Pa·s，滲透力很強(qiáng)，可注入0.05～0.1mm細(xì)微裂隙，在一定壓力下，還可滲入混凝土材料中一定距離。聚合后的強(qiáng)度和粘結(jié)力較高。但甲凝是憎水性材料，在液態(tài)時(shí)，它怕水也怕氧，同時(shí)漿液粘度的增長(zhǎng)和聚合速度都較快，在濕度較高的環(huán)境中更是如此。所以，在注漿前，必須用風(fēng)吹干裂縫和在漿液內(nèi)加入一定的阻聚劑等，以取得較好的注漿效果。2.4.5其它有機(jī)類注漿材料（4）丙強(qiáng)漿液丙強(qiáng)漿液注漿是在丙凝漿液基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它主要是以丙凝與脲醛樹(shù)脂作為注漿材料的一種化學(xué)注漿漿液。丙強(qiáng)漿液及其聚合體既基本保存了丙凝的特性，又因脲醛樹(shù)脂的存在而提高了強(qiáng)度。因此，丙強(qiáng)具有防滲和加固的雙重作用。丙強(qiáng)漿液的粘度比丙凝大，約為（5～6）×10-3Pa.s，相對(duì)密度為1.19～1.20。聚合體的滲透系數(shù)可達(dá)10-8cm/s。經(jīng)丙強(qiáng)灌注的砂，其聚合體的抗壓強(qiáng)度可達(dá)8MPa。2.4.5其它有機(jī)類注漿材料（5）聚酯樹(shù)脂類漿液聚酯樹(shù)脂類漿液一般用于巖石和混凝土加固補(bǔ)強(qiáng)注漿。用于化學(xué)注漿的聚酯樹(shù)脂主要是不飽和聚酯樹(shù)脂，它由不飽和二元酸和二元醇反應(yīng)而得。將不飽和聚酯樹(shù)脂溶解在與其能共聚的單體中（如苯乙烯），就能得到低粘度的漿液。聚酯樹(shù)脂類漿液常用聚酯樹(shù)脂材料與催化劑按4:1～5:1體積比配制而成。為了加速樹(shù)脂固化，可以加入適量促進(jìn)劑。聚酯樹(shù)脂類漿液對(duì)干燥清潔的巖石或混凝土表面具有大于水泥的粘結(jié)強(qiáng)度，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度高達(dá)140MPa，抗拉強(qiáng)度高達(dá)63MPa，但該漿液固化后收縮達(dá)6％。3巖土注漿加固理論3巖土注漿加固理論巖土注漿理論是借助于流體力學(xué)和固體力學(xué)的理論發(fā)展起來(lái)的，對(duì)漿液的單一流動(dòng)形式進(jìn)行分析，建立壓力、流量、擴(kuò)散半徑、注漿時(shí)間之間的關(guān)系。漿液在地層中往往以多種形式運(yùn)動(dòng)，且這些運(yùn)動(dòng)形式隨著地層的變化、漿液的性質(zhì)和壓力變化而相互轉(zhuǎn)化或并存。如在滲透注漿過(guò)程中存在劈裂現(xiàn)象，在劈裂注漿過(guò)程中存在滲透流動(dòng)等，在壓密注漿過(guò)程中存在劈裂或滲透流動(dòng)。盡管漿液在地層中運(yùn)動(dòng)形式很復(fù)雜，但它在一定條件下總是以某種流動(dòng)形式為主。因此，應(yīng)正確地運(yùn)用注漿理論，使其以所要求的運(yùn)動(dòng)形式為主在地層中流動(dòng)，達(dá)到注漿的目的。3

巖土注漿加固理論3.1巖土介質(zhì)的可注性3.2巖土滲透注漿理論3.3巖土壓密注漿理論3.4巖土體劈裂注漿理論3.5裂隙巖體的注漿理論3.1巖土介質(zhì)的可注性注漿法的適用范圍以及對(duì)巖土介質(zhì)的改良結(jié)果，不僅取決于注漿材料的性質(zhì)，也取決于注漿方法和注漿工藝。注漿方法的選擇不僅是注漿設(shè)備的選擇，還要看試驗(yàn)結(jié)果，考慮注漿經(jīng)驗(yàn)是否豐富，注漿管理的方法是否可行等。在注漿工程實(shí)踐中，常常采用聯(lián)合注漿工藝，包括不同漿材及不同注漿方法的聯(lián)合，以適應(yīng)某些特殊的地質(zhì)條件和專門注漿目的，因而注漿法的適用界限變得更加復(fù)雜。3.1巖土介質(zhì)的可注性在砂礫土層中滲透注漿時(shí)，尤其是當(dāng)漿液的濃度較大時(shí)，要求漿液中的顆粒直徑比土的孔隙小，粒狀漿材中的顆粒才能在孔隙或裂隙中流動(dòng)。但粒狀漿材往往以多粒的形式同時(shí)進(jìn)入孔隙或裂隙，這可導(dǎo)致孔隙的堵塞，因此，僅僅滿足顆粒尺寸小于孔隙尺寸是不夠的；同時(shí)漿液在流動(dòng)過(guò)程中存在著凝結(jié)過(guò)程，也會(huì)造成漿液通道的堵塞；此外，地基土是非均質(zhì)體，裂隙或孔隙的大小不相同，粒狀漿材的顆粒尺寸不均勻，若想封閉所有的孔隙，就要求粒狀漿材的顆粒尺寸必須很小，這從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看也是困難的。許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注漿材料能夠順利滲透到土顆粒間的條件是:3.1巖土介質(zhì)的可注性若土顆粒粒徑≥0.8mm,滲透系數(shù)≥10-1cm/s，水泥漿材可以注入。當(dāng)孔隙尺寸小于這一數(shù)值時(shí)，水泥漿液就不能注人，即使增加注漿壓力也不會(huì)得到理想滲透注漿效果。這時(shí)只有減小粒狀漿材的顆粒尺寸，如采用超細(xì)水泥等，才能得到滿意的結(jié)果。表11-1各種注漿材料的適用范圍材料組成成分顆粒粒徑（mm）地基的滲透系數(shù)（cm/s）適用范圍水泥<0.1～0.08>10-2礫砂、粗砂裂隙寬度>0.2mm膨潤(rùn)土粘土<0.05>10-4砂、礫砂超細(xì)水泥0.012～0.010>10-4砂、礫砂、多孔磚墻，裂隙寬度＞0.05mm的混凝土、巖石化學(xué)漿液>10-7細(xì)砂、砂巖、微裂隙的巖石3.2巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體的裂隙或孔隙中。一般情況下，注漿壓力越大，注入的漿液量越多，擴(kuò)散的距離也就越遠(yuǎn)，加固的效果也就越好。但注漿材料的滲透性好壞與諸多因素有關(guān)，如:巖土的孔隙率及孔隙大小、材料的可注性、注漿施工方法、地基的非均質(zhì)性、地下水的流動(dòng)、注漿材料的時(shí)間特性等。一般滲透注漿是在不足以破壞地層構(gòu)造的壓力下——即不產(chǎn)生水力劈裂，把漿液注入到粒狀土的孔隙中，從而取代或排出其中的空氣和水。一般滲透注漿要滿足可注性條件。滲透注漿漿液一般均勻地?cái)U(kuò)散到土顆粒間的孔隙內(nèi)，將土顆粒膠結(jié)起來(lái)，可增強(qiáng)土體的強(qiáng)度和防滲能力。3.2巖土滲透注漿理論漿液擴(kuò)散形狀取決于注漿方式。當(dāng)由鉆桿端孔注漿，注漿孔較深，這時(shí)相當(dāng)于點(diǎn)源，漿液呈球面擴(kuò)散；當(dāng)采用花管式分段注漿，漿液則呈柱面擴(kuò)散。3.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性流體，其流變曲線是通過(guò)原點(diǎn)的直線，方程式為:大多數(shù)的化學(xué)漿液都屬于牛頓流體。（1）球狀擴(kuò)散理論1）Maag公式

Maag于1938年推導(dǎo)出漿液在砂層中的滲透公式。認(rèn)為：注漿材料在土體中流動(dòng)是層流，并服從達(dá)西定律；地基是均質(zhì)的半無(wú)限體；在地下水位以下注漿時(shí)，地下水無(wú)動(dòng)水壓力；不考慮注漿材料的密度與水的密度的差別；在注漿期間，注漿材料的粘度不變；注漿源為點(diǎn)源，漿液在地層中呈球狀擴(kuò)散。3.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式根據(jù)達(dá)西定律：式中根據(jù)邊界條件可推導(dǎo)出和已知，同時(shí)考慮，即，則得到：3.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式2）Raffle-Greenwood公式Raffle和Greenwood推導(dǎo)出注漿點(diǎn)源的球形擴(kuò)散半徑、漿液流量和漿液壓力之間的關(guān)系式為漿液從注漿點(diǎn)源擴(kuò)散到半徑為的球面所需的時(shí)間為Raffle-Greenwood公式可簡(jiǎn)化為Maag公式。3.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（2）柱面擴(kuò)散公式柱狀注漿時(shí)液面擴(kuò)散方式如圖所示，根據(jù)達(dá)西定律有當(dāng)時(shí)，；時(shí)，，可推導(dǎo)出已知，，可得非水溶性漿液滲透擴(kuò)散理論可參考有關(guān)資料。3.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體是典型的塑性流體，其流變曲線是不通過(guò)原點(diǎn)的直線。流體具有這種性質(zhì)的原因是由于流體含有一定的顆粒濃度，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成顆粒之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在外部施加的剪切力很小時(shí)，漿液只會(huì)產(chǎn)生類似于固體的彈性變形。當(dāng)剪切力達(dá)到破壞極限后(超過(guò)內(nèi)聚力)，漿體才會(huì)發(fā)生類似于牛頓流體的流動(dòng)，漿液的這種性質(zhì)稱為塑性。賓漢姆流體的流變方程表示為塑性流體的表觀粘度為3.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式可見(jiàn)，賓漢姆流體比牛頓流體具有較高的流動(dòng)阻力，注賓漢姆型漿液需要較大的壓力，漿液才能擴(kuò)散較遠(yuǎn)。多數(shù)粘土漿液和一些粘度很大的化學(xué)漿液屬于賓漢姆流體；水泥漿由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)橘e漢姆流體的臨界水灰比發(fā)生在W／C接近于1處，水灰比大于1屬于牛頓流體，水灰比小于1為賓漢姆流體。3.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式對(duì)于賓漢姆流體柱面擴(kuò)散方式來(lái)說(shuō)，根據(jù)滲流微分方程賓漢姆流體在粗顆粒巖土體中滲透系數(shù)為經(jīng)整理后得塑性流體隨時(shí)間而變化的流動(dòng)規(guī)律3.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式當(dāng)>>時(shí)，可忽略不計(jì)，取，。計(jì)算在已知時(shí)間T及注漿流量

Q為常量時(shí)的注漿擴(kuò)散半徑注漿流量從而3.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式以上公式可解決的注漿工程問(wèn)題：（1）已知和，根據(jù)公式可計(jì)算出擴(kuò)散半徑。（2）已知壓差（）及注漿時(shí)間時(shí)，按照公式

計(jì)算注漿擴(kuò)散半徑。（3）已知注漿流量及擴(kuò)散半徑，可按照公式計(jì)算孔底最大壓力()，并根據(jù)公式計(jì)算注漿時(shí)間。（4）塑性流體的滲透系數(shù)、有效粘度都是半徑的函數(shù)，在向孔隙介質(zhì)注入分散性漿液時(shí)，隨著時(shí)間的變化(半徑的增大)，將出現(xiàn)介質(zhì)的滲透率下降。3.2.3滲透注漿的極限壓力在半無(wú)限空間可滲透注漿的土體內(nèi)注漿時(shí)，如果注漿壓力超過(guò)某一極限值()，漿液流動(dòng)將會(huì)由滲透方式轉(zhuǎn)化為劈裂方式。只有當(dāng)注漿壓力小于時(shí)，才能保證漿液在土中是滲透的。滲透注漿極限壓力的表達(dá)式為注漿后一般注漿壓力迅速增加，注漿孔附近形成不穩(wěn)定漿液，略去漿液滲透力對(duì)土體應(yīng)力場(chǎng)的影響，上式簡(jiǎn)化為3.3巖土壓密注漿理論壓密注漿是用極稠的漿液（塌落度<25mm），通過(guò)鉆孔擠向土體，在注漿處形成球形漿泡，漿體的擴(kuò)散靠對(duì)周圍土體的壓縮。鉆桿自下而上注漿時(shí)，將形成樁式柱體。漿體完全取代了注漿范圍的土體，在注漿鄰近區(qū)存在大的塑性變形帶；離漿泡較遠(yuǎn)的區(qū)域土體發(fā)生彈性變形，因而土的密度明顯增加。壓密注漿的漿液極稠，漿液在土體中運(yùn)動(dòng)是擠走周圍的土，起置換作用，而不向土內(nèi)滲透。它不像滲透注漿，漿液可滲入土顆粒間孔隙內(nèi)，將土顆粒包圍膠結(jié)起來(lái)，壓密注漿的注漿壓力對(duì)土體產(chǎn)生擠壓作用，只使?jié){體周圍土體發(fā)生塑性變形，遠(yuǎn)區(qū)土體發(fā)生彈性變形，而不使土體發(fā)生水力劈裂，這是壓密注漿與劈裂注漿的根本區(qū)別之點(diǎn)。3.3巖土壓密注漿理論在壓密注漿過(guò)程中，剛開(kāi)始時(shí)，漿柱的直徑和體積較小，壓力主要是徑向的也就是水平方向。隨著漿柱體積的增加，將產(chǎn)生較大的向上壓力，壓密注漿的擠密作用和上抬力對(duì)沉陷基礎(chǔ)加固和抬升是非常有效的?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，緊靠漿泡處的密度并不增加，但離漿泡0.3～1.8m內(nèi)有擠密作用，在這個(gè)壓密帶內(nèi)，距漿泡愈遠(yuǎn)，則擠密愈差。對(duì)非飽和土擠密較明顯；對(duì)飽和土，漿泡先引起超孔隙壓力，待孔隙壓力消散后土的密度才會(huì)提高。漿柱體的形狀在均勻地基中是球形和圓柱形，在不均質(zhì)地基中，漿柱大都呈不規(guī)則形狀，漿液總是擠向不均地基中的薄弱土區(qū)，從而使土體的變形性質(zhì)均一化。漿柱體的大小受地基土的密度、含水量、力學(xué)特性、地表約束條件、注漿壓力、注漿速率等因素控制。3.3.1壓密注漿漿液的要求壓密注漿既要求漿液在高壓下可泵送（即漿液不能太稠），又要求漿液注入土體后不易產(chǎn)生劈裂破壞（即漿液不能太?。?/p>

通常采用水泥砂漿。使用的砂料要有一定的級(jí)配，要求100％通過(guò)篩孔直徑為2.36mm的方孔篩，含約20％的50μm細(xì)粒的天然砂。砂粒過(guò)粗，在高壓下漿液容易失水，形成阻塞；

砂粒過(guò)細(xì)，漿液難以控制。一般含水量是干密度的10～20％。含水量控制方法是現(xiàn)場(chǎng)做塌落度試驗(yàn)，實(shí)際上含水量增加一點(diǎn)，塌落度成倍增加。例如含水量為100％時(shí)，塌落度為25mm。當(dāng)含水量增加1％，塌落度可達(dá)到50mm。塌落度參照標(biāo)準(zhǔn)混凝土塌落度試驗(yàn)要求，我國(guó)規(guī)定塌落度為25～75mm。3.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制壓密注漿形成漿泡后，其半徑隨著注漿壓力的增大而增大。當(dāng)漿泡的水平投影面積與注漿壓力之乘積（即上抬力）足以將上覆土層抬起時(shí)，注漿壓力不再升高，應(yīng)停止注漿。對(duì)給定的上覆土層厚度而言，導(dǎo)致上抬所需之注漿壓力與漿泡半徑或水平投影面積有關(guān)。曲線I和曲線Ⅱ的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力就是該注漿點(diǎn)的上抬壓力:它隨著上覆土層的厚度、地基剛度的增加而增加，而地基土的剛度又與土類型、密實(shí)度、含水量及注漿速率有關(guān)。3.3.2壓密注