岩土施工中泥浆类比及注桨法的作用

　　摘要：本文通过对常用材料泥桨的广泛用途，及其必不可缺的重要作用，从而引出注桨技术，就其在岩土施工工程中的应用及作用入手进行详细分析，以便合理运用。
　　关键词：泥浆；分类；注桨法；施工；应用；作用
　　前言
　　虽然随着国内施工方法及工艺的不断改进,不断提高，但泥浆在岩土工程施工中仍然扮演着重要的作用。现在的造浆材料已不仅限于传统的粘土和水，随着作浆材料成分及比例的不断改变，工程中的许多问题都得到了很好的解决。而且直到今天，泥浆这种似乎并不太引起大多数人注意的材料，并没有被淘汰，反而应用范围更大更广。泥浆的作用主要是在钻孔灌注桩施工中的泥浆护壁，以及在地下连续墙、沉井法施工或盾构法施工中都要用到泥浆。注浆法作为一种重要的岩土工程施工方法,随着国家大规模进行水库江河堤坝整治和地质灾害治理，注浆法得到广泛应用，其技术方法和材料应用不断得到完善。
　　一、泥浆的特性
　　（1）泥浆是一种较为容易得到的材料
　　因为我们生活在地球表面，岩石风化形成土壤，因此，与其他材料相比，无论从来源还是价格上讲，泥浆都具有很好的先天条件。
　　（2）物理和化学性能稳定
　　将泥浆静置相当时间其性质不发生变化，不因重力的作用而沉淀。也不因与水泥、海水等异物混入而受到污染。
　　（3）泥浆是一种比重可以调节的材料
　　比重大对护壁、对土渣的浮托作用有利，但比重大会使泵的能力不足或防碍混凝土置换。我们通过调节泥浆组成材料比例关系可以控制泥浆达到适当的比重。
　　（4）良好的触变性
　　当泥浆处于动态即流动状态时阻力很小，而当施工停止时泥浆又能很快凝聚成凝胶状，避免浆中砂粒迅速下沉，同时渗入孔壁中的泥浆能迅速固结，以维持孔壁稳定。这样在施工中就不会因为时间担搁而造成不必要的损失。
　　（5）隔离作用
　　处于护壁状态时，孔壁上会形成薄而韧的泥皮，从而隔离孔内水与周围地层水的联系，更好的维护孔壁的稳定。
　　（6）清洗作用
　　与其他洗井介质如清水、空气及空气泡沫相比，泥浆可广泛应用在任何地质条件下。
　　（7）可反复利用
　　针对泥浆的这些独有特性，可以说今后相当长一段时间，泥浆都不会为别的材料所替代。
　　二、泥浆分类及配比
　　国内外大多根据泥浆的主要处理剂成分、关键特性或特殊用途等来对泥浆进行命名分类。如：腐植酸类泥浆、聚合物泥浆、木质素磺酸盐泥浆、抑制性泥浆、充气泡沫泥浆、非水基泥浆、饱和盐水泥浆、混油润滑泥浆、地热井和深井泥浆、石油天然气完井泥浆、小口径金刚石钻进泥浆、基桩钻孔循环泥浆、地下墙槽壁稳定泥浆等。施工中常见的泥浆种类包括有粘土泥浆、膨润土泥浆、CMC泥浆、聚合物泥浆等。泥浆配比应该根据地基条件、施工机械等各种条件不同来具体确定，根据这些条件选定基本配比而后再作泥浆制备试验和修正配比。
　　我们在选基本配比时可参照表1
　　
　　三、泥浆在岩土工程施工过程中的重要作用
　　（1）护壁、固壁、防渗作用
　　应用：在钻（冲）孔灌注桩施工中，孔内泥浆侧压力高于孔外水、土压力，防止坍孔。泥浆流向地层，在孔壁形成泥皮，逐渐变密增厚，起到了加固孔壁的作用。泥皮还可以隔离孔内水与周围地层水的联系，起到防渗作用，更好的维护孔壁的稳定。此种机理同样适用与地下连续墙的开槽以及盾构法施工过程中。
　　（2）减阻助沉作用
　　应用：沉井法施工过程中，设置泥浆润滑套，减小下沉阻力。同时可使井壁做薄，节省材料。此种机理也适用于顶管法施工过程中，方便工程管的顶进。
　　（3）清洗、浮渣、携渣作用
　　不使土渣留在井（槽）底，为后续工作提供保证，从而保证施工质量，提高效率。应用：在特殊凿井钻井法施工中，利用循环流动的泥浆及时清除井底被刀具破碎了的岩渣，将之排出井口（洗井）。而且，提高泥浆喷出压力，冲击地层，有利于岩层破碎。
　　（4）冷却润滑施工机具
　　在施工过程中不停冲击岩石，温度升高，通过泥浆使之降温，起到冷却和润滑作用。
　　（5）工程实例：
　　广西某市的国际商务公寓楼设计楼高为35层，设置一层地下室，采用的结构形式为框架剪力墙结构，基础采用冲孔桩基础。根据勘察资料揭露，场地由人工填土、红粘土和下伏白云质灰岩组成。其中红粘土层有10~20米厚，下伏白云质灰岩持力层埋深有15~20米。在冲孔桩施工时，综合考虑到现场的地质条件，利用红粘土层做造浆材料。既因地制宜利用大自然的资源，又节省了施工成本，且红粘土造的施工用泥浆质量较好，不用补充其它材料，在顺利完成该项目冲孔桩施工中，起到了较大的作用，取得了较好的经济较益。随着国家经济的发展，高层建筑不断的涌现，钻（冲）桩基础的应用越来越广泛，泥浆在施工的作用也越来越大。
　　四、注浆法
　　岩土工程中注浆法作为一种与之配套的辅助施工方法,扮演着重要的角色。注浆法在岩土工程施工中的重要作用及各种注浆方法的特点作总结。
　　所谓注浆,一般原理就是利用液压、气压和电渗方法等方法将浆液注入介质中,待其凝固后形成结石体,提高介质强度和稳定性,达到防渗、防水效果。注浆时,应该合理选择注浆孔的数目和位置。这两个指标对注浆效果、注浆时间和注浆成本影响很大。在地质条件较为复杂,比如断层区、裂隙发育区或者是地下水流速很大的倾斜岩层地带,注浆孔应该作不等距布置。同时,应该详细探明含水层的埋藏深度,注浆孔深度穿过含水层,由此才能保证施工时有效的封堵含水层。
　　（1）注浆材料
　　当今注浆材料品种很多,可分为无机系和有机系2个类别,但各种注浆施工工程还是以水泥浆液为主要材料。
　　（2）注浆分类及方法比较
　　①按注浆工作和地下工程掘砌先后时间次序进行分类,分为预注浆法和后注浆法。
　　预注浆法是在施工前或在地下工程掘进到含水层之前进行的注浆工程。主要特点是改善施工条件,提高效率和增加施工的安全性。
　　后注浆法是在地下工程掘砌之后所进行的注浆工作。作用是可以有效抑制地下建筑周围涌水和渗水,同时起到加强永久支护的作用。
　　②根据注浆目的和岩土性质,注浆方法应用较为广泛的有渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆、充填注浆等。事实上,这4种作用在注浆时一般都会同时出现,只是在不同情况下具体以何种作用为主而已。
　　a.渗透注浆。多适用渗透系数大于10cm/s~4cm/s砂性土质,颗粒之间孔隙大,利用较小的注浆压力小,在颗粒之间渗透凝结从而达到施工目的。该种注浆基本上不会破坏受注岩土结构与颗粒排列。
　　b.劈裂注浆。用于土的渗透系数小于10cm/s~4cm/s且强度不高的软土。浆液在较小的土颗粒孔隙间流动较为困难,利用高压加宽裂隙,促进浆液沿裂隙压入土中,加固后的土中形成浆液凝固成的网络骨架,提高了整个土体的强度。这种注浆结果改变了岩土原有结构。
　　c.压密注浆。主要对岩土起压密作用。利用压力下的极浓浆液使土体压密,减小孔隙比,增加抗变形能力,提高其强度。一般注入速度较慢。
　　d.充填注浆。主要用来充填和稳定自然孔洞和废旧的矿井空间等。
　　③在不同性质的介质中注浆施工
　　a.在存在裂隙的岩层中注浆。先钻孔、冲洗钻屑,再进行压水试验以获得该岩层渗透性资料,然后灌注浆液。
　　如果采用孔口封闭自上而下分段灌浆法,利于加固上部软弱岩层,缺点是多次重复钻孔,废浆较多。
　　如果采用注浆管管端栓塞自上而下分段灌浆法,与第一种方法比较仅仅体现在压水试验资料较为准确。
　　如果采用注浆管管端栓塞自下而上分段灌浆法,工序简单,工效较高,但在裂隙发育或软质岩层中易于串浆、冒浆,并可能岩层上抬等事故。
　　在南昆铁路所处的广西、贵州、云南等地，均为石灰岩层（喀斯特溶岩）地区，在南昆铁路路基勘察时就发现局部路段存在较多岩溶洞穴。为此在南昆铁路正式通车前进行了大规模的路基岩溶整治注浆，在不同的地质状况路段采用不同的注浆方法，或2种或多种注浆方法混合使用。
　　b.在砂性土中注浆。
　　①花管法—将下部带尖头的花管打入土中,冲去进入管中的土,然后自下而上分段拔管注浆。此法优点是不用另行钻孔,缺陷在于容易引起串浆、冒浆,而且用于较浅的砂土层。
　　②套管护壁法—边钻孔边打入套管,一直到预定深度后再下注浆管,然后分段拔套管,分段灌注各段。此法缺点是打套管较为困难,根据实际情况,常常需要在同一钻孔中采取不同直径的套管,造成施工效率降低。
　　③边钻边灌—自上而下钻一段灌一段,钻孔时可用泥浆护壁。此法缺点是容易冒浆,质量不能够得到充分保证。
　　④袖阀管法—这是比较好的方法,被广泛采用。具体是首先采用泥浆护壁形式进行钻孔,然后插入袖阀管,浇注套壳料,套壳料(粘土为主,水泥为辅)挤走泥浆并固结。灌浆时,袖阀管外面的橡皮模被冲开,使浆液迸开,套壳料进入土层。停止灌浆时橡皮膜又压紧袖阀管,防止浆液回流入管内。此法优点是用泥浆护壁代替套管护壁,较为简单。套壳料封闭了袖阀管与钻孔壁间的空间,有效防止了浆液的流窜。缺点:袖阀管难于拔出,常不能重复使用,耗管材较多;灌浆段的长度不能随时调整。
　　该类型注浆法主要应用于砂砂土类的软基处理。
　　c.粘性土的劈裂注浆。
　　粘性土钻孔注浆法是应用于江河湖海堤坝整治的重要方法，大部分堤坝的散浸、管涌和渗漏适合用堤坝劈裂灌浆防渗加固技术来处理。劈裂灌浆技术除具有设备轻便，工艺简单，容易操作，所灌浆料可以就地取材，无环境污染，效果好，造价低等优点外，更重要的特点是适应范围广，能够在不释放原坝体应力的条件下构造出竖直连续的浆体防渗帷幕，而且浆脉连通的裂缝、洞穴、水平沙层等隐患均能被浆液充填挤压密实。除浆体帷幕能起到防渗外，还能使原坝体的防渗能力得到恢复或提高。在西江流域桂平段大坑口堤坝注浆整治和西江梧州段的西堤注浆整治工程中均采用粘性土劈裂注浆法。
　　四、结束语
　　在岩土工程施工过程中，采用泥浆作为辅助材料，不仅节省体力劳动，而且提高作业效率和节省开支，具有良好的经济效益和社会效益。同时注浆技术作为辅助施工手段,不仅能够保证工程质量,而且能够增加作业的安全性,提高作业效率。我们应该充分认识到注浆法在岩土工程施工过程中的重要作用,抓住其主要特点,更好的为工程服务。