岩体力学性质改善之注浆

自新石器时代起，人类就已经对岩土体的物理性质问题有了朦胧的认识，但只有到近现代人类建立了岩土工程理论，方才使岩土工程成为一门学科。如何改善岩体的力学性质，是岩土工程研究与实践的主要课题。目前改善岩体力学性质的主要方法有注浆和加固两种主要方法。

1、注浆原理

注浆就是向岩土体中灌浆对裂隙中的气体与水体进行置换，并阻止地下水的渗流和增加岩体强度。主要应用于隧道围岩、坝基、房屋地基、桥涵基础、基坑、场坪等几乎岩土工程的各个方面。

注浆一般多采用水泥浆进行，有时可掺入砂、粉土、粉煤灰等惰性填料用以降低注浆成本。有时在特定环境下也可采用水玻璃、石灰等物质进行注浆。注浆往往采用较高的压力，从而将为满足注浆需要加入的比水泥水化作用高得多的水排除，以保证浆体凝结物具有适宜的强度。但注浆应有一定注浆安全压力，防止注浆造成岩体内部破碎或地面隆起（笔者当年施时曾造成了很多地面隆起，那场景是相当的不堪）。因此，注浆工程正式实施前进行试验是必要而不可缺失的一个环节，对注浆量、注浆压力参数进行合理确定，确保后续工程的有效实施。

对于裂隙张开但没有粘土等物质充填的岩体，注浆时浆体可进入裂隙而充填裂隙，从而有效改善岩体的强度和阻止地下水的渗流；

对于狭小裂隙裂隙中充填含水量较高的粘土时，注浆往往达到改善岩体强度的理想效果，除非是在注浆前采用“冲洗”程序使裂隙中的充填物被告冲刷而排除。当然，如果只是为改善岩体的渗透性，则含有粘土的岩体很少是需要进行注浆处理的，除非是想画蛇添足。

岩体中分布有厚层粘土时，很少采用注浆的方法改善岩体的力学性质。因为“冲洗”将大量粘土带出裂隙而在水泥浆尚未充填前可能会造成岩体变形，除非采用间隔法施工和及时的注浆体回填，但这种施工难度往往相当高的。

进行深层岩体的注浆作业时，往往需要高压用以克服裂隙中的水压力，使岩体裂隙张开，浆液的充填凝固使张开的裂隙不再闭合，而高压形成的应力也可使结构面的抗剪强度有所提高。

2、注浆类别

注浆工艺依据处理对象可分为控制透水性能的帷幕注浆和提高强度的固结注浆两大类。

2.1、帷幕注浆

任何岩体都具有一定的渗透性，这种渗透性包括岩石的原生渗透性和岩体裂隙中的次生渗透性两部分。其中岩石的原生渗透性除了砂岩外往往是可以忽略的，岩体的次生渗透性主要指裂隙的透水能力。在工程实践中，只要原状的岩体或工程处理后的岩体渗透性满足人类生产生活需要，就认为是不透水的。

帷幕注浆往往采用多排梅花型布置注浆孔，通过注浆工艺形成一个具有一定深度、长度、宽度的低渗透的墙体，用以封闭岩体中的裂隙。帷幕注浆往往需要通过注浆前后的岩体中的地下水渗透能力类比证明工程注浆效果，或通过注浆前后的压水试验来检验工程的注浆效果。帷幕注浆量可通过注浆试验或单排帷幕注浆总耗浆量与大范围固结注浆总量相比而得出。

2.2、固结注浆

有些岩体需要有满足工程需要的强度，注浆固结可有效改善岩体的粘聚力和内摩擦角，尤其是对岩体中的软弱带的强化可有效降低岩体力学性质的各向异性，以及岩体开挖时形成的卸荷、震动等损伤。

固结注浆多采用大范围网格状布置注浆孔，孔间距和处治深度取决于岩体的性质、工程对象需要。固结注浆往往通过弹性模量的变化进行判定。动弹性模量测定通常采用小药量地表或适当孔深的爆破测定，局部试验可通过锤击测定；静弹性模量测定通过承载板试验、钻孔变形测量、原位大剪试验等进行测定。但在试验中应考虑注浆前的试验可能使岩体已发生的塑性变形和试验加载速度对弹性模量的影响。