注浆工艺方法.doc

第一节 注浆模式一、静压注浆静压注浆（也称为灌浆） 按灌浆理论可分为渗透灌浆、 劈裂灌浆和压密灌浆三 种 1 ）渗透灌浆 渗透灌浆是指在压力作用下，浆液填充土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙和裂隙 中的水和气体，而基本上不改变土和岩石的结构和体积，所用压力相对较小渗透灌浆一般只 使用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石，这种渗透注浆是建筑上最常适用的一种注浆类型 具有代表性的渗透灌浆理论有球形扩散理论和柱形扩散理论 2 ）劈裂灌浆 劈裂灌浆是指在压力作用下，将浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和 土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙开， 或形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和扩散半径增大，而所用的压力相对较大注浆压力的 选用应根据土质及其埋深确定 3 ）压密灌浆 压密灌浆是指通过钻孔在土中注入极浓的浆液，在注浆点使土体压密，在注浆管端部 形成浆泡，浆泡一般为球形或圆柱形随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地 面抬动，常用此法调整地基的不均匀沉降研究表明，向外扩的浆泡在土体中引起复杂的径向 和切向应力体系紧靠浆泡处土体遭到严重破坏和剪切，并形成塑性变形区；离浆泡较远的土 体则基本上发生弹性变形。

压密灌浆常用于中砂地层和有适宜排水条件的粘土层实践证明，几种灌浆机理在实际施工中有可能单独发生，也有可能两种或两种以上同 时发生严格地说，纯粹的渗透灌浆仅发生在极其特殊的情况下，而实际施工中往往会伴随劈 裂、压密等作用二、喷射注浆 喷射注浆比常规注浆体现了更大的优越性，利用喷射注浆可形成经济型的防渗帷幕注浆从底部向上进行，水和空气在非常高的压力下从彼此隔开的精密喷嘴中喷射出，在高压射 流作用下，土层颗粒与注浆材料混合，形成复合体目前处理深度已经成功地超过 40m 喷射注浆有三种方法，即圆柱注浆、嵌板注浆和翼板注浆圆柱注浆是喷射管上升、 回转的同时形成圆柱，通过圆柱的部分重叠就能产生一个屏障嵌板注浆是当喷浆管上升时喷 射，但只在垂直面，互相连接的嵌板形成具有低渗透率的隔离翼板注浆使用两个喷嘴，但不 回转，可形成一个扇形注浆区譬如旋喷桩法（日本称 CCP 工法）是应用钻机将钻杆下端装有 特殊喷嘴的钻头钻到预定深度后，用高压泵把配制好的浆液通过钻杆经由喷嘴转换成高压高速 射流，将土颗粒切削破坏，浆液和土颗粒混合，并逐渐凝固和硬化钻杆以一定速度旋转和提 升，同时喷射浆液，从而在土层中形成圆柱固结体——旋喷桩。

三、爆破注浆 爆破注浆是用炸药在注浆孔中爆破，使岩层增加网状裂隙并沟通原有裂隙，以增大 浆液的扩散半径，实现少孔注浆，提高堵水效果这种新工艺由美国首先研究成功它适用于 岩层裂隙不发育，有足够强度的脆性岩石四、电动化学注浆如果土层的渗透系数小于 10 -4 cm /s ，只靠一般的静压力难于使浆液注入土的空 隙，此时用电渗透法比较有效电动化学注浆就是把带孔的注浆管作为阳极，一定距离的滤水 管作为阴极，将注浆液从阳极压入土中，并通以直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴 极，促使通电区域中的含水量降低，并形成渗流通道，浆液也随之流入土的孔隙中，并在土中 凝结硬化第二节 注浆液性能及其设计以改良地基为目的，在地基中注入的材料称为注浆材料，广义上讲，凡是一种流体在 一定条件下可以变为固体的物质，均可作为注浆材料随着生产的发展，工程的需要，近年来 出现不少比较理想的注浆材料， 供不同地质条件下选用 原材料包括主剂 （可能是一种或几种） 和助剂（可能没有，也可能是一种或几种），助剂可根据它在浆液中的作用，分为固化剂、催 化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等注浆材料品种很多，性能也各不相同，但是作为注浆材料，应有一些共同的性质，一 种理想的注浆材料，应该满足以下要求：（ 1 ）浆液粘度低、流动性好、可注性好，能够进入细小缝隙和粉细砂层；（ 2 ）浆液凝固时间能够在几秒至几小时任意调节，并能准确控制；（ 3 ）浆液固化时体积不收缩，能牢固粘结砂石；（ 4 ）浆液结石率高，强度大；（ 5 ）浆液无毒、无臭，不污染环境，对人体无害，属非易燃、易爆物品。

最早用于注浆的材料，是石灰和粘土 1864 年开始使用水泥注浆它们均是颗粒性 材料，难于充填细小裂隙和充塞砂层水泥浆液凝结时间长 1900 年荷兰采矿工程师尤斯登 发明了水玻璃—氯化钙溶液，这是化学注浆的开始20 世纪 50 年代，美国发明以丙烯酰胺为主剂的有机化学注浆材料 AM-9 其凝固时 间可准确控制这是发展注浆材料的重要飞跃我国于 1965 年前，基本采用单液水泥注浆法 1964 年研制成功 MG-646 新型化学 浆液， 1967 年研制成功水泥—水玻璃双液注浆法它同时具备水泥浆和化学浆液的优点（水 泥浆的强度，水玻璃的渗透性），又使两者的短处减小到不妨碍实用的程度，是一种各得其所 的浆液注浆材料从 19 世纪初的原始材料开始到当今的有机高分子化合物浆液，前后经历了170 多年的历史，发展了近百种浆液材料各种浆液各有特点及其适用围虽然化学浆液较之 水泥浆液更理想，扩大了注浆法应用围，但无论国或国外，化学浆液都比水泥浆液成本高、货 源少所以，现在水泥仍然是注浆的主要材料水泥浆的主要缺点是颗粒问题，因为颗粒大，难以注入细小裂隙和空隙针对此问题， 一方面可以减小水泥粒度，采用超细水泥，国外一般注浆用的水泥细度为 5000cm 2 /g ，有的达到10 000 〜27 000cm 2 /g ，使其能注入0.05 〜0 .09mm 的裂隙。

另一方面可预先用 化学浆液处理受注岩层，降低表面力，起润滑作用，使水泥易于注入使用的化学溶液有水玻 璃、苛性钠等改进水泥性能， 应致力于寻找新的水泥添加剂， 研究出更好的水泥浆 英国 GEOSEAL-Z 型水泥添加剂，使水泥具有速凝、不沉淀、不收缩的作用水泥浆中加入这种添加剂，使浆液 产生奶油状粘性，水泥颗粒保持悬浮，无水析出，固结体强度均匀，体积不缩，保证饱满地充 填裂隙美国在水泥浆中加入一种高分子物质和某些金属盐作为添加剂，使水泥具有触变性，即 在搅拌或泵注条件下，具有流动性，而当停止搅拌或泵注一段时间后，浆液粘度大幅度增加， 变成不流动注浆材料分类方法很多，按浆液所处的状态分为真溶液、悬浮液和乳化液；按工艺性 质，可分为单浆液和双浆液；按浆液颗粒可分为粒状浆液和化学浆液；按浆液主剂性质可分为 无机系列和有机系列两大类（图 8-1 ）「水匹泉液水梃粘土浆液厂托机系列水泥一水破畤浆戒■硅嚴盐类浆液图8-1注浆材料分类一、浆液的性能1、浆液的渗入能力（1 ）基本概念浆液的渗入性是指浆液渗入缝隙中的能力，渗入性越好，浆液在一定压力下的扩散 距离就越大，或者只需用较小的灌浆压力就能把浆液输送至预定的距离。

浆液的渗入能力受尺寸效应及流变效应的控制， 但随所用灌浆原理和浆材品种的不同， 控制因素又分为下述几种情况：① 渗入性灌浆当采用粒状浆材时，材料颗粒尺寸越小和浆液流动性越好， 浆液渗入能力就越 高；② 渗入性灌浆当采用真溶液化学浆材时，浆液的渗入能力仅受浆液流动性的影响；③ 劈裂灌浆也受上述规律的制约，但因被灌缝隙的尺寸和形式可能在灌浆过程中发生变 化，故尺寸效应和流变效应的影响比较复杂2 ）颗粒细度的影响从尺寸效应出发，浆材颗粒的细度越高，渗入能力就越强但细度越高，其比表面 积也越大，在相同时间颗粒的水化程度和絮凝程度就越快，从而导致浆液变稠，粘度增加这 就说明，颗粒细度将导致相对矛盾的两种效果，如果处理不当，对渗入能力和灌浆效果将造成 不利的影响3 ）流动性维持能力浆液的粘度在凝结前维持不变，就能使浆液在灌浆过程中维持同样的渗入能力，然 而除少数几种浆液如丙凝外，大多数浆液的流动性都随时间而变小，即浆液的粘度随时间而增 加，在理论计算中把浆液粘度视为常数将使计算结果出现误差另外，在灌浆过程中，由于浆液受搅拌和摩擦等作用，其粘度变化将更明显，例如把水 泥浆连续搅拌和循环，浆液即逐渐变稠，出现“回浓”现象，粘度也大大增加。

4 ）特殊条件一般情况下，浆液渗入能力越强越有利于灌浆，但在某些特殊条件下，高渗入能力 反而不利，在大孔隙地层中灌浆时，往往要采用流动性和维持能力较差的浆液，才能提高灌浆 质量和降低施工成本在地下水流速较大的地层，除采用上述浆液外，还常需采取两项措施： 其一，掺入促进剂以加速浆液的凝固过程；其二，若地层孔隙较大，还要在地层中投入石块或 级配砂石料，才能实现预期的灌浆目的2、浆液的稳定性对于化学浆材，稳定性是指它在常温常压下存放时，是否会发生强烈的化学反应和改 变其基本性质对于粒状浆材，除化学稳定性，尚包含下面两个意义 1 ）颗粒沉淀分层性 水泥浆和水泥砂浆等是一种不稳定的悬浮体系，其颗粒极易在水溶液中沉淀分层，粘土 浆则是比较稳定的悬浮体系，有些高塑性粘土和膨润土甚至能用较低的浓度制成稳定性很高的 浆液，粘土水泥混合浆的稳定性介于上两种浆液之间在灌浆过程中，当浆液在缝隙中的流动速度减慢或完全终止流动，以及搅浆机因故暂 停工作时，粒状浆材的颗粒将发生沉淀分层，使浆液的均匀性降低，流动性变坏或完全丧失 因此，稳定性较差的浆液可能带来下述对灌浆工程极为不利的后果：颗粒沉积后使浆体底部的 密度变为最大，上部最小，结石强度亦按此规律分布；易造成包括灌浆机具管路和地层缝隙等 灌浆通道的堵塞，尤其是在卵砾石地层，由于孔隙纵横交错和凹凸不平，不稳定浆液很容易将 某些渗流断面缩小或填满， 通道被堵塞后，将导致灌浆过程的过早结束，或者要采取特殊措施 如用水冲洗通道或施加更大的灌浆压力，才能恢复正常的灌浆。

2 ）析水性 随着固体颗粒的下沉，浆液中的水将被析出并向浆液顶端上升，这种析水机理可用斯脱克 定律表达如下：（ 8-1 ）式中：q ——起始析水速度；d m——悬液中水泥颗粒的当量圆球直径； v ―-水的运动粘度； p c ――水泥的密度； p w ――水的密度； W ――浆液的水灰比， W=1从式（ 8-1 ）可以看出，浆液水灰比是影响析水率的主要因素，研究证明，当水灰比 为 1.0 时，水泥浆的最终析水率可高达 20% 由于浆液析出，也可能造成下述几种后果：① 由于析水与颗粒沉淀现象是伴生的，所以析水的结果也将导致浆液流动性变差，造 成机具和灌浆通道的堵塞，并使结石强度均匀性降低② 若析水作用发生在灌浆结束之后，则可能在灌浆体的顶部造成空穴，如不进行补灌,将使灌浆效果降低 但是，由于水泥颗粒凝结所需的水灰比仅为 0.25〜0.45 ，大大小于灌浆时所用的水灰比，因而只有把多余水分尽量排走，才能使灌浆体获得必要的强度沉淀析水也是渗入 性灌浆的一种理论依据因此，如果析水现象发生在适当的时刻且有浆液补充由析水形成的空 隙，则浆液的析水现象不但无害，甚至是必需的3、 结石率结石率是指浆液凝固后结石体积 V s 与浆液最初体积 V 0 之比，以百分数表示。

如果结石率大于 1 ，则结石体膨胀；如果结石率小于 1 ，则结石体收缩在强度指标得到满 足的条件下，结石率越高，加固效果就越好，然而由于种种原因，不少浆材都难以达到理想的 结石率 1 ）析水沉淀析水沉淀现象是导致结石率降低的重要原因之一，这里不再赘述降低浆液含水量 和在浆液中掺入高塑性粘土等，可减少这种不利影响 2 ）体积收缩 有些浆液例如丙凝，因含水量太多，凝固后若处于干燥条件下，凝胶将产生不同程度 的收缩虽然干缩后再浸水又会使凝胶膨胀，但在体积变化过程中可能在凝胶体产生裂缝因 此，这类浆。