第9章 灌浆法

木质磺酸钙
去垢荆 松香树脂 铝粉 饱和盐水 纤维索
0.2～0.3
0.05 0.1～0.2 0.005～0.02 30～60 0.2～0.3 产生空气 产生约10%的空气 约膨胀15% 约膨胀1%
膨胀剂
防析水剂
2.化学浆材
化学浆液是一种真溶液，其优点是可以进入水泥浆液不
能灌注的小孔隙，粘度和凝固时间可以在很大范围内调
过采用活性稀释剂和优选各种外加剂改良其性能后，浆液
的粘度虽然大大降低了，但其仍能保持高强特性，使之能 灌注和加固混凝土结构的细微裂隙、基岩的细裂隙和断层
破碎带等低渗透性地层，并解决了水下和低温固化问题。
改性环氧树酯材料为无毒或低毒。 有些改性的环氧树酯浆材增加了与粘土颗粒表面的亲和力， 具有一定的吸渗能力，可使薄层粘性土和泥化夹层固化。
9.2、浆液材料(p128)
灌浆浆液是由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）以及 外加剂混合而形成的浆液。通常所提的浆液材料，是指浆液 中所用的主剂。外加剂可根据其在浆液中所起的作用，分为 固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。 浆液材料按原材料和浆液特性分类，通常可如下图所示(p129 的图9-1)：
粒状浆液的主要性质包括：分散度、沉淀析水性、凝结性、热学性、收缩性、结 石强度、渗透性和耐久性。


①.分散度
它是影响可灌性的主要因素，一般分散度越高，可灌性就越好。分散度也将影响 到浆液和灌浆结石的物理力学性质。


②.沉淀析水性
是指在浆液搅拌过程中，水泥颗粒处于分散和悬浮于水中的状态，但当浆液制成 和停止搅拌时，除非浆液极为浓稠，否则水泥颗粒将在重力作用下沉淀，并使水 向浆液顶端上升。

压密灌浆法可用于非饱和和土体和含有孔隙的松散土。它可用来调整不均 匀沉降进行托换技术施工，以及在大开挖或隧道开挖时对邻近土体进行加 固。但是当加固深度小于1～2m时，加固的质量很难保证，除非其上原有 建筑物能提供制约。
4.电动化学灌浆 当地基土的渗透系数小于10-4cm/s，靠静压难以将浆液压入土体孔隙时， 需要采用电渗作用使浆液进入土体孔隙中。 电动化学灌浆是指在施工时将带孔的注浆管作为阳极，用滤水管作为阴极， 将溶液由阳极压入土中，并通以直流电（两电极间电压梯度一般采用0.3～ 1.0V/cm），在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使通电区域中土的 含水量降低，并形成渗浆通路，化学浆液也随之流入土的孔隙中，并在土 中硬结。因而电动化学灌浆是在电渗排水和灌浆法的基础上发展起来的一 种加固方法。
国内研究表明，丙凝单体是有毒的，而聚合后的凝胶体是
无毒的，只要聚合完全就不会污染环境，并且研制成AC－
MS浆材，其性能与AM－9相当，而毒性仅为AM－9的1%。另 外，试验证明了丙凝胶体在细孔隙中可抵抗数百的水力比 降而不被挤出，而在粗孔隙中则很容易挤出，且在水压下 极不稳定，从而论证了丙凝防水帷幕的稳定性。
整，可用于堵漏、加固等领域。 化学浆液已经在国内外得到了广泛应用，解决了不少工
程难题，在理论和实践上都有很大的进步。
化学浆液的品种很多，包括环氧树酯类、聚氨酯类、
丙烯酰胺类、甲基丙烯酸脂类、硅酸盐类和木质
索类等，以下只介绍几种常用的化学浆材。
(1)．环氢树酯类
环氧树酯类浆材是工程中较早采用的高强度化学材料。经
这类浆材国外叫AM－9，国内习惯称之为丙凝，由主剂丙烯 酰胺、引发剂过硫酸氮（简称AP）、促进剂β－二甲氨基丙 腈（简称DAP）和缓凝剂铁氰化钾（简称KFe）等组成。 丙凝浆液属于真溶液，其粘度与水相似，浆液的凝结时间可 以在瞬间至几个小时内精确地调整，且凝结过程中几乎不会 受到水和空气的干扰，凝结后几分钟即可达到极限强度。 浆液凝固后的耐久性和稳定性良好，且凝胶本身基本上不透 水（渗透系数约为1×10-9cm/s），可用于永久性灌浆工程， 在国内外较早得到广泛应用。但由于凝胶体抗压强度低，干 缩较大，而且曾因发生AM－9中毒事件，国外曾经一度禁止 使用。
加固目的有以下几方面(p127)：
1. 增加地基土的不透水性。防止流砂、钢板桩渗水、坝 基漏水和隧道开挖时涌水，以及改善地下工程的开挖 条件； 2. 防止桥墩和边坡护岸的冲刷； 3. 整治坍方滑坡，处理路基病害；
4. 提高地基土的承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降；
5. 进行托换技术，对古建筑的地基加固。
(4)．硅酸盐类
硅酸盐（水玻璃）是一种无机胶凝材料，创始于1887
年，具有价格低廉，无毒性和可灌性好等优点，目前
仍在广泛应用。其主剂是水玻璃，与无机胶凝剂（如 氯化钙、磷酸、硫酸铝、盐酸等）或有机胶凝剂（如 乙二醛、醋酸乙酯、甲酰胺等）反应生成硅胶，起加 固作用。
(5)．水玻璃水泥浆类
该类浆液由水玻璃溶液与水泥浆混合而成，它兼有
水泥浆的水灰比一般在0.6～2.0之间。常用的水灰比是1：1。
为了调节水泥浆的性能，有时可加入速凝剂或缓凝剂等附加 剂。
水玻璃和氯化钙就是常用的速凝剂，其用量为水泥重量的 （1～2）％； 常用的缓凝剂有木质素磺酸钙和酒石酸，其用量约为水泥重 量的（0.2～0.5）％。
（1）.粒状浆液的主要性质(p128-129)
第9章
灌 浆 法
9.1 概述
（一）、基本概念
灌浆法指利用液压、气压或电化学原理，通过注
浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液通过填充、 渗透和挤密等方式，赶走土体颗粒间或岩石裂隙 中的水气后占据其位臵，硬化后形成一个结构新、 强度大、防水性能高和化学稳定性良好的结石体。
（二）、灌浆法应用范围
灌浆法在我国煤炭、冶金、水电、建筑、交通和铁道等部门都进行 了广泛的使用，并取得了良好的效果。 灌浆法的应用范围包括以下几个方面： 1. 地铁的灌浆加固。用来减少施工时地面的变形，限制地下水的流动 和控制施工现场土体的位移和变形等。 2. 坝基砂砾石灌浆。可作为坝基的有效防渗措施。 3. 对钻孔灌注桩的两侧和底部进行灌浆。以提高桩与土之间的表面摩 阻力和桩端土体的力学强度。 4. 后拉锚杆灌浆。在深基坑开挖工程中，用灌浆法进行锚固段施工。 5. 竖井灌浆。用以处理流砂和不稳定地层。 6. 隧洞大塌方灌浆加固。 7. 建筑物的纠偏加固。 8. 加固桥索支座岩石。 9. 混凝土结构裂缝处理、蓄水池及压力管道堵漏等。
的相互作用力，提高材料的韧性。
② 稀释剂。常用的为丙酮和二甲苯等，其中丙酮的稀释效果最 好，用以降低预聚体或浆液的粘度，提高浆液的可灌性。 ③ 表面活性剂。一般采用吐温和硅油等，用以提高泡沫的稳定 性和改善泡沫的结构。
④ 催化剂。常用三乙醇胺和三乙胺等，用以加速浆液与水的反
应速度，并控制发泡时间。
(3)．丙烯酰胺类
1.粒状浆材（悬液）
粒状浆材是指由水泥、粘土、沥青以及它们的混合物制成的
浆液。
常用的粒状浆材是纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥砂浆，以上 浆液又称水泥基浆液，并可掺入各种外加剂，以改善浆液的
性质。
水泥基浆液是以水泥浆为主的浆液。采用水泥灌浆可使土体 形成高强度的固结体，应用最广的是普通硅酸盐水泥，在地 下水无侵蚀性条件下经常使用。 这种浆液是一种悬浊液，取材容易，配方简单、价格便宜、
1).聚氨酯浆材的特点
① 浆液粘度低，可灌性好，结石有较高强度，可与水泥浆
材相结合，构建高标准的防渗帷幕；
② 浆液遇水反应，可用于动水条件下的堵漏； ③ 安全可靠，不污染环境； ④ 耐久性好； ⑤ 操作简单，经济效益高。
2).聚氨酯类中的外加剂有以下几种：
① 增塑剂。常用的为邻苯二甲酸二丁酯等，用以降低大分子间
两种浆材的优点，凝胶时间可在几秒到几十分钟内
准确控制，也是一种用途广泛、使用效果良好的灌
浆材料，结石率可高达98%以上，而且结石强度也
较高。
(6)．木质素类
木质素类浆液的主剂是纸浆废液，再加入一定量的固化剂，
因此属于“三废利用“，其来源广，价格低，是一种很有发
展前途的注浆材料。 木质素浆液目前包括铬木素浆液和硫木素浆液。前者出现较 早，其固化剂是重铬酸钠，该浆液含有的6价铬离子是剧毒 物质，有可能污染地下水，因此其应用受到限制。国内有关

制备好的粒状浆液应保持悬液状态，不应产生沉淀析水而使颗粒沉淀分层，堵塞渗
浆通道，使灌浆过程过早结束；或者降低灌浆结石的均匀性，在灌浆体中形成空隙， 使土体难以被充填密实。

粘土由于分散度高和亲水性好，因而加入粘土、膨润土等外加剂于浆液中，可使其
稳定性大大提高。
但加入粘土后将使结石强度降低，因此它只能用于防渗而不能作为加固浆材。
不污染环境。
在灌注较大空隙和裂隙时，常常在水泥浆液中掺砂（水泥砂 浆），以节约水泥，并更好地充填空隙。 当浆液中加入一定数量的粘土后，由于粘土本身是高分散性的， 所以可提高浆液的稳定性，防止浆液沉淀和析水。
由于常用的水泥颗粒较粗，一般只能灌注直径大于0.2mm的孔
隙。所以，选择浆液材料应满足对地基土的可灌性。 浆材的适用条件可采用“可灌比”可灌比MM=D15/d85式中 D15为砂砾石层的颗粒级配曲线上含量为15%的粒径，mm； d85为灌注材料的颗粒级配曲线上含量为85%的粒径,mm。 一般可灌比值M≥5~10
（2）.附加剂(p130的表9-2)
为了改善水泥浆液的性能，以适应不同的灌浆目的和自然 条件，常在水泥浆液中掺入各种附加剂
名称 速凝剂 试 剂 氯化钙 硅酸钠 铝酸钠 木质磺酸钙 缓凝剂 酒石酸 糖 流动剂 加气剂 掺量占水泥重（%） 1～2 0.5～3 0.2～0.5 0.1～0.5 0.1～0.5 亦增加流动性 说明 加速凝结和硬化 加速凝结
(2)．聚氨酯类
聚氨酯是采用多异氰酸酯和聚醚树酯等作为主要原 材料，再加入各种外加剂配制而成的浆液。将其灌 入地层后，遇水即反应生成聚氨酯泡沫体，起加固 地基和防渗堵漏等作用。 聚氨酯类浆材有水溶性和非水溶性两类，前者强度 较低，但遇水后体积膨胀，有良好的防渗性能；后 者只能溶于有机溶剂，也是良好的防渗材料。 目前在土木工程领域中用得比较广泛的是非水溶性 聚氨酯，其中又以“二步法”所制的浆液为最好， 该法又称预聚法。它是把主剂先合成为聚氨酯的低 聚物（预聚体），然后再把预聚体和外加剂按需要 配成浆液。
（三）、灌浆法的分类(p132)
根据加固原理分为：1渗透灌浆、2劈裂灌浆、 3.压密 灌浆、4.电动化学灌浆、 1.渗透灌浆 渗透灌浆是指在压力作用下，使浆液充填于土的孔隙和岩 石裂隙中，将孔隙中存在的自由水和气体排挤出去，而基 本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力性土和有裂隙的岩石。
③.凝结性
浆液的凝结过程分为两个阶段： A. 浆液的流动性减少到不能泵送时的初期阶段； B. 凝结后浆液随时间而逐渐硬化的阶段。研究表明，水 泥浆的初凝时间一般在2～4小时，粘土水泥浆更慢， 所需时间更长。
④.浆液的热学性和收缩性。 ⑤.结石强度
影响结石强度的因素主要包括：浆液的起始水灰比、 结石的孔隙率、水泥的品种及掺合料等，其中以浆液 浓度最为重要。
对砂性土的灌浆处理大都属于这种机理。
2.劈裂灌浆 劈裂灌浆是指在压力作用下，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，使地层中原有 的裂隙和孔隙张开，形成新的裂隙和孔隙，促使浆液的可灌 性和扩散距离增大，故所用灌浆压力较高。（图9-2） 3.压密灌浆 压密灌浆是指用于较高的压力灌入极浓浆液，使粘性土体变 形后在灌浆管端部附近形成“浆泡”（图9-3），由浆泡挤 压土体，并向上传递反压力，从而使地层上抬，硬化的浆液 混合物是一个坚固的压缩性很小的球体
⑥.渗透性 结石的渗透性也与浆液起始水灰比、水泥含量及养护龄期 等一系列因素有关。不论纯水泥浆还是粘土水泥浆，其渗 透性都很小。
⑦. 耐久性
水泥结石在正常条件下是耐久的，但若灌浆体长期受水压 力作用，则可能使结石破坏。纯水泥浆的帷幕还存在溶蚀 问题，特别是当地下水有侵蚀性时，其溶蚀作用更强．掺 加粘土可以提高其抗溶蚀的能力。有侵蚀性地下水存在时， 宜根据具体情况选用矿渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸盐水 泥或高铝水泥等品种，以延长灌浆体的寿命。此外，结石 的密度越大，则透水性越小，灌浆体的寿命也越长。