建设工程注浆法介绍

• 按工程目的分为：帷幕注浆，注浆改造，注浆堵水，井巷预注浆，管 棚支护注浆，井巷后注浆，加固注浆。
• 按水动力条件分为：静水注浆，动水注浆。
• 其它，如袖管注浆，锚索注浆等。
注浆设备器材 ——钻孔（钻机）设备
• 大口径地面钻机（直孔，定向孔） • 小口径（直孔）地面钻机 • 井下钻机
注浆设备器材 ——钻孔（钻机）设备
筑物地基加固，之后传入英国、埃及。
•
注入方法原始，浆液简单：粘土、火山灰、
生石灰。
注浆法简史
2．初级水泥浆液注浆阶段（1858—1919年） • 硅酸盐水泥出现—－1826年英国； • 1845年美国沃森第一次在溢洪道陡槽基础
下灌注水泥砂浆； • 1856—1858年英国基尼普尔，水泥注浆试
验成功； • 1864年巴洛利用水泥浆液进行隧道衬砌壁
浆
(n) (n－1) (3)
(2)
(1)
注浆顺序
方向
加固范围
后充填注浆，并用于伦敦、巴黎地铁。 • 注浆设备：在1880—1905年研制压缩空气
及压力注浆泵，水泥及注浆泵相继出现，为注 浆技术应用创造了条件。
注浆法简史
3．中级化学浆液注浆阶段（1920—1969年） • 化学注浆的开始—－1920年荷兰采矿工程师尤斯登
首次采用水玻璃、氯化钙双液双系统二次压注法，直 至20世纪40年代，一直以水玻璃为主； • 50年代以后—1969年，以美国为首研制丙烯酰铵浆 液（特点：粘度接近水，凝胶时间可任意调节）等10 余种性质各异的化学浆液。但土体加固多用水泥一水 玻璃类浆液。 • 化学注浆阶段的特点：相继产生注浆理论和工艺， 从1938年马格提出的球形扩散理论到柱状渗透理论逐 步形成渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆、复合注浆等 理论和工艺。注浆设备和检测仪器也在更新换代。
经验值：一般水泥注浆，初始流量正常为压水流量的８０
﹪；注浆结束流量，在不同性质和规模的注浆工程里有
不同要求。一般矿井预注浆是小于５０～１００Ｌ／ｍ ｉｎ。
如前图所示，正常情况下注浆流量随着注浆过程的进行而 不断地减小，直至到达注浆结束标准。
注浆工艺
注浆参数的分析计算和选择
• ４）浆液浓度：一般是指单液水泥浆的水灰比，即“水∶灰” （W∶C），或指混合浆悬浮物所占的比重。
固粒 灌浆材料
水泥 水玻璃或添加剂
粉煤灰
Na2CO3•nSiO2 作为速凝剂或双液浆 与水泥浆配合使用
满足《水工混凝土掺用粉煤灰技术 规范》，其细度应不小于水泥细度。
粘土 骨料
水泥代用材料，不同的工程目的对粘 土性能指标（塑性指数、粘粒含量、 粉粒含量、含沙量等）有不同的要求
砾石、沙子、黄豆、海带、锯末等， 适用于大空洞充填
大口径地面钻机（直孔，定向孔）
注浆设备器材 ——钻孔（钻机）设备
小口径（直孔）地面钻机
注浆设备器材 ——钻孔（钻机）设备
井下钻机
注浆设备器材 ——注浆泵
单液注浆泵（代用注浆泵即泥浆泵） 双液注浆泵
注浆设备器材
• 灰罐 • 下料器
——制浆设施
灰罐
下料 器
• 制浆池
• 搅拌机
高压输浆管
注浆泵
• 清水池
✓围岩劈裂加固：围岩经开挖，将出现破裂区、塑性区、弹性区的 应力重分布，钻注浆孔再次重分布，劈裂注浆将产生新的裂隙和导 致原裂隙扩展，并使浆液充满，与围岩凝固胶结。
堵水机理
✓注浆后，孔隙、裂隙被浆液填充，或者通过劈裂使地层密实度 提高，从而降低了地层的渗透能力，起到注浆堵水作用。
注浆原理
• 建筑建设工程注浆原理动漫图
注浆原理
注浆分类
• 按注浆压力分为：
牵涉到注浆机理的分 类多且仅在选择注浆 参数时考虑使用
静压注浆： ①充填注浆②裂隙注浆③渗透注浆④挤压（压密）注浆⑤劈 裂注浆。
高压喷射注浆：①旋转喷射注浆②定向喷射注浆。
• 按注浆材料分为：水泥单液浆，水泥-水玻璃双液浆，水泥-粘土（粉 煤灰、沙子）混合浆，化学浆液。
地下工程。 • 注浆技术――广泛应用于城市地下工程、地基、矿山、
路桥、隧道、边坡、水利等工程领域。
注浆原理
建设工程注浆系统（图）
注浆原理
建设工程注浆系统（图）
注浆原理
建设工程注浆原理（图）
半理论分析（参考流体 力学应用模拟试验）， 半工程经验总结，期待 “岩土注浆工程学”。
可在一定时间内 流动而后或沉积 凝固或化学聚合 凝固的注浆材料
《30
裂隙开度大于或等于3mm
10~30
《80
裂隙开度小于3mm
30~50
《80
复 注浆
60~100
《150
素填土
～～～～～～ ～～～～～～ 淤泥质土层
粉砂层
设计注浆 加固区域
粉质粘性土层
破碎带
实际注浆 加固区域
原状地层
全孔一次性注浆
设计注浆 加固区域
实际注浆 加固区域
分段注浆
注浆工艺
注浆方式的选择：
注浆工艺
注浆方式的选择： 全孔一次注浆/分段注浆/如何分段 ——关键是注浆段高及其划分： • 不同含水层不能一次注浆； • 同一含水层可以根据含水层渗透性结合注浆能力、浆液性质
等情况划分段高分段注浆（下表为“规范”段高数据）。
岩层破裂程度
注浆段高（m）
水泥浆或水泥-水玻璃浆
黏土水泥浆
破碎带
5~10
注浆法简史
4．现代注浆阶段（1969年至今） • 以60年代未期出现的高压喷射注浆技术为标志，使注
浆结石体由散体发展为结构体。 • 注浆材料发展——向超细水泥方向发展，逐步取代化
学浆液，减少环境污染和工程造价。 • 应用范围： • 随着工程需求而产生、发展，出现问题→解决问题→
注浆理论技术在发展 • 19世纪――桥梁； 20世纪――高层； 21世纪――
机械设备
工程对象
注浆材料 注浆施工四要素
注浆工艺
注浆法简史
注浆是最有效也是最有前途的加固、堵漏方法。
岩土注浆是最有效的地层（地基）处理技术之一， 迄今已有近200年历史。（四阶段）
1．原始粘土浆液阶段（1802—18查理斯.贝尔格尼修
理冲刷闸时，向地层挤压粘土浆液。之后用于建
◆裂隙充填 ◆渗透扩散
理想的注浆
◆挤压扩散
最易发生的注浆
◆劈裂充填
不宜发生的注浆
注浆原理
围岩劈裂注浆过程
半理论分析，半 工程经验总结
✓浆液充填：浆液充填注浆管、注浆孔和围岩较大裂隙
✓初次劈裂：注浆压力上升，达到起裂压力时，在最小主应
力面上发生劈裂，浆液压力迅速下降，流量增大
✓二次劈裂：流量增加导致压力继续上升，流量逐渐减小，
主要影响因素有:受注岩层渗透
水泥浆浓度与黏度
性，注浆阶段，设计注浆范围、
注入量等。
150
黏度
经验值：矿井预注浆一般是
100
黏度
2.5∶1～ 1∶1，后注浆是
50
1∶1～ 0.6∶1。浆液浓度在注 0
0.5∶1 00..765∶∶11 0.8∶1 1.215∶∶11 1.5∶1
2∶1
浆过程中是根据注浆情况不断
化学浆材
真溶液浆材，具有粘度低、可灌性好、胶凝时间 易于控制的特点。适用于井巷工程小型裂隙与 微孔隙含水层注浆（丙烯酰胺类浆液）。
注浆设备器材
——常用注浆材料
• 主料1：水泥（普通硅酸盐水泥，其质量应符合国 家GB175-92标准，不得使用受潮结块的水泥或 过期的水泥）。
• 主料2：粘土（黏土塑性指数不宜小于10，粒径 小于0.005mm的黏粒含量不宜低于25％，含含砂 量不宜大于5％， 有机物含量不宜大于3％）。
注浆工艺
注浆参数的分析计算和选择
具有普遍意义的注浆参 数主要是这五种，注浆 结束标准里包括了注浆
压力和注浆流量
• 1）扩散半径 • 2）注浆压力 • 3）注浆流量 • 4）注浆浓度 • 5）浆液注入量
注浆工艺
注浆参数的分析计算和选择
• 1）扩散半径（R） ：浆液扩散的范围。 主要影响因素有:工程限定，注浆材料及其浆液性质，受注岩
层渗透性，注浆压力、浓度等。 经验值或公式：土层1～2m，岩层6～10m（常压注浆）、
20～35m（高压劈裂注浆）。 土层注浆的马格(magg)公式 :
注浆工艺
注浆参数的分析计算和选择
• 2）注浆压力:给予浆液流动扩散的动力，单位为MPa。有注 浆初始压力（初压）、过程压力、结束压力（终压）之分。
• 主料3：粉煤灰（粉煤灰45μm以下的粒径不得小 于99% ）。
• 辅料1：水玻璃/添加剂（氯化钠，三乙醇胺等速 凝早强剂）。
• 辅料2： 黄沙 ，锯末 ，黄豆 ， 海带。 • 化学注浆材料。
注浆工艺
• 注浆材料的选择 • 注浆参数的分析计算和选择
注浆现场工程 师必知并深刻 领会和娴熟应 用。目的就是 注的进去，注 实堵死，不要 注跑了。
• 注浆方式的选择
• 注浆流程安排与过程监测控制
注浆工艺
注浆材料的选择 注浆材料的选择决定因素：主要是受注岩层
的渗透性和开放程度，其次是注浆材料经济 性和可靠保证程度。 当含水层裂隙开度大于0.15mm且水流速度 小于200m/h时，宜用水泥浆也或黏土水泥 浆液； 当含水层的水流速度大于200m/h或裂隙开 度大于5mm且吸水量大于7L/（min·m）时， 宜用水泥-水玻璃双液浆或黏土水泥浆； 当遇有溶洞，可先灌注黄沙（岩粉）等惰性 材料骨料。
主要影响因素有:工程限定，注浆材料及其浆液性质，受注岩层 渗透性，浓度等。
经验值或公式：初压小于工程限定注浆压力，或为0或小于等于
1.5倍的静水压力即P初=1.5P水；终压也要小于工程限定压力，
一般为静水压力的2～2.5倍即P终=（ 2～2.5 ）P水（常压注浆）
或为静水压力的3～5倍即P终=（ 3～5 ）P水（高压劈裂注浆，
调整的。
水灰比
注浆工艺
注浆参数的分析计算和选择
• 5）浆液注入量：一个注浆孔的受注段注入的浆液量。以浆液
扩散范围为计算依据。单位为L或M3。 一般计算公式为：
务必经常合计分次 注入量，及与总需
注入量比较，并分
析修订总注入量。
注浆工艺
注浆方式的选择：
包括以下内容： 全孔一次注浆/分段注浆/如何分段 前进式注浆/后退式注浆 连续注浆/间歇注浆/变流量注浆
大于等于岩石抗压强度）。
还在摸索
在注浆过程中注浆压力是不断变化的，一般正常情况是一次注 浆，注浆压力随着注浆量的增加，压力在缓慢上升，接近注 浆结束时，压力较快上升直至达注浆终压。
注浆工艺
注浆参数的分析计算和选择
• 3）注浆流量：单位时间的注浆量，单位是Ｌ／ｍｉｎ或 Ｍ３／ｈ。
主要影响因素有:注浆材料及其浆液性质，受注岩层渗透性， 注浆阶段，工程限定等。
搅拌机
比重计
• 清水泵
• 比重计 制浆 池
注浆设备器材 ——输浆管、流量计、孔口器
• 输浆管
• 流量计 • 孔口器
高压输浆管
压力表 流量计
注浆泵
• 压力表
压力表 孔口器
压力表
流量计
注浆设备器材 ——常用注浆材料
适用于裂隙、孔隙与岩溶类受注层。具有 结石强度高，性能稳定，来源广泛的特点。 裂隙宽度不下于3 ～5倍的水泥颗粒直径 （普通硅酸盐水泥30～80μm，﹥0.1mm）
继而二次劈裂，压力大于初次劈裂
✓三次劈裂：注浆压力更大
✓结束注浆：上升到规定压力
注浆作用机理 加固机理
注浆原理
半理论分析，半 工程经验总结
✓无黏性土地层加固：注浆材料通过渗透、劈裂将地层孔隙充填、 胶结；元素离子交换，增加地层黏聚力。
✓黏性固结地层加固：浆液克服地层初始应力和抗拉强度，进入劈 裂的地层形成脉状固结体，该固结体与挤密的地层和未受影响的原 地层组成复合地基。
建设工程注浆技术
孙本魁 2020.02
建设工程注浆技术
1 注浆概念 3 注浆简史 5 注浆工艺 7 注浆技术发展趋势
2 注浆原理 4 注浆设备器材 6 注浆效果检查评定
注浆概念
注浆一般是指通过向岩土层空隙注入可凝固浆液起到 堵水和加固岩土层作用的一种技术方法。注浆是一项 工程活动，它是利用配套的机械设备，采取合理的注 浆工艺，将适宜的注浆材料注入工程对象，以达到填 充、加固、堵水、抬升，以及纠偏等目的。
注浆泵加压
输浆管和钻孔运输
通过钻孔末端或 裸孔段浆液渗流 充填凝固于钻孔
围岩空隙中
浆液扩散机理
注浆原理
半理论分析，半 工程经验总结
注浆施工时，浆液在地层中的作用方式主要表现为四种：
◆充填 ◆渗透
◆挤压（压密）
◆劈裂
————扩散
渗透
劈裂
充填
挤压
浆液在地层中扩散机理模式图
浆液扩散机理
注浆原理
半理论分析，半 工程经验总结
前进式注浆/后退式注浆 ——这是从成孔与注浆的配合上说的 • 前进式注浆是指分段钻进边钻进边注
浆直至终孔，矿井注浆常用； • 后退式注浆是指一次成孔，使用止浆
塞由孔底向孔口逐次注浆，主要在建 筑加固工程中使用的多。
前
进 式
(1)
(2)
(3)
(4)
(n)
注浆顺序
方向
分
段
注
浆
加固范围
后 退 式 分 段 注