12.灌浆法解析

第三节
灌浆理论
按灌浆原理分为：渗透灌浆、压密灌浆、劈裂灌 浆和电动化学灌浆。 一、渗透灌浆 渗透灌浆是指在压力作用下使浆液充填土的孔隙 和岩石的裂隙，排挤初出孔隙中存在的自由水和气体， 而基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力 相对较小。 适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。 主要有：球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管 法理论。
凝结时间和析水率
⑶凝结时间 水泥类浆液的凝结过程分为初凝和终凝两个阶段。 ⑷析水率：浆液凝结后析出的水量与浆液体积之 比为析水率。
Vw a 100% V
浆液的析水将使结石率降低，在灌浆固结体中形成 空隙，影响加固效果。
结石强度和渗透性
⑸结石强度：指按规定配合比制成的浆液在试模中养护后 所测得的各龄期的抗压强度和抗折强度。
(一)砂和砂砾石地层 有效应力的库仑－莫尔破坏标准
1 3 2
· sin
1 3 2
cos · c
(h w hw )(1 K ) (h w hw )(1 K ) pc c· cot 2 2 sin
M w a· Mc
b.水泥浆液的密度
dc · w (1 a) 1 a· dc
3(1 a ) 1 3· a
(二)水泥水玻璃浆
以水泥和水玻璃为主剂，和加入速凝剂或缓凝剂形成复合 注浆材料。 1.浆液的性能 ⑴凝胶时间 受水泥品种、水灰比、水玻璃浓度、水泥与水玻璃体积比 及温度的影响。 ⑵抗压强度 水泥水玻璃浆液结石体的早期强度较高，14d后强度变化 不显著。 抗压强度随水灰比、水玻璃浓度的增大而降低；水玻璃与 水泥浆体积比(S/C)对抗压强度的影响存在最佳值。
2.浆液配制
⑴水玻璃的稀释 a.水玻璃的有关性能参数 模数 波美度
SiO2的克分子数 M Na 2 O的克分子数
145 d 145 Be
d原 d配 d配 d水 · V原
b.水玻璃的稀释
V水＝
⑵缓凝剂使用要注意配制顺序 一般先将缓凝剂溶入水后加水泥搅拌。
(三)粉煤灰水泥浆
粉煤灰的化学成分由SiO2、Al2O3和Fe2O3组成。 这些矿物成分本身不具有或具有很低的凝胶特性， 但在常温下能与水泥水析出的部分Ca(OH)2发生反应生 成水泥水化产物基本相同的低钙水化物，从而使浆液 结石的抗溶蚀能力和防渗帷幕的耐久性得到提高，并 可降低水泥用量和降低成本。 粉煤灰水泥浆液一般只灌孔隙较大的地层。
2.浆液的性能调节与配制
⑴浆液的性能调节 纯水泥浆的早期强度一般较低，凝结时间较长， 析水性大，稳定性差，且随着水灰比的增大，表现 得越突出。实际工程中，往往根据灌浆目的和地下 水条件不同掺入不同的外加剂。
(2)浆液的配制
a.水泥用量、水用量
dc · w· V Mc 1 a· dc
3· V Mc 1 3· a
二、注浆次序
1.逐渐加密法则：是指按计划好的灌浆孔网格 布置分序逐渐加密灌浆的法则。 单排孔
固结灌浆常布置为梅花形和方格形
2.分段灌浆法
三、灌浆施工设备 四、施工工艺 (一)单管注浆 (二)Manchette套阀管法 (三)灌浆参数的控制 1.灌浆压力的控制 2.浆液浓度的控制 3.终灌标准
影响结石强度的因素主要有：浆液水灰比、水泥品种、外 加剂等。 水灰比影响最大，水灰比越大，结石强度越低。 灌浆目的不同对浆液结石性能的要求不同 ①防渗灌浆要求浆液结石密实，防渗和耐久性好； 水灰比一般为0.5：1～2：1。 ②加固灌浆要求结石的抗压和抗折强度高。水灰比 一般较大，为稳定灌浆，一般加入少许膨润土。 ⑹渗透性。主要和水灰比，配比及龄期有关。 107~ 10 cm / s
Q K· V· n· 1000 · (1 )
第五节
灌浆施工
一、灌浆施工方法分类
(一)按注浆管设置方式分类 1.钻孔法；2.打、压入法；3.喷注法。
(二)按浆液混合方式分类
1.一种溶液一个系统方式； 2.两种溶液一个系统方式； 3.两种溶液两个系统方式。 (三)按注浆方法分类 1.钻杆注浆法；2.单管注浆法；3.双层管双栓塞注浆法； 4.双层管钻杆注浆法。
第十二章
概念：
灌浆
灌浆法是指利用气压、液压或电化学原理，
将具有流动性和胶结性能的浆液注入各种介质的
裂隙、孔隙。形成结构致密、强度高、防渗性能 和化学稳定性好的固结体，以改善灌浆对象的物 理力学性质。
一、灌浆的分类
1.灌浆按材料：
①粒状浆材和化学浆材，②无机浆材和有机浆材。 2.按灌浆原理： ①渗透灌浆：以渗透形式为主；②压密灌浆：以压 密形式为主；③劈裂灌浆：以劈裂形式为主；④电动化 学灌浆。 3.按灌浆目的： ①防渗灌浆；②加固灌浆。
第二节
灌浆材料
灌浆浆液由：主剂、 溶剂和各种外加剂混 合而成。
一、水泥类浆材
(一)单液水泥浆 以水泥浆为主，添加一定量的外加剂，并采用 单液工艺进行灌浆的浆液称为单液水泥浆。 (二)水泥水玻璃浆 以水泥和水玻璃为主剂，可加入速凝剂或缓凝 剂形成复合注浆材料。 (三)粉煤灰水泥浆 粉煤灰水泥浆液一般只灌孔隙较大的地层。
四、电动化学灌浆
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，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。
第四节
灌浆设计与计算
一、设计程序和内容
(一)单液水泥浆
1.浆液的性能指标 ⑴相对密度
⑵粘度 ⑶凝结时间 ⑷析水率
⑸结石强度
相对密度和粘度
⑴相对密度：反映浆液中水泥的含量。 通过浆液的相对密度可判断水灰比的大小。
2 dc 1 1 3· a
⑵粘度：度量流体粘滞性大小的指标。 其值直接影响到浆液的扩散半径及压力、流量等 参数的确定。 浆液的粘度与水灰比之间为反函数关系，水灰比 越大，流动性越好，粘度越小 。
二、水泥粘土类浆材
1.浆液性能 ⑴粘土加量不变时，随浆液水灰比增大，粘度减小， 凝胶时间延长； ⑵浆液水灰比相同时，粘土加量越多，粘土越大， 凝胶时间越长，结石率越高，浆液稳定性越好； ⑶浆液的性能可用外加剂进行调整。 2.浆液配制 ⑴水泥、粘土及水的用量计算 nc · w· V nw · w · V ne · w · V Mc Mw Me nc ne nc ne nc ne nw nw nw dc de dc de dc de
(一)球形扩散理论
r1 3
3kh1r0 t · n
二、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，使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，使地 层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙， 浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相 对较高。
二、应用范围及其作用
1.建筑地基加固。通过改善地基土的力学性质，对地基进 行加固或纠偏处理。 2.钻孔灌注桩后压浆。通过对桩侧或桩底压浆，即可消除 孔底沉渣及桩周泥皮对桩承载力的影响，可提高桩的承载力。
3.坝基工程防渗和加固。切断渗流及提高坝体整体性和抗 滑稳定性。
4.基坑支护和边坡治理。提高支护结构后土体的强度，减 少基坑的渗水量，防止邻近建筑物沉降及维护边坡稳定。 5.后拉锚杆灌浆。将拉杆与土体胶结，形成锚固体。 6.地铁的灌浆加固。防止地面沉降过大，限制地下水的流 动及制止土体位移。
wk.baidu.com
灌浆压力的计算
⑴地面有压重时：
P P0 m· H
P P0 K · · h
⑵地面有附加压重时：
⑶砂砾层灌浆时，取以下两式之一：
P m2 (0.75· T m1 · 1 · H)
P K· 1· T m· · H
2.压密灌浆
压密灌浆的灌浆压力应控制在最大容许压力下 并根据浆液的稠度控制在1～7MPa范围内，坍落度 较小时，取高压；对于水泥－水玻璃双液快凝浆液， 注浆压力应小于1MPa。 3.劈裂灌浆 劈裂灌浆很难依靠控制压力来控制劈裂，将 给定数量的浆液强行挤入土体，并计压力变化。 七、灌浆量
二、灌浆方案选择 三、灌浆标准 四、浆液的扩散半径
仍需改进
五、孔位布置
(一)单排孔的布置
b 2· R 2 L2 / 4
当孔距为扩散半径的 2 倍时，灌浆帷幕的连 续性和密实性才能得到保证。固结灌浆的孔距一般 取0.8～1.5m。
(二)多排孔布置
奇数排
n 1 L 2 bm (n 1)· [R ( )· R ] n 1 4
2
偶数排
L bm n· (R R ) 4
2
2
最优排距
S R b/2
六、灌浆压力
灌浆压力是指不会使地面产生变化和邻近建筑物 受到影响的条件下可能采用的最大压力。
1.渗入性灌浆
渗入性灌浆以不破坏地层的天然结构为控制原则， 存在一个灌浆容许压力。在此压力下，地层不会发生 变形和抬动。 灌浆压力的控制可分为“一次升压法”和“分级 升压法”。“分级升压法”，就是以吸浆量为主要控 制条件，将压力分为2～3级，逐级升高到规定的压力。