注浆加固计算.
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振动入土法 射水入土法 旋转入土法 注浆材料的性质试验 注浆模拟试验
1．注浆管的入土方式 注 浆 试 验 研 究 目 的 及 内 容
2．注浆材料的选择 3．注浆工艺
降低渗透性 4．注浆效果 强度提高值
现场抗渗试验 取样抗渗试验 标准贯入试验 静力触探 荷载试验 取样强度试验 弹性波探测
5．对周围环境的影响
现场试验
1．地基强度方面：动力、静力触探，旁压试验 2．水力学性质方面：抽水或压水试验 3．水流、水质方面：地下水流向、流速，水的 pH值和离子含量 4．节理裂隙统计：节理的组数、产状、密度、宽 度、粗糙度等
7．土的力学性质试验
5．岩体力学性质：裂隙的水力劈裂，断裂指数
（1）注浆试验的目的及内容
在松动圈内注浆，可形成外壳支护层，它具有较大的承载能力，支
护层与岩体共同作用。
加固圈半径可使加固岩石环的承载力满足或大于作用于加固壳的压 力，即：
r12 G RG G 2q G
（3）隧洞及地下工程注浆加固
我国水电部门统计，围岩固结注浆深度在 0.5～2.0 倍隧洞半径间变化， 建议按 1.3 倍隧洞半径计算。 前苏联在巷道注浆加固中，加固带的厚度取 3～5 m。 我国煤炭部门巷道注浆加固厚度约为 2～3 m。 日本青函隧道则采用了如下的经验数据： 一般地质条件，压浆半径是隧洞半径的 2～4 倍； 地质条件不好时，压浆半径是隧洞半径的 3～6 倍；
被动土压力为
p p ( z q) tan 2 450 2C tan 450 2 2
注浆增加土体的
c
值，可增大 p p ，
减小 p a 。
具有粘聚力的土压力强度分布
（2）基坑边坡及基底注浆加固
1）基坑边坡注浆加固 设注浆前的土压力：
单位钻孔吸水量 （L/min.m）
1.5 3.0 5.0 7.0 8.0 9.0 11.0 13.0 >15
还可根据相同压力条件下的钻孔压水试验资料选择浆液的起始浓度。 浆液的起始浓度
n (1 )（%）
18～30 10～18
工程实践经验，注浆量约为土体体积的 10％或更大些。比较合 理的办法是在现场通过观测到的注浆压力的变化来决定注浆量。
（3）裂隙岩体注浆量计算
1）注水泥浆液的起始水灰比 霍尔斯比(1982)建议根据裂隙的平均宽度选择初始水灰比为：裂缝 平均Hale Waihona Puke Baidu度 δ <l.0mm，水灰比 3:1；δ＝l.0mm，水灰比 2:1； δ>1.0，水灰比 1:1。
地基注浆加固范围
1 为地基土的重度，水下采用有效重度 1 ；
N 0 为承载力系数（粘聚力项）；
C 为地基土的粘聚力；
0 为基础荷载面上的地基土的重度，水下采用有效重度 ；
N r 为承载力系数（内摩擦项）；
Ng
为承载力系数（埋深项）；
d 为基础埋深。如果进行短期强度计算时，可将式右边系数1/3变成2/3。
pa
pa
pp p p
注浆后的土压力：
注浆后使坑壁稳定性增加量：
) ( p p p p ) ( pa pa ( p a p p )
基坑边坡注浆范围
K
考虑到安全性，注浆范围应深入到滑动面以下。注浆范围如图所示。
（2）基坑边坡及基底注浆加固
2）挡土墙背后的注浆加固
对于挡土墙为 H 型钢的横向板桩，
也可用有限元法模拟计算加固范围。
1-加载产生的等应力线 2-加固后地基承载力等应力线 等应力线和注浆范围
（2）基坑边坡及基底注浆加固
1）基坑边坡注浆加固 基坑边坡的主动土压力为
p a ( z q) tan 2 45 0 2C tan 45 0 2 2
（1）地基加固计算
注浆加固地基，主要改变地基土 C 、φ 、γ 值，注浆后地
基土的 C 值变化较大，而 φ 和 γ 变化不太大。
注浆加固地基，注浆范围超出基底宽度 (1/2)b 左右为好。
在持力层较浅时，持力层以上软弱 层全部加固。持力层较深时，可用威 斯塔卡特公式，根据等应力线或塑性 区决定加固范围。
（1）渗透注浆的注浆量计算
常用的渗透注浆的浆量计算公式为
Q r 2 hna(1 )
常见的渗透注浆地层有砂层和砂砾层，各地层的灌注充填率见表12-5。
不同土层的灌注充填率
土质类型 松散砂质土 中等密实砂质土 密实砂质土 湿陷性黄土 N值 0～10 10～30 30以上 孔隙率 n（%） 50 40 30 30～60
体积，这样可按照土的压缩指数来求注浆量
Q V
Cc p p f lg 0 1 e1 p0
（2）劈裂注浆的注浆量计算
3）经验法 仍按渗透注浆公式 Q V
， n (1 )
，对于粘性土
(1 （ ) %）
30～40 20～30
值见下表：
粘性土λ值
N值 粘性 土 松散 中等 0～4 4～8 孔隙率 n（%） 60～75 50～60
(2)地质分层及需要注浆处理地层的土质或岩性特征；
(3)需要处理地层的强度或渗透程度； (4)构筑物的损害程度和注浆会对周围构筑物的影响；
(5)注浆过程中，废浆排放对环境的影响和注浆后地下水位的变化对邻 近居民饮水及灌溉的影响。
砂砾沉积层注浆，一般采用渗透注浆，因而要获得每一层的 渗透系数、孔隙率、孔隙的大小、地下水位及流速、流向和 水的化学性质。 土颗粒大小是选择浆液类型和可注性的衡量指标。地层 孔隙率(n)决定着浆液的消耗量。渗透系数的大小影响浆 液的注入速率。
对于软塑性土，注浆时浆脉可以使土体发生压缩脱水，使天然含水 量降低到塑限以下，土体变为硬塑状，加之脉状浆体成网状分布于土体， 使土体稳定性增加，这种注浆通常称为软土固结注浆。注浆量表示为 dg Q V V (W WP ) 1 e0 2）从土被压缩的难易程度来求注浆量 浆脉的插入可认为土颗粒间孔隙缩小，孔隙缩小的体积即为浆脉的总
其中
a
r0 ri
r0 r
注浆宽度为
c t r0 ri ri 1 2p c 0
隧道应力图
（3）隧洞及地下工程注浆加固
②裂隙岩体围岩的注浆厚度
可根据围岩松动圈厚度确定。
围岩松动圈厚度可通过多点位移计或声波测试仪等测得。 也可根据围岩的物理力学性质，按有关公式进行围岩松动圈厚度 的计算，如修正的芬纳公式等。
粘性土注浆，多采用劈裂注浆。土体的力学特性较为重要。 裂隙岩体注浆，要了解注浆部位是属于断层、破碎带，还是 软弱层，查明其产状及分布范围。要了解结构面的渗透几何 参数。
工程调查中的试验内容分为：室内土工试验和现场试验。
注浆调查的试验内容
室内土工试验
1．土颗粒分析 2．空隙率 3．透水系数 4．土的含水量 5．土的密度与土颗粒比重 6．有机质含量
但上海地区工程实践表明：
加固 3 m 后地表沉降量与开挖深度之比为0.54％，加固 9～10 m 后沉 降量与开挖深度之比仅为0.1～0.2％。
因此，软粘土很软弱时，加固厚度的增加，其效果是明显的。
（3）隧洞及地下工程注浆加固
1）土质隧洞的注浆加固 隧道开挖后，拱顶部的松动范围
h D 0 1 sin 45 2 2 0
注浆加固计算
1 注浆工程调查
2 注浆加固试验
3 注浆加固参数设计
1 注浆工程调查
在进行注浆设计之前，要进行工程地质和岩土工程性质的调查。调查的 范围是地层需要处理的范围。 工程调查的目的是解决以下三个问题： (1) 能否采用注浆方法处理； (2) 注浆处理时采用何种浆液材料，注浆压力和注浆量的确定； (3) 注浆处理后，地层强度增加或渗透性减小的程度。 工程调查的内容包括以下几点： (1)注浆区的地质构造及浆液可能流失的通道和空穴；
3.1 注浆加固范围的确定
3.2 注浆量的计算 3.3 注浆压力
3.4 注浆孔距
3.1 注浆加固范围的确定
（1）地基加固计算 地基承载力的大小可用下式计算：
1 q (aCN 0 1bN r 0 dN g ) 3
式中:
q 为长期承载力标准值，kPa；
、
为形状系数；
其注浆范围参数如下：
t t cos 45 0 2
挡土墙后的注浆范围
1 0 0 1 0 0 2 2 h tan 45 sin 45 h tan 45 cos 45 tan i 2 2 2 2 2 2 t Ci
注浆后，松动范围内的 C 值 增加，松动压力 p 0 减小。
（3）隧洞及地下工程注浆加固
2）环形隧洞注浆加固 ①均匀土质隧道超前注浆 应力表达式为
a2 2 2 1 r p0 2 pi 2 a 1 a 1 a2 2 2 1 p0 2 pi 2 a 1 a 1
（2）基坑边坡及基底注浆加固
②加固基坑底板
据B. B. Broms的计算可知:
对基底软粘土进行 3 m 厚的注浆加固，能使墙体水平位移及地表沉降 减少约 50％，支撑轴力减少约 40％，基底隆起减少约 35％。 加固 6 m 厚的各项指标仅比加固3m厚的减少了10％～20％。 因此，他认为：加固3m厚是经济合理的。
周围地层的变形 周围建筑物的变形 地下水质变化
2 注浆加固试验
（2）注浆孔的布置
注浆试验时，试验孔的布
置分为单孔注浆试验和群
孔注浆试验。
单孔试验是来检查设备能
力是否满足试验要求，调
查注浆的难易程度、注浆 量和注浆压力等参数。
群孔试验主要是检验各种
试验效果。
各种注浆孔的布置方式
3 注浆加固参数设计
B0 D cos 45 2
B B0 2h tan 45 0 2
2H K tan B B 1 e h0 2 K tan
土质隧洞松动区注浆范围
拱顶松动土压力
2H K tan C B(1 C / B) B 1 e p 0 h0 B 2 K tan
度等因素。
渗透注浆：好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度，充填率 越高，注浆的效果越好。
劈裂注浆：注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关，浆脉越多，注浆
量也越多，注浆效果也越好。但浆液不可能无限制地注，应该有个 最佳的注浆量。 压密注浆：浆量和浆泡的直径有关。压密范围越大，要求的浆泡直 径也越大。在不产生劈裂的条件下，浆泡直径是很有限的，浆量也 有限。 裂隙岩体注浆：注浆量与吸水率有关。
(1 （ ) %）
n (1 ) （%）
50～80 50～70 50～65 50～80
25～40 20～30 15～20 15～48
（2）劈裂注浆的注浆量计算
对于脉状劈裂注浆，只考虑孔隙率为主体的注浆率是不能确定注浆量的。 下面从三个方面来求注浆量。
1）从土的含水率来求注浆量
（2）基坑边坡及基底注浆加固
3）基坑底板的加固计算 ①在滑动面附近化学注浆 基坑壁后荷重为 W B H 滑动力矩为 抗滑力矩为 安全系数为
B HB 2 Ms W 2 2
M r B 2C
K M r 2C Ms H
坑壁稳定分析图
为了不产生基底隆起，采用注浆方法提高 C ，满足 K >1.2的条件，加 固的深度应大于 B（即滑动面以下），加固的宽度应大于2 B 。
地质条件特别差时，压浆半径是隧洞半径的 8 倍。
（4）竖井加固
地面预注浆与圆形隧洞相同，注浆厚度为
[ ] E R [ ] 2 P 1
P ( hi i H ) K H
4.3.2 注浆量的计算
计算注浆量时应考虑：注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率、浆液充填程
1．注浆管的入土方式 注 浆 试 验 研 究 目 的 及 内 容
2．注浆材料的选择 3．注浆工艺
降低渗透性 4．注浆效果 强度提高值
现场抗渗试验 取样抗渗试验 标准贯入试验 静力触探 荷载试验 取样强度试验 弹性波探测
5．对周围环境的影响
现场试验
1．地基强度方面：动力、静力触探，旁压试验 2．水力学性质方面：抽水或压水试验 3．水流、水质方面：地下水流向、流速，水的 pH值和离子含量 4．节理裂隙统计：节理的组数、产状、密度、宽 度、粗糙度等
7．土的力学性质试验
5．岩体力学性质：裂隙的水力劈裂，断裂指数
（1）注浆试验的目的及内容
在松动圈内注浆，可形成外壳支护层，它具有较大的承载能力，支
护层与岩体共同作用。
加固圈半径可使加固岩石环的承载力满足或大于作用于加固壳的压 力，即：
r12 G RG G 2q G
（3）隧洞及地下工程注浆加固
我国水电部门统计，围岩固结注浆深度在 0.5～2.0 倍隧洞半径间变化， 建议按 1.3 倍隧洞半径计算。 前苏联在巷道注浆加固中，加固带的厚度取 3～5 m。 我国煤炭部门巷道注浆加固厚度约为 2～3 m。 日本青函隧道则采用了如下的经验数据： 一般地质条件，压浆半径是隧洞半径的 2～4 倍； 地质条件不好时，压浆半径是隧洞半径的 3～6 倍；
被动土压力为
p p ( z q) tan 2 450 2C tan 450 2 2
注浆增加土体的
c
值，可增大 p p ，
减小 p a 。
具有粘聚力的土压力强度分布
（2）基坑边坡及基底注浆加固
1）基坑边坡注浆加固 设注浆前的土压力：
单位钻孔吸水量 （L/min.m）
1.5 3.0 5.0 7.0 8.0 9.0 11.0 13.0 >15
还可根据相同压力条件下的钻孔压水试验资料选择浆液的起始浓度。 浆液的起始浓度
n (1 )（%）
18～30 10～18
工程实践经验，注浆量约为土体体积的 10％或更大些。比较合 理的办法是在现场通过观测到的注浆压力的变化来决定注浆量。
（3）裂隙岩体注浆量计算
1）注水泥浆液的起始水灰比 霍尔斯比(1982)建议根据裂隙的平均宽度选择初始水灰比为：裂缝 平均Hale Waihona Puke Baidu度 δ <l.0mm，水灰比 3:1；δ＝l.0mm，水灰比 2:1； δ>1.0，水灰比 1:1。
地基注浆加固范围
1 为地基土的重度，水下采用有效重度 1 ；
N 0 为承载力系数（粘聚力项）；
C 为地基土的粘聚力；
0 为基础荷载面上的地基土的重度，水下采用有效重度 ；
N r 为承载力系数（内摩擦项）；
Ng
为承载力系数（埋深项）；
d 为基础埋深。如果进行短期强度计算时，可将式右边系数1/3变成2/3。
pa
pa
pp p p
注浆后的土压力：
注浆后使坑壁稳定性增加量：
) ( p p p p ) ( pa pa ( p a p p )
基坑边坡注浆范围
K
考虑到安全性，注浆范围应深入到滑动面以下。注浆范围如图所示。
（2）基坑边坡及基底注浆加固
2）挡土墙背后的注浆加固
对于挡土墙为 H 型钢的横向板桩，
也可用有限元法模拟计算加固范围。
1-加载产生的等应力线 2-加固后地基承载力等应力线 等应力线和注浆范围
（2）基坑边坡及基底注浆加固
1）基坑边坡注浆加固 基坑边坡的主动土压力为
p a ( z q) tan 2 45 0 2C tan 45 0 2 2
（1）地基加固计算
注浆加固地基，主要改变地基土 C 、φ 、γ 值，注浆后地
基土的 C 值变化较大，而 φ 和 γ 变化不太大。
注浆加固地基，注浆范围超出基底宽度 (1/2)b 左右为好。
在持力层较浅时，持力层以上软弱 层全部加固。持力层较深时，可用威 斯塔卡特公式，根据等应力线或塑性 区决定加固范围。
（1）渗透注浆的注浆量计算
常用的渗透注浆的浆量计算公式为
Q r 2 hna(1 )
常见的渗透注浆地层有砂层和砂砾层，各地层的灌注充填率见表12-5。
不同土层的灌注充填率
土质类型 松散砂质土 中等密实砂质土 密实砂质土 湿陷性黄土 N值 0～10 10～30 30以上 孔隙率 n（%） 50 40 30 30～60
体积，这样可按照土的压缩指数来求注浆量
Q V
Cc p p f lg 0 1 e1 p0
（2）劈裂注浆的注浆量计算
3）经验法 仍按渗透注浆公式 Q V
， n (1 )
，对于粘性土
(1 （ ) %）
30～40 20～30
值见下表：
粘性土λ值
N值 粘性 土 松散 中等 0～4 4～8 孔隙率 n（%） 60～75 50～60
(2)地质分层及需要注浆处理地层的土质或岩性特征；
(3)需要处理地层的强度或渗透程度； (4)构筑物的损害程度和注浆会对周围构筑物的影响；
(5)注浆过程中，废浆排放对环境的影响和注浆后地下水位的变化对邻 近居民饮水及灌溉的影响。
砂砾沉积层注浆，一般采用渗透注浆，因而要获得每一层的 渗透系数、孔隙率、孔隙的大小、地下水位及流速、流向和 水的化学性质。 土颗粒大小是选择浆液类型和可注性的衡量指标。地层 孔隙率(n)决定着浆液的消耗量。渗透系数的大小影响浆 液的注入速率。
对于软塑性土，注浆时浆脉可以使土体发生压缩脱水，使天然含水 量降低到塑限以下，土体变为硬塑状，加之脉状浆体成网状分布于土体， 使土体稳定性增加，这种注浆通常称为软土固结注浆。注浆量表示为 dg Q V V (W WP ) 1 e0 2）从土被压缩的难易程度来求注浆量 浆脉的插入可认为土颗粒间孔隙缩小，孔隙缩小的体积即为浆脉的总
其中
a
r0 ri
r0 r
注浆宽度为
c t r0 ri ri 1 2p c 0
隧道应力图
（3）隧洞及地下工程注浆加固
②裂隙岩体围岩的注浆厚度
可根据围岩松动圈厚度确定。
围岩松动圈厚度可通过多点位移计或声波测试仪等测得。 也可根据围岩的物理力学性质，按有关公式进行围岩松动圈厚度 的计算，如修正的芬纳公式等。
粘性土注浆，多采用劈裂注浆。土体的力学特性较为重要。 裂隙岩体注浆，要了解注浆部位是属于断层、破碎带，还是 软弱层，查明其产状及分布范围。要了解结构面的渗透几何 参数。
工程调查中的试验内容分为：室内土工试验和现场试验。
注浆调查的试验内容
室内土工试验
1．土颗粒分析 2．空隙率 3．透水系数 4．土的含水量 5．土的密度与土颗粒比重 6．有机质含量
但上海地区工程实践表明：
加固 3 m 后地表沉降量与开挖深度之比为0.54％，加固 9～10 m 后沉 降量与开挖深度之比仅为0.1～0.2％。
因此，软粘土很软弱时，加固厚度的增加，其效果是明显的。
（3）隧洞及地下工程注浆加固
1）土质隧洞的注浆加固 隧道开挖后，拱顶部的松动范围
h D 0 1 sin 45 2 2 0
注浆加固计算
1 注浆工程调查
2 注浆加固试验
3 注浆加固参数设计
1 注浆工程调查
在进行注浆设计之前，要进行工程地质和岩土工程性质的调查。调查的 范围是地层需要处理的范围。 工程调查的目的是解决以下三个问题： (1) 能否采用注浆方法处理； (2) 注浆处理时采用何种浆液材料，注浆压力和注浆量的确定； (3) 注浆处理后，地层强度增加或渗透性减小的程度。 工程调查的内容包括以下几点： (1)注浆区的地质构造及浆液可能流失的通道和空穴；
3.1 注浆加固范围的确定
3.2 注浆量的计算 3.3 注浆压力
3.4 注浆孔距
3.1 注浆加固范围的确定
（1）地基加固计算 地基承载力的大小可用下式计算：
1 q (aCN 0 1bN r 0 dN g ) 3
式中:
q 为长期承载力标准值，kPa；
、
为形状系数；
其注浆范围参数如下：
t t cos 45 0 2
挡土墙后的注浆范围
1 0 0 1 0 0 2 2 h tan 45 sin 45 h tan 45 cos 45 tan i 2 2 2 2 2 2 t Ci
注浆后，松动范围内的 C 值 增加，松动压力 p 0 减小。
（3）隧洞及地下工程注浆加固
2）环形隧洞注浆加固 ①均匀土质隧道超前注浆 应力表达式为
a2 2 2 1 r p0 2 pi 2 a 1 a 1 a2 2 2 1 p0 2 pi 2 a 1 a 1
（2）基坑边坡及基底注浆加固
②加固基坑底板
据B. B. Broms的计算可知:
对基底软粘土进行 3 m 厚的注浆加固，能使墙体水平位移及地表沉降 减少约 50％，支撑轴力减少约 40％，基底隆起减少约 35％。 加固 6 m 厚的各项指标仅比加固3m厚的减少了10％～20％。 因此，他认为：加固3m厚是经济合理的。
周围地层的变形 周围建筑物的变形 地下水质变化
2 注浆加固试验
（2）注浆孔的布置
注浆试验时，试验孔的布
置分为单孔注浆试验和群
孔注浆试验。
单孔试验是来检查设备能
力是否满足试验要求，调
查注浆的难易程度、注浆 量和注浆压力等参数。
群孔试验主要是检验各种
试验效果。
各种注浆孔的布置方式
3 注浆加固参数设计
B0 D cos 45 2
B B0 2h tan 45 0 2
2H K tan B B 1 e h0 2 K tan
土质隧洞松动区注浆范围
拱顶松动土压力
2H K tan C B(1 C / B) B 1 e p 0 h0 B 2 K tan
度等因素。
渗透注浆：好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度，充填率 越高，注浆的效果越好。
劈裂注浆：注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关，浆脉越多，注浆
量也越多，注浆效果也越好。但浆液不可能无限制地注，应该有个 最佳的注浆量。 压密注浆：浆量和浆泡的直径有关。压密范围越大，要求的浆泡直 径也越大。在不产生劈裂的条件下，浆泡直径是很有限的，浆量也 有限。 裂隙岩体注浆：注浆量与吸水率有关。
(1 （ ) %）
n (1 ) （%）
50～80 50～70 50～65 50～80
25～40 20～30 15～20 15～48
（2）劈裂注浆的注浆量计算
对于脉状劈裂注浆，只考虑孔隙率为主体的注浆率是不能确定注浆量的。 下面从三个方面来求注浆量。
1）从土的含水率来求注浆量
（2）基坑边坡及基底注浆加固
3）基坑底板的加固计算 ①在滑动面附近化学注浆 基坑壁后荷重为 W B H 滑动力矩为 抗滑力矩为 安全系数为
B HB 2 Ms W 2 2
M r B 2C
K M r 2C Ms H
坑壁稳定分析图
为了不产生基底隆起，采用注浆方法提高 C ，满足 K >1.2的条件，加 固的深度应大于 B（即滑动面以下），加固的宽度应大于2 B 。
地质条件特别差时，压浆半径是隧洞半径的 8 倍。
（4）竖井加固
地面预注浆与圆形隧洞相同，注浆厚度为
[ ] E R [ ] 2 P 1
P ( hi i H ) K H
4.3.2 注浆量的计算
计算注浆量时应考虑：注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率、浆液充填程