注浆、工艺、方法解读

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张开，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，向外扩张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，但只在垂直面内，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内任意调节，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范围。虽然化学浆液较之水泥浆液更理想，扩大了注浆法应用范围，但无论国内或国外，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，降低表面张力，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 ）。