注浆法

硅化法、碱液法、高分子化学注浆法和水泥注浆法。

学科：坑探工程

词目：注浆法

英文：grouting system

释文：注浆法是将胶结材料配制成浆液并注入松散含砂或含水地层、含裂隙的岩层、溶洞、破碎带使其固化的施工方法。浆液凝结硬化后，起到胶结、堵塞作用，使地层稳固并隔断水源，以保证顺利施工。

工艺流程：

钻孔机就位 → 钻孔 → 注泥浆 → 下套管 → 继续钻孔 → 排渣 → 清孔 → 吊放钢筋笼 → 射水清底 → 插入混凝土导管 → 浇筑混凝土 → 拔出导管 → 插桩顶钢筋

将氢氧化钠溶液(碱液)加热到80～100℃，通过带孔眼的注浆管在其自重作用下灌入土层中，当土中钙、镁离子含量较高时(如黄土)，使土粒表面活化，自行胶结，从而使土体强度和水稳性得到提高，称为单液法；当土中钙、镁离子含量较少时(如一般粘性土)、灌入氢氧化钠溶液后，再灌入氯化钙溶液，称为双液法。碱液法具有施工设备简单、加固费用较低，可消除黄土的湿陷性等优点。

高分子化学注浆法 适用于加固砂土地基、坝基帷幕灌浆、地下工程止水堵漏、加固坝基泥化夹层和断层破碎带。高分子化学浆材品种较多，有环氧树脂类、丙烯酰胺类(丙凝)、聚氨脂类(氰凝)、木质素类等。在地基化学灌浆中常用的高分子化学浆材是丙烯酰胺类和聚氨脂类。丙烯酰胺类浆材由主剂丙烯酰胺和各种外加剂组成。浆液粘度接近于水，可灌性好，浆液凝固后，凝胶不透水，耐久性和稳定性好。这类浆液被广泛用于岩石细裂缝、中细砂层的防渗灌浆和动水堵漏工程。这类浆材有一定毒性，污染空气和地下水。聚氨脂类浆材以多异氰酸脂和聚醚树脂等为主剂，再掺入各种外加剂配制而成。浆液灌入地层后，遇水反应生成聚氨脂泡沫体，能起加固地基和防渗堵漏作用。聚氨脂浆材分为水溶性和非水溶性两类。水溶性聚氨脂能与水混溶，并与水反应生成含水胶凝体；非水溶性聚氨脂只能与有机溶剂混溶。聚氨脂浆材粘度低，可灌性好，结石强度高，安全可靠，不污染环境，操作简便，经济效益高。

化学注浆法一般用泵通过注浆管将浆液注入土中。注浆压力、加固半径等注浆参数，可根据地质情况、工程要求，通过现场试验确定。灌浆孔在平面上一般按等边三角形或矩形布置。湿陷性黄土加固半径一般为0．5～0．7m，加固深度一般为3～8m。硅化法的优点是浆液的渗入性较强，能很快使地基变形终止；无毒，不污染环境，价格低廉，故被广泛采用。

水泥注浆法 适用于砂砾层和岩石裂隙灌浆。一般使用普通硅酸盐水泥，水灰比采用1比1，可掺入2%～5%水玻璃作速凝剂。注浆使用普通挤压式灰浆泵，注浆压力最大不超过1MPa。对渗透系数小于10-4cm/s的粉细砂和粘性土，可采用劈裂注浆。劈裂注浆所用水泥浆的稠度较大，水灰比为0．45～0．60。注浆采用花管法和单向阀管法。注浆的最大压力一般大于4MPa。

分单液硅化法、双液硅化法、加气硅化法和电动双液硅化法。

单液硅化法 适用于加固渗透系数为0．1～2．0m/d的湿陷性黄土和渗透系数为0．3～5．0m/d的粉细砂土。(1)加固湿陷性黄土时，使用掺入2．5%氯化钠、浓度为10%～15%的硅酸钠溶液。溶液压入土层中后，钠离子与土中水溶性盐类内的钙离子产生离子交换反应，在土粒间及其表面形成硅酸凝胶，增加土粒间的胶结力，使土体硬化，极限抗压强度可达0．2～0．8MPa。(2)加固粉细砂时，使用在浓度较低的硅酸钠溶液(密度1．18～1．20)内加入一定数量的磷酸(密度1．02)，溶液在土中经过化学反应，使土体硬化，其极限抗压强度可达0．4～0．6MPa。

双液硅化法 适用于加固渗透系数为2．0～8．0m/d的砂质土或用于防渗止水。使用密度为1．35～1．44的硅酸钠溶液和密度为1．26～1．28的氯化钙溶液。两种溶液与土接触后，产生凝胶化学反应，生成硅胶和氢氧化钙。加固土的极限抗压强度可达1．5～6．0MPa。

加气硅化法 预先往土中压入二氧化碳或氨气，使土活化，然后灌注硅酸钠溶液，再压入二氧化碳，使硅酸钠胶凝。加固砂土时，抗压强度可达1000～3000kPa。对不含碳酸盐的砂土，由于先用二氧化碳活化，强度可提高20%～25%；对含碳酸盐的砂土，通过二氧化碳活化，强度可提高30%～35%。加固饱和度高的湿陷性黄土时，加气硅化法的加固半径可比单液硅化法大50%左右。

电动双液硅化法 适用于加固渗透系数小于0．1m/d的软粘性土地基。用带孔眼的注浆管作阳极，用打入土层中的钢筋或滤水管作阴极，将硅酸钠和氯化钙溶液通过注浆管压入土层中并通以直流电流，在电渗作用下，孔隙水由阳极向阴极扩散，溶液随水的运动由阳极流向阴极，使注浆效果得到提高。此法加固费用较高，必须经试验确认有效后才能采用。

自1824年波特兰水泥问世以后，水泥注浆便在工程中作为主要注浆方法。但是，普通水泥由于颗粒较粗，一般只能灌注砂砾石或直径大于0．2～0．3mm孔隙。因此，提高水泥颗粒细度就成为提高水泥浆可灌性的主要途径。有些国家已研制出一种超细水泥，可以灌注渗透系数为10-3～10-4cm/s的细砂和岩石的微细裂隙，是一种很有发展前途的粒状灌浆材料。丙凝是一种水溶性高分子化学浆材，其粘度与水接近，被广泛应用于岩石细裂缝、中细砂层的防渗灌浆和动水堵漏。但是，这类浆材有毒性，污染空气和地下水，因此多已停止生产和使用。1980年美国研制出AC400浆材，1982年中国研制出AC—MS浆材，这类浆材的毒性很小(只为丙凝毒性的1%)，是一种理想的防渗浆材。日本研制出非碱性硅酸盐浆材，对地下水不产生碱性污染，粘度较低，凝胶强度较高，耐久性较好，不改变地下水的pH值。 2100433B

注浆法应用于竖井掘进已有百余年历史。1885年蒂詹斯成功地采用地面预注浆法掘进井筒，并取得了专利。从此在世界许多国家逐渐得到广泛应用。英国、南非和前苏联在注浆技术方面居于领先地位。在注浆工艺、设备材料等方面都得到发展。中国在70年代研究出C-S双液浆及其他高分子化学浆材，注浆法正向少孔、高压、深孔的方向发展 。2100433B

在井壁上钻孔埋管，注浆孔深等于或稍大于内层井壁厚度。这种注浆法适用于双层井壁的加固和堵水。

劈裂坝体，调整坝体应力。需要采用劈裂注浆法处理的水库大坝一般都存在裂缝、孔隙、洞穴等一种或多种隐患，这些隐患的产生主要可以归结为坝体土层变形和能量积累所致，要根除隐患就需要将坝体某些土体所积累的应变能充分释放，即彻底打破坝体原有的应力不平衡，建立新的应力平衡，降低坝体局部土区的应力水平，保持坝体的稳定和安全。劈裂注浆法以压力泥浆为能量载体，通过合理的孔位布置，有控制地劈开坝体，并迅速用泥浆进行填充，有效弥补坝体局部土区的应力不足的现象，降低应力水平，提高坝体稳定性。

形成垂直连续防渗帷幕， 充填各种裂缝、 孔隙和洞穴。用压力泥浆在坝体内劈开一条灌浆通道后，这个通道又可能将坝体内的各种隐患联通起来，压入更多更稠的泥浆，达到处理隐患、充填坝体和构造防渗帷幕的目的。这种充填作用与劈裂作用是同时进行的，随灌随劈随填充，达到缝开浆到料满的程度。所形成的主浆脉渗透系数 K=10^-7~10^-8cm/s，加之劈裂注浆法使原来坝体防渗体的裂缝和洞穴得到充填和挤压，提高了坝体密度，形成了浆脉和处理后的坝体共同防渗的联合防渗体系，大大加强了土坝的防渗能力，有效解决渗漏问题。

浆—-坝互压作用，提高坝体密实度。规范（SD266-88）要求劈裂注浆法施工中必须贯彻“少灌多复”并且要求复灌次数不少于 5 次，这是保证灌浆效果的重要步骤。劈裂式灌浆是一个灌→停→灌的反复过程，随着灌浆压力的升高和降低，坝体产生相应的劈裂和回弹响应，压力高时，浆压坝，坝体被劈裂，浆液大量灌入，有效填充裂缝和孔隙；压力降低时，坝体回弹，坝压浆，加速浆液的固结，尽早发挥防渗效果。这是劈裂式灌浆的特色，也是灌浆施工过程的难点，是保证灌浆效果的重点。在不劈开坝体或控制坝体劈裂程度的情况下，尽量提高灌浆压力，以灌注更多的泥浆充填挤压坝体，并充分利用坝体回弹加速泥浆固结，是灌浆工程的设计要点。

湿陷固结作用。泥浆进入坝体，大量的水也随之进入坝体。水除了产生孔隙水压力外，还对坝体产生湿陷作用。浸润线以上坝体填料总是非饱和的，尽管在最优含水量附近碾压，饱和度一般仅达到 0.8～0.9，当浸水后，颗粒间受水的湿润，在自重作用下重新调整其位置，改变了原来的结构，使土体产生湿化变形。坝体情况不同，湿陷作用的重要性也有所不同，但对于一般需要灌浆处理的土坝，都存在填筑质量差、干容重较低等问题，湿陷作用对于坝体密实度的提高和稳定性的增强是有利的，因为能够减少了弱应力区的范围。

劈裂注浆法不仅具有机理明确、设备简便、工艺合理、操作方便、浆料能够就地取材、无环境污染以及造价低、效果好等优点，更重要的是适用范围广，能够在不释放坝体应力的条件下构造垂直连续防渗帷幕，而且浆脉厚度和条数可以随坝体质量的好坏自行调整，坝体质量好，浆脉就少，厚度也薄；坝体质量差，浆脉就更厚，条数也会有所增加。在坝体构造防渗帷幕的同时，还能恢复坝体的防渗能力，并且能够对坝体内部进行应力调整，降低应力水平，解决坝体的渗流和变形稳定问题，这是劈裂注浆法的技术优势。