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tA地基处理新技术9(灌浆法)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望灌灌浆浆法法的的实实质质是是用用气气压压、液液压压或或电电化化学学原原理理，把把某某些些能能固固化化的的浆浆液液注注入入天天然然的的和和人人为为的裂缝或孔隙，以改善各种介质的物理力学特性。的裂缝或孔隙，以改善各种介质的物理力学特性。1.1.1.1.定义定义定义定义 9.1 9.1 概述概述 2.2.2.2.目的目的目的目的一、防渗：降低渗透性、减少渗流量、提高抗渗能力、降低孔隙压力；一、防渗：降低渗透性、减少渗流量、提高抗渗能力、降低孔隙压力；二、堵漏：封填孔洞，堵截流水；二、堵漏：封填孔洞，堵截流水；三、加固：提高岩土的力学性能，恢复砼结构及三、加固：提高岩土的力学性能，恢复砼结构及圬工建筑物圬工建筑物的整体性；的整体性；四、纠正建筑物的倾斜：使发生不均匀沉降的建筑物恢复原位或减小其倾斜度。四、纠正建筑物的倾斜：使发生不均匀沉降的建筑物恢复原位或减小其倾斜度。是材料强度不能充分发挥的结构是材料强度不能充分发挥的结构,比如大体积的比如大体积的混凝土混凝土,内部混凝土的强度远没得到充分发挥内部混凝土的强度远没得到充分发挥,也也就是说材料的实际应力很小就是说材料的实际应力很小,远没达到材料的设远没达到材料的设计强度计强度.基本结构是指除钢筋砼、预应力砼、钢基本结构是指除钢筋砼、预应力砼、钢结构以外，结构以外，由纯混凝土或砖石砌体材料建筑的由纯混凝土或砖石砌体材料建筑的 3.3.3.3.处理对象处理对象处理对象处理对象一、坝基：砂基、砂砾石地基、喀斯特溶洞及断层软弱夹层等；一、坝基：砂基、砂砾石地基、喀斯特溶洞及断层软弱夹层等；二、楼基：一般地基及振动基础等，包括对已有建筑物的修补；二、楼基：一般地基及振动基础等，包括对已有建筑物的修补；三、道路基础：公路、铁道和飞机场路道等；三、道路基础：公路、铁道和飞机场路道等；四、地下建筑：输水隧洞、矿井巷道、地下铁道和地下厂房等；四、地下建筑：输水隧洞、矿井巷道、地下铁道和地下厂房等；五、其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及灌注桩后灌浆等。五、其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及灌注桩后灌浆等。4.4.4.4.近期发展近期发展近期发展近期发展一一、应应用用领领域域越越来来越越广广，除除坝坝基基防防渗渗加加固固外外，在在其其他他土土木木工工程程如如道道桥桥、矿矿井井、文文物物、市市政政、地地铁铁和和地地下下厂厂房房中中，灌灌浆浆也也占占有有相相当当重重要要的地位；的地位；二、浆材品种越来越多，浆材性能和应用问题的研究越来越深入；二、浆材品种越来越多，浆材性能和应用问题的研究越来越深入；三三、劈劈裂裂灌灌浆浆技技术术已已取取得得明明显显发发展展，尤尤其其在在软软土土地地基基中中，该该技技术术越越来越多的用作提高地基承载力和消除建筑物沉降的手段；来越多的用作提高地基承载力和消除建筑物沉降的手段；四四、我我国国和和一一些些比比较较发发达达的的国国家家，电电子子计计算算机机监监测测系系统统已已较较普普遍遍地地在在灌灌浆浆施施工工中中用用来来收收集集和和处处理理诸诸如如灌灌浆浆压压力力、浆浆液液稠稠度度和和耗耗浆浆量量等等重要参数，以提高工效和灌浆技术水平。重要参数，以提高工效和灌浆技术水平。9.2 9.2 灌浆材料灌浆材料灌灌浆浆工工程程中中所所用用的的浆浆液液是是由由主主剂剂、溶溶剂剂及及各各种种附附加加混混合合剂剂混混合合而而成成，通通常常所所说的灌浆材料，是指浆液中所用的主剂。说的灌浆材料，是指浆液中所用的主剂。灌灌浆浆材材料料颗粒型浆材颗粒型浆材化学型（溶化学型（溶液）浆材液）浆材混合型浆材混合型浆材以水泥为主剂，故多称为水泥系浆材以水泥为主剂，故多称为水泥系浆材由两种或多种化学材料配制由两种或多种化学材料配制由颗粒型浆材与化学浆材按不同比例混合而成由颗粒型浆材与化学浆材按不同比例混合而成普通水泥浆易沉淀析水稳定性差、硬化时伴有体积收缩、普通水泥浆易沉淀析水稳定性差、硬化时伴有体积收缩、对细裂隙而言颗粒较粗、大规模灌浆工程则水泥耗量大，对细裂隙而言颗粒较粗、大规模灌浆工程则水泥耗量大，故在水泥浆中掺入粘土、砂和粉煤灰等、提高水泥颗粒故在水泥浆中掺入粘土、砂和粉煤灰等、提高水泥颗粒细度、掺入各种附加剂以改善水泥浆液性能。细度、掺入各种附加剂以改善水泥浆液性能。最大特点是浆液属于最大特点是浆液属于真溶液真溶液，初始粘度小，可用于灌注，初始粘度小，可用于灌注细小的裂缝或孔隙。缺点是造价高和污染环境，故其推细小的裂缝或孔隙。缺点是造价高和污染环境，故其推广应用受到限制，尤其是在日本，在广应用受到限制，尤其是在日本，在1974年发生污染环年发生污染环境的福岗事件后，只允许使用水玻璃系浆材。境的福岗事件后，只允许使用水玻璃系浆材。包括聚合物水玻璃浆材、聚合物水泥浆材和水泥水玻璃包括聚合物水玻璃浆材、聚合物水泥浆材和水泥水玻璃浆材等，可用于降低浆材成本，或用来满足单一材料无浆材等，可用于降低浆材成本，或用来满足单一材料无法实现的性能，尤其是法实现的性能，尤其是水泥水玻璃浆材水泥水玻璃浆材，具有成本低、，具有成本低、速凝的特点，已被广泛应用。速凝的特点，已被广泛应用。一、水泥系浆材一、水泥系浆材1、基本材料：基本材料：纯水泥浆、粘土水泥浆、粉煤灰水泥浆纯水泥浆、粘土水泥浆、粉煤灰水泥浆（1）水泥：水泥：普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸盐水泥普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸盐水泥（2）粘粘土土：具具有有吸吸收收水水分分（蒙蒙脱脱石石）和和形形成成胶胶凝凝结结构构的的能能力力，常常用用于于提提高高水水泥泥浆的稳定性、防止沉淀和析水。浆的稳定性、防止沉淀和析水。（3）粉粉煤煤灰灰：用用于于节节约约水水泥泥、降降低低成成本本和和消消化化三三废废材材料料（废废水水、废废气气、废废渣渣），具有较高的经济效益和社会意义。具有较高的经济效益和社会意义。（4）水水：把把固固态态水水泥泥变变成成悬悬浮浮液液，以以供供灌灌浆浆，并并对对水水泥泥颗颗粒粒水水解解和和水水化化，使使化化合合物物形形成成晶晶体体并并相相互互结结合合成成网网状状结结构构，从从而而把把水水泥泥浆浆逐逐渐渐形形成成具具有有一一定定力力学学强强度度的结石。的结石。二、浆材的主要性质二、浆材的主要性质1、材料的分散度：材料的分散度：一般分散度越高、可灌性就越好，并影响浆液的物理力学性能；一般分散度越高、可灌性就越好，并影响浆液的物理力学性能；2、沉沉淀淀析析水水性性：沉沉淀淀析析水水性性是是影影响响灌灌浆浆质质量量的的有有害害因因素素。在在灌灌浆浆过过程程中中，颗颗粒粒的的沉沉淀淀分分层层会会引引起起机机具具管管路路和和地地层层孔孔隙隙的的堵堵塞塞，可可能能造造成成灌灌浆浆过过程程过过早早结结束束。灌灌浆浆结结束束后后，颗颗粒粒沉沉淀淀分分层层将将使使浆浆液液的的密密度度在在垂垂直直方方向向上上发发生生变变化化，使使灌灌浆浆体体的的均均匀匀性性降降低低；浆浆液液的的析析水水将将使使结结石石率率降低，在灌浆体中形成空隙。浆液水灰比是影响析水性的主要因素。降低，在灌浆体中形成空隙。浆液水灰比是影响析水性的主要因素。3、凝凝结结性性：分分为为两两阶阶段段，一一是是初初期期阶阶段段，浆浆液液的的流流动动性性减减少少到到不不可可泵泵送送的的程程度度；二二是是凝凝结结后的后的浆液随时间而变硬，水泥浆的初凝时间为浆液随时间而变硬，水泥浆的初凝时间为2-4h，粘土水泥浆和粉煤灰水泥浆则更慢。，粘土水泥浆和粉煤灰水泥浆则更慢。4、收收缩缩性性：潮潮湿湿养养护护的的浆浆液液，不不仅仅不不会会收收缩缩还还可可能能略略有有膨膨胀胀，而而干干燥燥养养护护的的浆浆液液就就可可能能发发生收缩，进而产生微细裂缝，影响灌浆效果。生收缩，进而产生微细裂缝，影响灌浆效果。5、浆浆液液的的粘粘度度：粘粘度度是是度度量量流流体体粘粘滞滞性性大大小小的的物物理理量量，一一般般浆浆液液水水灰灰比比越越大大，粘粘度度就就越越小小，材料的细度越高，粘度就越大。材料的细度越高，粘度就越大。6、强强度度和和渗渗透透性性：影影响响结结石石强强度度的的因因素素包包括括：浆浆液液的的起起始始水水灰灰比比、结结石石孔孔隙隙率率、水水泥泥品品种种及及掺掺合合料料等等产产，其其中中以以浆浆液液浓浓度度最最为为重重要要；不不管管是是纯纯水水泥泥浆浆还还是是粘粘土土水水泥泥浆浆和和粉粉煤煤灰灰水水泥泥浆，结石的渗透性都很小。浆，结石的渗透性都很小。三、常用化学浆材三、常用化学浆材1、丙烯酰胺类：国外多叫、丙烯酰胺类：国外多叫AM-9，国内则多称丙凝。，国内则多称丙凝。试剂名称试剂名称代号代号作用作用浓度浓度试剂名称试剂名称代号代号作用作用浓度浓度丙烯酰胺丙烯酰胺A主剂主剂9.5%-二甲氨二甲氨基丙腈基丙腈DAP促进剂促进剂0.4%N-N-甲撑双甲撑双丙烯酰胺丙烯酰胺M交联剂交联剂0.5%铁氰化钾铁氰化钾KFe缓凝剂缓凝剂0.01%过硫酸胺过硫酸胺AP引发剂引发剂0.5%丙凝浆液的标准配方丙凝浆液的标准配方丙凝浆液特点：丙凝浆液特点：（1）属于真溶液，可灌性远比目前所有灌浆材料都好；）属于真溶液，可灌性远比目前所有灌浆材料都好；（2）可精确控制浆液从制备到凝结所需时间，且不受水、空气影响；）可精确控制浆液从制备到凝结所需时间，且不受水、空气影响；（3）浆液的粘度在凝结前保持不变，使浆液在灌浆过程中维持相同的渗入性；）浆液的粘度在凝结前保持不变，使浆液在灌浆过程中维持相同的渗入性；（4）浆液凝固后，凝胶本身基本上不透水，耐久性和稳定性好，可用于永久性灌浆工程；）浆液凝固后，凝胶本身基本上不透水，耐久性和稳定性好，可用于永久性灌浆工程；（5）丙凝浆液能在很低的浓度下凝结（目前标准浓度是）丙凝浆液能在很低的浓度下凝结（目前标准浓度是10%），故其成本相对较低；），故其成本相对较低；（6）丙凝浆液能用一次注入法灌浆，故其施工操作比较简单。）丙凝浆液能用一次注入法灌浆，故其施工操作比较简单。2、聚氨酯聚氨酰：、聚氨酯聚氨酰：聚氨酯浆材分类聚氨酯浆材分类水溶性聚氨酯水溶性聚氨酯能与水以各种比例混溶，并与水反应成含水胶凝体能与水以各种比例混溶，并与水反应成含水胶凝体非水溶性聚氨酯非水溶性聚氨酯只能溶于有机溶剂只能溶于有机溶剂聚氨酯浆液特点：聚氨酯浆液特点：（1）浆浆液液粘粘度度低低，可可灌灌性性好好，结结石石强强度度高高，可可与与水水泥泥灌灌浆浆相相结结合合，形形成成高高标标准准防渗帷幕；防渗帷幕；（2）浆液遇水即反应，可用于动水条件下堵漏；）浆液遇水即反应，可用于动水条件下堵漏；（3）安全可靠、不污染环境；）安全可靠、不污染环境；（4）耐久性好；）耐久性好；（5）操作简便、经济效益高；）操作简便、经济效益高；目目前前，土土木木工工程程中中多多用用非非水水溶溶性性聚聚氨氨酯酯，其其中中又又以以二二步步法法的的制制浆浆法法最最好好，即即把把主主剂先合成为聚氨酯低聚物，然后再把预聚体和外加剂按需要配成浆液。剂先合成为聚氨酯低聚物，然后再把预聚体和外加剂按需要配成浆液。聚聚氨氨酯酯是是采采用用多多异异氰氰酸酸酯酯和和聚聚醚醚树树脂脂等等作作为为主主要要原原料料再再掺掺入入外外加加剂剂配配制制而而成成的的，浆浆液灌入土层后，遇水即反应生成聚氨酯泡沫体，起加固地基和防渗堵漏等作用。液灌入土层后，遇水即反应生成聚氨酯泡沫体，起加固地基和防渗堵漏等作用。外加剂：外加剂：（1）增增塑塑剂剂：用用以以降降低低大大分分子子之之间间的的相相互互作作用用力力，提提高高材材料料可可灌灌性性。常常用用的的有有邻苯二甲酸二丁酯等；邻苯二甲酸二丁酯等；（2）稀稀释释剂剂：用用以以降降低低预预聚聚体体或或浆浆液液的的粘粘度度，提提高高浆浆液液的的可可灌灌性性。常常用用的的有有丙丙酮和二甲苯等，其中以丙酮的稀释效果最好；酮和二甲苯等，其中以丙酮的稀释效果最好；（3）表表面面活活性性剂剂：用用于于提提高高泡泡沫沫的的稳稳定定性性和和改改善善泡泡沫沫的的结结构构，一一般般采采用用吐吐温温和和硅油等；硅油等；（4）催催化化剂剂：用用以以加加速速浆浆液液与与水水的的反反应应速速度度的的控控制制发发泡泡时时间间，常常用用的的有有三三乙乙醇醇胺和三乙胺等；胺和三乙胺等；经过多年的研究与实践，得出了几种比较有效的浆材配方，如下表：经过多年的研究与实践，得出了几种比较有效的浆材配方，如下表：编号编号预聚体类型预聚体类型材材 料料 重重 量量 比比预聚体预聚体二丁酯二丁酯（增塑剂）（增塑剂）丙酮丙酮（稀释剂）（稀释剂）吐温、硅油吐温、硅油（表面活性剂）（表面活性剂）催化剂催化剂（三乙醇胺）（三乙醇胺）催化剂催化剂（三乙醇）（三乙醇）SK-1PT-1010020-3010-300.5-0.750.5-2-SK-3TT-1/TM-110010100.5-0.75-0.2-4SK-4TT-1/TP-210010100.5-0.75-0.2-4常用的聚氨酯配方常用的聚氨酯配方编号编号比重比重粘度粘度(Pa.s)固砂体固砂体抗渗标号抗渗标号屈服强度屈服强度（9.8*104Pa）弹模弹模（9.8*104Pa）SK-11.122*10-21604550B20SK-31.141.6*10-11002870B10SK-41.151.7*10-11002962B10聚氨酯浆液性能指标聚氨酯浆液性能指标 SK-1浆液的粘度较低，加固砂体的强度较高，抗渗性能浆液的粘度较低，加固砂体的强度较高，抗渗性能好，并有良好的二次扩散性能，适用于砂层及软弱夹层的防好，并有良好的二次扩散性能，适用于砂层及软弱夹层的防渗和加固处理；渗和加固处理；SK-3、SK-4浆液的特点是弹性较好，对于变浆液的特点是弹性较好，对于变形具有较好的适用性。形具有较好的适用性。SK-1、SK-3、SK-4浆液遇水后粘度浆液遇水后粘度迅速增长，不会被水稀释和冲走，故特别适用于动水条件下迅速增长，不会被水稀释和冲走，故特别适用于动水条件下的防水堵漏的防水堵漏3、硅酸盐类：、硅酸盐类：硅硅酸酸盐盐（水水玻玻璃璃）灌灌浆浆开开始始于于1887年年，是是一一种种古古老老的的灌灌浆浆技技术术，具具有有价价格格低低廉廉、渗渗入入性性较较高高和和无无毒毒等等优优点点，国国内内外外至至今今广广泛泛应应用用于于地地基基、大大坝坝、隧隧道道、桥桥墩墩、矿井等建筑工程。矿井等建筑工程。硅硅酸酸盐盐浆浆材材以以含含水水硅硅酸酸钠钠（水水玻玻璃璃Na2O.nSiO2）为为主主剂剂，另另外外加加入入胶胶凝凝剂剂以以形成凝胶。形成凝胶。胶凝剂名称胶凝剂名称浆液粘度浆液粘度（10-3Pa.s）胶凝时间胶凝时间固砂体抗压强度固砂体抗压强度（9.8*104Pa）灌浆方法灌浆方法氯化钙氯化钙100瞬时瞬时30双液双液铝酸钠铝酸钠5-10数分数分-几十分钟几十分钟30单液单液碳酸氢钠碳酸氢钠2-5数秒数秒-几十分钟几十分钟3-5单液单液磷酸磷酸3-5数秒数秒-几十分钟几十分钟3-5单液单液氟硅酸氟硅酸3-5几秒几秒-几十分钟几十分钟20-40单液或双液单液或双液乙二醛乙二醛2-4几秒几秒-几十分钟几十分钟20单液或双液单液或双液高锰酸钾高锰酸钾2-3几秒几秒-几小时几小时2-3单液或双液单液或双液硅酸盐浆材的主要性能硅酸盐浆材的主要性能A、双液法双液法是指两种胶凝剂和主剂必须在不同的灌浆管或不同时间内分别灌注，是指两种胶凝剂和主剂必须在不同的灌浆管或不同时间内分别灌注，单液法单液法是指胶是指胶凝剂与主剂能在注浆前先混合注入同一钻孔内凝剂与主剂能在注浆前先混合注入同一钻孔内B、双液法双液法中两种化学剂的反应几乎同时发生，而中两种化学剂的反应几乎同时发生，而单液法单液法中浆液的凝结时间更长，粘度增长速中浆液的凝结时间更长，粘度增长速度慢，单液法的有效扩散半径比双液法大，但其强度一般比双液法低。度慢，单液法的有效扩散半径比双液法大，但其强度一般比双液法低。四、几种改性浆材四、几种改性浆材（1）超超细细水水泥泥：常常用用的的水水泥泥由由于于颗颗粒粒较较粗粗，一一般般只只能能灌灌注注砾砾石石或或直直径径大大于于0.2-0.3mm的的孔孔隙隙。为为提提高高水水泥泥可可灌灌性性，日日本本率率先先用用干干磨磨法法制制成成d50为为4um的的MC超超细细水水泥泥，可可灌灌入入K=10-3cm/s的的中中细细砂砂层层，后后由由北北京京水水科科院院研研制制出出水水平平相相当当的的SK超超细水泥，近期由浙大等单位研制出细水泥，近期由浙大等单位研制出d50为为3-4um的的CX超细水泥；超细水泥；（2）无无毒毒丙丙凝凝：丙丙凝凝AM-9虽虽然然可可灌灌性性好好，但但对对神神经经系系统统有有毒毒害害，对对空空气气和和地地下下水水有有污污染染，1980年年美美国国研研制制出出了了AC-400的的浆浆材材，1982年年中中国国水水科科院院研研制制出出了了AC-MS浆材，这类浆材毒性仅为浆材，这类浆材毒性仅为AM-9的的1%，但其特性与功能与，但其特性与功能与AM-9类似类似；（3）酸酸性性水水玻玻璃璃：国国内内外外从从20世世纪纪70年年代代后后期期开开展展了了酸酸性性水水玻玻璃璃的的研研究究，这这种种水水玻玻璃璃能能在在中中性性区区域域内内胶胶凝凝，凝凝胶胶体体没没有有碱碱溶溶出出，在在潮潮湿湿地地层层中中可可看看成成是是永永久久性性浆材；浆材；（4）改改性性环环氧氧树树脂脂：环环氧氧树树脂脂浆浆液液的的粘粘度度大大、可可灌灌性性小小、憎憎水水性性强强（吸吸水水能能力力小小）与与潮潮湿湿裂裂隙隙粘粘结结能能力力差差，故故在在其其中中掺掺入入糠糠醛醛、丙丙酮酮和和水水溶溶性性甘甘油油环环氧氧树树脂脂等等方法，可形成具有低粘度、高亲水性并能在低温下固化的改性环氧树脂；方法，可形成具有低粘度、高亲水性并能在低温下固化的改性环氧树脂；（5）水水玻玻璃璃水水泥泥浆浆：由由水水玻玻璃璃溶溶液液与与水水泥泥浆浆混混合合而而成成，具具有有早早强强、高高强强、高高结结石率等特点。石率等特点。五、水泥浆附加剂五、水泥浆附加剂 为为改改善善水水泥泥浆浆液液性性质质，以以适适应应不不同同的的灌灌浆浆目目的的和和自自然然条条件件，可可在在水水泥泥浆浆中中掺掺入不同的附加剂：入不同的附加剂：名称名称试剂试剂用量用量（占水（占水泥重泥重%）说明说明名称名称试剂试剂用量用量（占水泥（占水泥重重%）说明说明速凝速凝剂剂氯化钙氯化钙1-2加速凝结硬化加速凝结硬化流动剂流动剂木质素磺木质素磺酸钙酸钙0.2-0.3硅酸钠硅酸钠0.5-3加速凝结加速凝结去垢剂去垢剂0.05产生空气产生空气铝酸钠铝酸钠加气剂加气剂松香树酯松香树酯0.1-0.2产生约产生约10%空气空气缓凝缓凝剂剂木质素磺酸钙木质素磺酸钙0.2-0.5亦增加流动性亦增加流动性膨胀剂膨胀剂铝粉铝粉0.005-0.02约膨胀约膨胀15%酒石酸酒石酸0.1-0.5饱和盐水饱和盐水30-60约膨胀约膨胀1%磷酸氢二钠磷酸氢二钠0.5-2防析水防析水剂剂纤维素纤维素0.2-0.3硫酸铝硫酸铝约约20产生空气产生空气在地基处理中，灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为以下四类：在地基处理中，灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为以下四类：9.3 9.3 灌浆理论灌浆理论有代表性的渗透灌浆理论：有代表性的渗透灌浆理论：球形扩散理论、柱形扩散球形扩散理论、柱形扩散理论、袖套管法理论理论、袖套管法理论渗透灌浆渗透灌浆Permeation Grouting在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就越大。这种理论假定在灌浆过程中地层结构不受扰动量及浆液扩散距离就越大。这种理论假定在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所用的灌浆压力相对较小。适用于中砂以上的砂土和有裂隙岩石和破坏，所用的灌浆压力相对较小。适用于中砂以上的砂土和有裂隙岩石劈裂灌浆劈裂灌浆Fracturing Grouting在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张或形成新的裂缝或体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张或形成新的裂缝或孔隙，从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大，所用的灌浆压孔隙，从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大，所用的灌浆压力相对较大。力相对较大。通过钻孔向土层中压入浓浆，随着土体的压密和浆液挤入，将在压浆点周通过钻孔向土层中压入浓浆，随着土体的压密和浆液挤入，将在压浆点周围形成灯泡状空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起围形成灯泡状空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆起，许多工程种用这一原理纠正了地面建筑物不均匀沉降，被地层局部隆起，许多工程种用这一原理纠正了地面建筑物不均匀沉降，被称为称为土内压密土内压密。压密灌浆压密灌浆Compaction Grouting电动化学灌浆电动化学灌浆Electrochemical Injection当在粘土中插入金属电极并通以直流电后，就在土中引起电渗、电泳和离当在粘土中插入金属电极并通以直流电后，就在土中引起电渗、电泳和离子交换作用，促使在通电区域中含水量降低，从而在土内形成渗浆通道，子交换作用，促使在通电区域中含水量降低，从而在土内形成渗浆通道，若在通电时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在通道上形成硅胶，并与土颗粒若在通电时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在通道上形成硅胶，并与土颗粒胶结成具有一定力学强度的加固体。胶结成具有一定力学强度的加固体。表面压密：表面压密：在建筑物底板下土层表面在建筑物底板下土层表面压浆，使土体自上而下的固结沉降。压浆，使土体自上而下的固结沉降。表面压密表面压密土土内内压压密密一、球形扩散一、球形扩散渗透、劈裂灌浆理论简介渗透、劈裂灌浆理论简介渗透、劈裂灌浆理论简介渗透、劈裂灌浆理论简介Maag（1938年）首先推导出浆液在砂层中的渗透公式，其采用假设条件为：年）首先推导出浆液在砂层中的渗透公式，其采用假设条件为：1、被灌砂土为均质的和各向同性的；、被灌砂土为均质的和各向同性的；2、浆液为牛顿体；、浆液为牛顿体；3、采用填压法灌浆，浆液从灌浆管底端注入地层；、采用填压法灌浆，浆液从灌浆管底端注入地层；4、浆液在地层中呈球状扩散。、浆液在地层中呈球状扩散。该理论的灌浆时间该理论的灌浆时间t和浆液扩散半径和浆液扩散半径r1的关系式如下：的关系式如下：砂土孔隙率砂土孔隙率浆液粘度对水浆液粘度对水的粘度比的粘度比砂土渗砂土渗透系数透系数灌浆压力，灌浆压力，水头水头灌浆管半径灌浆管半径注：注：Maag公式较简单，对粘度随时间变化不大的公式较简单，对粘度随时间变化不大的浆液能给出渗入性的初步轮廓。浆液能给出渗入性的初步轮廓。h1h0二、柱形扩散二、柱形扩散当牛顿体作柱形扩散时，可按下列二式计算：当牛顿体作柱形扩散时，可按下列二式计算：砂土孔隙率砂土孔隙率浆液粘度对水浆液粘度对水的粘度比的粘度比砂土渗砂土渗透系数透系数灌浆压力，灌浆压力，水头水头灌浆管半径灌浆管半径浆液扩散半径浆液扩散半径三、袖套管理论计算三、袖套管理论计算假定浆液在砂砾石中作紊流运动，则扩散半径假定浆液在砂砾石中作紊流运动，则扩散半径r1为：为：被灌土体的被灌土体的有效粒径。有效粒径。浆液运动粘滞系数浆液运动粘滞系数四、劈裂灌浆：四、劈裂灌浆：沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂：沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂：砂和砂砾石砂和砂砾石对对砂砂和和砂砂砾砾石石层层，可可按按照照有有效效应应力力的的Mohr-Coulomn破破坏坏标标准准进进行行计计算算，地地层层各各向同性：向同性：地地层层中中由由于于灌灌浆浆压压力力的的作作用用，将将使使砂砂砾砾土土的的有有效效应应力力减减小小，当当灌灌浆浆压压力力Pc，达到下式标准时，就会导致地层破坏：达到下式标准时，就会导致地层破坏：灌浆段深度灌浆段深度大小主应力比大小主应力比材料满足该式，材料满足该式，则即将发生破坏则即将发生破坏注注：随随着着孔孔隙隙水水压压力力增增加加，有有效效应应力力减减小小至至与与破破坏坏包包线线相切，表明砂砾土开始劈裂。相切，表明砂砾土开始劈裂。一、设计内容一、设计内容 9.4 9.4 设计计算设计计算1、灌浆标准：、灌浆标准：通过灌浆要求达到效果和质量指标；通过灌浆要求达到效果和质量指标；2、施工范围：、施工范围：包括灌浆深度、长度和宽度；包括灌浆深度、长度和宽度；3、灌浆材料：、灌浆材料：包括浆材种类和浆液配方；包括浆材种类和浆液配方；4、浆液影响半径：、浆液影响半径：浆液在设计压力下所能达到的有效扩散距离；浆液在设计压力下所能达到的有效扩散距离；5、钻钻孔孔布布置置：根根据据浆浆液液影影响响半半径径和和灌灌浆浆体体设设计计厚厚度度，确确定定合合理理的的孔距、排距、孔数和排数；孔距、排距、孔数和排数；6、灌浆压力：、灌浆压力：规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力；规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力；7、灌浆效果评估：、灌浆效果评估：用各种方法和手段检测灌浆效果用各种方法和手段检测灌浆效果二、方案选择二、方案选择这这是是设设计计者者首首先先面面对对的的问问题题，但但其其具具体体内内容容并并无无严严格格规规定定，一一般般只只把把灌灌浆浆方方法法和和灌灌浆浆材材料料的的选选择择放放在在首首要要位位置置，其其选选择择与下列因素有关：与下列因素有关：1、灌浆目的、灌浆目的（加固（加固or防渗？提高承载力防渗？提高承载力or减小变形？）减小变形？）2、地地质质条条件件（地地层层构构造造、土土类类及及土土性性、地地下下水水位位、地地震震级级别等）别等）3、工工程程性性质质（永永久久工工程程or临临时时工工程程？重重要要建建筑筑or一一般般建建筑筑？）？）在在国国内内外外工工程程实实践践中中，常常采采用用联联合合灌灌浆浆工工艺艺，包包括括不不同同的的浆浆材材及及不不同同灌灌浆浆方法的联合以适应某些特殊地质条件和专门灌浆目的需要。方法的联合以适应某些特殊地质条件和专门灌浆目的需要。防防渗渗标标准准越越高高，表表明明灌灌浆浆后后地地基基的的渗渗透透性性越越低低，灌灌浆浆质质量量就就越越好好，地地下下水水流流速速也也越越低低，地地基基发发生生管管涌涌破破坏坏可可能能性性就就越越小小，但但造造价价也也越越高高，因因此此防防渗渗标标准准不不应应是是绝绝对对的的，每每个个灌灌浆浆工工程程都都应应根根据据自自己己的的特特点点，通通过过技述经济比较确定一个相对合理的指标。技述经济比较确定一个相对合理的指标。对对砂砂和和砂砂砾砾石石层层，防防渗渗标标准准多多用用K表表示示，对对比比较较重重要要的的防防渗渗工工程程，K需需降降低低至至10-4-10-5cm/s，对对临临时时性性工工程程或或允允许许出出现现较较大大渗渗漏漏量量而而又又不不致发生渗透破坏的地层，也有采用致发生渗透破坏的地层，也有采用10-3cm/s数量级的实例。数量级的实例。三、防渗标准三、防渗标准 在在岩岩石石地地基基中中，防防渗渗标标准准国国内内外外多多用用Lu作作为为评评价价准准则则。Lu的的概概念念为为在在1MPa水水压压力力作作用用下下，每每min压压入入每每m长长孔孔段段1L水水即即为为1Lu。例例如如：压压水水时时压压力力为为1MPa，试试段段长长5m，压压水水延延续续时时间间5min，总总吸吸水水量量100L，求，求Lu?从总的趋势看，国内外灌浆帷幕的防渗标准倾向于逐渐放宽，从总的趋势看，国内外灌浆帷幕的防渗标准倾向于逐渐放宽，砼重力坝设计规范规定：坝高大于砼重力坝设计规范规定：坝高大于100m，防渗标准取，防渗标准取1-3Lu，坝高，坝高100-50m时取时取3-5Lu，坝高，坝高50m以下时取以下时取5Lu四、浆材及配方设计原则四、浆材及配方设计原则四、浆材及配方设计原则四、浆材及配方设计原则五、浆液扩散半径的确定五、浆液扩散半径的确定 浆浆液液扩扩散散半半径径r是是一一个个重重要要参参数数，它它对对灌灌浆浆工工程程量量及及造造价价具具有有重重要要的的影影响响。r值值可可按按理理论论公公式式计计算算（球球形形、柱柱形形扩扩散散、袖袖套套管管法法），当当地地质质条条件件复复杂杂或或计计算算参参数数不不易易选选准准时时，就就应应通通过过现现场场灌灌浆浆试试验验确确定定。在在没没有有试试验资料时，可按土渗透系数参照下表取值：验资料时，可按土渗透系数参照下表取值：扩散半径，并非最远距离，而是符合设计要扩散半径，并非最远距离，而是符合设计要求的扩散距离；确定扩散半径，要择取多数求的扩散距离；确定扩散半径，要择取多数条件下可达到的数值，而不是取平均值；条件下可达到的数值，而不是取平均值；注注浆浆孔孔的的布布置置是是根根据据浆浆液液的的注注浆浆有有效效范范围围，且且应应相相互互重重叠叠，使使被被加加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的：固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的：六、孔位布置六、孔位布置1、单排孔的布置、单排孔的布置假假定定浆浆液液扩扩散散半半径径r已已知知，浆浆液液呈呈圆圆球球状状扩扩散散，则则两两圆圆必必须须相相交交才才能能形形成成一定厚度一定厚度bl值越小，值越小，b值越大，而当值越大，而当l=0时，时，b=2r，这是，这是b的最大值，但的最大值，但l=0没有意义（重合）；反之没有意义（重合）；反之l越越大，大，b值越小，当值越小，当l=2r时，两圆相切，时，两圆相切，b=0，故，故孔距孔距l必须在必须在r与与2r之间选择。之间选择。l-rr-(l-r)l-r+r-(l-r)/2r2、多排孔的布置、多排孔的布置1、排距、排距R大于大于r+b/2。两排孔不能紧密搭接，在灌浆体中留下。两排孔不能紧密搭接，在灌浆体中留下“窗口窗口”多多排排孔孔设设计计的的原原则则是是要要充充分分发发挥挥灌灌浆浆孔孔的的潜潜力力，以以获获得得最最大大的的灌灌浆浆体体厚厚度，但不同的设计方法，将得出不同的结果：度，但不同的设计方法，将得出不同的结果：窗口窗口2、排距、排距R小于小于r+b/2。两排孔搭接过多，将造成浪费。两排孔搭接过多，将造成浪费Rrb/23、排排距距R等等于于r+b/2。两两排排孔孔正正好好紧紧密密搭搭接接，最最大大限限度度发发挥挥了了各各灌灌浆浆孔孔的作用，是一种最优设计。的作用，是一种最优设计。则：则：最优排距最优排距Rm和和最大灌浆有效厚度最大灌浆有效厚度Bm的计算式为：的计算式为：（1）两排孔）两排孔（2）三排孔）三排孔（3）五排孔）五排孔综综上上：可可得得出出多多排排孔孔的的最最优优排排距距、最最优优厚度厚度统一表达式为：统一表达式为：最优排距：最优排距：（1）奇数排）奇数排:最优厚度：最优厚度：（2）偶数排）偶数排:式中：式中：n为灌浆孔排数。为灌浆孔排数。在在设设计计工工作作中中常常遇遇到到n排排孔孔厚厚度度不不够够，n+1排排孔孔厚厚度度又又偏偏大大的的情情况况，必必要要时时可可放放大孔距来调整，但也应对钻孔费用和浆材费用进行比较，以确定合理的孔距。大孔距来调整，但也应对钻孔费用和浆材费用进行比较，以确定合理的孔距。由由于于浆浆液液的的扩扩散散能能力力与与灌灌浆浆压压力力大大小小密密切切相相关关，故故高高灌灌浆浆压压力力能能使使钻钻孔孔数数减减少少、使使一一些些微微细细孔孔隙隙张张开开，有有助助于于提提高高可可灌灌性性；高高灌灌浆浆压压力力还还能能在在充充填填物物中中造造成成劈劈裂裂灌灌浆浆，使使软软弱弱材材料料的的密密度度、强强度度和和不不透透水水性性改改善善；高高灌灌浆浆压压力力还还有有助助于于抗抗日日出浆液中多余水分，使浆液结石的强度提高。出浆液中多余水分，使浆液结石的强度提高。七、容许灌浆压力的确定七、容许灌浆压力的确定 进进行行灌灌浆浆试试验验时时，一一般般是是用用逐逐步步提提高高压压力力的的方方法法求求得得注注浆浆压压力力与与注注浆浆量量关关系系曲线：曲线：当当灌灌浆浆压压力力超超过过地地层层的的压压重重和和强强度度时时，将将有有可可能能导导致致地地基基及及其其上上部部结结构构破破坏坏，故故一一般般以以不不使使地地层层结结构构破破坏坏或或仅仅发发生生局局部部和和少少量量破破坏坏，作作为为确确定定地地基基允允许许灌灌浆浆压压力的基本原则。力的基本原则。灌灌浆浆压压力力灌浆量灌浆量Pf 当当压压力力升升至至某某一一数数值值（Pf），而而灌灌浆浆量量突突然然增增大大时时，表表明明地地层层结结构构发发生生破破坏坏或或孔孔隙隙尺尺寸寸已已被被扩扩大大，因因而而可可把把此此时时的的压压力力值值作作为为地地基基容容许许灌浆压力值。灌浆压力值。当当缺缺乏乏试试验验资资料料，或或在在进进行行现现场场灌灌浆浆试试验验前前需需预预定定一一个个试试验验压压力力时时，可可按按理理论公式或经验值确定，然后在灌浆过程中根据具体情况再作适当调整：论公式或经验值确定，然后在灌浆过程中根据具体情况再作适当调整：对于砂砾地基灌浆，容许灌浆压力对于砂砾地基灌浆，容许灌浆压力可采用下列二式计算：可采用下列二式计算：或或式中：式中：pe容许灌浆压力（容许灌浆压力（105Pa）；）；c与灌浆期次有关的系数，第一序孔与灌浆期次有关的系数，第一序孔c=1，第二序孔，第二序孔c=1.25，第三序孔，第三序孔c=1.5；T地基覆盖层厚度（地基覆盖层厚度（m）；）；K与灌浆方式有关的系数，自上而下灌浆时与灌浆方式有关的系数，自上而下灌浆时K=0.5，自下而上灌浆时，自下而上灌浆时K=0.6；与地层性质有关的系数，可在与地层性质有关的系数，可在0.5-1.5选取，结构松、渗透性强的取低值，反之取高值；选取，结构松、渗透性强的取低值，反之取高值；h地面至灌浆段的深度（地面至灌浆段的深度（m）；）；系数，在系数，在1-3范围内取值；范围内取值；地表面以上覆盖层的重度（地表面以上覆盖层的重度（kN/m3）灌注所需的浆液总量灌注所需的浆液总量Q按下式计算：按下式计算：八、灌浆量八、灌浆量式中：式中：Q浆液总用量（浆液总用量（L）；）；V注浆对象的土量（注浆对象的土量（m3）n土的孔隙率（土的孔隙率（%）；）；K经验系数：经验系数：软土、粘性土、细砂软土、粘性土、细砂 K=0.3-0.5中砂、粗砂中砂、粗砂 K=0.5-0.7砾砂砾砂 K=0.7-1.0湿陷性黄土湿陷性黄土 K=0.5-0.8 灌灌浆浆质质量量一一般般指指灌灌浆浆施施工工是是否否严严格格按按设设计计和和施施工工规规范范进进行行，如如不不符符，则则应应根根据据具具体体情情况况采采用用适适当当补补充充措措施施；灌灌浆浆效效果果是是指指灌灌浆浆后后能能把把地地层层的的物物理理力力学学性性质质改善到什么程度。改善到什么程度。地地基基灌灌浆浆最最重重要要的的效效果果检检验验方方法法是是在在灌灌浆浆体体内内钻钻孔孔，并并通通过过钻钻孔孔进进行行不不同同的的测试工作：测试工作：1、灌灌浆浆结结束束后后，通通过过灌灌浆浆体体内内钻钻孔孔，用用压压水水、注注水水或或抽抽水水等等方方法法测测定定地地基基的的流流量及渗透系数，不合格者需进行补浆；量及渗透系数，不合格者需进行补浆；2、通通过过钻钻孔孔，从从灌灌浆浆体体内内取取出出原原状状样样品品，送送实实验验室室进进行行必必要要的的试试验验研研究究（样样品品密密度度、结结石石性性质质、浆浆液液的的充充填填率率及及剩剩余余孔孔隙隙率率、qu及及f、渗渗透透性性及及长长期期渗渗流流稳稳定定性、变形模量和蠕变性）；性、变形模量和蠕变性）；3、建筑物投入运行后，通过钻孔网观测灌浆体上下游的水位和渗流量；、建筑物投入运行后，通过钻孔网观测灌浆体上下游的水位和渗流量；4、分析地层的耗浆量情况；、分析地层的耗浆量情况；5、用现场测得的弹性纵波速度和动弹性模量来确定加固灌浆的效果。、用现场测得的弹性纵波速度和动弹性模量来确定加固灌浆的效果。九