13 灌浆法

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3）硅粉水泥浆材
硅粉是冶金厂生产硅铁过程中的副产品，经冷凝而成的细球状颗粒。 （1）一般掺入6%～10%硅粉即能收到较好效果。 （2）水灰比不超过0.6～0.8，高水灰比结石强度比不掺硅粉浆液要低。 （3）由于硅粉的比表面相很大，需水量很高，因而为了使浆液获得必需 的流动性，可掺入高效减水剂UNF-5，掺入量为水泥质量的0.2%～0.8%。
V——直流电压； L——两电极的距离。
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五、单液硅化法和碱液法
适用于处理地下水位以上渗透系数为0.10～2.00m/d的湿陷性黄土等 地基。在自重湿陷性黄土场地，当采用碱液法的，应通过试验确定其适用 性。
1）单液硅化法
主要材料为液体水玻璃（硅酸钠溶液），水玻璃模数值宜为2.5～3.3。 单液硅化法灌注工艺有：①压力灌注；②溶液自渗。
pd c 2l
式中
c——浆液结石与孔隙壁面间的粘结力； p——地下水的渗透压力； d——孔隙高度； l——灌浆体长度。
13 灌浆法
13.1 概述 一、灌浆法的概念、作用及目的
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。
灌浆的主要作用有：
①充填作用: 浆液凝结的结实将地层空隙充填起来，可以阻止水通 过，提高地层密实性。 ②压密作用：在浆液被压入的过程中，将对地层产生挤压，从而使 那些无法进入浆液的细小裂隙或空隙收到压缩和挤密，使地层密实性 和力学性都能得到提高。 ③粘合作用：某些浆液的胶凝性质可以使基岩、建筑物裂缝等充填 并粘合，使其承载力得到提高。 ④固化作用：某些浆才（如水泥和某些化灌材料）可与地层中的黏 土等松软物质发生化学反应，将其凝固成坚固的“类岩体”。 1
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二、 灌浆法的发展历史
灌浆法的最早采用是在1802年，由法国的Charles Berlghy（查理 士· 贝尼尔）所发明。最早压入粘土浆液，后又在其它修理工程上压人具 有一定硬结性能的火山灰和生石灰浆液。 1856～1858年间，英国的W.R.Kinippe（基尼普尔）在作了一系列试 验后，第一次把水泥用于灌浆。 化学灌浆是在1920年由德国的Joosen（尤斯登）使用水玻璃和氯化 钙作为灌浆材料开始出现的。60年代中期，化学灌浆材料已达30多种。 1949年新中国成立后，经过多年来试验研究和实际应用，在水泥、粘 土等传统材料的灌浆技术上有了很大的发展和提高。在化灌材料方面改 进了铬木素类、水泥—水玻璃类、丙烯酰胺类浆液的配方，另外还研制 出聚氨酯类、环氧树脂类等新的灌浆材料。
二、浆液的基本性能
（1）粘度低、流动性和可注性好，能够进入细小隙缝和粉细砂层。 （2）凝固时间能够在几秒至几小时内任意调节，并能准确地控制。 （3）稳定性好，常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质。 （4）无毒、无臭，不污染环境，对人无害，属非易燃、易爆物品。 （5）对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性，易清洗。 （6）浆液固化时，无收缩现象，固化后有一定的粘结性。 （7）浆液结石率高，结石抗压强度和抗拉强度高，不龟裂，抗渗性好。 （8）结石体耐老化性能好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀。 （9）灌浆材料的粒度越细，注浆效果越好，但浆液成本也就越高。 （10）配制方便，易操作，原材料来源丰富，价格低，可大规模使用。
10）木质素浆材
最早的铬木素浆材只有纸浆废液和重铬酸钠两种成分。但因这种浆液凝 胶时间较长，采用了三氯化铁作为促进剂，可缩短凝胶时间。为了提高其 强度，又研制出铝盐和铜盐作为促进剂的铬木素浆材，但毒性均未减小。
11）改性环氧树脂浆材
强度高、粘结力强、收缩性小、化学稳定性好、并能在常温下固化等优 点；但浆液的粘度大、可灌性小、增水性强、与潮湿裂缝粘结力差等。 北京水科院研制的SK-E系列改性环氧树脂浆材，具有粘度低、强度高、 良好的亲水性（水下固化，有漏水甚至涌水的裂隙中可用）和可灌性等特 点，是理想补强加固灌浆材料。
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三、灌浆法的分类
（1）按灌浆作用分 ：固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆和接触灌浆等。 （2）按灌注材料分： 水泥、水泥砂浆、水泥粘土和化学灌浆等。 （3）按灌浆压力分： 高压灌浆（3MPa以上）、中压灌浆（0.5～3MPa） 和低压灌浆（0.5MPa以下），后两类也可称为常规压力灌浆。 （4）按灌浆机理分：渗透灌浆、压密灌浆、劈裂灌浆、电动化学灌浆。 （5）按灌浆目的分： 如防渗灌浆、加固灌浆。
灌浆的主要目的是防渗、堵漏、加固和纠正建筑物偏斜。 ①防渗：降低渗透性，减少渗流量，提高抗渗能力，降低孔隙压力。 ②堵漏：封填孔洞，堵截流水。 ③加固：固结或稳固松散颗粒和破碎岩石，提高地层的力学强度， 起到安全围护和支撑。 ④纠偏：使已发生不均匀沉降的建筑物恢复原位或减少其偏斜度。 ⑤补强：对有缺陷或损坏了的建筑物进行补强修理；恢复混凝土结 构及建筑物的整体性。 通过灌浆对置入地层中的孔管、锚杆、锚索等进行固定和保护。
k＝w×1.5×10-3（cm／s） 可以1吕荣单位为标准，水的价值较高时为2~3吕荣。 吕荣，是用来表示岩层渗透性的一种单位，式中的压力水头不是m，而 是1MPa（或10kg/cm2），故数值上1吕荣等于单位吸水量（w）0.01。
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2）强度和变形标准
（1）为增加摩擦桩承载力，主要应沿桩的周边灌浆，以提高桩侧界面 间的凝聚力，对支承桩则在桩底灌浆以提高桩端土的抗压强度和变形模量。 （2）为减少坝基础的不均匀变形，仅需在坝基下游基础受压部位进行 固结灌浆，以提高地基土的变形模量，而无需在整个坝基灌浆。
8）硅酸盐类浆材
硅酸盐（水玻璃）因具有无毒、价廉和可灌性好等优点，应用较普遍，占 目前使用的化学浆液的90%以上。水玻璃（Na2O· nSiO2）在酸性固化剂作用 下，可产生凝胶。
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9）水泥水玻璃浆材
水泥浆水灰比0.8：1～1：l；水泥浆与水玻璃体积比1：0.6～1：0.8； 水玻璃的模数值为2.4～2.8，浓度为（30～45）0Be′。各配方的凝结时间为 1～2min，抗压强度变化在9～24MPa。
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二、灌浆标准确定
1）防渗标准
在岩石地基中，多采用单位吸水量w作为准则，在水利水电建设工程 中防渗标准多采用w＝0.01~0.03。 单位吸水量是用钻孔压水试验方法求得，计算式为：
式中 w——地层单位吸水量（L/（ min.m2） ） ；

Q w L H t
Q——地层的总吸水量（L） ； L——压水试验段长（m） ； H——压水压力（m） ； t——试验时间（min） 。
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二、 压密灌浆
压密灌浆是浓浆置换和压密土 的过程。此法最常用于砂土地基， 粘土地基中若有适宜的排水条件也 可采用。 压密灌浆简单实用，造价便宜， 是目前应用最广泛的注浆方法之一。
压密灌浆原理示意图
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三、劈裂灌浆
劈裂灌浆压力较高， 用于土体加固和裂隙岩 体的防渗和补强。
劈裂灌浆示意图 1.浆液 2.渗透的浆液 3.灌浆孔 4.灌浆劈裂面
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四、常用浆液材料的配制
1）水泥浆材
一般采用普通硅酸盐水泥。适用于岩土加固，也适用于地下防渗。 水泥浆的水灰比一般为0.5～2.0，42.5级普通硅酸盐水泥.
2）粉煤灰水泥浆材
粉煤灰的用量可高达50%（即在配方中水泥与粉煤灰用量相同），但 结石的强度将有所降低。灌浆前应根据具体条件进行仔细的配方试验。
6）聚氨脂浆材
聚氨酯是采用多异氰酸脂和聚醚脂等作为主要原材料，再掺入各种外加 剂配制而成的。浆液灌入地层后，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。
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7）丙烯酰胺类及无毒丙凝浆材
该浆材国外称AM-9，国内称丙凝，由主剂丙烯酰胺、引发剂过硫酸胺 （简称AP）、促进剂β-二甲氨基丙腈（简称DAP）和缓凝剂铁氰化钾 （简称KFe）组成 。 1980年，美国研制成出AC-400浆材。1982年水科院研制出AC-MS。这类 浆材的毒性仅为丙凝的1%，但其特性和功能都与AM-9相似，故被称为无毒 丙凝，是一种更加理想的灌浆材料。
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四、 电动化学灌浆
当在粘性土中插入金属电极并通以直流电后，就在土中引起电渗、电 泳和离子交换等作用，在土内形成渗浆“通道”。 若在通电的同时向土中灌注硅酸盐液浆，就能在“通道”上形成硅胶， 并与土粒胶结成一定强度的加固体。
Ve K e I e K e V / L
式中
Ve ——电渗速度； K e ——土的电渗系数； I e ——电压比降；
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13.3 灌浆方式与加固原理
常用的灌浆方式有渗入性灌浆、压密灌浆、劈裂灌浆、电动化学灌浆、 单液硅化法和碱液法几种类型。
一、渗入性灌浆
在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大， 吸浆量及浆液扩散距离就大。这种理论假定，在灌浆过程中地层结构不受 扰动和破坏，灌浆压力相对较小。 渗入性灌浆适用于地基中存在孔隙或裂缝的地基土层，如砂土地基等。 对于颗粒型浆液，其颗粒尺寸必须能进入土层中存在的孔隙或裂缝中，因 而渗入性灌浆存在浆液可灌性问题。 浆液扩散理论有球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管法理论等。
2）碱液法
将加热后的碱液（即氢氧化钠溶液），以无压自流方式注入土中，使 土粒表面溶合胶结形成难溶于水的，具有高强度的钙、铝硅酸盐络合物， 从而达到消除黄土湿陷性，提高地基承载力的地基处理方法称之为碱液法。
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13.4 设计与计算
一、灌浆方案选择
（1）为提高地基强度和变形模量，可选水泥浆、水泥砂浆和水泥水 玻璃浆等，或采用高强度化学浆材，如环氧树脂。 （2）防渗堵漏时，可用粘土水泥浆、粘土水玻璃浆、水泥粉煤灰混 合物、丙凝等。 （3）裂隙岩层采用纯水泥浆，或在水泥浆、水泥砂浆中掺人少量膨 润土；砂层中一般采用化学浆液；在黄土中采用单液硅化法或碱液法。 （4）对孔隙较大的砂砾层或裂隙岩层中采用渗入性注浆法；在砂层 灌注粒状浆材宜采用水力劈裂法，在粘性土层中采用水力劈裂法或电动 硅化法；矫正建筑物的不均匀沉降则采用压密灌浆法。