《注浆、工艺、方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注浆、工艺、方法.docx（23页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、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
2、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
3、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。目前处理深度己经成功地超过40mo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C
4、CP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一一旋喷桩。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10-4cm/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
5、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
6、，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一氯化钙溶液，这是化学注浆的开始。20世纪50年代，美国发明以丙烯酰
7、胺为主剂的有机化学注浆材料AM-9O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年研制成功水泥一水玻璃双液注浆法。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，
8、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5000cm2/g,有的达到1000027OOOcm2/g,使其能注入0.050.09mm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
9、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）。广无机系列注浆材料有机系列水泥浆液J水泥粘土浆液水泥一水玻璃类浆液I硅酸盐类浆液木质素类浆液丙烯酰胺类浆液 版醛树酯类浆液 其他图8-1注浆材料分类一、浆液的性能1、浆液的渗入能力(1)基本概念浆液
10、的渗入性是指浆液渗入缝隙中的能力，渗入性越好，浆液在一定压力下的扩散距离就越大，或者只需用较小的灌浆压力就能把浆液输送至预定的距离。浆液的渗入能力受尺寸效应及流变效应的控制，但随所用灌浆原理和浆材品种的不同，控制因素又分为下述几种情况：渗入性灌浆当采用粒状浆材时，材料颗粒尺寸越小和浆液流动性越好，浆液渗入能力就越高；渗入性灌浆当采用真溶液化学浆材时，浆液的渗入能力仅受浆液流动性的影响；(3)劈裂灌浆也受上述规律的制约，但因被灌缝隙的尺寸和形式可能在灌浆过程中发生变化，故尺寸效应和流变效应的影响比较复杂。(2)颗粒细度的影响从尺寸效应出发，浆材颗粒的细度越高，渗入能力就越强。但细度越高，其比表面
11、积也越大，在相同时间内颗粒的水化程度和絮凝程度就越快，从而导致浆液变稠，粘度增加。这就说明，颗粒细度将导致相对矛盾的两种效果，如果处理不当，对渗入能力和灌浆效果将造成不利的影响。(3)流动性维持能力浆液的粘度在凝结前维持不变，就能使浆液在灌浆过程中维持同样的渗入能力，然而除少数几种浆液如丙凝外，大多数浆液的流动性都随时间而变小，即浆液的粘度随时间而增加，在理论计算中把浆液粘度视为常数将使计算结果出现误差。另外，在灌浆过程中，由于浆液受搅拌和摩擦等作用，其粘度变化将更明显，例如把水泥浆连续搅拌和循环，浆液即逐渐变稠，出现“回浓现象，粘度也大大增加。（4）特殊条件一般情况下，浆液渗入能力越强越有利
12、于灌浆，但在某些特殊条件下，高渗入能力反而不利，在大孔隙地层中灌浆时，往往要采用流动性和维持能力较差的浆液，才能提高灌浆质量和降低施工成本。在地下水流速较大的地层，除采用上述浆液外，还常需采取两项措施：其一，掺入促进剂以加速浆液的凝固过程；其二，若地层孔隙较大，还要在地层中投入石块或级配砂石料，才能实现预期的灌浆目的。2、浆液的稳定性对于化学浆材，稳定性是指它在常温常压下存放时，是否会发生强烈的化学反应和改变其基本性质。对于粒状浆材，除化学稳定性，尚包含下面两个意义。（1）颗粒沉淀分层性水泥浆和水泥砂浆等是一种不稳定的悬浮体系，其颗粒极易在水溶液中沉淀分层，粘土浆则是比较稳定的悬浮体系，有些高
13、塑性粘土和膨润土甚至能用较低的浓度制成稳定性很高的浆液，粘土水泥混合浆的稳定性介于上两种浆液之间。在灌浆过程中，当浆液在缝隙中的流动速度减慢或完全终止流动，以及搅浆机因故暂停工作时，粒状浆材的颗粒将发生沉淀分层，使浆液的均匀性降低，流动性变坏或完全丧失。因此，稳定性较差的浆液可能带来下述对灌浆工程极为不利的后果：颗粒沉积后使浆体底部的密度变为最大，上部最小，结石强度亦按此规律分布；易造成包括灌浆机具管路和地层缝隙等灌浆通道的堵塞，尤其是在卵砾石地层，由于孔隙纵横交错和凹凸不平，不稳定浆液很容易将某些渗流断面缩小或填满，通道被堵塞后，将导致灌浆过程的过早结束，或者要采取特殊措施如用水冲洗通道或施
14、加更大的灌浆压力，才能恢复正常的灌浆。（2）析水性随着固体颗粒的下沉，浆液中的水将被析出并向浆液顶端上升，这种析水机理可用斯脱克定律表达如下：=2_空Rf取一(8-1 )32Tpw-(1+3郎)式中：q起始析水速度；dm悬液中水泥颗粒的当量圆球直径；V水的运动粘度；pc水泥的密度；pw水的密度；W浆液的水灰比，W=Io从式（8-1）可以看出，浆液水灰比是影响析水率的主要因素，研究证明，当水灰比为1.0时，水泥浆的最终析水率可高达20%o由于浆液析出，也可能造成下述几种后果：由于析水与颗粒沉淀现象是伴生的，所以析水的结果也将导致浆液流动性变差，造成机具和灌浆通道的堵塞，并使结石强度均匀性降低。若
15、析水作用发生在灌浆结束之后，则可能在灌浆体的顶部造成空穴，如不进行补灌，将使灌浆效果降低。但是，由于水泥颗粒凝结所需的水灰比仅为0.250.45,大大小于灌浆时所用的水灰比，因而只有把多余水分尽量排走，才能使灌浆体获得必要的强度。沉淀析水也是渗入性灌浆的一种理论依据。因此，如果析水现象发生在适当的时刻且有浆液补充由析水形成的空隙，则浆液的析水现象不但无害，甚至是必需的。3、结石率结石率是指浆液凝固后结石体积Vs与浆液最初体积VO之比，以百分数表示。如果结石率大于1,则结石体膨胀；如果结石率小于1,则结石体收缩。在强度指标得到满足的条件下，结石率越高，加固效果就越好，然而由于种种原因，不少浆材都
16、难以达到理想的结石率。（1）析水沉淀析水沉淀现象是导致结石率降低的重要原因之一，这里不再赘述。降低浆液含水量和在浆液中掺入高塑性粘土等，可减少这种不利影响。（2）体积收缩有些浆液例如丙凝，因含水量太多，凝固后若处于干燥条件下，凝胶将产生不同程度的收缩。虽然干缩后再浸水又会使凝胶膨胀，但在体积变化过程中可能在凝胶体内产生裂缝。因此，这类浆液不宜在干燥环境中应用。有些浆液例如硅凝胶，即便在潮湿状态下也会发生一定的收缩。但这种收缩不属于干缩，也不是水或有害化学剂对硅胶的溶蚀，而是由于硅胶中的硅离子发生缩聚作用而把自由水从硅胶中挤出的结果，这种作用被称为脱水收缩，其结果将使灌浆效果降低。有些高分子聚合
17、体的收缩性很高，例如甲凝的收缩率高达15%20%。这是因为甲凝浆液的主要成分是甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯，在引发剂过氧化苯甲酰和促进剂二甲基苯胺等的作用下，各单体分子逐步组成聚合链，分子间距也随之缩短，从而引起较大的收缩。但据研究，高分子聚合物的这种体缩仅出现在聚合过程中，浆液一旦凝固，聚合物的体积就不再发生变化，而且浆液在收缩过程中，其密度也相应地增加。关于水泥浆材，有人认为结石略有收缩，有的试验结果证明，不管结石是用压力成型还是自由沉降成型，只要在水中养护，不但不发生收缩，反而略有膨胀。4、力学强度岩土加固灌浆的实质在于：改良被灌介质的现有性质；从根本上改变被灌介质的物理化学状态，从而
18、在被灌范围内产生一种新的物质。灌浆之所以能达到上述目的，主要依靠下述三种作用：（1）化学胶结作用不管是水泥浆或化学浆，都具有能产生胶结力的化学反应，把分开的岩石或土连结在一起，从而使岩土的整体结构得到加强。（2）惰性填充作用填充在岩石裂隙及土孔隙中的浆液凝固后，因其具有不同程度的刚性而能改变岩层及土体对外力的反应机制，使岩土的变形受到约束。（3）离子交换作用浆液在化学反应过程中，某些化学剂能与岩土中的元素进行离子交换，从而形成具有更加优良性质的新材料。浆材强度越高，自然加固效果越好，但根据灌浆实践经验及室内试验研究可知，被灌介质强度的增减是一种受多种因素制约的复杂的物理化学过程，灌浆材料本身的
19、性质固然是很重要的因素，还需有各方面的配合才能得到比较理想的加固效果。5、耐久性在某些条件下，灌浆体的结构将遇到破坏，力学强度将逐渐降低，从而使灌浆效果降低甚至变得无效，因而浆材的耐久性也是一个重要课题，下面分几方面来叙述。（1）养护条件处于潮湿环境或在无压水下养护时，多数灌浆体的结构和强度都比较稳定或有所提高；在干燥条件下，由于浆体水分的损失，导致体积的缩小和密度的提高，有些材料的强度将明显地增长；但在反复干湿循环条件下，由于灌浆体结构遭到破坏，其强度将呈现连续下降趋势。（2）水压力作用有些浆材，例如水泥灌浆体，当长期承受水压力作用时，结石中的氧化钙可能被溶解和带走，晶体结构因而破坏，从而使
20、结石强度降低。研究资料表明，当水泥石中的氧化钙被溶出25%时，其强度将损失50%O有人以此作为灌浆体破坏的标准，推导出灌浆体的寿命为(8.2)0.08W6KJ式中：T一一灌浆体中的氧化钙被溶出25%的时间，（年）；W一一每立方米灌浆体中的水泥量，kgm3；b一一灌浆体承受水压力的厚度，m；K灌浆体的渗透系数，m/年；J水力比降；C1水泥中水化铝酸四钙的极限氧化钙浓度，C1=1.08kgm3；C2一一水泥中水化铝酸三钙的极限氧化钙浓度，C2=0.56kgm3。从上式可以看出，影响灌浆体耐久性的因素主要有二，一为结石承受的渗透压力，压力越大，寿命就越短；二为灌浆体自身的质量，在渗透压力相同的条件下
21、，结石越密实和渗透性越小，寿命就越长。（3）化学侵蚀自然界水中含有数十种化学离子成分，其中Cl-S042-、HCC）3-、K+、Na+、Mg2+、Ca2+等七种离子分布最广，当水泥灌浆体处在这些地下水环境中时，将产生各种类型的侵蚀作用，其中以下述两种侵蚀最为有害：溶出性侵蚀有害化学离子将使水泥石中的水化硅酸钙分解，不断析出CaO,并导致结石强度的降低。硫酸盐侵蚀含硫酸盐的矿物水与水泥结石中的石灰作用时，将生成石膏。在SO42-离子较多的环境水中，石膏将结晶膨胀，并导致水泥结石的破坏。此外，S042-还能与水泥石中的铝酸三钙反应生成硫铝酸钙晶体（水泥杆菌），其体积比原参加反应的固相物质的体积增大
22、很多，也将在结石中产生内应力而使结石结构破裂。因此，水泥中的C3A含量愈多，硫酸盐侵蚀性就愈大。二、注浆液设计选择注浆材料时，应考虑岩土性质、水文地质条件、工程要求、原料供应及施工成本诸因素。（1）在基岩裂隙含水层中注浆，需浆量大，且开钻井筒，要求浆液有较高的强度。所以一般采用水泥浆液或水泥一水玻璃浆液。（2）在松散含水层中注浆，粗砂可采用水泥一水玻璃浆液。对于中砂、细砂、粉砂，砂质粘土以及细小裂隙，由于水泥等颗粒性材料难以注入，应采用化学浆液，如丙烯酰胺、聚氨酯、JK醛树脂等。（3）处理岩溶、断层、破碎带或突水事故，应先充注惰性材料，如砂子、炉渣、岩粉、砾石等，后注水泥一水玻璃浆液，如此较经
23、济合理。（4）无机硅酸盐材料，如水泥、水玻璃等，源多价廉，是基本注浆材料，应优先选用。化学浆液具有粘度小，可控制凝胶时间的特点，是松散含水层不可缺少的材料，但价格昂贵，只在必须采用化学浆液条件下才采用。现将各种注浆材料的适用范围列于表8-1o各种注浆材料的基本性能、成分、成本及适用范围比较见表8-2O表87各种浆液材料适用范围比较分类浆液材料名称砾石砂粒粉砂粘土大中小粗中细水泥浆单液水泥浆水泥一水玻璃化学浆水玻璃类铭木素类丙烯酰胺类膈醛树脂类聚氨酯类苞径（mm）1O42OJ0.250.C150.G10.005渗透系数（CmzS）IO110-;10-IO410,（5）对渗入性灌浆工艺，浆液必须渗
24、入土的孔隙，即所用浆液必须是可灌的，这是一项最基本的技术要求，不满足它就谈不上灌浆；但若采用劈裂灌浆工艺，则浆液不是向天然孔隙中渗入，而是向被较高灌浆压力扩大了的孔隙渗入，因而对可灌性的要求就不如渗入性灌浆那么严格。（6）一般情况下，浆液应具有良好的流动性和流动性维持能力，以便在不太高的灌浆压力下获得尽可能大的扩散距离；但在某些地质条件下，例如地下水的流速较高和土的孔隙尺寸较大时，往往要采用流动性较小和触变性较大的浆液,以免浆液扩散至不必要的距离和防止地下水对浆液的稀释及冲刷。（7）浆液的析水性要小，稳定性要高，以防在灌浆过程中或灌浆结束后发生颗粒沉淀和分离，并导致浆液的可泵性、可灌性和灌浆体
25、的均匀性大大降低。（8）对防渗灌浆而言，要求浆液结石具有较高的不透水性和抗渗稳定性；若灌浆目的是加固地基，则结石应具有较高的力学强度和较小的变形性。与永久性灌浆工程相比，临时性工程对所述要求较低。（9）制备浆液所用原材料及凝固体都不应具有毒性，或者毒性尽可能小，以免伤害皮肤、刺激神经和污染环境。某些碱性物质虽然没有毒性，但若流失在地下水中也会造成环境污染，故应尽量避免这种现象。（10）有时浆材尚应具有某些特殊的性质，如微膨胀性、高亲水性、高抗冻性和低温固化性等，以适应特殊环境和专门工程的需要。（11）不论何种灌浆工程，所用原材料都应就近取材，而且价格尽可能低，以降低工程造价。但在核算工程成本时
26、，应把耗费量与总体效果综合起来考虑，例如有些化学浆材虽然单价较高，却因其强度较高和稳定性较好，常可把灌浆体做得更薄或更浅。(12)关于浆液的凝结时间，要注意几个问题：浆液的凝结时间变幅较大，例如化学浆液的凝结时间可在几秒钟到几小时之间调整，水泥浆一般为34h,粘土水泥浆则更慢，可根据灌浆土层的体积、渗透性、孔隙尺寸和孔隙率、浆液的流变性和第三节灌浆标准的确定一、灌浆标准所谓灌浆标准，是指设计者要求地基灌浆后应达到的质量指标。所用灌浆标准的高低，关系到工程量、进度、造价和建筑物的安全等问题。(一)设计标准设计标准涉及的内容较多，而且工程性质和地质条件千差万别，灌浆的目的和要求各不相同，因而很难规
27、定一个比较具体和统一的准则，只能根据具体情况作出具体的规定。下面仅提出几点与确定灌浆标准有关的原则和方法。1、防渗标准防渗标准是指渗透性的大小。防渗标准越高，表明灌浆后地基的渗透性越低，灌浆质量也就越好，因为渗透性越小，地下水在介质中的流速越低，地基上发生管涌破坏的可能性就越小。但是，防渗标准越高，灌浆技术的难度就越大，一般灌浆工程量及造价也越高。因此，防渗标准不应是绝对的，每个灌浆工程都应根据自己的特点，通过技术经济的比较，确定一个相对合理的指标。原则上，对比较重要的建筑，对渗透破坏比较敏感的地基都要求采用较高的标准。在砂或砂砾石层中，防渗标准多用渗透系数表示。对比较重要的防渗工程，多要求把
28、地基渗透系数降至10-410-5cm/s以下，对临时性工程或允许出现较大渗漏量而又不致发生渗透破坏的地层，也有采用10-3cms数量级的实例。在岩石地基中，我国多采用单位吸水量作为准则。在水利水电建设工程中防渗标准多采用=0.010.03,在特殊情况下可能有更高的要求。单位吸水量是用钻孔压水试验方法求得，其计算式为：LHt(8-4 )式中：3地层的单位吸水量，L/m/m/min；Q地层的总吸水量，L；L一一压水试验段长（m）；H-压水压力，m；t一一试验时间，minO现场试验资料证明，单位吸水量与渗透系数之间存在着如下式关系：k=0x1.5x10（8.5）例如当=0.01时，k=1.510-5
29、cm/s；=0.1时,k=1.510-4cm/s。由此可知，不论在岩基或在砂砾石地基中，所用的防渗标准基本上是一致的。2、强度和变形问题由于灌浆目的、要求和各工程的具体条件千差万别，不同的工程只能根据自己的特点来规定强度和变形要求，如有的是为了增加摩擦桩的承载力，主要应沿桩的周边灌浆，以提高界面间的粘聚力；支承桩则在桩底灌浆以提高土的抗压强度和变形模量；为了减少拱坝基础的不均匀变形，仅需在坝下游基础受压部位进行固结灌浆，以提高基础的变形模量，而无需在整个坝基灌浆；对于振动基础,有时灌浆目的是为了改变地基的自然频率以消除共振条件，因而不一定需用强度较高的浆材；为了减小挡土墙的土压力，则应在墙背后
30、至滑动面附近的土体中灌浆，以提高土的容重和滑面的粘结强度等等。（二）终结标准注浆初期，孔的吸浆量大，利用其凝固时间可以控制扩散范围，以降低材料消耗和提高灌注效果。随着注浆的进行，孔的吸浆率下降，到注浆后期可采用单液水泥浆，以保证裂隙充堵效果。注浆结束的标准随浆液材料、注浆工艺和设备的改进、岩石裂隙的不同而变化。目前用两个指标表示：一是注浆压力达到设计终压值并保持20min以上；二是最终吸浆量小于设计规定值。注浆中应定时观测、记录注浆压力和注入量，绘制T-P-Q曲线。根据曲线分析判断注浆工作是否正常，如有异状需进行处理或调节。由于浆液的扩散能力与灌浆压力的大小密切相关，所以不少人倾向于采用较高的
31、灌浆压力，在保证灌浆质量的前提下，使钻孔数尽可能减少。高灌浆压力还能使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。当孔隙中被某种软弱材料充填时，高灌浆压力能在充填物中造成劈裂灌注，使软弱材料的密度、强度和不透水性等得到改善。此外，高灌浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结石的强度提高。但是，当灌浆压力超过地层的压重和强度时，将有可能导致地基及其上部结构的破坏，因此，一般都以不使地层结构破坏或仅发生局部的和少量的破坏,作为确定地基允许灌浆压力的基本原则。安全最大压力取决于覆盖层的重量、地层的强度、原地的应力和孔隙水压力、钻孔深度、位置及灌浆次序等。无论怎样，这些因素和安全最大注浆压力之间没有简单的
32、关系，还需要继续研究。达到注浆结束标准后，需压入一定量的清水把管路中的浆液全部压入地层裂隙。然后关闭注浆阀，停2030min使浆液凝结后，将注浆管（双液注浆时的内管）和止浆塞上提一段，然后压水冲洗管路至孔口返回清水为止。最后提出注浆器，拆除管路和设备。灌浆效果一般都用钻孔压力（注水）试验和钻孔取样进行物理力学性能试验来评价，这些方法虽然行之有效，但需要增加不少钻孔量。下面补充几种比较简便的方法。1 .耗灰量分析方法由于灌浆一般是按逐渐加密法进行的，用水泥灌浆时孔段耗灰量应随加密次序的增加而逐渐减少。若起始孔距布置正确，则第二次序孔的耗灰量将比第一次序孔大大减少，这是灌浆取得成效的标志之一。2
33、.雷达检查雷达透射仪可用来确定浆液的扩散范围，其基本原理为：在两个相邻钻孔中的同一高程上放置雷达透射仪，一个钻孔发生脉冲，另一个钻孔接收信号，由于灌浆材料吸收电磁辐射的能力很强，因而在灌浆地带，雷达信号将大大衰减。据此就可知道该区的浆液充填情况。3 .V射线检测本法设备简单，施工迅速，具有足够大的探测范围，只要把V射线探针放入灌浆孔中，就能较快地测出砂砾石地基灌浆前后的密度变化，据此对灌浆效果作出判断。（三）注浆过程的非标准（异常）现象注浆过程往往并不按设计的标准进行。常见的异常事故是跑浆、串浆和堵塞管路。注浆中发生注浆压力突然下降，或压力虽未明显下降而吸浆量却突然增大。说明浆液不在预定位置充
34、塞，而是沿着某一大裂隙或溶洞，或压破某一地层后，漏泄远方。它不仅损失浆液，影响注浆效果，而且污染周围环境。因此在设计时应有较完备的预防或处理措施，查明情况、区别对待。如调理浆液浓度，缩短凝固期，减小注浆压力，或在浆液中增加惰性材料，采取分次复注等办法处理。串浆是指注浆孔间相互串通，可采取将串浆的孔口堵塞，继续注浆，或串浆两孔同时注浆。为根本避免此等事故，采取钻孔、注浆顺序作业，钻一孔、注一孔。注浆过程遇有注浆泵压力骤然下降，吸浆量迅速减小，可能是吸浆管或泵的低压阀堵塞；当泵压及孔口压力均出现大幅度上升，吸浆量大幅度下降时，可能是混注器或注浆管发生堵塞。上述征兆，应分析原因、及时处理，以保证注浆
35、工作正常进行。二、灌浆半径的确定浆液扩散半径r是一个重要的参数，它对灌浆工程量及造价具有重要的影响，如果选用的r值不符合实际情况，将降低灌浆效果，甚至于导致灌浆失败。r值可用理论公式估算，如选用参数接近于实际条件，则计算值具有参考价值。当地基条件较复杂或计算参数不易选准时，就应通过现场灌浆试验来确定。现场灌浆试验时，常采用三角形（图8-2）及矩形（图8-3）布孔方法。图8-2三角形布孔图8-3矩形或方形布孔（a）1-灌浆孔；2-检查孔；（b）I-团序孔；（a）1-灌浆孔；2-试井；3-检查孔2-0序孔；3-0序孔；4-检查孔（b）1-4-第团次序孔；5-第0次序孔；6-检查孔灌浆试验结束后，可
36、通过下述方法对浆液扩散半径进行评价：（1）钻孔压水或注水，求出灌浆体的渗透性；（2）钻孔取样品，检查孔隙充浆情况；（3）用大口径钻井或人工开挖竖井，用肉眼检查地层充浆情况，并采取灌浆样品供室内进行试验研究。第四节常用注浆工法任何灌浆工程都离不开钻孔、注浆和效果检查等几部分。相对而言，钻孔和效果检查方法已比较成熟，注浆技术则问题较多，因为灌浆施工属于隐蔽性工程，地层构造复杂多变，灌浆理论不太成熟，灌浆效果的好坏很大程度上取决于工程人员的经验。一、砂砾石层灌浆方法已在工程实践中使用过的钻孔灌浆方法主要有以下几种。1.打花管灌浆法首先在地层中打入一下部带尖头的花管图8-3(a),然后冲洗进入管中的砂
37、土图8-3(b),最后自下而上分段拔管灌浆图8-3(c)o此法虽然简单,但遇卵石及块石时打管很困难，故只适用于较浅的砂土层。灌浆时容易沿管壁冒浆，也是此法的缺点。77 V77T V777T V7777 R图8-3打花管灌浆法图8-4套管护壁灌浆法2 .套管护壁灌浆法如图8-4所示，边钻孔边打入护壁套管，直至预定的灌浆深度图8-4(a),接着下入灌浆管图8-4(b),然后拔套管灌注第一灌浆段图8-4(c),再用同法灌注第二段图8-4(d)及其余各段，直至孔顶，此法的缺点也是打管较困难,为使套管达到预定的灌浆深度，常需在同一钻孔中采用几种不同直径的套管。3 .边钻边灌法如图8-5所示，仅在地表埋设
38、护壁管，而无需在孔中打入套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止。钻孔时需用泥浆护壁或较稀的浆液护壁。如砂砾层表面有粘性土覆盖，护壁管可埋设在土层中图8-5(a),如无粘土层则埋设在砂砾层中图8-5(b),但后一种情况将使表层砂砾石得不到适宜的灌注。边钻边灌法的主要优点是无需在砂砾层中打管，缺点也是容易冒浆而且由于是全孔灌浆，灌浆压力难以按深度提高，灌浆质量难以保证。4 .袖阀管法如图8-6所示，此法为法国Soletanche公司所首创，故又称Soletanche方法，于20世纪90年代开始广泛用于国际土木工程界。在砂砾地基灌浆中，袖阀管法用得最多。图8-5边钻边灌法图8-6袖阀管法袖
39、阀管法施工工序分为下述四个步骤，见图8-7o（1）钻孔通常都用优质泥浆，如膨润土造浆；（2）插入袖阀管为使套壳料的厚度均匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心图8-7（b）；（3）浇注套壳料用套壳料置换孔内泥浆8-7（c）,浇注时应避免套壳料进入袖阀管内，并严防孔内泥浆混入套壳料中；（4）灌浆待套壳料具有一定强度后，在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆图8-7（d）。图8-7袖阀管法施工程序袖阀管法的主要优点为：可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆；可使用较高的灌浆压力，灌浆时冒浆和串浆的可能性小；钻孔和灌浆作业可以分开，使钻孔设备利用率提高。这一施工方法的缺点主要有：袖阀管被具有一定强
40、度的套壳料胶结，难于拔出重复使用，耗费管材较多；每一个灌浆段长度固定为3350cm,不能根据地层的实际情况调整灌浆段长度。二、裂隙岩石灌浆方法岩石灌浆一般分为四个步骤：钻孔；（2）清洗钻屑和岩石缝隙；（3）进行压水试验以获得岩石渗透性资料；注浆。注浆方法较多，分类也不统一，国内外用得较多的可分为三类：1 .自上而下孔口封闭分段灌浆法此法的主要优点为：全部孔段均能自行复灌，利于加固上部比较软弱的岩层，而且免去了起下栓塞的工序,节省时间。缺点是多次重复钻孔,使孔内废浆较多。2 .自下而上栓塞分段灌浆法此法虽然工序简单，工效较高，但缺点较多，例如灌浆前的压水资料不精确，在裂隙发育和较软弱的岩层中容易
41、造成串浆、冒浆和岩石上抬等事故，因而此法仅适用于裂隙不很发育和比较坚硬的岩层中。3 .自上而下栓塞分段灌浆法栓塞易于堵塞严密，压水资料比较准确，并能自上而下逐段加固岩石和减少浆液串冒和岩石上抬事故等，在地质条件较差的岩层中多采用此法。钻孔一般为垂直孔，若裂隙的倾角较大则可钻斜孔以截取更多的裂隙。灌浆一般采用纯水泥浆。考虑到岩层中往往同时存在着宽窄不同的裂隙，故国内外灌浆规范多规定采用稀浆开始灌注，以防细裂隙被浓浆堵塞，然后根据具体情况逐步提高灌浆压力和浆液浓度。灌浆结束前，要用最大灌浆压力闭浆3060min,以排除灌入裂隙中浆液的多余水分。第六节有机系列注浆材料一、丙烯酰胺类及无毒丙凝丙烯酰胺
42、类浆材国外多叫AM-9,国内则称丙凝。20世纪50年代美国最先使用丙烯酰胺作注浆材料，称为AM-9o其以水溶液状态注入地层，在地层中发生聚合反应而形成具有弹性、不溶于水的聚合体。20世纪60年代日本研制成功日东-SS,它们与我国MG-646浆液一样，主剂均是丙烯酰胺，只是交联剂或其他辅助剂不同，而其性能并无本质的差别。AM-9在工艺方面采用双液注浆系统，其粘度为1.210-3Pas,近似于水（IXIo-3Pas）。其标准配方见表8-11o丙烯酰胺类浆液的性能主要是指其凝胶时间和抗压强度，它的抗压强度一般来讲是比较低的，改变配方对抗压强度的影响不大，而其凝胶时间则可以控制在几秒到几个小时之间，影
43、响凝胶时间的因素主要有：温度、过硫酸铉（AP）、B-二甲氨基丙懵（DAP）、硫酸亚铁、PH值、铁氨化钾及水中离子等。表8-11丙凝柒液的标准配方试剂名称代号作用浓度（重量百分比）丙烯酰胺A主剂9.5%N-N亚甲基双丙烯酰胺M交联剂0.5%过硫酸钱AP引发剂05B-二甲氨基丙胞DAP促进剂0.4%铁氤化钾KFe缓凝剂0.01%丙凝浆液及凝固体的主要特点为：（1）浆液属于真溶液，其粘度仅为1.2X10-3Pas,与水甚接近，其可灌性非常好。（2）浆液从制备到凝结所需的时间，可以在几秒钟到几小时内精确地加以控制，而且其凝结过程不受水和空气的干扰或很少干扰。（3）浆液的粘度在凝结前维持不变，这就能使浆
44、液在灌浆过程中维持同样的渗入能力。（4）浆液凝固后，凝胶本身基本上不透水（渗透系数约为10-9cm/s）,耐久性和稳定性都好，可用于永久性工程。（5）丙凝浆液能在很低的浓度下凝结，例如目前采用的标准浓度为10%,其中有90%是水，而且浆液凝结后在潮湿条件下不干缩，因此，丙凝浆液的成本是相对较低的。丙凝的主要缺点是浆材有一定的毒性，反复和丙烯酰胺粉未接触会影响中枢神经系统，对空气和水也存在环境污染问题。1980年，美国研制成一种史为AC-400的浆材。1982年水科院亦研制成类似的浆材AC-MS,其典型配方见表8-12o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
45、凝，是一种更加理想的灌浆材料。表872AC-MS的典型配方成分AC-400(40%)三乙醇胺（85%）水过硫酸铉总量重量百分比25.01.073.01.0100二、木质素类浆液木质素类浆液是以纸浆废液为主剂，加入一定量的固化剂所组成的浆液，由于目前仅有重倍酸钠和过硫酸铉两种固化剂能使纸浆废液固化，因此目前木质素类浆液包括格木质素浆液和硫木质素浆液两种。1 .格木质素浆液倍木质素浆液是一种双液系统注入的注浆材料，浆液由三部分组成，甲液是亚硫酸钙纸浆废液（简称废液），乙液包括固化剂和促进剂，固化剂目前国内外均采用重倍酸钠，促进剂有三氯化铁、硫酸铝、硫酸铜、氯化铜等。铭木素浆液是由亚硫酸盐纸浆废液和
46、重倍酸钠组成。浆液材料来源丰富，价格低廉，粘度低，可控制凝胶时间，凝胶体稳定，抗渗性好，能满足注浆堵水要求。但重格酸钠是一种剧毒品，可能出现格离子污染地下水的严重问题。国外曾大量应用过铝木素注浆，但近年有些国家已禁止使用。我国一些部门正进行铝木素浆液的消格研究，另一方面对其污染范围进行测定，推算非污染区半径，限制其使用范围。格木质素浆液有如下特点：（1）浆液的粘度较小，可灌性好，渗透系数为10-310-4cm/s的基础均可适于灌浆。（2）防渗性能好，用铝木质素浆液处理后的基础，其渗透系数达10-710-8cm/so（3）浆液的凝胶时间可在几秒钟至数十分钟范围内调节。（4）新老凝胶体之间的胶结较
47、好，结石体的强度达0.40.9MPa。（5）原材料来源广，价格低廉。2 .硫木质素浆液由于重铝酸钠是一种剧毒药品，在地层中注浆存在着铭离子（Cr6）污染地下水的问题，因此铭木质素浆液的广泛应用受到了一定的限制，以过硫酸镂安全代替重倍酸钠，成为无毒的硫木质素浆液。硫木质素浆液有如下特点：（1）浆液粘度与格木质素相似，可灌性能好。(2)胶凝时间随浆液中木质素、氯化铁、氨水等含量的增加而缩短，一般可在几十秒至几十分钟之间控制。(3)凝胶体不溶于水、酸及碱溶液中，化学性能较稳定。(4)结石体抗压强度在0.5MPa以上。三、其他有机浆液1 .聚氨酯类浆液聚氨酯浆材是一种防渗和加固效能都很高的高分子化学灌浆材料，它属于聚氨基甲酸酯类的高聚物，是
