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1、4.8 灌 （注） 浆 法4.8.1 概 述灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过灌浆管把浆液均匀灌入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经一定时间后，浆液将原来松散的土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度高防水性能及化学稳定性良好的固结体。1802年，法国的土木工程师查理斯贝里格尼（Chares Rerigny)，采用灌浆技术来修复被水流侵蚀了的挡潮闸的砾土地基。在修复基础的木板桩后，通过闸板钻间距为1m的孔，采用一种“压浆泵”（blow pump），把塑状粘土通过钻孔注入。压浆泵由一个内径为8cm的木制圆筒组成，筒内装满塑状粘
2、土，在顶部安装了一个木制活塞，用此将粘土强制挤入孔内。重复这一步骤，直至粘土完全充填基础底板与地基之间的空隙。第一次灌浆的初步应用取得了巨大成功，修复的挡潮闸又投入使用，这是在基础工程的历史上第一次有记载的灌浆技术应用。1845年，美国WE沃森（WEWorthen）在一个溢洪道陡槽基础下采用“压浆泵”灌入水泥砂浆，1854年又进行了闸墩砌体的加固。那时，灌浆仅仅作为对有缺陷的基础的补救措施来使用，并不被认为是一种施工方法。1886年，英国豪斯古德（Hosagood）在印度建桥时采用化学浆液固砂，自此，化学浆液在印度问世。1886年，金尼普尔（Kinniple）采用粘土水泥砂浆阻止尼罗河的达梅塔
3、（Dmietta）和罗萨塔（Rosetta）坝坝基下的地下渗流。此时，英国研制出了“压缩空气灌浆泵”，促进了水泥灌浆法的发展。1887年德国的杰沙尔斯基（Jeziorsky）利用一个钻孔灌注水玻璃，另一个相邻钻孔灌注氯化钙，创造了原始的硅化法。灌浆技术的进一步发展和广泛应用，是在矿山竖井的建设中用于防止竖井开挖时地下水的渗入。1920年荷兰采矿工程师尤斯登（EJJoosten）首次论证了化学灌浆的可靠性，采用了水玻璃、氯化钙双液双系统两次压注法，于1926年获得了专利。灌浆技术有系统的改进始于美国科罗拉多河上的胡佛坝（Hoover）因地基开挖引起的裂缝所进行的岩石固结灌浆。根据胡佛坝基的灌浆工
4、程实践，制定了灌浆工程的设计和施工规范。40年代，日本的丸安隆和博士在灌浆时采用了水玻璃、铝酸纳双液单系统的1.5次灌浆法，为以后加快浆液凝胶时间的使用创造了条件。此时也出现了粘土水泥系的灌浆材料。50年代美国研制了粘度接近水，凝胶时间可任意调节的丙烯酸胺类树脂浆液（AM-9）。以后又出现了丙烯酸盐类、尿醛树脂类、木质素类等多种灌浆材料。灌浆方法是改善灌浆工程的灌浆效果的重要环节。最初采用比较经济、简便的填压式灌浆法，相继又出现了循环式灌浆法、双管灌浆法、花管套壳料灌浆法及电渗灌浆法等工艺，大幅度改善了灌浆效果。从脉状灌浆、渗透灌浆发展到应用多种材料的复合灌浆法。从无向压灌发展到通电、抽水、压
5、气和喷射等多种诱导灌浆。通过预处理以及孔内爆破等方法，来提高浆液的可灌性。以及应用定向钻进、多孔同时灌浆等方法来缩短灌浆工期。灌浆设备的改进、灌浆技术的管理以及灌浆效果的测定方法也是灌浆技术发展中的重要方面。目前在灌浆设备方面已使用了轻型液压钻机及能自行的履带式全液压钻机、高速搅拌机、集中制浆系统和各种新型止浆塞和混合器。灌浆设备机具已向专用化、组合化、系列化发展的趋势。在灌浆过程的控方面，已研制出了自动记录、集中管理和自动化监控。在灌浆效果的测定方面，应用了压水或注水、抽水试验，电测、弹性波探测、各种物理力学测试、放射能探测、微观测试等多种检测仪器和手段。灌浆技术的研究和应用在我国起步较晚，
6、50年代开始初步掌握灌浆技术，1953年开始研究应用水玻璃作为灌浆材料。随着我国水利、水电、高速公路等工程建设的发展，我国灌浆材料在种类、性能上得到了快速的发展。细水泥和超细水泥、稳定浆液、混合浆液、酸性水玻璃、丙强、弹性聚氨脂、水溶性聚氨脂、丙烯酸盐、不饱和聚脂、热沥青、木质素类、脲醛树脂类和不同的外加剂等在各种灌浆工程中也得到应用。我国在配套灌浆设备机具和检测手段等方面也相应地获得了重大的发展。配套灌浆的灌浆钻孔钻机、高压灌浆泵、高速搅拌机、高压耐磨阀门、止浆装置以及自动记录仪、集中制浆系统等设备仪器的出现，为我国灌浆技术的稳步发展创造了条件。在检测方面，从目测样品、压水试验等常现力法，发
7、展到声波监测、变形检测、电子显微镜等多种宏观和微观的检测手段。灌浆工艺技术上，以高压灌浆为代表的整套灌浆技术、水泥脓浆灌浆技术、水泥浆液和化学浆液联合灌浆技术等，为处理复杂地基的防渗加固工程提供了条件。 在水利水电工程建设中，我国已建造30m以上的水坝3000余座，其中高于100m的高坝有20余座。水工建筑物及普通工民建采用灌浆技术改善复杂地基性能，解决了众多建筑物防渗和加固难题。经几十年灌浆工作者的努力，在灌浆工程领域已具备了多种材料和工艺技术，积累了丰富的工程经验，在某些方面已达到了较高水平，与国际逐步接轨。但相对而言，与国际居领先水平的发达国家相比某些方面尚有差距。结合我国目前工程的需要
8、，在灌浆工程中仍然有下述几个方面需进一步做出努力，以求灌浆技术的进一步发展。 l）进一步研究和开发评价灌浆效果的方法及检测仪器，并使其标准化。 2）开拓灌浆技术应用范围和领域。3）研制高效自动化灌浆设备、机具、监测纪录仪器。灌浆技术是一门古老而又新型的技术，随着化学、材料、机械、电子、计算机等工业和工程技术的发展及建设工程的大量需求，灌浆技术也必将以更高的速度向前发展。4.8.1.1灌（注）浆法的分类1充填灌浆用于坑道、隧道背面、构筑物基础下及高速公路下的大空洞以及土体中大孔隙的回填灌浆。其目的在于加固整个土层以及改善土体的稳定性。这种灌浆法主要是使用水泥浆、水泥粘土浆、水泥粉煤灰等粒状材料的
9、混合浆液。一般情况下灌浆压力较小，浆液不能充填细小孔隙，所以止水防渗效果较差。若以高标准止水防渗为目的，灌浆前应结合工程状况、涌水位置、涌水量等条件，选择适当的灌浆方法及灌浆材料。2劈裂灌浆和脉动灌浆劈裂灌浆或脉动灌浆是指在灌浆压力作用下，改变地层的初始应力和强度，引起岩石和土体结构的破坏，使地层中原有的裂隙或空隙张开，把浆液注入到渗透性小的地层中，浆液扩散呈脉状分布。3基岩裂隙灌浆基岩中存在的裂隙使整个地层强度变弱或形成涌水通道，在这种裂隙中进行的灌浆称为裂隙灌浆，多用于以止水或加固为目的的岩石坝基防渗和加固、隧洞、竖井的开掘。4渗透灌浆渗透灌浆是使浆液渗透扩散到土粒的空隙中，凝固后达到土体
10、加固和止水的目的。浆液性能、土体空隙的大小、空隙水、非均质性等方面对浆液渗透扩散有一定的影响，因而也就必将影响到灌浆效果。5界面灌浆、接缝灌浆和接触灌浆界面灌浆、接缝灌浆和接触灌浆是指在层面或界面灌浆，向成层土地基或结构界面进行灌浆时，浆液首先进入层面或界面等弱面，形成片状的固结体，从而改善层面或界面的力学性能。6混凝土裂隙灌浆受温度、所承受的荷载、基础的不均匀沉降及施工质量等的影响，所产生的混凝土裂隙和缺陷，往往可通过灌浆进行加固和防渗处理，以恢复结构的整体性。7挤密灌浆当使用高塑性浆液，地基又是细颗粒的软弱土时，灌入地基中的浆液在压力作用下形成局部的高压区，对周围土体产生挤压力，在灌浆点周
11、围形成压力浆泡，使土体孔隙减小，密实度增加。挤密灌浆主要靠挤压效应来加固土体。固结后的浆液混合物是一个坚硬的压缩性很小的球状体。它可用来调整基础的不均匀沉降，进行基础托换处理，以及在大开挖或隧道开挖时对邻近土体进行加固。4.8.1.2灌（注）浆法的应用范围灌浆法在土木工程的各个领域中，特别是在水电工程、井巷工程及高速公路中得到了广泛的应用，已成为不可缺少的施工方法。它的应用主要有以入几个方面：1） 建筑物地基的加固（提高地基承载力，提高桩基承载力）。2） 土坡稳定性加固（提高土体抗滑能力）。3） 挡土墙后土体的加固（增加土的抗剪能力，减小土压力）。4） 已有建筑混凝土裂缝缺陷的修补（混凝土构筑
12、物补强）。5） 坝基的加固及防渗（提高岩土体密实度、改善其力学性能，减小透水性，增强抗渗能力）。6） 地下构筑物的止水及加固（增强土体的抗剪能力，减小透水性）。7） 井巷工程中的加固及止水。8） 裂隙岩体的止水和破碎岩体的补强（提高岩体整体性）。9） 动力基础的抗振加固（提高地基土抗振能力）。10）矿采空区的充填加固（提高地基承载力及采空区的整体稳定性）。4.8.2 灌（注）浆材料4.8.2.1灌浆材料的分类灌浆工程中所用的材料由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）及外加剂混合而成。通常所说的灌浆材料是指浆液中的主剂。灌浆材料必须是能固化的材料。灌浆材料由原材料固结成为结石体的过程如下：灌浆材
13、料的分类方法很多，习惯上把灌浆原材料分为粒状材料和化学材料两个系统，如下所示。浆液：浆液是由主剂、固化剂，以及溶剂、助剂经混合后所配成的液体、分为溶液型和悬浊液两大类。悬浊液型浆液由粒状浆材配制，溶液型浆液由化学浆液配制。浆液中的主剂一般指所使用的主要原材料，工程中常用该原材料名称命名浆液，如：水泥、粘土、聚氨脂、环氧浆液等。浆液中固化剂通常也是浆液的必要组份，工程中也常用主剂和固化剂原材料名称共同命名浆液。如：水泥水玻璃浆液、水下班氯化钙浆液等。浆液中的溶剂往往是稀释剂，主要用来提供浆液的流动性，如：水、丙酮等。浆液中的助剂根据需要加入，可能是一种或数种。助剂根据它的浆液中所起的作用，分为催
14、化剂、速凝剂、缓凝剂、悬浮剂、流动剂、改性剂等。对于某种灌浆浆液来说，主剂、固化剂可能是一种或数种；溶剂、助剂或有或无，多根据灌浆材料特性和工程需要确定。4.8.2.2 悬浊液型灌（注）浆材料悬浊液型灌浆材料是指固体颗粒悬浮在水中的灌浆材料。主要包括纯水泥浆、水泥粘土浆、水泥水玻璃浆等。这些材料容易取得，成本较低，无毒性，既适用于岩土地基加固，也适用于防渗。所以在各类工程中应用较为广泛。水泥浆材属于颗粒材料，易析水沉淀，所以有时要加入分散剂或悬浮剂等助剂来增加其稳定性，以适应各种不同工程的需要。1水泥浆液灌浆工程中最常用的是普通硅酸盐水泥。某些情况下也采用矿渣水泥、火山灰水泥等，但通常要求水灰
15、比不大于1。灌浆用水泥必须符合质量标准，不能使用受潮结块的水泥。水泥属颗粒性水硬性材料，最大粒径为0.085mm。配制水泥浆用水应符合拌制混凝土用水要求。水泥水化硬化依赖水，灌浆液作为流体更需要大量的水，一般浆液中的水分远大于水泥水化硬化所需水量，所以浆液固化过程中析水较多，硬化需要的时间也较长。虽水泥浆液有不足之处，但其材料容易取得，成本较低，无毒性，施工工艺简单方便，适用于大多岩土地基的防渗与加固，常用于岩体裂隙灌浆。水泥密度的大小与熟料的矿物组成，混合材料的种类及掺量有关，硅酸盐水泥的密度一般为30503200kg/m3。水泥储存时间延长，密度减小。水泥的细度是决定水泥性能的重要因素之一
16、。水泥的颗粒越细，其比表面积越大，水化反应速度越快，标准强度越高。国家标准规定细度是按GB1345-77水泥细度检验方法（筛析法）进行测定，该标准规定以水筛法的0.080mm方法孔筛余量为细度指标，灌浆工程一般要求筛余量不大于5%。水泥的凝结时间对工程施工有重要意义。国家标准规定：凝结时间用凝结时间测定仪（维卡仪）进行测定。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。国家标准规定硅酸盐水泥标号分为425、525、625、725四个标号，普通硅酸盐水泥分为275、325、425、525、625、725六个标号。水泥标号是根据各龄期的抗压和抗折强度指樯决定的。一般把3d、7d以前的强度称为早期强度，28d及以后的强度称为后期强度。同一水泥用不同方法测试时所得强
