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1、灌 浆 法 Grouting地基处理Ground Improvement 化学加固法化学加固法在地基加固中，除了用挤密、置换、排水固结、加筋、锚固等物理方法来改善土的性质和土中的应力状态外，也可以使用化学和物理化学方法。化学加固法（Chemical Stabilization）即是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液通过灌注压入、机械搅拌或高压喷射，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。 化学加固法化学加固法1802年，法国工程师Charles Beriguy在Dieppe采用了粘土和水硬石灰浆灌注方法修复了一座受冲刷的水闸，标志着灌浆法的创立。此后，这种方法成
2、为地基土加固中的一种广泛使用的方法。但是，由于灌浆法的费用高，所以只限予加固小范围的土体，而且用于其它地基加固方法不能解决的一些特殊工程问题，如托换工程中可以使用灌浆法。 化学加固法化学加固法化学加固除了静压灌浆法外，还出现了混合搅拌法，包括高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。虽然静压灌浆工艺发展较早，应用范围也最为广泛，但对渗透系数较小的细砂、粘土等，仅靠静压力难以使浆液注入土体的细小孔隙中，需要使用特殊的材料和技术。高压喷射注浆法是利用高压喷射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆液进行搅拌混合，形成水泥土的加固体。它适用于松散土层，不受可灌性的限制，但在颗粒太大，砾石含量过多以及含纤维
3、质的土层中采用该方法则效果较差。水泥土搅拌法是用特制的搅拌机械，在地基深处不断旋转，同时将水泥或石灰等材料的浆体或粉体喷入，与软土就地强制搅拌混合，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土，这种方法适用于处理软粘土地基。本章内将分别介绍灌浆法、水泥土搅拌法和高压喷射注浆法。 1 灌浆法灌浆法（Grouting）是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液通过填充、渗透和挤密等方式，赶走土体颗粒间或岩石裂隙中的水、气后占据其位置，硬化后形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的结石体。 灌浆法的应用范围n（1）地铁的灌浆加固。用来减少施工时地面的变形，
4、限制地下水的流动和控制施工现场土体的位移和变形等。n（2）坝基砂砾石灌浆。可作为坝基的有效防渗措施。n（3）对钻孔灌注桩的两侧和底部进行灌浆。以提高桩与土之间的表面摩阻力和桩端土体的力学强度。n（4）后拉锚杆灌浆。在深基坑开挖工程中，用灌浆法进行锚固段施工。n（5）竖井灌浆。用以处理流砂和不稳定地层。n（6）隧洞塌方灌浆加固。 n（7）建筑物的纠偏加固。 n（8）加固桥索支座。 n（9）混凝土结构裂缝处理、蓄水池及压力管道堵漏等。2 加固机理1.浆液材料灌浆浆液是由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）以及各种外加剂混合而形成的浆液。但通常所提的浆液材料，是指浆液中所用的主剂。外加剂可根据其在浆
5、液中所起的作用，分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。 n1.浆液材料分类n按浆液所处状态可分为：真溶液、悬浮液、乳化液；n按工艺性质可分为：单浆液和双浆液；n按主剂性质可分为：无机系和有机系等。一、粒状浆材n粒状浆材是指由水泥、粘土、沥青以及它们的混合物制成的浆液。常用的粒状浆材是纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥砂浆，以上浆液又称水泥基浆液，并可掺入各种外加剂，以改善浆液的性质。n 水泥基浆液是以水泥浆为主的浆液。采用水泥灌浆可使土体形成高强度的固结体，应用最广的是普通硅酸盐水泥，在地下水无侵蚀性条件下经常使用。这种浆液是一种悬浊液，取材容易，配方简单、价格便宜、不污染环境。我国苏州虎丘塔
6、就是采用水泥浆液对塔基进行托换加固的。n灌注较大空隙和裂隙时，常常在水泥浆液中掺砂（水泥砂浆），以节约水泥，并更好地充填空隙。当浆液中加入一定数量的粘土（作外加剂）后，由于粘土本身是高分散性的，所以可提高浆液的稳定性，防止浆液沉淀和析水。 二、化学浆材 n化学浆液是一种真溶液，其优点是可以进入水泥浆液不能灌注的小孔隙，粘度和凝固时间可以在很大范围内调整，可用于堵漏、加固等领域。化学浆液已经在国内外得到了广泛应用，解决了不少工程难题，在理论和实践上都有很大的进步。n化学浆液的品种很多，包括环氧树酯类、聚氨酯类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸脂类、硅酸盐类等.各种浆液材料适用范围 n2）将夜性质n灌浆材料
7、的主要性质有：分散度、沉淀析水性、凝结性、热学性、收缩性、结石强度、渗透性和耐久性。灌浆理论n 从灌浆工程的目的来看，可以分为用于提高受灌岩体或土体的强度和变形模量的固结灌浆；用以提高防渗性能的防渗帷幕灌浆；用于填充衬砌结构与岩石或混凝土间空隙的回填灌浆；介于固结与防渗灌浆之间。用于改善坝体与坝基接触面条件的铺盖灌浆。所采用的灌浆技术和工艺不同，其所依据的理论和机理也各不相同。n在地基处理中，灌浆工艺所依据的机理主要可归纳以下四种 n渗透灌浆、劈裂灌浆、挤密灌浆、电动化学灌浆 渗透灌浆n渗透灌浆（Permeation Grouting）是指在压力作用下，使浆液充填于土孔隙和岩石裂隙中，排挤出孔
8、隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构，所用灌浆压力相对较小。大量的灌浆实践是属于这一类型的。这种灌浆只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。 渗透灌浆劈裂注浆n劈裂注浆（Fracturing Grouting）是指在相对较高的灌浆压力下，浆液克服了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，引起地层的水力劈裂现象，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙和孔隙，使原来不可灌的地层能顺利进浆，并增加浆液的扩散距离，在灌浆压力消失后，地层的回弹又进而压缩浆体，使充填更为密实，并使结石处于一定的预压应力状态。这是一种特殊的灌浆机理和技术，能有效地用于处理一些特殊问题。
9、挤密灌浆n挤密灌浆（Compaction Grouting）是指通过钻孔向土中灌入极浓的浆液，使注浆点附近土体压密，在注浆管端部附近形成“浆泡” 。电动化学灌浆n当地基土的渗透系数k1.2的条件，加固的深度应大于 （即滑动面以下），加固的宽度应大于2 。图7 坑壁稳定分析图 （2）基坑边坡及基底注浆加固 加固基坑底板 据BBBroms的计算，对基底软粘土进行了 3 m 厚的注浆加固，能使墙体的水平位移及地表沉降减少约 50，支撑轴力减少约 40，基底隆起减少约 35。 他还作了加固 6 m 厚的比较，发现加固6m厚的各项指标仅比加固3m厚的减少了1020。因此，他认为：加固3m厚是经济合理的。
10、n 但根据上海工程实践情况，加固 3 m 厚，地表沉降量与开挖深度之比为0.54，加固 910 m 厚，沉降量与开挖深度之比仅为0.10.2。因此，软粘土在很软弱时，加固厚度的增加，其效果是明显的。（3）隧洞及地下工程注浆加固n1）土质隧洞的注浆加固 隧道开挖后，拱顶部的松动范围拱顶松动土压力 注浆后，松动范围内的 值增加，松动压力 减小。图8 土质隧洞松动区注浆范围 （3）隧洞及地下工程注浆加固2）环形隧洞注浆加固 均匀土质隧道超前注浆 应力表达式为其中图-9 隧道应力图 注浆宽度为（3）隧洞及地下工程注浆加固 裂隙岩体围岩的注浆厚度n可根据围岩松动圈厚度确定。围岩松动圈厚度可通过多点位移计
11、或声波测试仪等测得。也可根据围岩的物理力学性质，按有关公式进行围岩松动圈厚度的计算，如修正的芬纳公式等。n在松动圈内注浆，可形成外壳支护层，它具有较大的承载能力，支护层与岩体共同作用。加固圈的半径可使加固岩石环的承载力满足或大于作用于加固壳的压力，即：n水电部门统计，围岩固结注浆深度在 0.52.0 倍隧洞半径间变化，建议按 1.3 倍隧洞半径计算。前苏联在巷道注浆加固中，加固带的厚度取 35 m，我国煤炭部门巷道注浆加固厚度约为 23 m。日本青函隧道则采用了如下的经验数据：一般地质条件，压浆半径是隧洞半径的 24 倍，地质条件不好时，压浆半径是隧洞半径的 36 倍，地质条件特别坏时，压浆半
12、径是隧洞半径的 8 倍。（4）竖井加固n地面预注浆与圆形隧洞相同，注浆厚度为3.3.2 注浆量的计算n 计算注浆量时应考虑：注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率、浆液充填程度等因素。n 渗透注浆的好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度，充填率越高，注浆的效果越好。n 劈裂注浆的注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关，浆脉越多，注浆量也越多，注浆效果也越好。但浆液不可能无限制地注，应该有个最佳的注浆量。n挤密注浆的浆量和浆泡的直径有关。挤密范围越大，要求的浆泡直径也越大。在不产生劈裂的条件下，浆泡直径是很有限的，浆量也有限。n裂隙岩体注浆的注浆量与吸水率有关。n下面分别讨论渗透注浆、劈裂注浆、裂隙岩体的注
13、浆量计算方法。（1）渗透注浆的注浆量计算n常用的渗透注浆的浆量计算公式为n常见的渗透注浆地层有砂层和砂砾层，各地层的灌注充填率见表5。土质类质类 型N 值值孔隙率 n（%） （%） （%）松散砂质质土0105050802540中等密实实砂质质土10304050702030密实实砂质质土30以上3050651520湿陷性黄土306050801548表5 不同土层的灌注充填率（2）劈裂注浆的注浆量计算n 对于脉状劈裂注浆，只考虑孔隙率为主体的注浆率是不能确定注浆量的。下面从三个方面来求注浆量。 1）从土的含水率来求注浆量 对于软塑性土，注浆时浆脉可以使土体发生压缩脱水，使天然含水量降低到塑限以下，
14、土体变为硬塑状，加之脉状浆体成网状分布于土体，使土体稳定性增加，这种注浆通常称为软土固结注浆。注浆量表示为2）从土被压缩的难易程度来求注浆量浆脉的插入可认为土颗粒间孔隙缩小，孔隙缩小的体积即为浆脉的总体积，这样可按照土的压缩指数来求注浆量 3）经验法 仍按渗透注浆公式 ， ，对于粘性土 值见表6。表6 粘性土值N 值值孔隙率 n（%） （%） （%）粘性土松散04607530401830中等48506020301018 工程实践经验，注浆量约为土体体积的 10或更大些。比较合理的办法是在现场通过观测到的注浆压力的变化来决定注浆量。（3）裂隙岩体注浆量计算 1）注水泥浆液的起始水灰比 霍尔斯比(
15、1982)建议根据裂隙的平均宽度选择初始水灰比为：裂缝平均宽度 1.0，水灰比 1:1。还可根据相同压力条件下的钻孔压水试验资料，按照表7选择浆液的起始浓度。单单位钻钻孔吸水量 （L/min.m）浆浆液的起始浓浓度水泥浆浆（水：灰）水玻璃：水泥浆浆（体积积比）1.53:1-3.02;15.021.5:17.01.51.25:18.01.2:10.6:19.01:10.85:111.00.85:11:113.00.75:1150.6:1表7 注浆浆液的起始浓度（3）裂隙岩体注浆量计算 2）注灰量的估计 水泥浆的注浆量与水灰比有很大的关系，故常将注浆量折算成注灰量或单位注灰量（每米段长的耗灰量），
16、这样注浆量就与水灰比无关。 迪尔提出单位耗浆量的分级，并指出任何小于 10 kg/m 的耗浆量完全是浪费时间和金钱。单单位耗浆浆量 （kg/m）分 级级400非常高400200高200100中等高10050中等5025中等低2512.5低12.5非常低表8 单位耗浆量的分级3.3.3 注浆压力n注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。n在不考虑边界条件下，提高注浆压力，渗透注浆可以把土层颗粒孔隙中空气和水等全部排走。n劈裂注浆脉压提高后，土颗粒更加密实和固结。但是压力超过边界条件允许的范围，就会引起地面、基础、结构物的变形和破坏。n压力应控制在边界条件允许的最大注浆压力内。n下面讨论最大容许注浆压力的确定。（1）渗透注浆 1）根据注浆试验曲线确定 注浆试验过程中，逐步提高注浆压力，可求得注浆压力与注浆量关系曲线。当压力 图12-10 注浆压力和注浆量的关系 升至某一数值（ ）， 注浆量突然增大时，表明地层已产生劈裂， 因而把这一压力值定义为最大容许注浆压力。（2）劈裂注浆最大容许注浆压力式中: h 为注浆处以上土柱高度，m； 为注浆地基的天然重度，kN/m3； 为土的抗拉强度，kPa。 一
