岩质地基中的化学灌浆及其效果监测探究

1 绪论

随着地下工程与地基工程技术的飞速发展，大量的工程实例表明，注浆施工方法是一种既经济又有效的技术，又能确保工程地质条件和水文地质条件复杂。灌浆法是一种简单、灵活、施工空间小、施工对环境影响小、工期短、见效快、适应性强等优势。

1.1 化学灌浆的含义

1.1.1 化学灌浆的含义

注浆是指将某一种物质制成的浆液，通过压力输送装置将其注入地层或裂缝，使其扩散、胶凝或凝固，从而实现加固、防渗、堵漏，保证工程的正常进行或改善工程的质量。灌浆的原料是由石灰、粘土和水混合而成的泥浆，到大量应用水泥，这中间经过了数十年的发展。水泥灌浆因其强度高，原料来源广，价格低廉，便于运输和储存，而且注浆技术相对简单，至今仍然是最常用的灌浆材料。然而，由于其属颗粒状物质，在处理某些细微裂缝或空隙时，往往无法取得理想的效果。此外，一些渗漏点的水流速度较快，在凝固之前，可能会被水冲出，从而影响了注浆的使用。所以，对无粒子速凝材料的研究将是一个重要的课题。为了区分类似颗粒状的灌浆材料，这些物质被称为化学灌浆[1]。与其他加固方式比较，化学灌浆加固基础具有如下优势：工期缩短；施工设备简单，规模小，对交通的影响小；施工过程中的噪声、振动对周围环境的影响较小；可在狭小的场地和较低的空间内进行施工，加固深度容易控制。它的最大优势在于保证了施工质量，取得了水泥灌浆无法达到的效果。尤其对于大城市大厚度的地基，采用此法进行地基加固具有独特的优越性。

1.1.2 化学灌浆与水泥灌浆的区别

（一）灌浆材料不同

水泥灌浆所用的浆料是水和水泥混合而成，属于颗粒状物质浆料，而化学灌浆中所用的浆料为化学物质，是真正的溶液型浆料。

（二）充填机理区别

注浆是利用化学、物理作用对裂缝进行封堵，化学灌浆是将浆液注入裂缝，使其发生化学反应，使裂缝发生固化。

（三）压浆方式区别

水泥灌浆的浆料属于不稳定的浆料，通常在实际中使用循环注浆。而化学灌浆则必须是纯压的，这是由于在化学浆料中添加了一种催化剂，并且将其压入注浆孔后，就不能再回到浆料中。

（四）灌浆设备区别

水泥灌浆常用单泵，常用的是柱塞泵。而一般条件下，化学灌浆更适合使用比例泵，并配有流量计量设备。只有在胶凝时间较长的情况下，单、双液两种方法是可行的。在化学灌浆规模较小的情况下，也可采用较简易的压浆管进行注浆[2]。

1.2 化学灌浆的发展历史及我国化学灌浆的成就

1.2.1 化学灌浆的发展历史

化学灌浆由于具有原位强化技术和能够改变岩土的固有特性，自1950 年代起迅速发展。50 年代初期，美国麻省理工学院建立了一个化学强化实验室，并在美国土木工程学会下面建立了一个灌浆协会，由化学灌浆专家卡诺尔担任。在1988 年，奥地利成立了一个由设计和施工、水力学、断裂力学和计算机组成的多个专业的灌浆工程机构。国际岩土力学协会于1989 年成立了国际岩浆工程技术委员会[3]。

1.3 化学灌浆的应用领域

1. 建筑物地基的加固及预防；

2. 应用于基础托换项目：

3. 加强边坡的稳定性；

4. 在挖掘过程中，对相邻的各类管线进行加强防护；

5. 对渗流率高的基础或建筑物进行防渗、堵漏；

6. 堤坝、堤岸等地基的防渗；

7. 加强基础，如增加堤坝、堤岸、桥墩和其他结构的承载能力；

8. 对地下建筑和水工建筑物的裂缝进行防渗、封堵和加固；

9. 在隧洞、矿井掘进时，采用预注浆加固软弱地基，进行止水加固；

10. 喷水、流砂处理和钻孔或地质勘探钻孔的井壁防护；

2、化学灌浆的基本材料

2.1 水玻璃类灌浆材料

水玻璃作为第一批用于化学灌浆的原料，因其资源丰富、成本低，至今仍是最广泛应用的化学灌浆材料。首先采用的是以氯化钙为胶凝材料的水玻璃浆，并成功地应用于土壤中。但是，氯化钙和水玻璃反应速度很快，难以掌握固化时间，这对施工造成了很大的影响[4]。之后，为提高浆料的扩散特性，对以铝酸钠为胶凝剂的水玻璃浆（日本 VII 型）和由诸如磷酸的物质组成的混合凝胶（日本的耳焊就属于这种类型）进行了研究；为了提高凝胶的固化时间，提高其可控性，使用更高效的有机凝胶（例如日本的CW 材料）[5]。

3、化学灌浆的基本理论

化学灌浆理论是目前国内外灌浆技术研究的热点之一，本章在对已有研究成果的基础上，对灌浆过程中浆液与被灌浆土的相互作用、浆液在裂缝内的流场、浆液对裂缝的充填机制等问题进行了深入的探讨。

3.1 浆液的非稳定渗流过程分析

现有的泥浆渗透性理论是基于单相渗流达西定律，泥浆在压力作用下的柱塞式的驱替地层中的孔隙水，而泥浆的渗透性则是通过水的渗透性和浆液的黏度比间接得到的。在水力作用下，将非水溶性泥浆注入含水地层中，其渗流实质上是一种非饱和渗流，由于存在着水的渗流，因而称之为两相渗流。

4、化学灌浆效果检查

4.1 钻孔取样检查

在钻井中，冲洗液对岩体具有强烈的冲蚀作用，对岩芯的取取率有很大的影响，尤其是在松软地层中。所以可以采用不带泵的钻井法（井底反向循环钻井）。该方法不需要用泵将水注入钻孔，而采用特定的钻井工具和作业方式，使得冲洗液在钻孔底部形成反向循环。例如凤滩隧道采用 PU 材料加固断裂段。注浆后，用钻孔取样法检测，但由于泥浆层较软，易碎，早期用硬质合金或钻头钻入，岩心被磨成碎石，后期在1 号井眼右 1m 处钻了一孔，改为反向循环钻井，岩芯取率达到 94% 。

4.2 压水试验检查

4.2.1 压水试验检查法的分类

（一）特殊压水试验检查

1. 耐久性能检查

全孔一次压水是坝前水头的 2～3 倍，有些项目为 48～72 小时，通过观测压入水量的历时变化，对帷幕的密实度和耐用性进行了初步检验。如果压入量不增加，说明幕墙具有很好的耐久性。

2. 破坏性能检查

全孔一次压水，逐步提高压入水量，观察是否有突然增加的压入量，从而得出引起幕墙破裂的压力。当压力达到指定的压力值并持续一段时间后，仍然没有发生断裂，就可以停止。从而为研究帷幕的防渗安全性提供了理论依据。

5、结语

化学灌浆虽不如水泥灌浆那么广泛，但在某些特定场合具有其不可替代的优越性。在细裂隙岩基的帷幕防渗、坝基断层破裂区的防渗加固、细砂土壤的固结、大量渗水或高流量地涌水的封堵、修复出现裂缝的房屋整体等，化学灌浆通常可以达到较为理想的效果，而水泥注浆则很难达到。

参考文献：

[1] 高益杞. 高速公路路基沉降化学灌浆加固调平技术的应用[J].交通世界 ，2022（33）：83-85.

[2] 刘晓阳. 化学灌浆技术在桥涵台背路基沉降治理中的应用[J].交通世界 ，2022（32）：133-135.

[3] 任力强 . 截水井结合化学灌浆在 TBM 掘进施工中的应用 [J].东北水利水电 ，2022，40（10）：16-19+71.

[4] 陈凌峰 . 化学灌浆材料在装配式建筑中的应用研究 [J]. 化学与粘合 ，2022，44（03）：256-260+268.

[5] 陈章 . 双护盾 TBM 化学灌浆断层脱困技术应用 [J]. 建筑机械化 ，2022，43（05）：58-60.

作者简介，靳林育（1990），男，甘肃临洮人，本科，助理工程师，就职于。