淺談注漿施工方法在不同工程中的作用機理

羅慶杰　肖強　趙晉斌

[摘要]注漿施工其表象看似單一，實則工藝種類繁多，作用機理更是千差萬別。本文作者通過對不同注漿施工方法的分析比較，揭示注漿施工方法的不同作用機理，對工程實踐中的注漿施工具有重要的參考意義。

[關鍵詞]注漿;機理;特點;適用范圍 文章編號：2095—4085（2019）08—0110—03

注漿施工法在1802年由法國人首次應用的，注漿材料采用粘土，石灰。1864年英國開啟水泥注漿時代，1920年荷蘭人首次發明化學注漿，1973年高分子聚氨酯注漿材料研制成功。注漿施工方法因其所用設備簡單，施工方便，費用低廉，安全可靠，效果明顯，目前在工程領域被廣泛使用。主要用于地基加固，建筑物糾偏，防滲堵漏，樁端加固，路面抬升，采空區治理，隧道開挖等工程領域。

我公司在陽泉蔭營煤礦驅動樓地基處理，中北大學宿舍樓糾偏工程，引黃入晉采空區治理等多項工程中采用此方法，取得了很好的效果。然而注漿施工其表象看似簡單，實則工藝種類繁多，作用機理更是千差萬別。根據近年來的施工經驗，參閱各類資料，我們將注漿施工方法的機理及特點梳理如下，供同行學習討論。

注漿是利用配套的機械設備，采取合理的注漿工藝，將一定量的膠凝性材料注入工程對象，使其在巖層裂隙內流動擴散，充填，固結，成為具有一定強度和低透水性的結石體，以達到地層加固，堵水，填充，抬升，以及建筑物糾偏等目的。

1注漿法的分類

按照注漿壓力可分為靜壓注漿，高壓噴射注漿。按照注漿材料可分為粘土漿液注漿，化學漿液注漿，水泥漿液注漿。按照注漿機理可分為充填注漿，滲透注漿，壓密注漿，劈裂注漿，電動化學注漿，高壓旋噴注漿，綜合注漿。

1.1充填注漿

充填注漿是指用漿液注入需充填地基土內的大孔隙，大空洞中，待漿液凝固后與充填骨料及地層中的巖石形成具有一定強度的支撐體，阻止地基土的進一步下沉及變形的施工工藝，如卵石層，碎石層，砂礫層，煤礦采空區等的注漿。

充填注漿的特點如下。1.注漿壓力小，注漿壓力可控制在0.5MPa以內或者無壓力。2.漿液結石體抗壓強度要求低，平均值>1.0MPa，最小值不低于0.6MPa。3.注漿材料除水泥漿外還可添加粉煤灰，大空洞的部位還可填充砂，砂礫，碎石等顆粒骨料。

1.2滲透注漿

滲透注漿是指利用高壓將漿液填充至土的孔隙和巖石的裂隙中，漿液置換巖土中的水和氣體，土和巖石的結構和體積不變，滲透灌漿適用于加固和填充砂性土和有裂隙的巖石。

滲透注漿的特點如下。（1）所用壓力相對較小，注漿壓力可控制在1.5MPa以內。（2）注漿量及擴散距離與注漿壓力有關，相對壓力越大，注漿量及擴散距離越大。（3）相對注漿材料的顆粒必須小于裂隙尺寸。

1.3壓密注漿

壓密注漿指用很稠的漿液灌人事先在地基土內鉆進的孔中并擠密土體，壓密注漿在注漿管口處形成漿泡，漿泡形成過程中擠密壓縮周圍的土體。漿液不與周圍土體融合，土體靠漿液的擠壓提高密度，改變土體工程性能。壓密注漿常見的有花管注漿和單向閥管注漿兩種施工方法。

壓密注漿主要材料為水泥，粉煤灰，水及水玻璃等，其水灰比較小，不易流動，利用注漿泵注入巖土中，并在土中形成漿泡，漿液通過擠壓周圍土體，使周圍土體被擠密，漿液與周圍土體共同作用達到提高地基的承載能力，防滲堵漏的作用。壓密注漿適用于處理中砂，粘土等地基，還可用于非飽和土體的加固。

壓密注漿的特點如下。（1）因使用的是不易流動的漿液，所以漿液不會隨意擴散，只在注漿管周圍形成結石體，單管加固范圍小。（2）注漿過程中漿液擠密周圍土體，使漿液周圍土體或圖層得到密度提高。（3）由于壓密注漿擠壓周圍土體，當在建筑物基礎下部注漿時產生的向上的抬力。能將使傾斜的建構筑物糾正，下沉的建構筑物提升。

1.4劈裂注漿

劈裂注漿是將漿液用高壓注入土層中，土層在高壓漿液的作用下發生剪切破壞并產生裂縫，漿液隨著裂縫滲入土體，漿液在混入土層時并不與土顆粒均勻混合而是在土體中形成網絡狀，漿液凝固后像樹根一樣牢牢固定住周圍土體，骨架中的土的物理力學性能的除略有擠密外并無實質變化，其作用類似于在土體中加筋。

劈裂注漿是目前應用較廣的一種注漿方法，在建筑工程中主要應用于土層加固及基坑止水，在市政及水利工程中主要用于隧道或堤壩防滲止水。劈裂注漿可應用于砂層，粉質粘土層，粉土層，粘性土層。特別是在軟一流塑粘土地層，劈裂注漿可利用其液壓在地層中產生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達到注漿加固及止水防滲的要求。

壓密注漿和劈裂注漿的區別如下。1.壓密注漿和劈裂注漿都能加固弱透水性地基。壓密注漿通過球星漿泡擠壓土體，劈裂注漿通過在土體中加筋加固鄰近土體來提高土的物理及力學性能。2.劈裂注漿比壓密注漿注漿量大，加固的土體的范圍也大。而壓密注漿灌漿量少，只能加固小范圍土體。3.壓密注漿施工中注漿壓力逐步升高，劈裂注漿注漿壓力先提高，在土體被劈裂后注漿壓力會降低，然后再次升高。4.壓密注漿過程中可能轉化為劈裂注漿。劈裂注漿不可能轉化為壓密注漿。

1.5高壓噴射注漿

高壓噴射注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管插至土層的預定位置后，以高壓設備使漿液成為高壓射流，從噴嘴中噴射出來沖擊破壞土體。土粒在噴射流的沖擊力和重力等作用下，與漿液攪拌混合。漿液凝固后，土中形成一個固結體與樁間土一起構成復合地基，從而提高了地基承載力，達到地基加固的目的。

高壓噴射注漿施工時依據噴射角度的不同，可分為旋噴，定噴和擺噴三種形式。旋噴法是噴嘴邊噴射邊旋轉邊提升，固結體呈圓柱狀。定噴法是噴嘴邊噴射邊提升，方向固定不變，固結體成板狀。擺噴法是噴嘴噴射的方向呈一定的角度來回擺動，邊噴射邊提升，固結體成扇形狀，每個扇形組合成一堵較后的墻體。旋噴法注漿施工后在地基中形成的旋噴樁多用于地基加固。定噴和擺噴法注漿通常用于基坑，隧道和邊坡的防護及防水防滲施工。

高壓噴射注漿根據注漿管的類型不同又可分為單管高壓旋噴注漿法（CCP工法），二管高壓旋噴注漿法（JGS工法），三管高壓旋噴注漿法（GJG工法）。單管使用單層（根）注漿管噴射漿液（壓力20MPa左右），雙管使用雙層（根）注漿管噴射漿液，氣體同軸射流（漿液壓力20MPa左右，氣體壓力0.7MPa左右），三管使用三重（根）注漿管，一個噴射嘴射水，氣體同軸射流切割土體，另一個噴嘴噴入漿液（水壓20MPa，氣體0.7MPa，漿壓2～5MPa）

高壓噴射注漿主要的特點如后。1.適用的范圍廣，可用于處理淤泥，粘性土，黃土，沙土，人工填土和碎石土等地基。2.固結體形狀可以控制。3.固結體的強度高。4.漿液集中，流失少。

1.6化學注漿

化學灌漿是用化學材料配制成真溶液，用注漿泵將注入巖土或其他結構的縫隙內，漿液凝固后增加地層或結構物的強度，抵抗滲透，防止變形的一種注漿方式，較多地應用于防水堵漏和混凝土缺陷補強技術。

化學注漿的特點。（1）化學灌漿的漿液為不含固體顆粒的真融液體，其可滲透性好。不像水泥漿液那樣受其粒徑大小的限制。（2）凝膠時間可以控制。（3）相對于普通水泥而言，一般價格要貴。

化學灌漿技術在國內水電，建筑，交通和采礦等工程中應用廣泛如。（1）大壩，水庫的防滲和地基加固。（2）地上混凝土建，構筑物的地基加固和裂縫補強。（3）地下建筑物的防滲，堵漏和補強加固。（4）橋基加固及橋體裂縫補強;（5）機場跑道和停機坪，公路和鐵路特殊路段的軟弱地層加固和混凝土裂縫補強加固。

2注漿法施工的漿液材料

注漿法施工的漿液材料包括凝結材料，介質，外加劑等。工程中常見的漿液如下。

2.1水泥漿

水泥注漿材料的主要材料是普通硅酸鹽水泥。其優點是，材料方便采購，工藝簡單，成本低。其缺點是，漿液容易離析，由于水泥顆粒直徑較大，不能處理細微裂隙，漿液凝結時間長，不適用工期緊急的項目。

2.2水泥黏土漿

水泥黏土漿是在水泥漿液中加入一定量的黏土，黏土的粒徑一般比水泥小，也具有膠黏性。

2.3水泥-水玻璃漿

水泥-水玻璃漿液是在水泥漿液中加入和一定比例的水玻璃，水玻璃可調整水泥的凝固時間及漿液的結實率等指標，水泥漿液與水玻璃溶液使用不同的注漿泵在注漿管內或注漿噴口處混合，防止堵管提高注入性。

2.4有機高分子注漿材料

常見的有丙烯酰胺類，聚氨酯類，木質素類，環氧樹脂類，不飽和酯類等。有機高分子注漿材料通常費用高于水泥類注漿材料，應用于水泥類漿液無法解決的工程。

2.5綠色注漿材料

主要指粉煤灰，礦渣，鋼渣等工業廢渣。采用綠色注漿材料既降低成本有能解決工業廢料問題。在我國公民越來越注重環境保護的趨勢下，綠色注漿材料無疑是新型注漿材料研究方向之一，必將獲得大范圍推廣應用。