地下水對地基穩定性影響與控制技術研究

中圖分類號：TQ172.7 文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2025）05-0174-04

Abstract：In viewof the problems of insufficientsoil carrying capacity，excessvesedimentationand liquefaction tendency，ground grouting isa commonlyused foundation treatment technique by improving theengineering properties of thesoil（such as strength，permeability，and stability）.Itfilsthe holes and solidifies looseor weak layers by injecting afluid grout mixture.As the material penetrates into thesoilmatrix，theultimate goal is to improve groundwater management，foundation support，and overall geotechnical performance.Through the basic planning and constructionof infrastructureobjectssuch as excavationpits，various foundations，landreclamationandtidal flatconservation，during theprocessng，hydrogeology plays avitalrolein theengineering investigation，through the analysis of how water enters the ground，how water flows in the aquifer and how the groundwater interacts with the surrounding soil and rock，theresearch progress of grouting technology were summarized，the hydrogeological problems in the engineering investigation were analyzed，and corresponding measures and suggestions were put forward.

Key words ： groundwater ； grouting ； soil improvement ； hydrogeology

土壤改良技術可以提升土壤質量以滿足各種基礎設施項目的需求[1]。注漿是通過注人一種能夠形成凝膠并結合土壤顆粒的流體材料來實現地面改良的過程[2]。地面注漿主要用于防止水涌入并確保周圍巖石的穩定，通過將注漿材料注入地面，使其更適合支撐結構、最小化沉降和處理土壤相關問題[3]。地面注漿包括基礎加固、挖掘支持、液化緩解以及隧道和采礦作業中的地面改良。地面注漿的研究對于理解其細微差別和探索注漿材料、注射技術[4]和質量控制系統的最新突破至關重要。水文地質調查作為一種重要的防范策略，通過對地下水條件的詳細分析和評估[5]，可以提取識別和預測與地下水相關的潛在風險[6。這種調查不僅包括地下水位、流向和流速的測定，還包括對土壤和巖石與地下水相互作用的研究[7]。與臨時措施如除水和地面凍結相比，注漿提供了永久性或至少半永久性地面處理的好處，以及在某些情況下增加穩定性的額外優勢[8]。研究提供一個關于地面注漿的基本概念和實際應用的全面回顧，闡明其作為解決土壤改良問題的可持續性和經濟可行的解決方案，總結保持地基穩定性的防護策略。

1地下水對地基穩定性影響

地下水的變化，包括水位的升降和流動模式，直接影響著土壤和巖石的力學性能及其穩定性。當地下水位發生變化時，可能會導致土壤的濕潤或干燥，進而影響土壤的緊實度和承載力[地下水位的上升可能會導致基礎下的土壤液化，降低土壤的有效應力，使得原本穩定的地基出現沉降或滑移現象[10]

地下水不僅能夠通過改變土壤的物理狀態來影響地基穩定性，也可能導致土壤顆粒的沖刷和遷移，特別是在含有大量細顆粒或可溶性物質的土壤中。地下水的流動可能會逐漸侵蝕地基材料，形成空洞或裂縫，從而減少土壤的有效承載面積，引起地面的沉降甚至塌陷。此外，地下水的化學成分也可能對地基材料產生腐蝕作用，特別是對于含有鈣質或其他易溶成分的巖石基礎[11]。地下水中的化學物質，如硫酸鹽和碳酸鹽，能夠與地基材料發生化學反應，導致材料強度的降低，進而影響整個地基的穩定性。

2 地面注漿技術

2.1 注漿方法

注漿主要通過高壓注入混合流體至土壤，形成射流，侵蝕并替換現有土壤或注入混合物[12]。注漿方法根據注漿類型、機制和應用領域而有所不同。

2.1.1 滲透注漿

滲透注漿是用于改善軟土地基的工程地質條件的一種常用技術，用于增強建筑和基礎設施項目的土壤質量。通過將特定的灌漿混合物注人土壤，改變王壤的性質并增加了其強度、穩定性和耐久性。滲透注漿鉆孔完成后，通常用由水泥、水和添加劑組成的流體灌漿混合物強制填人土壤[13]。通過滲透王壤基質，注入的灌漿填充空隙，壓實松散顆粒，并將土壤顆粒結合在一起。從而增加土壤的承重能力，降低沉降并增加了地面穩定性。當土壤不足夠強或穩定以支撐結構的情況下，滲透注漿在地面改良、加固和基礎恢復等操作中經常使用[]。滲透注漿通過有效改變土壤的結構，適用于多種地質環境條件，可用于凝聚性和非凝聚性土壤[0]

2.1.2 壓實注漿

壓實注漿作為一種常用的地面改良技術，通過注入非常硬的灌漿材料，徑向移動土壤顆粒到更緊密的間距來密實被處理的土壤。壓實注漿使用的灌漿通常是水泥或聚氨酯物質[14]，通過注射填充物替代潛在的下沉空間，從而控制地表下沉，減少基礎沉降的風險，并為松軟或松散的土壤提供結構支撐。壓實注槳的主要優點之一是其能夠提高土壤密度和承載能力[15]。注入的灌漿排擠并密實了下方的土壤，填補空隙，使基礎更加安全。這種方法在松散或未固結的土壤且易于沉降的地區廣為應用，如建筑、橋梁和擋土墻等結構穩定項目中[16]

2.1.3 噴射注漿

噴射注漿是一種有效提高地基強度和剛度以減少地面沉降的土壤增強方法[17]。如果地表層的注漿無法支撐上部結構，則需要深基礎，如旋轉注漿樁。噴射注漿主要是通過高壓灌漿流注人土壤，形成一種增強土壤工程特性的水泥質塊體，處理后的土壤塊體具有一定的穩定性、承載能力和滲透性[18]。噴射注漿主要優點之一是能應用于各種土壤條件。噴射注槳可根據現場的特定需求進行定制[1]，無論是處理松散、無粘接力的土壤還是含有大量水分的粘性土壤，是基礎改善和復雜巖土條件下地面加固的絕佳選擇[20]

2.2 注漿的目的

2.2.1增加承載能力和控制水滲透

通過注漿進行地面改良主要是提高土壤或巖石的承載能力。通過向地面的空腔、裂縫和縫隙注入灌漿材料，顯著增強土壤顆粒之間的凝聚力和摩擦力。形成一個更強大、更堅固的基礎，適用于建筑、橋梁和擋土墻等結構，控制水分滲入[18]。通過封閉地下通道和空洞，注漿可以降低土壤侵蝕的風險，防正洞穴形成，并穩定地下水位，防止水涌入并確保周圍巖石的穩定。

2.2.2 減少沉降和保護環境

注漿可減少松散或易壓縮土壤區域的土壤沉降。向這些土壤注人灌漿材料可以填充空隙，提高整體密度和穩定性，減少沉降的可能性，能夠有效避免結構損壞以及維持道路、管道和工業設施等基礎設施的功能[2]。在某些情況下，注漿（化學注漿）用于限制并固定地面中的污染物，如有毒化學品或污染物。有助于防止毒素進入地下水和周圍生態系統[22]

2.2.3 增加地面穩定性

注漿可以增加斜坡和堤岸的穩定性，降低滑坡和侵蝕的危險[23]，其是提高地面穩定性、確保安全的重要技術，能夠實現更高承載能力、控制水滲透、減少沉降和提高地面穩定性等目標。這對于山區或多山地區的基礎設施項目建設尤為重要。

2.2.4 土壤改良

土壤改良方案包括動態壓實、預壓、振動石柱、噴射注漿柱、深層土壤攪拌、開挖更換等[20]。注漿是將流體成分（通常是水泥灌漿）注入土壤的過程，以填充空隙、促進凝聚力和提高整體強度，此外還能抵御自然災害如洪水和地震的影響[24]。注漿的一個主要優勢是其提高土壤承載能力的能力，施工時可以通過向地面注入灌漿來有效加固土壤并減少沉降[25]，在土壤顆粒之間架起橋梁，形成一個更均勻和緊湊的基礎；灌漿還常用于限制地下水流動[26]在多孔土壤中的水滲透可能導致土壤不穩定和侵蝕，有助于形成一個不透水屏障，阻止水滲入土壤；同時，注漿還有助于減少地下空洞和洞穴的影響。地表下的空洞可能導致突然的坍塌[27]，通過注漿填充這些空間，增加強度并防止未來沉降。在易發生洞穴的地區，注漿可以穩定土壤并降低快速地面下沉的風險[28]

2.3灌漿材料及其特性

灌漿材料種類繁多，大多數都是使用水泥[12]聚氨酯和環氧樹脂，因其能夠進入地面的小裂縫和縫隙而廣為使用，非常適合于密封和防水目的[29]工程所在地的地質、預期的土壤或巖石特性以及項目的環境限制都會影響灌漿材料的選擇[20]

在選擇灌漿材料時須考慮灌漿特性以確保地面改良的有效性，包括灌漿的抗壓強度、滲透性、黏度和凝固時間[19]。灌漿封閉裂縫和防止水滲透的能力對于防水和環境保護至關重要[3]。此外，也要考慮灌漿的流變特性，如觸變性、剪切變稀傾向和屈服應力等性能，控制灌漿如何移動和與周圍地面相互作用[10]，影響其進人裂縫和排出空氣或水以及有效填充空隙的能力。

2.4注漿設備及質量保證

技術和設備對注漿地面改良的有效性至關重要。灌漿泵、攪拌機和注射工具是常見的灌漿設備[9]，計算機控制系統的進步提高了注漿操作的精確度和效率，使得實時監控和調整灌漿注射設置成為可能。材料測試、灌漿配方設計和注射壓力及體積的監測等[30]都是質量控制的關鍵程序[14]

3展望

地下水對地基穩定性的影響顯著，因此，掌握和改進控制技術尤為重要。隨著工程需求的不斷提高和環境條件的多樣化，對灌漿技術的研究和發展仍面臨著新的挑戰和機遇。未來可以從以下方面進行深入的分析及探討：

（1）開發新型灌漿材料，如智能灌漿材料、環境友好型灌槳材料，以及具有更高強度和耐久性的復合材料。研究不同材料對地基穩定性的影響，深入探討這些材料的力學性能、化學穩定性及其與土壤相互作用的機理；

（2）研究和開發更高效、精確的灌漿技術和設備，例如自動化和智能化的灌漿系統，以提高工程效率和質量。探索如何更有效地控制灌槳過程中的壓力和流量，以及如何提高灌漿的精確性和均勻性；（3）利用先進的計算機技術和數值模擬方法來預測灌漿效果，分析地下水流動和灌槳材料在土體中的擴散過程。通過模擬不同條件下的灌漿過程，優化灌漿方案和參數；（4）開發實時監測技術，以跟蹤灌漿過程中地基的穩定性變化，并評估灌漿效果。利用物聯網（IoT）技術、傳感器網絡和遠程監測技術來實現工程的實時監控和數據分析；（5）研究灌漿技術對環境的影響，包括評估使用過程中的能耗、碳排放和對地下水系統的潛在影響。開展生命周期評估，優化灌漿技術的環境友好性和可持續性。

4結語

回顧了與地基穩定性相關的一系列巖土問題，總結了地下水對地基穩定性的影響因素，綜述了常用的地面注漿技術，并對研究進展進行了展望。地面注槳是一個靈活且有效的選擇。無論是用于減少滲透性、控制沉降還是穩定基礎，地面注漿都提供了一種改善地下工程特性的經濟方式。由于其多功能性。隨著灌漿材料和注射技術的持續進步，地面注漿的效率和應用預計將大幅增加，為各種巖土問題提供可靠和可持續的解決方案

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（責任編輯：蘇帆）