第三章-2 化学加固法

2023/2/11

第三章化学加固法概述一、化学加固法的概念

——利用化学固化剂（液体、固体），通过压力灌注，高压喷射或机械搅拌等措施，使固化剂与土粒胶结在一起，以改善地基土的工程特性，提高地基承载力，减少地基变形的方法总称。二、加固效果的影响因素化学加固法能否取得预期的加固效果，主要取决于两个方面：⑴根据具体的土质条件，选择适当的固化剂及掺入量；⑵采用有效的施工工艺2023/2/12三、固结剂的种类固结剂液体状粉体状水泥浆液粘土水泥浆液化学浆液无机浆液——硅酸盐有机浆液聚氨酯类环氧树脂类木质素水泥粉体石灰粉体四、化学加固法的分类按施工方法深层搅拌法高压喷射注浆法灌浆法干搅法（粉体喷射搅拌法）湿搅法（液体喷射搅拌法）（真溶液）悬浮液2023/2/13

粉体喷射搅拌法一、粉体搅拌法的概念

——通过专用的喷粉钻机，采用粉体喷射搅拌法，将粉状的固化剂喷射到深层软土中，并经充分搅拌混合，使固化剂、水和土三者发生一系列物化反应，最终使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体——粉喷桩，桩与桩间土形成复合地基。粉喷桩水泥土桩（水泥粉）石灰土桩（石灰粉）二、粉喷桩的施工设备专用成套设备主机——钻机配套设备——空压机、储气罐、固化剂罐、粉体发送器、输送管等。2023/2/142023/2/15D20212023/2/16D222023/2/17空气压缩机固化剂罐搅拌头2023/2/18B1152023/2/19三、粉喷桩的施工工艺⑴定位整套设备就位，使搅拌轴垂直，搅拌头对准桩位；⑵预搅下沉钻机正向旋转钻进，同时喷射压缩空气；⑶停止预搅下沉钻进到设计深度停钻，并在原位转动1~2min；⑷提升喷粉搅拌启动搅拌机，反向旋转，在确认固化剂已经送至孔底时，提升钻头，边提升边搅拌，尽量搅拌均匀。⑸提升结束，搅拌桩形成钻头提升到高于桩顶0.5m左右时停灰，并应慢速原地搅拌1~2min。停灰标高距地面不小于0.3~0.5m。⑹重复搅拌为保证粉体搅拌均匀，需再次将搅拌头下沉到设计深度，再次反向旋转提升钻头进行复搅。⑺钻头提出地面，移至下一桩位。2023/2/110B1172023/2/1112023/2/112四、加固机理固化剂与原位地基土充分搅拌混合后，因固化剂吸收周围土层中的水分而发生物理化学反应，使混合后的水泥土桩体逐渐凝结硬化，既提高了桩体强度，又稳定了桩周围的土层，从而使天然的软土地基改变成复合地基，大大提高地基承载能力。

⒈水泥固化剂：水泥与土中的水发生水化反应和水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙和含水铁铝酸钙等化合物，在水和空气中逐渐硬化；这些化合物中的钙离子再与土粒中的钠钾离子等发生离子交换作用，从而胶结土颗粒，使其集合较大的团粒，形成强度较高的水泥土桩。水泥和土搅拌混合越均匀，水泥土结构的离散性越小，桩体强度也越高。2023/2/113⒉生石灰固化剂石灰在土层中吸水、膨胀、发热并进行一系列化学反应（离子交换、土微粒凝聚、火山灰反应、碳酸钙反应、固结反应等），从而形成复杂的化合物，这些化合物在空气和水中逐渐硬化，使土颗粒得到牢固结合和加强，从而形成较高强度的石灰土桩。上述一系列物化反应的详细过程，可参阅《地基处理手册》。五、粉喷桩的受力特性

介于刚性桩与柔性桩之间，其刚度、抗压强度和抗侧压力作用的能力小于刚性桩而大于柔性桩。2023/2/114

刚性桩：砼灌注桩、砼预制桩、预应力砼桩、钢管桩等。

柔性桩：碎石桩、砂桩、灰土桩、素土桩等。轴向应力分布也是不均匀的，从桩顶自上而下轴力逐渐减小，最大轴力位于（3~5）d范围，以下轴力收敛很快。即桩的上部受力较大，摩阻力得到充分发挥；桩的下部受力较小，摩阻力则不能充分发挥。因此，桩的破坏一般都发生在（3~5）d范围。桩身的承载力关键在于桩体的强度，尤其是浅部桩体强度，是桩向下传力的必要条件。（3~5）dNZOF2023/2/115六、水泥加固土的室内外试验

1)、水泥土的室内配比试验

了解加固水泥的品种、掺入量、水灰比、最佳外掺剂对水泥土的影响，确定龄期与强度的关系，为设计和施工提供可靠的参数。

2)、水泥土搅拌桩的现场试验

现场水泥土试块的有关试验，以确定室内试验指标与实际工程的差异；单桩载荷试验、单桩复合地基载荷试验；复合地基的反力分布、应力分配。

2023/2/116

七、水泥土搅拌桩复合地基的计算

⒈单桩竖向承载力的计算

单桩竖向承载力标准值应根据现场载荷试验确定。在无载荷试验资料时，也可按下式计算：

Rkd=η×fcu,k×Ap

Rkd=qsUpl＋αApqp

式中：Rkd－单桩承载力标准值；

η－强度折减系数，可取0.35~0.50；

fcu,k－与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内试块（70.7×70.7mm或50×50mm）

的无侧限抗压强度平均值；

qs－桩周土平均摩擦力，按下表取值。2023/2/117

桩周土平均摩擦力平均值（kPa）

土的名称状态桩周土平均摩擦力

淤泥、泥炭土流塑5－8

淤泥质土流塑－可塑 8－12

粘性土软塑12－15

粘性土可塑15－18

Up－桩周长；

l－桩长；

α－桩端土天然地基土的承载力折减系数，一般取0.4－0.6；

Ap

－桩的截面积；2023/2/118

qp－桩端天然地基土承载力标准值，

可按《建筑地基基础设计规范》中的有关规定取值。⒉复合地基的承载力计算

fsp,k=mRkd/Ap+β（1-m）fs,k

式中：fsp,k－复合地基承载力标准值；

m－复合地基的面积置换率；

β－桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取0.5-1.0，当桩端土为硬土时，可取0.1-0.4，当不考虑桩间软土的作用时，取0；fs,k－桩间天然地基土承载力标准值。2023/2/119⒊面积置换率的确定

m=Ap/A1

式中：

A1－水泥土搅拌桩单桩加固的面积。

⒋总桩数的确定

n=m×A/Ap

式中：A－基础的底面积。

m也可以按下式计算：

m＝(fsp,k－βfs,k)/(Rkd/Ap－βfs,k)

综上所述，n与要求的复合地基的承载力、桩周土及桩端土的性质、桩长及直径、桩身强度、单桩承载力等因素有关。2023/2/120⒌桩的平面布置根据基础形式、荷载分布合理布置：独立或条形基础可用梅花形，正方形布置；片筏基础多用正方形布置。deSaSaSaSadeSaSa正三角形正方形de=1.05Sade=1.13Sa2023/2/121⒍软弱下卧层的验算

假设桩与桩间土组成一实体基础。计算模型见下图，应满足下式：

上部荷载：fsp,k×A桩间土承受荷载：fs,k×（A-A1)作用在软弱下卧层上的荷载（均布）：f×A1假想实体基础侧面摩擦力：qs×As2023/2/122fx=[fsp,k*A+G-qsAs-fs,k(A-A1)]/A1<f式中：fx－假象实体基础底面应力,kPa；

A1－假象实体基础的底面积,m2；

G－假象实体基础的自重,kN；

As－假象实体基础的侧面积,m2；

fs,k－假象实体基础边缘软土的承载力,kPa；

f－假象实体基础底面处经修正后地基土的承载力，kPa；其它符号同前。当验算不满足时，需重新进行设计。2023/2/123⒎沉降计算

沉降计算包括两部分：复合土层的压缩变形、桩端以下未处理土层的变形。

一般根据上部荷载、桩长、桩身强度等按经验复合土层取10－30mm；桩端以下土层按（GBJ7-89）规范进行计算。

计算模型与软弱下卧层验算示意图相同。

2023/2/124八、桩体强度的影响因素桩体强度与地基土质、含水量、固化剂掺入比、土料混合度及龄期有直接关系。⒈地基土质固化剂对粉土的增强效果远比对淤泥质类土和粘性土的增强效果好，即土粒越粗，增强效果越好；同时，原位土越纯净，增强效果越好；有机质含量越高，效果越差。⒉土的含水量在软土层中，尤其是粘性土中，存在一个含水量对桩体强度影响的问题。含水量过高或过低对桩体的硬结均不利，即对某一土层存在一个最佳的含水量范围。⒊固化剂掺入比试验表明，固化剂掺入比越大，增强效果越明显。一般，当含水量较高时，掺入比应较大，反之可取较小掺入比。从经济观点考虑，选择含水量一定时的2023/2/125最佳掺灰量作为设计掺入比。⒋土料混合程度加固土的强度与土料混合程度也有密切关系，土料搅拌越均匀，桩体的强度越高，因此应充分搅拌。⒌龄期水泥土或石灰土的强度随养护龄期的延长而增长。在28天内，强度增长最显著，尤其是前7天，强度急剧增长。90天后强度增长缓慢。因此，粉喷桩无侧限抗压强度标准值以90天龄期的强度值作为强度指标。t90d28d7d0σ2023/2/126九、粉喷桩施工要点

⒈

桩体喷粉过程中不得中断每根桩宜装一次灰，搅拌完一根桩；喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力根据地层情况控制在合适范围。

⒉喷灰量

单位桩长喷灰量是成桩质量的关键，喷粉量随土质情况桩体强度要求而定，一般为45~70kg/m，常用50kg/m，相当于掺入比为12%。

⒊施工次序为避免桩机移动路线和管路过长，施工时宜采用先中轴、后边轴，先里排、后外排的次序进行，使桩机移动最长距离不超过50m。

⒋复喷为避免桩上部受力最大的部位因气压骤减出现松散层，提高桩体质量，在桩顶以下3.5m范围应进行复喷。2023/2/127

⒌

喷粉桩应自然养护施工后14天以上方可开挖基坑，机械开挖到施工桩顶以上50cm时，改用人工开挖，避免挖土机站在桩上挖土，以免将桩头压碎或水平推力作用造成断桩。

⒍

清除桩头清桩时应用人工先在周边凿槽，再用锤击破碎。十、粉喷桩施工常见问题及防止措施

⒈卡钻

原因：通过含水率较低的粘土层或板结的硬土层，或局部遇到障碍物。

措施：应停止钻进或慢速钻进，严重时应提钻改进钻头；如在提升钻杆时卡钻，应暂停喷粉，待正常后再喷粉。

⒉喷粉不畅或堵塞2023/2/128

原因：气路连接部分密封不严；气源不足；水泥吸湿结块；喷口粘结粉泥后变小；粉料中混有杂物；部分地层透气性不良。

措施：使气路连接严密，供气保持充足，气压稳定；防止水泥受潮硬结，或混入杂物，否则应过筛。喷粉不畅时可迅速反复开启送灰阀门（一般不要来回摇动阀门，以保证送灰连续、均匀）。⒊桩体疏松

原因：土的含水量太小，或遇松散的杂填土，造成粉体流失，使桩体含水泥量降低。

措施：适当注水或改成湿搅；发现桩体疏松，可钻进复喷一次加强。

⒋夹层或断桩2023/2/129

原因：水泥潮湿或有异物堵管；管道漏气或供气不足；喷粉孔磨损，被粘土堵塞；预搅下沉时未送气，喷嘴被泥堵塞；提钻速度过快或先提钻后喷粉；灰喷完后未察觉，仍在搅拌提升（断灰）。

措施：防止水泥受潮或混入杂物；水泥喷粉时严格过筛、计量和气压检查；注意喷粉与提钻速度，宜先喷粉1~2min后再提钻搅拌；堵孔后应将钻头提出清理；原位复喷或邻位补桩。⒌空心桩

原因：土的含水量太低，中心部位气压低，致使四周强度高，中部为土心或空心，形成空心桩；

措施：含水量低于20%的干土，应改用湿喷或人工加湿土层。2023/2/130L12023/2/131⒍桩体强度低

原因：提钻速度不匀；喷粉管路轻微堵塞，造成气压不稳，灰流量时高时低，喷灰不匀；遇局部松软土漏灰；遇粘土搅拌不开，喷灰不足。

措施：控制提升速度，经常观察电子称进行定量控制；防止管路堵塞；遇松软土或粘土低速钻进搅拌，并调整送灰器的转速。⒎桩短施工桩长小于设计桩长，即桩短。

原因：操作配合不当，钻杆提升过早；遇到硬夹层或异物；持力层为硬土层且起伏较大。

措施：钻头下沉到设计深度后，应开启灰泵1~2min后，当感觉灰到孔底（有冲击感）后，才可提升搅拌。2023/2/132遇到硬层时减缓钻进速度，增大气压；遇到障碍物可补桩。⒏桩径变小

原因：空压机送气压力小，气流影响范围不够大；桩周土层密实，粉体颗粒所受阻力过大；钻头磨损使喷嘴变大，压力下降；

措施：配备相应能量的空压机；加大气压克服土层阻力；及时检查和更换钻头。2023/2/133十一、质量检验

1)、桩位、标高、垂直度、掺入量、固结剂质量等。

2)、桩身试块的无侧限抗压强度试验，检验桩身强度是否达到设计要求；

3)、桩身轻便触探试验，检验桩身的均匀性和强度；桩身龄期在7d内进行，一般试验深度<4m；

4)、桩身及桩间土静力触探试验，以检验桩间土的强度，桩身的均匀性和强度；桩身龄期在7d内进行；

5)、单桩或单桩复合地基载荷试验，以检验单桩承载力和复合地基承载力；

6)、单桩动力检测，检验单桩施工质量。

7)、当抽检不合格的桩数超过抽测根数的30%时，应加倍重新抽测。若加测后不合格桩数仍超过30%，应全部检测。2023/2/134L22023/2/135十二、粉喷法的特点及应用

⒈特点

⑴粉喷桩具有加固工艺合理、技术可靠、加固效果好，可提高地基承载力（可达2~3倍），减少地基的沉降量（1/3~2/3）；

⑵粉喷桩采用密封装置，对环境无污染，施工无振动无噪音，对周围环境无不良影响；

⑶可根据不同土的性质及设计要求，合理选择加固料的种类和掺入比；

⑷施工机械较简单，机具液压操纵，连续钻进，方便迅速，安全高效（50根/d），施工操作简单，工期短，造价低。2023/2/136⒉应用

⑴加固软土地基，用于荷载不大的工业厂房及七层以下的民用建筑地基处理；

⑵公路和铁路软土路基边坡加固，基坑坑壁土体支护及地下工程支护；

⑶用于基坑防渗墙、地下连续墙等防渗工程。2023/2/137

深层搅拌桩形成墙壁状加固体，作为临时挡土结构，可按重力式挡土墙计算。

应注意桩与桩之间的搭接长度，桩径500mm的桩，每边搭接长度>100mm。2023/2/138L92023/2/139L202023/2/140⒊适用土质适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高（大于23%）且承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基的加固。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。对无地下水的湿土，且对桩强度要求不高的工程，也可用石灰粉代替水泥，或在水泥中掺加20%的粉煤灰。2023/2/141

水泥浆喷浆搅拌法

水泥浆喷浆搅拌法在加固机理、设计计算、质量检验、工程特点与应用等方面与水泥粉喷桩相同。只是在固化剂形态和成分、施工设备、施工工艺、桩的形式等方面与水泥粉喷桩稍有区别。一、固化剂形态和成分

⒈形态：浆液状的固化剂。

⒉成分：一定配比的水泥浆液或水泥砂浆二、施工设备

⒈双搅拌轴中心管输浆搅拌机械

⑴主要设备：搅拌机

⑵配套设备：起重机、导向架、输浆胶管、灰浆拌制机、灰浆泵等。2023/2/142B1062023/2/143B1102023/2/144⒉单搅拌轴叶片喷浆搅拌机械

⑴主要设备：单搅拌轴叶片喷浆搅拌机

⑵配套设备：打桩机、灰浆计量配料装置、电磁流量计、输浆胶管等。B1072023/2/145B1092023/2/146B1122023/2/147三、施工工艺(p128)B1132023/2/148四、搅拌桩的形式

⒈双搅拌头搅拌形成“8”字形的桩断面柱状加固体壁状加固体块状加固体⒉单搅拌头搅拌桩的形式同粉喷桩的单桩及组合桩的形式。2023/2/149

高压旋喷注浆法（旋喷法）

该技术上世纪60年代后期始创于日本，应用于加固粘性土，70年代发展起来的一项新的地基加固技术。一、高压旋喷注浆法的概念

——利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进到土层的预定深度后，用高压脉冲泵将水泥浆液或水、气通过喷嘴向四周以20MPa左右的高压射流喷入土体，借助射流的冲击力切削土层，使射流射程范围内的土体被破坏。同时钻杆边转动边提升，将浆液与土体强制搅拌混合，胶结硬化后在地基中形成不同形状的水泥土加固体，从而使地基得到加固。二、方法分类⒈按注浆形式分类

2023/2/150⑴旋转喷射（旋喷）——园柱状（旋喷桩）——地基、基坑⑵定向喷射（定喷）——板状、壁状（薄）——防渗、边坡⑶摆动喷射（摆喷）——墙体状（厚）——防渗、边坡B932023/2/151⒉按注浆管的结构分类

高压喷射注浆法按注浆管结构类型分为：单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种类型：

浆浆气水气浆浆浆气气水20MPa气气0.7MPa浆2~3MPa单管二重管三重管2023/2/152单管喷头浆液双管喷头内浆外气三管喷头气水浆2023/2/153⑴单管法用一根单管喷射高压水泥浆液作为喷射流，由于高压浆液射流在土中衰减大，破碎土的射程较短，成桩直径较小，一般0.3~0.8m。⑵二重管法用同轴双通道二重注浆管复合喷射高压水泥浆和压缩空气两种介质，以浆液作为喷射流，但在其外围裹着一圈空气流成为复合喷射流。使破坏土体的能量显著增加，成桩直径约1~2m。⑶三重管法

同轴三重注浆管复合喷射高压水流和压缩空气，并注入水泥浆液。由于高压射流作用，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压浆流随之填充空隙。最后凝固成直径为1.2~2.5m的旋喷桩。⑷多重管法多重注浆管不但要输送高压水，而且还要将冲下来的土、石颗粒抽出地面，因此管的外径可达300mm。成桩矿直径可达4m。2023/2/154三、施工机具设备

主要机具设备：注浆管：底部侧面带喷嘴，喷出口直径2~3mm高压泵：高压泥浆泵、高压水泵，工作压力在20~25MPa。空压机：压力0.7MPa，容量3m3/min。浆液搅拌机：搅拌量200L/min。钻机：可用工程地质钻机。

辅助设备：高压管路系统，操作控制系统，阀门等。2023/2/155⒈单管法与二重管法设备B952023/2/156⒉三重管法施工设备B962023/2/157⒊多重管法施工设备B972023/2/158五、施工工艺⒈单管、二重管和三重管的施工工艺⑴旋喷工艺流程

①钻机就位对中；

②用低压射水钻进至设计深度；

③插入注浆管，启动高压泵、泥浆泵、空压机等，开始旋喷注浆；

④当压力流量达到规定值后，钻杆以20转/分的速度旋转并徐徐提升注浆管；

⑤高压射流破坏土体并与之拌和形成旋喷桩；

⑥拔出注浆管，清洗注浆系统，机具移位。2023/2/159B1032023/2/160⑵定喷工艺流程

①预先钻孔；

②插入喷射管，提出钻具，再将注浆管边射水边插入预定深度。射水压力一般不超过1MPa。

③

改换成横向喷射后开始提升；

④在预定范围内完成防渗体后，转换喷口方向；

⑤再次重复工序②，达到预定深度；

⑥改换成横向喷射后，开始向另一方向喷射；

⑦最后完成一个喷射孔的施工。

⑧拔出注浆管，清洗注浆系统，机具移位。2023/2/161⒉多重管法施工工艺

①钻机就位对中；

②钻导孔；

③插管，插入多重管至预定深度。插入过程中用旋转的高压（40MPa）水射流切削破坏四周土体；

④抽出泥浆形成喷射空间，切削破坏土体形成的泥浆用真空泵从多重管抽出地面，反复冲抽形成较大孔穴。

⑤用超声波传感器测出孔穴的直径和形状，并满足要求；

⑥向孔穴压力注浆填充（水泥浆、水泥砂浆等）；

⑦形成大直径的桩体；

⑧拔出注浆管，清洗注浆系统，机具移位。2023/2/162六、加固机理

⒈高压喷射流对土体的破坏作用喷嘴喷出能量巨大且高度集中的射流，切削破坏土体，并使浆液和土搅拌混合，胶结硬化为加固体。

⒉水（浆）、气同轴喷射流对土的破坏作用空气流使水或浆液高压喷射流的破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，因而增大了破坏能力和影响范围，使桩径增大。2023/2/163加固体横断面分区：B982023/2/164⒊水泥与土的加固机理（同粉喷桩）七、旋喷桩的设计

⒈桩径估计根据地基土质及施工工艺，对大型和重要工程应在现场通过式喷确定；对于小型或一般工程，可根据标贯击数按表3—5（P116）确定。

⒉桩长的确定根据场地地层条件，主要取决于加固层的厚度。

⒊桩距一般取2~3倍的桩径。

⒋桩的喷浆量Q（L/根）计算

2023/2/165式中：H——旋喷长度（m）；

v——注浆管提升速度（m/min）；

q——压浆泵的排浆量（L/min）；

β——浆液损失系数，一般取0.1~0.2。旋喷过程中冒浆量应控制在10~25%之间。

⒌桩的平面布置根据基础形式及荷载分布等因素布桩，一般可用正方形或梅花形布桩。

⒍单桩承载力确定

⑴单桩载荷试验

2023/2/166⑵按下列公式计算，并取其中较小值：①按桩体材料②按土对桩的阻力计算⒎复合地基承载力和压缩模量旋喷桩加固的地基，通常按复合地基进行设计。

⑴复合地基承载力标准值

2023/2/167⑵复合地基压缩模量式中：Eps——复合地基压缩模量；

Es——桩间土的压缩模量，可用天然地基土的压缩模量代替；

Ep——桩体的压缩模量，可采用测定混凝土割线弹性模量的方法确定。⒏地基验算必要时应进行地基变形验算或软弱下卧层验算。八、特点及适用范围⒈高压喷射注浆法的特点

⑴用于加固地基可提高地基承载力，减少地基变形，增强地基的稳定性；

2023/2/168

⑵

可用小直径的钻孔旋喷成比孔径大8~10倍的大直径固结体；可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度、喷射压力和喷浆量等参数，旋喷成各种形状的固结体。B94

⑶可垂直、倾斜和水平喷射，地面建筑物地基常用垂直喷射，地下工程也可采用倾斜或水平注浆。

2023/2/169⑷

设备较简单轻便，机械化程度高，全套设备紧凑，体积小，机动性强，占地少，能在狭窄场地施工。

⑸既可用于拟建地基，也可用于已有建筑物地基加固，而且能在不影响建筑物正常使用的条件下施工，施工噪音低，振动小。⑹料源广阔，施工简便，速度快，效率高，成本低；

⑺耐久性和对环境的适应性强，可作为永久性加固方法。在水泥中掺入适量的外加剂，可达到速凝、早强、抗冻和耐蚀等效果；⒉适用范围适用于淤泥、淤泥质土、碎石土、砂类土、粉土、粘性土、湿陷性黄土及人工填土等地基的加固。加固深度可达30~40m。

2023/2/170

可用于既有建筑和拟建建筑的地基加固，基坑支护或止水结构，斜坡抗滑桩，坝基加固和防水帷幕等工程。九、旋喷桩的施工要点

⒈施工时，喷嘴直径，提升速度，喷射压力浆液排量等旋喷参数宜通过现场试验确定；

⒉浆液主要材料为水泥，在无特殊要求时，宜采用325#或425#普通硅酸盐水泥，必要时加适量外加剂；

⒊水泥浆的水灰比应按工程要求确定，可取1.0~1.5，常用1.0。

⒋实际孔位、孔深和每个孔内的地下障碍物、洞穴、涌水漏水及与工程地质报告不符等情况均应详细记录；

⒌喷射时，应先达到预定的喷射压力，喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时应停止提升和旋喷，以防断2023/2/171桩。若发现有浆液喷射不足，影响桩径或桩体强度时，应进行复喷；⒍施工中应如实记录高压喷射注浆的各项参数和出现的异常现象。如喷浆压力骤然下降、上升或大量冒浆等。十、施工中易出现的问题及防止措施

⒈压力上不去

原因：管路漏气、漏油；安全阀的安全压力过低；吸浆管内留有空气或密封圈漏气。

措施：停机检验，排除上述原因后，以清水进行调压试验，以达到要求的压力为止。

⒉压力骤然上升

原因：喷嘴堵塞；高压管路清洗不净，浆液沉淀或其2023/2/172它杂物堵塞管路；泵体或出浆管路堵塞。

措施：停机检验，首先卸压。如是喷嘴堵塞，将钻杆提出进行疏通；其他堵塞应松开接头疏通。⒊不冒浆或冒浆过大

原因：①土层空隙大，浆液漏失，引起不冒浆；②喷射压力不够，喷嘴直径过大，提升或旋转钻杆速度过慢或有效喷射范围与注浆量不适应而造成冒浆量过大。

措施：一般冒浆量小于20%视为正常，超过20%或完全不冒浆均应采取措施。若土层空隙较大，可加适量速凝剂。冒浆量过大可提高喷浆压力，适当缩小喷嘴直径，加快提升和旋转速度，调整注浆量。2023/2/173⒋旋喷体强度不够

原因：水泥受潮或过期；水泥浆未搅拌均匀而沉淀；喷射时压力、流量、提升、旋转不匀；管路轻微堵塞，造成压力不稳，喷浆不匀。

措施：选用新鲜优质水泥；水泥浆搅拌均匀；加强操作控制，防止管路堵塞。⒌加固体顶部下凹

原因：浆液因析水而产生一定收缩。凹穴的深度随土质、浆液析水性、加固体直径、长度等因素的不同而异。

措施：若在施工完毕后，可在凹穴处填补混凝土或在注浆孔原位注入浆液；在注浆完成后，在加固体顶部0.5~1.0m范围内复喷一次加强。2023/2/174十一、质量检验

⒈检验手段可用开挖检验、钻孔取芯、标准贯入、载荷试验或压水试验等方法进行检验。

⒉检验点位置建筑荷载较大的部位；帷幕中心线上；施工中出现异常现象的部位；地质情况复杂，可能对喷射注浆质量有影响的部位。

⒊检验点数量为施工注浆孔数的2~5%，对不足20孔的工程，至少要检验2个点。不合格者应进行补喷。

⒋检验时间质量检验应在注浆结束28天后进行。2023/2/175静压灌浆法

一、灌浆法的概念

利用气压、液压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀注入地层中。浆液以填充、渗透和压密的方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其空间位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结为一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性好的“结石体”。

其主要应用于：地基土的防透水性；防止桥墩和边坡的冲刷；整治坍方滑坡、路基病害；提高地基土的承载力，减小地基的不均匀沉降；进行基础托换等。2023/2/176灌浆法加固实例：砂土注浆孔加固区开挖隧洞大坝渗漏土层加固区注浆管钢筋笼桩侧、桩端注浆桩加固区2023/2/177二、浆液材料

浆液是由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）及各种外加剂混合而成。外加剂可分为：固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。桨液材料分类浆液材料分类的方法很多，如：(1)按浆液所处状态，可分为真溶液、悬浮液和乳化液；(2)按工艺性质，可分为单浆液和双浆液；(3)技主剂性质，可分为无机系和有机系等，通常浆液材料可按以下进行分类：

2023/2/178

水玻璃水泥浆是由水玻璃溶液与水泥浆混合而成，它也是一种用途广泛、使用效果良好的灌浆材料。所具有的特点为：①浆液的凝结时间可在几秒钟到几十分钟内准确地控制；②凝固后的结石率高；③结石的抗压强度较高等。浆液材料选择要求(1)浆液应是真溶液而不是悬浊液。浆液粘度低，流动性好．能进入细小裂隙。(2)浆液凝胶时间可以从儿秒至几小时范围内随意调节，并能准确地控制，浆液一经发生凝胶就在瞬间完成。(3)浆液的稳定性好。在常温常压下，长期存放不改变性质，不发生任何化学反应。(4)浆液无毒无臭。对环境不污染。对人体无害，属于非易爆物品。(5)浆液应对注浆设备、管路、混凝土结构物、橡胶制品等无腐蚀性。并容易清洗。

2023/2/179三、加固机理（灌浆理论）

⒈渗透灌浆（置换作用）

是指在压力的作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙中，排挤出孔隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构和体积（砂性土的灌浆的结构原理），所用灌浆压力相对较小。适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。(6)浆液固化时无收缩现象，固化后与岩石、混凝土等有一定粘接性。(7)浆液结石体有一定抗压和抗拉强度，不龟裂，抗渗性能和防冲刷性能好。(8)结石体耐老化性能好。能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀、且不受温度和湿度的影响。(9)材料来源丰富，价格低廉。(10)浆液配制方便，操作容易。现有灌浆材料不可能同时满足上述要求，一种灌浆材料只能符合其中几项要求。因此在施工中要根据具体情况选用某一种较为合适的灌浆材料。2023/2/180⒉劈裂灌浆（胶结作用）

是指在压力的作用下，浆液克服地层的初始压力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。

⒊压密灌浆（置换作用）

是指通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体压密，在注浆管的端部附近形成“浆泡”。

当浆泡的直径较小时，灌浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地面抬动。2023/2/181B126

压密灌浆常用于中砂地基。粘土地基中若有适宜的排水条件也可采用。压密灌浆可用于非饱和的土体，用来调整不均匀沉降进行托换技术(纠偏)，以及在大开挖或隧道开挖时对邻近土进行加固。2023/2/182⒋电动化学灌浆（离子交换）将带孔的注浆管作阳极，滤水管作阴极，溶液由阳极压入土中，并通直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极向阴极流动，使含水量降低，形成渗浆通道，因而浆液也随之渗入土的孔隙中，并在土中硬化。但由于电渗排水作用，可能会引起邻近既有建筑物基础的附加下沉。这一情况应予以慎重注意。（当K＜10-4cm/s时，采用最有效）加固后强度的增长手很多种因素的制约，除了灌浆材料以外，还和浆液与介质接触形式、浆液饱和度、时间效应等因素也有影响。１）浆液与界面的结合形式2023/2/183(a)为浆液完全充填孔隙或裂隙，浆液与界面能牢固地结合；图(b)为浆液虽填满孔隙或裂隙，但两者间存在着一层连续的水膜，使浆液未能与岩土界面牢固地结合；图(c)为浆液虽也充满了孔隙或裂隙、但两者被一层软土隔开、且浆液未曾渗入到土孔隙内，从而使整体加固强度大为降低；图(d)为介质仅受到局部的胶结作用，地基的强度、透水性、压缩性等方面都没有多大改善。由此可知，提高浆液对孔隙或裂隙的充填程度及对界面的结合能力，也是使介质强度增长的重要因素。2023/2/184２）浆液饱和度：孔隙或裂隙被浆液填满的程度称为浆液饱和度。

一般饱和度越大，被灌介质的强度也越高。不饱和充填可能在饱水孔隙、潮湿孔隙或干燥孔隙中形成，原因可能多种，灌浆工艺欠妥可能是关键的因素。例如用不同的灌浆压力和不同的灌浆延续时间。所得灌浆结果就不一样。

灌浆一般采用定量灌注方法，而不是灌浆至不吃浆为止。灌浆结束后，地层中的浆液住往仍具有一定的流动性。因而在重力作用下，浆液可能向前沿继续流失，使本来已被填满的孔隙重新出现空洞，使灌浆体的整体强度削弱。不饱和充填的另一个原因是采用不稳定的粒状浆液，如这类浆液太稀，且在灌浆结束后浆中的多余水不能排除。则浆液将沉淀析水而在孔隙中形成空洞。2023/2/1853）时间效应

许多浆液的凝结时间都较长，被灌介质的力学强度将随时间而增长。但有时为了使加固体尽快发挥作用而必须缩短凝结时间，也有时为了维持浆液的可灌性则要求适当延长浆液的凝结时间。许多浆材都具有明显的徐变性质。浆材和被灌介质的强度都将受加荷速率和外力作用时间的影响。浆液搅拌时间过长或同一批浆液灌注时间太久，都将使加固体的强度削弱。可采用当浆液充满孔隙后继续通过钻孔施加最大灌浆压力，用稳定性较好的浆液，待已灌浆液达到初凝后设法在原孔段内进行复灌等措施。防止上述现象的发生。2023/2/186四、灌浆设计程序和内容

⒈地基灌浆设计一般应遵循的程序

(1)地质调查：查明地基的工程地质特性和水文地质条件；

(2)方案选择：根据工程性质、灌浆目的及地质条件，初步选定灌浆方案；

(3)灌浆试验：除进行室内灌浆试验外，对较重要的工程，还应选择有代表性的地段进行现场灌浆试验，以便为确定灌浆技术及灌浆施工方法提供依据；2023/2/187

(4)设计和计算：确定各项灌浆参数和技术措施；

(5)补充和修改设计：在施工期间和竣工后的运用过程中，根据观测所得的异常情况，对原设计进行必要的调整。

⒉设计内容

(1)灌浆标准：通过灌浆要求达到的效果和质量指标：

(2)施工范围：包括灌浆深度、长度和宽度；2023/2/188

(3)灌浆材料：包括浆材种类和浆液配方；

(4)浆液影响半径：指浆液在设计压力下所能达到的有效扩散距离；

(5)钻孔布置：根据浆液影响半径和灌浆体设计厚度，确定合理的孔距、排距、孔数和排数；

(6)灌浆压力：规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力；

(7)灌浆效果评估：用各种方法和手段检测灌浆效果。2023/2/189五、灌浆方案选择原则（选材及灌浆方法）

⒈为提高地基承载力，减少地基变形时，可选用以水泥为基本材料的水泥浆水泥砂浆和水泥水玻璃等。也可采用环氧树脂聚氨脂等高强度化学材料。

⒉为防渗堵漏，可采用粘土浆粘土水玻璃浆水泥粉煤灰混合物等材料。

⒊不同地层浆料不同，在裂隙岩石层中灌浆，通常采用水泥浆，或掺入适量膨润土；在砂砾石或溶洞中采用粘土水泥浆；砂层中采用化学浆液。

⒋不同地层灌浆方法不同，孔隙较大的砂砾层或裂隙岩层中采用渗入性灌浆法；砂层灌注粒状浆材宜采用劈裂法；粘性土中宜采用劈裂法或电动化学法；建筑纠偏多用压密灌浆法。2023/2/190六灌浆标准

1．防渗标准防渗标准不是绝对的，应根据每个工程各自的特点，通过技术经济比较确定一个相对合理的指标。对重要的防渗工程，都要求将地基土的渗透系数降低至10-4一10-5cm/s以下。对临时性工程或允许出现较大渗漏量而又不导致发生渗透破坏的地层、也有采用10-3cm/s数量级的工程实例。2．强度和变形标堆报据灌浆的目的，强度和变形的标准将随各工程的具体要求而不同。如为了增加摩擦桩的承载力，主要应沿桩的周边灌浆、以提高桩侧界面间的粘聚力；对支承桩则在校底灌浆以提高校端土的抗压强度和变形模量。为了减少坝基础的不均匀变形，仅需在坝下游基础受压部位进行固结灌浆，从而提高地基土的变形模量，而无需在整个坝基灌浆。对振动基础，有时灌浆目的只是为了改变地基的自然频率以消除共振条件，因而不一定需用强度较高的浆材。为了减小挡土墙的土压力，则应在墙背至滑动面附近的土体中灌浆，以提高地基土的重度和滑动面的抗剪强度。2023/2/1913．施工控制标准

灌浆后的质量指标只能在施工结束后通过现场检测来确定。有些灌浆工程甚至不能进行现场检测，因此必须制定一个能保证获得最佳灌浆效果的施工控制标推，

灌浆效果可根据耗浆量的降低率进行控制。由于灌浆是按逐渐加密原则进行的，孔段耗浆量应随加密次序的增加而逐渐减少。若起始孔距布置正确，则第二次序孔的耗浆量将比第一次序孔大为减少，这是灌浆取得成功的标志。４.浆材及配方设计原则５.确定扩散半径

灌浆试验结束后，需对浆液扩散半径进行评价：钻孔压水或注水，求出灌浆体的渗透性；钻孔取样品，检查孔隙充填情况；通过大n径钻井或人工开挖竖井，用肉眼检查地层充浆情况，采取样品进行室内试验。2023/2/192

应注意以下几点：(1)在现场进行试验时，要选择不同特点的地基，用不同的灌浆方法，以求不同条件下浆液的r值。(2)所谓扩散半径r并非是最远距离，而是能符合设计要求的扩散距离。(3)在确定扩散半径时。要选择多数条件下可达到的数值，而不是取平均值。(4)当有些地层因渗透性较小而不能达到r值时，可提高灌浆压力或浆液的流动性，必要时还可在局部地区增加钻孔以缩小孔距。

注浆孔的布置应根据浆液的注浆有效范围，且应相互重叠，使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的。６.孔位布置2023/2/193７.灌浆压力

灌浆压力是指在不使地表面产生变化和邻近建筑物受到影响的前提下可能采用的最大压力。由于浆液的扩散能力与灌浆压力的大小密切相关，有人倾向于采用较高的灌浆压力，在保证灌浆质量的前提下，使钻孔数尽可能减少，高的灌浆压力还能使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。当孔隙中被某种软弱材料充填时，高灌浆压力能在充填物中造成劈裂灌注、使软弱材料的密度、强度和不透水性等得到改善。此外、高灌浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结石的强度提高。灌浆压力值与地层土的密度、强度和初始应力、钻孔深度、位置及灌浆次序等因素有关，而这些因素又可准确地预知，因而宜通过现场灌浆试验来确定。2023/2/194８.其他1）灌浆量灌浆用量的体积应为土的孔隙体积，但在灌浆过程中，浆液并不可能完全充满土的孔隙体积，而土方水分亦占据孔隙的部分体积。所以、在计算浆液用量时，通常应乘以小于1的灌注系数。但考虑到浆液容易流到设计范围以外，所以灌注所需的浆液总用量Q可参照下式计算：

Q＝K·V·n·1000式中：Q——浆液总用量(L)；v——注浆对象的土量(m3)；n——土的孔隙率；K——经验系数。对软土、粘性土、细砂K＝0.3-0.5；对中砂、粗砂K＝0.5-0.7，对砾砂K＝0.7-1.0；对湿陷性黄土K＝0.5-0.8。2．注浆顺序注浆顺序必须采用适合于地基条件、现场环境及注浆目的的方法进行，一般不宜采用自注浆地带某一端单向推进压注方式。应按跳孔间隔注浆方式进行，以防止串浆，提高注浆孔内浆液的强度与时惧增的约束性。2023/2/195对有地下动水流的特殊情况，应考虑浆液在动水流下的迁移效应。从水头高的一端开始注浆。3）初凝时间

初凝时间必须根据灌浆土层的体积、渗透性、孔隙尺寸和孔隙率、浆液的流变性和地下水流速等实际情况而定。总之．浆液的初凝时间应足够长。以便计划注浆量能渗入到预定的影响半径内。当在地下水中灌浆时，除应按控制注浆速率以防浆液过分稀释或冲走外，还应设法使浆液能在灌注过程中凝结。浆液的凝结时间可分为以下四种：

(1)极限灌浆时间到达极限灌浆时间后，浆液巳具有相当的结构强度，其阻力已达到使注浆速率极低或等于0的程度。

(2)零变位时间在此时间内，浆液已具有足够的结构强度，以使在停止灌浆后能有效地抵抗地下水的冲蚀和推移时间。

(3)初凝时间规定出适用于不同浆液的标徒试验方法，测出初凝时间，供研究配方时参考。

(4)终凝时间它代表桨液的最终强度性质，在此时间内，材料的化学反应实际已终止。2023/2/196七、灌浆施工工艺

⒈施工方法分类（p156）按注浆管设置方法钻孔方法（岩层或硬层）打入