浅谈注浆施工方法在不同工程中的作用机理
罗庆杰 肖强 赵晋斌
[摘要]注浆施工其表象看似单一，实则工艺种类繁多，作用机理更是千差万别。本文作者通过对不同注浆施工方法的分析比较，揭示注浆施工方法的不同作用机理，对工程实践中的注浆施工具有重要的参考意义。
[关键词]注浆;机理;特点;适用范围 文章编号：2095—4085（2019）08—0110—03
注浆施工法在1802年由法国人首次应用的，注浆材料采用粘土，石灰。1864年英国开启水泥注浆时代，1920年荷兰人首次发明化学注浆，1973年高分子聚氨酯注浆材料研制成功。注浆施工方法因其所用设备简单，施工方便，费用低廉，安全可靠，效果明显，目前在工程领域被广泛使用。主要用于地基加固，建筑物纠偏，防渗堵漏，桩端加固，路面抬升，采空区治理，隧道开挖等工程领域。
我公司在阳泉荫营煤矿驱动楼地基处理，中北大学宿舍楼纠偏工程，引黄入晋采空区治理等多项工程中采用此方法，取得了很好的效果。然而注浆施工其表象看似简单，实则工艺种类繁多，作用机理更是千差万别。根据近年来的施工经验，参阅各类资料，我们将注浆施工方法的机理及特点梳理如下，供同行学习讨论。
注浆是利用配套的机械设备，采取合理的注浆工艺，将一定量的胶凝性材料注入工程对象，使其在岩层裂隙内流动扩散，充填，固结，成为具有一定强度和低透水性的结石体，以达到地层加固，堵水，填充，抬升，以及建筑物纠偏等目的。
1注浆法的分类
按照注浆压力可分为静压注浆，高压喷射注浆。按照注浆材料可分为粘土浆液注浆，化学浆液注浆，水泥浆液注浆。按照注浆机理可分为充填注浆，渗透注浆，压密注浆，劈裂注浆，电动化学注浆，高压旋喷注浆，综合注浆。
1.1充填注浆
充填注浆是指用浆液注入需充填地基土内的大孔隙，大空洞中，待浆液凝固后与充填骨料及地层中的岩石形成具有一定强度的支撑体，阻止地基土的进一步下沉及变形的施工工艺，如卵石层，碎石层，砂砾层，煤矿采空区等的注浆。
充填注浆的特点如下。1.注浆压力小，注浆压力可控制在0.5MPa以内或者无压力。2.浆液结石体抗压强度要求低，平均值>1.0MPa，最小值不低于0.6MPa。3.注浆材料除水泥浆外还可添加粉煤灰，大空洞的部位还可填充砂，砂砾，碎石等颗粒骨料。
1.2渗透注浆
渗透注浆是指利用高压将浆液填充至土的孔隙和岩石的裂隙中，浆液置换岩土中的水和气体，土和岩石的结构和体积不变，渗透灌浆适用于加固和填充砂性土和有裂隙的岩石。
渗透注浆的特点如下。（1）所用压力相对较小，注浆压力可控制在1.5MPa以内。（2）注浆量及扩散距离与注浆压力有关，相对压力越大，注浆量及扩散距离越大。（3）相对注浆材料的颗粒必须小于裂隙尺寸。
1.3压密注浆
压密注浆指用很稠的浆液灌人事先在地基土内钻进的孔中并挤密土体，压密注浆在注浆管口处形成浆泡，浆泡形成过程中挤密压缩周围的土体。浆液不与周围土体融合，土体靠浆液的挤压提高密度，改变土体工程性能。压密注浆常见的有花管注浆和单向阀管注浆两种施工方法。
压密注浆主要材料为水泥，粉煤灰，水及水玻璃等，其水灰比较小，不易流动，利用注浆泵注入岩土中，并在土中形成浆泡，浆液通过挤压周围土体，使周围土体被挤密，浆液与周围土体共同作用达到提高地基的承载能力，防渗堵漏的作用。压密注浆适用于处理中砂，粘土等地基，还可用于非饱和土体的加固。
压密注浆的特点如下。（1）因使用的是不易流动的浆液，所以浆液不会随意扩散，只在注浆管周围形成结石体，单管加固范围小。（2）注浆过程中浆液挤密周围土体，使浆液周围土体或图层得到密度提高。（3）由于压密注浆挤压周围土体，当在建筑物基础下部注浆时产生的向上的抬力。能将使倾斜的建构筑物糾正，下沉的建构筑物提升。
1.4劈裂注浆
劈裂注浆是将浆液用高压注入土层中，土层在高压浆液的作用下发生剪切破坏并产生裂缝，浆液随着裂缝渗入土体，浆液在混入土层时并不与土颗粒均匀混合而是在土体中形成网络状，浆液凝固后像树根一样牢牢固定住周围土体，骨架中的土的物理力学性能的除略有挤密外并无实质变化，其作用类似于在土体中加筋。
劈裂注浆是目前应用较广的一种注浆方法，在建筑工程中主要应用于土层加固及基坑止水，在市政及水利工程中主要用于隧道或堤坝防渗止水。劈裂注浆可应用于砂层，粉质粘土层，粉土层，粘性土层。特别是在软一流塑粘土地层，劈裂注浆可利用其液压在地层中产生劈裂孔隙，改善地层的可注性，从而达到注浆加固及止水防渗的要求。
压密注浆和劈裂注浆的区别如下。1.压密注浆和劈裂注浆都能加固弱透水性地基。压密注浆通过球星浆泡挤压土体，劈裂注浆通过在土体中加筋加固邻近土体来提高土的物理及力学性能。2.劈裂注浆比压密注浆注浆量大，加固的土体的范围也大。而压密注浆灌浆量少，只能加固小范围土体。3.压密注浆施工中注浆压力逐步升高，劈裂注浆注浆压力先提高，在土体被劈裂后注浆压力会降低，然后再次升高。4.压密注浆过程中可能转化为劈裂注浆。劈裂注浆不可能转化为压密注浆。
1.5高压喷射注浆
高压喷射注浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。土粒在喷射流的冲击力和重力等作用下，与浆液搅拌混合。浆液凝固后，土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高了地基承载力，达到地基加固的目的。
高压喷射注浆施工时依据喷射角度的不同，可分为旋喷，定喷和摆喷三种形式。旋喷法是喷嘴边喷射边旋转边提升，固结体呈圆柱状。定喷法是喷嘴边喷射边提升，方向固定不变，固结体成板状。摆喷法是喷嘴喷射的方向呈一定的角度来回摆动，边喷射边提升，固结体成扇形状，每个扇形组合成一堵较后的墙体。旋喷法注浆施工后在地基中形成的旋喷桩多用于地基加固。定喷和摆喷法注浆通常用于基坑，隧道和边坡的防护及防水防渗施工。
高压喷射注浆根据注浆管的类型不同又可分为单管高压旋喷注浆法（CCP工法），二管高压旋喷注浆法（JGS工法），三管高压旋喷注浆法（GJG工法）。单管使用单层（根）注浆管喷射浆液（压力20MPa左右），双管使用双层（根）注浆管喷射浆液，气体同轴射流（浆液压力20MPa左右，气体压力0.7MPa左右），三管使用三重（根）注浆管，一个喷射嘴射水，气体同轴射流切割土体，另一个喷嘴喷入浆液（水压20MPa，气体0.7MPa，浆压2～5MPa）
高压喷射注浆主要的特点如后。1.适用的范围广，可用于处理淤泥，粘性土，黄土，沙土，人工填土和碎石土等地基。2.固结体形状可以控制。3.固结体的强度高。4.浆液集中，流失少。
1.6化学注浆
化学灌浆是用化学材料配制成真溶液，用注浆泵将注入岩土或其他结构的缝隙内，浆液凝固后增加地层或结构物的强度，抵抗渗透，防止变形的一种注浆方式，较多地应用于防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。
化学注浆的特点。（1）化学灌浆的浆液为不含固体颗粒的真融液体，其可渗透性好。不像水泥浆液那样受其粒径大小的限制。（2）凝胶时间可以控制。（3）相对于普通水泥而言，一般价格要贵。
化学灌浆技术在国内水电，建筑，交通和采矿等工程中应用广泛如。（1）大坝，水库的防渗和地基加固。（2）地上混凝土建，构筑物的地基加固和裂缝补强。（3）地下建筑物的防渗，堵漏和补强加固。（4）桥基加固及桥体裂缝补强;（5）机场跑道和停机坪，公路和铁路特殊路段的软弱地层加固和混凝土裂缝补强加固。
2注浆法施工的浆液材料
注浆法施工的浆液材料包括凝结材料，介质，外加剂等。工程中常见的浆液如下。
2.1水泥浆
水泥注浆材料的主要材料是普通硅酸盐水泥。其优点是，材料方便采购，工艺简单，成本低。其缺點是，浆液容易离析，由于水泥颗粒直径较大，不能处理细微裂隙，浆液凝结时间长，不适用工期紧急的项目。
2.2水泥黏土浆
水泥黏土浆是在水泥浆液中加入一定量的黏土，黏土的粒径一般比水泥小，也具有胶黏性。
2.3水泥-水玻璃浆
水泥-水玻璃浆液是在水泥浆液中加入和一定比例的水玻璃，水玻璃可调整水泥的凝固时间及浆液的结实率等指标，水泥浆液与水玻璃溶液使用不同的注浆泵在注浆管内或注浆喷口处混合，防止堵管提高注入性。
2.4有机高分子注浆材料
常见的有丙烯酰胺类，聚氨酯类，木质素类，环氧树脂类，不饱和酯类等。有机高分子注浆材料通常费用高于水泥类注浆材料，应用于水泥类浆液无法解决的工程。
2.5绿色注浆材料
主要指粉煤灰，矿渣，钢渣等工业废渣。采用绿色注浆材料既降低成本有能解决工业废料问题。在我国公民越来越注重环境保护的趋势下，绿色注浆材料无疑是新型注浆材料研究方向之一，必将获得大范围推广应用。
