化学灌浆专题

什么是化学灌浆
化学灌浆(Chemical Grouting)是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其渗透、扩散、胶凝或固化,以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固基础,防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。即化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗止水)，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。
化学灌浆主要用途
化学灌浆技术特别适用于工程建设中的基础加固、堵漏止水、帷幕防渗和裂缝修补四个方面。
化学灌浆的特色与优越性
由于化学灌浆的浆液是真溶液，比起目前市场用量最大而属悬浊液的水泥灌浆的浆液，更易渗透到细微岩土或混凝土裂隙之中，故化学灌浆比水泥灌浆应用范围要宽，能解决的工程问题要广，具有特色和优越性。另外，化学灌浆无需破坏原基础结构，可实行原位修复加固，这比现代高喷灌浆需破坏原地基结构的重组置换式灌浆代价要低，从而也显其特色和优越性。正因为化学灌浆可做水泥或高喷灌浆以及采用通常防水材料不能做到和做不好的事，故化学灌浆成了现代工程颇具特色，且不可或缺的一项防水和地基处理的先进技术。
化学灌浆技术可在那些工程领域的应用
1、深基坑支护、止水工程
2、深层搅拌桩复合地基处理工程
3、倾斜构筑物纠偏工程
4、孔桩开掘过程中的堵水、固砂工程
5、地下室堵水防水工程
6、码头、货场水下灌浆工程
7、大坝加固工程
8、大坝防渗漏工程
化灌技术在公路桥梁建设中有哪些应用
1、 软基处理工程
2、 桥台、桥墩、涵管基础加固工程
3、 沉陷路面、桥头搭板、桥台、桥墩和涵管的抬升工程
4、 提高摩擦桩承载力工程
5、 上、下边坡支护工程
6、 坍塌抢险工程
7、 各种混凝土结构物补强加固工程
8、 隧道堵水、防水工程
9、 土质改良工程　
什么是高压化学注浆
通过高压注浆设备将注浆材料(液体)压入混凝土结构或其他结构的缝隙内,达到封闭、填充缝隙的作用，称之为高压化学注浆，水利上称之为高压化学灌浆。
　　1、注浆机：采用具有国际先进水平的高压注浆机，最大注浆压力为230kg或400kg。
　　2、注浆料：一般采用聚氨酯或环氧树脂等注浆料。
　　3、作用机理：
　　(1)对裂缝形成化学链结。
　　(2)对表面的孔隙形成高强度锚栓。
　　(3)高压力的推挤下填塞所有裂缝。
　　4、优点：
　　(1)反应快捷：适用于大量渗水裂缝修补；
　　(2) 发泡后具高延展性：可随结构体变化；
　　(3)穿透性强：可处理细小裂缝；
　　(4)亲水性佳：施工面不需干燥。
高压注浆能干什么？
1、高压注浆防水的适用范围：建筑物地下室、地下通道、隧道、屋面；连续壁工程、贮水设备；堤坝、水库、立交桥桥墩。
　　2、假如您的地下室伸缩壁、墙面裂缝到处渗水，怎么治理效果也不好，请您用高压注浆防水，它可以帮您排忧解难。
　　3、假如屋面已装修好：青山绿水、鱼池或者羽毛球场。这些装修仅仅才一年多，屋面顶板就出现裂缝渗水。重新全部翻修，刚装修完又要花上几十万太不合算，不翻修又到处漏水，处在进退两难之中。这些问题高压注浆防水处理后即可达到不渗漏的目的。
我国化学灌浆的三位老前辈
刘嘉材 博士/教授级高级工程师，中国水利水电科学研究院
叶作舟 研究员，中国科学院广州化学研究所 (己去世)
杜嘉鸿 教授，东北大学
我国化学灌浆的著作
第一部
冯善彪、谭日升、毛善庆等， 化学灌浆技术[M]， 北京:水利出版社， 1980。
最近三部
邝健政、昝月稳、王杰等， 岩土注浆理論与工程实例[M]， 北京:科学出版社，2001。
熊厚金、林天健、李宁， 岩土工程化学 [M]， 北京:科学出版社， 2001。
熊进、祝红、董建军， 三峡工程灌浆技术与研究[M]，中国水利电力出版社，2003。
注浆工的基本操作技能
经过培训、掌握操作技能、体格强健、工作认真的注浆工，是提高产品质量的重要保证。培训教师应是技术熟练的专职技术人员，师傅带徒弟的培训方法不可取，因为一些坏习惯，例如对健康有潜在危害的过干修坯方法等，容易延续下来而且难以根除。上岗操作前应学习的基本技能有以下内容：
　　(1)模具的准备和清理包括：按标准对新模型进行检查，模型内表面有油污及残缺的地方必须清除干净，新模型的水分一般为6—8％，但形状复杂小而薄的可以高一些，反之则可低一些，最低不小于4％；模型的烘干，一般控制在室温28～35℃温度，防止因干燥不均而使制品变形：使用前要将模型上附着的灰土等杂质清除干净，使模型能对合严实以避免跑浆漏泥；增强坯体在模型上的附着力，有利于防止杂质对坯体造成污染。
　　(2)对模型刷水的方法一般天寒时，都要用清水擦模，其目的在于坯体在模型内能自由收缩，不至开裂；而对新模型、干模型或平面较大的产品如水箱、卷槽、坐便器的圈胎、洗面器的凹面部分，则应使用混水擦模，其目的在于增加模型对泥浆的吸附力。
　 　 同时还应根据产品的不同，选择不同的擦模方法如水箱类产品即使较湿，也需用混水擦模。双面吃浆的洗面器的凹面模型，一般也需用混水擦模。
　　　此外还应掌握各类产品的主要部位及其擦模技巧。对大平面部位，如坐便器的大胎、水箱的平面必须擦均匀，不能有漏擦现象：坯体的凹凸棱角部位，应适当用力擦，不能用力过重也不能漏擦：双面吃浆的产品擦模重点应放在凹画；产品零部件的圈盖部分应是擦模重点；蹲便器、水箱、坐便器的大胎等上口部位应是重点。要用力擦，擦均匀以防止上口部位过早脱模。
　　　对新旧模型擦模用力的大小一般按以下原则掌握：新模、干模，要用重力，以保证其吸附力大：已使用到中期的模型，由于毛细孔外露比较容易，吸浆应使用中力或微力，以利于脱模：已使用到晚期的模型或湿模，应使用微力，在擦模部位用水一带即可，防上出现开裂。
　　(3)正确进行组装对已处理好需要组合使用的模型，对正合严、装卡牢固，塞紧放浆孔准备注浆。工作时注意轻拿轻放。[page]
　　(4)将泥浆放空点排除老泥浆和系统内的空气。
　　(5)将泥浆轻缓地注满模型，应避免“泥浆冲击”造成斑点、圈纹等缺陷。
　　(6)使用试验浇注杯，判断正确的空浆时间，从而达到要求的浇注件厚度。
　　(7)空浆(放浆)应预先敞开气孔，避免“抽吸”现象。目前有三种空浆方法：自然压力回浆，即利用管道的坡度，将放出的泥浆在自然压力下流回泥浆池；利用泥浆泵，通过回浆管道，将管道及模型里多余的泥浆抽回泥浆池，这种方法往往因管道漏气影响效果；真空回浆，即利用下注式的注浆管道借助真空泵形成的负压回浆。
　　(8)判断脱模所要求达到的固化程度(巩固期)太早，注件会塌下来：太迟，注件收缩并且在受到模子束缚的地方会自行裂开，造成废品。一般此过程约为吃浆时间的一半。
　　(9)脱模时坯体的含水率约在19％～20％，较软的注件在脱模时不变形，必须具有高超的技艺才能达到，
　　(10)在脱模以后用泥浆和泥钉修补较小的裂隙。
　　(11)把各种需要相连的配件粘到一起，即修粘。如粘管、粘圈、粘底、粘档等，最后完成制品的外观形状，卫生陶瓷坯体修粘时的含水率一般为15％～17％零件坯体比主坯体的含水率可稍低2％～3％，以避免因收缩不均而开裂(一般零件坯比主坯收缩快)。
　　(12)判断正确的开孔条件。坯体太软，注件会变形：太硬，会有后来开裂的危险。
　　(13)根据制品的不同款式，选取正确的打孔位置和角度。
　　(14)刀子的设计和磨利。
　　(15)避免撕裂的切割技术。
　　(16)正确掌握干燥速度，在低于临界湿度以后，坯体收缩很小，可以快速干燥而不开裂。
　　(17)工作过程中保持环境清洁，避免坯体受到污染。
　　(18)特别在搬动大件坯体时，不损伤坯体。这需要正确的工作姿势、技术和力量。
　　(19)在表皮硬了的情况前完成修坯，使有害飞尘减小到最低程度。
　　(20)在假日之后，处理过度陈化了的泥浆和干模子。
先进的灌浆方法
美国大坝安全协会所指定的1999年度的国家修复工程，即宾西法尼亚州的彭福里斯特坝，是密西西比河以东最大的碾压混凝土坝。它取代一座1956～1957年修建的老坝，向伯利恒市供水。
老坝是一座长558米、高44米的分区土石坝，在岩基上设有一道防渗心墙。1960年由于渗流率高，在邻近水库水面的上游坝坡出现了渗坑。对土石坝进行了修复，但至1994年渗漏已发展到必须进行大修或重建的程度。
新彭福里斯坝，正好位于原坝的上游。坝高55米，坝长约610米。新坝包括一道3排钻孔的灌浆帷幕。灌浆孔是竖直的，与近竖直的主要节理组不交叉。原坝采用单排灌浆帷幕，这不适合于它的规模和基础情况。
新彭福理斯坝的设计期短，这意味着第一排（A排）灌浆得采用常规的灌浆工艺施工，包括使用常规的纯水泥浆、人工监测技术、目测压力计记录与用测深杆测量水泥浆馈浆良和吸浆量。然而，在评估利用先进灌浆材料和控制系统的潜在效益后，这些灌浆材料和控制系统已用于后两排孔灌浆。
因此，B排和C排采用平衡稳定的悬浮浆（掺和料增强的配方）施工，悬浮浆具有不泌水、低粘结力和在灌注时具有较高的抗相变性。灌浆使用先进的计算机监视和评价系统进行，该系统可提供实时的流量、压力和估算的瞬时渗透值的曲线。
由于采用了常规和先进的两种灌浆技术，两者之间可以进行直接比较。先进的灌浆系统可获得优质的施工质量，给业主带来效益，节省费用约100万美元，施工期缩短了近8周。
1 灌浆材料和掺合料
在水泥基浆液中采用掺和料的目的是改善稳定性（泌水）和流变特性（粘滞性、粘结力和内摩擦力或结合力），以增强灌浆材料的可灌如性和流动特性。流变特性的两种规律可以用纯粘淀性流体（例如水）和即具有粘滞性又具有粘聚性的宾汉流体来说明。
本工程使用的掺和料包括膨润土、粉煤灰、Welan胶和塑化剂。在膨福里斯特坝使用的增强纯水泥浆的特性（B和C排）与常规纯水泥浆（A排）的比较概述于以下各节。
2 粘度
粘度按照美国石油学会标准工艺规程用马斯圆锥测量。平衡稳定水泥浆可以配置提供相似的粘度或马斯圆锥流动时间，与常规纯水泥浆比较。用掺和料获得稍高的粘度。
3 粘结力
粘结力值按照1985年朗巴迪提出的工艺规程确定。平衡稳定的粘结力由于超塑化剂的散凝作用比纯水泥浆低。稍高的粘度值使灌注速度稍低。然而，对于某些裂缝，采用平衡稳定浆，其较低的粘结力从理论上讲会提供较大的贯入半径。
4 泌水
泌水用1L量筒量测。两种浆液的稳定性或泌水的差别是很显著的。在达到最终的灌浆压力后，浆液中的泌水积累将使裂缝不能完全填塞。灌浆后可能导致发生显著的第二次渗透，由于泌水通道所形成的流径网络而使耐久性降低。
5 压力渗透
压力渗透是由流态浆体内的混合料和水与水泥分离而引起的，特别是在压力灌浆作业期间。压力渗透系数根据美国石油学会滤水压试验方法确定。
平衡、稳定的混合料的压力渗透特性明显优于常规纯水泥浆。可以观察到纯水硬性水泥浆在仅仅2～3分钟后，就冒气，表明大多数水已被挤出。
高压渗透值和泌水明显表明两种不利的影响。首先，纯水泥浆的流变在压力灌浆的过程中是不稳定的，并导致自稠化过程（沉淀）。平衡稳定浆液经过较长的泵送距离而不沉淀或无干填发生。第二个不利影响是大量的水正在注入属于“吸浆”的岩层中。
6 触变凝结时间
本试验按照1991年威弗叙述的方法进行。正如所料，平衡稳定浆中的搀和料使水化过程放慢，因而使凝结时间较慢。这些结果同样提醒人们，超过2h的纯水泥浆由于开始发生明显的化学结合或内摩擦应当废弃。平衡稳定浆提供了较长的作业时间，由于不需要废弃灌浆材料而可能减少费用。
7 抗压强度
抗压强度比较表明，平衡稳定浆的总抗压强度比纯水泥浆的低，但大于35kg/cm2（混合料B约为14kg/cm2）。抗压强度超过14kg/cm2的浆足以履行其防渗水的功能，并可提供足够的耐久性。[page]
8 计算机自动监控和评价系统
A排灌浆帷幕采用常规监控技术灌浆。灌浆的监控、记录和分析基本上用机械仪表和人工方法进行。相对于该控制技术水平所用的工具、方法和设备来说，灌浆工程的实施达到了高标准。
B排和C排灌浆帷幕采用先进的监控系统施工。该系统由压力和磁流量传感器、数据采集硬件和计算机辅助灌浆评价系统（CAGES）组成。
CAGES是计算机实时数据采集、监视、分析和评价软件。它具有3个主要功能：:
1.以实时图形显示浆液流量、灌浆压力和视吕荣值（视渗透系数）的趋势，监视灌浆作业的进展；
2.评价初始浆液的适宜性和灌浆岩层的实时吸浆量；
3.显示其它灌浆数据，诸如灌浆时间、浆液扩散半径和有效灌浆压力。
CAGES具有选择灌浆类型（岩石或土）、灌注孔和灌注段数量、浆液配料，以及显示和记录灌浆次数的能力。每孔或每段都有各自用户规定的参数，例如文件名、分段长度、地下水位、水尺高度和孔的角度。
CAGES也能用水代替水泥浆进行水压试验。特定孔或分段的渗透系数（吕荣值）即用曲线图又用数字连续显示。当吕荣值成为常数时，水压试验的历时可大大地减少。
所有灌浆参数和灌浆数据都存储在计算机中。这些数据能用于回归分析。在孔和分段灌浆之后，浆液流量、表压力和视吕荣值可立即打印出来。
CAGES的关键的作用是确定建立在水压试验基础上的初始混合物的配料。初始配料的适用性在灌浆作业初始阶段根据适应性系数来估计。适应性系数低表示浆液不能渗入水能达到的隙缝。根据馈浆量和视吕荣值的趋势，灌浆操作人员可以开始变换随后的灌浆混合料。
根据显示的灌浆数据，工程师可以按实时追踪视吕荣值、馈浆量和浆液扩散半径及累计吸浆量。该资料使工程师能估计一种特定的浆液如何才能适应此岩层，当岩石或土的灌浆作业需要更换浆液的配料时，也能使工程师迅速合理地作出决定。
先进的监视和评价系统有若干主要方面超过常规方法：
提供馈浆量、灌浆压力、视吕荣值和理论上的浆液扩散及信息；
显示浆液流量。视吕荣值和吸浆量的趋势；
识别和处理视吕荣值的突然变化。只要视吕荣值不突然增大，可以安全地使用较高的压力；
让工程师们把更多的时间花在决策上，因为他们不再需要做人工记录和用手工计算；
提供详细、准确和永久记录，以记载灌浆作业的全过程；
允许多孔或多段灌浆；
减少所需的检查时间；
消除无效（出毛病）的灌浆作业；
选择适合的配合比，避免采用昂贵的微细粒水泥；
提供关于浆体混合料对已知岩层适用性的科学论据。