王梓龙 刘 浩

（1.西南科技大学城市学院，四川 绵阳 621000）

（2.成都理工大学 环境与土木工程学院，四川 成都 610059）

（3.中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610000）

0 前言

注浆技术是一项应用性很强的技术，具备较强的工程实用性，它是利用机械传动技术，在高压下将调制好的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙中去，待冷凝后使岩土体成为具备一定强度、抗渗透性的稳定性结构体，从而改善岩土体的物理力学性质，目前该项技术是岩土工程施工中的一项重要技术，应用十分广泛，主要集中在边坡稳定加固、水利堤坝、隧道桥梁加固，地铁等工程[1]。

1 注浆理论

注浆浆液流动的过程就是浆液和周围岩土体共同作用的结果，因此，首先应该认识浆液介质自身的特性。

1.1 岩体结构理论

岩土体内部的裂隙和孔隙是浆液流动的通道，由于岩土结构差异，内部裂隙纵横交错，导致浆液流经的路径、方式和流量存在不确定性，从而最终产生不同的注浆效果。因此研究岩土体自身结构，是研究注浆技术的基础[2]。

(l)多孔介质理论

本理论认为岩体是结构体和结构面组成的，这些结构面就是液体流动的通道，结构面的特性决定了液体流动的情况，因此岩体是多孔结构，根据其孔隙存在分布差异，可分为各向同性多孔介质和各向异性多孔介质。

代表：Magg 球形扩散公式。

假设注浆液体为牛顿体，粘度一定；浆液从注浆管底部孔注入土体，注浆源为点源；被注介质为均质各向同性，浆液在地层中呈球状扩散，扩散公式如下：

注：γ0为注浆管的半径(cm)；h 为注浆压力水头(cm)；N 为土体的孔隙率；R为浆液的渗透半径(cm)；β为浆液粘度与水的粘度之比；K 为土体的渗透系数(cm/s)；t 为注浆时间(cm/s)；

(2)拟连续介质理论

本理论认为岩体被裂隙切割分开，但是岩体空间内每一点上岩石和裂隙都可认为是连续的。因此，在岩体内部每一点上也可以认为都同时存在岩石介质和孔隙介质，浆液就是通过这些孔隙在岩体内流动的。浆液在拟连续介质岩体中的渗透系数为：

注：A 和B 为由浆液性质决定的常数；λ为岩体平均裂隙密度；μ为浆液粘度；γ为浆液重度；lc 为注浆孔长度；e 为裂隙宽度；N 为与注浆孔相交的裂隙数。

(3)裂隙介质理论

本理论认为岩体是结构面切割分开的非连续体，各向异性构成了结构面网络，浆液在岩体内部裂隙网络中流动。

代表：①宾汉姆流体规律（G.Lombardi、 Wittke、Wallner、Amadei）；②浆液沿裂隙面径向流动的扩散方程（刘嘉材推导）；③ Baker 假设注浆孔横穿宽度为D的单一光滑裂隙，得出浆液在裂隙中的渗透规律。

2 注浆分类

根据注浆液体压力大小、地质条件差异、浆液与岩土体的作用机理等，注浆机理可分为裂隙岩体注浆、渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆四大类[3]。

2.1 裂隙岩体注浆

岩体内存在大量的节理裂隙，构成复杂的节理裂隙网络，尤其经过多次构造运动改造后，岩体结构更加复杂化，导致浆液在岩体内部流动规律复杂多样。现今主流研究多依赖于基于渗流的数值模拟来研究浆液在岩体裂隙中的流动的规律。

2.2.渗透注浆

渗透注浆就是利用浆液自身流动的特性和重力，在不破坏地层构造的压力下，把浆液注入到岩土体裂缝中去，利用自流性完全渗透，最终凝固胶结。

2.3 压密注浆

压密注浆又称为CPG，由于浆液的粘稠度较大，浆液在裂隙中自由流动较困难，需要借助外来压力辅助注浆，因此和渗透注浆不同，同时其主要目的不是填充基裂隙间隙，而是置换和压实基土。

2.4 劈裂注浆

劈裂灌浆的原理是在注浆压力的作用下，向注浆孔送入浆液，以克服地层的初始应力和抗拉强度，使其沿垂直于最小主应力平面上发生劈裂，从而达到降低渗透性、压密岩土体、改善岩土体的物理力学性质的目的。

目前劈裂注浆是应用最广泛的一种注浆方法，它在隧道、堤坝加固、软土地基、路基等工程中有着广泛的应用。

3 常见注浆材料

3.1 水泥

(1)水泥

水泥注浆材料目前是最经济实惠的材料，主要成分是普通硅酸盐，其优点是：施工工艺简单方便、原材料成本低，来源广，没有毒性；缺点是：水泥浆液的稳定性较差、凝结时间长不稳定，容易沉淀析水、而且由于水泥颗粒直径较大，对于小缝隙岩体限制较大。

(2)水泥-水玻璃

水泥-水玻璃浆液是以水泥和水玻璃为主要原料，两者按一定的比例混合，然后适量添加速凝剂。水泥-水玻璃浆液的凝结固化反应包括水泥水化反应，水泥水化反应产物Ca(OH)2与水玻璃的反应，即水泥与水拌和成水泥浆液后，由于水解和水化作用，产生活性很强的Ca(OH)2；水玻璃与Ca(OH)2起作用，生成具有一定强度的凝胶体-水化硅酸钙，其反应如下。

3CaO·SiO2+nH2O2CaO·SiO2·(n-1)H2O+ Ca(OH)2

Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O+ 2NaOH

(3)水泥和黏土

这种浆液就是水泥中加入适量的粘土，黏土的粒径一般较小，比表面积较大，遇水后具备一定胶体性质。常见黏土矿物是高岭石、伊利石、蒙脱石。

(4)超细水泥

水泥注浆材料是由于人们在水泥使用过程中发现普通水泥粒径较大，渗透能力有限，一般只能渗入大于0.1mm 的裂隙和孔隙中，而对于微细裂隙注浆效果较差。为了在低渗透介质中提高水泥浆的可注性，人们开始研制成了超细水泥注浆材料。

3.2 化学浆材

化学注浆材料应用较多的主要有水玻璃和有机高分子注浆材料两类。

(1)水玻璃

水玻璃是化学注浆中使用最早的一种材料，俗称植物胶，其具备污染性小、促凝效果明显、价格实惠等有点，目前是主流产品。

(2)有机高分子

指聚氨酯、环氧树脂、丙烯酰胺等酯类化学成分，一般当，地下水流速>500mm/min，砂土颗粒粒径≤0.5mm 或岩石裂隙开口≤0.2mm 时，采用有机高分子化学注浆材料可以解决普通水泥浆液无法解决的工程问题。

4 结论

注浆技术已在我国土木工程领域得到了广泛的应用，但是注浆理论的研究还比较落后，不能满足注浆实践的要求，应在以下方面加强研究：

(l)岩体结构理论的完善。

(2)注浆浆液的非牛顿流体特性的研究.

(3)注浆加固体强度理论的研究。