5.3　灌浆工程施工

灌浆是利用灌浆泵的压力，通过钻孔、预埋管路或其他方式，把具有胶凝性质的材料（水泥）和掺合料（如黏土等）与水搅拌混合的浆液或化学溶液灌注到岩石、土层中的裂隙、洞穴或混凝土的裂缝、接缝内，以达到加固、防渗等工程目的的技术措施。

5.3.1　灌浆种类

5.3.1.1　按灌浆目的分

按灌浆目的岩基灌浆可分为固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆，如表5.1所示。

5.3.1.2　按灌浆材料分

按灌注材料的不同岩基灌浆可分为黏土灌浆、水泥灌浆、水泥黏土灌浆和化学灌浆等。

1.黏土灌浆

使用最早的灌浆材料。黏土的颗粒细，透水性小，制成的浆液稳定性好，价格低廉，但其结石强度和黏结力都很低，抗渗压的能力也弱，仅用于低水头的临时性防渗工程中。

2.水泥灌浆

水泥浆的胶结性能好，结石强度高，施工也比较方便，适于灌填宽度大于0.15mm的缝隙或渗透系数大于1m／d的岩层。对具有宽大缝隙的岩石或构筑物、地下水流速或耗浆量很大的岩层灌浆时，常在水泥浆中掺入砂子，以减少浆体结硬时的收缩变形，增加黏结力和减少流失。水泥浆在各种灌浆材料中使用最广，多用于岩石、基础或构筑物的加固及防渗堵漏、堤坝的接缝处理、后张法预应力混凝土的孔道灌浆以及制作压浆混凝土等。

3.水泥黏土灌浆

综合了水泥浆的结石强度高和黏土浆的浆液稳定性好、价格便宜等优点，使用范围比较广，并可根据不同要求选择不同的水泥—黏土配合比。

4.化学灌浆

化学灌浆是将有机高分子材料所配制的浆液，灌入到需要处理的部位如地基或建筑物裂隙中，以胶结固化后，达到防渗堵漏、补强加固的目的。一般情况下，化学灌浆只用于不适宜黏土灌浆和水泥灌浆的场合。

化学浆液的特点是浆液的黏度低，流动性好，可灌性好，小于0.1mm以下的缝隙也能灌入；浆液的聚合时间，可以认为比较准确地控制，通过调节配比来改变聚合时间，以适应不同工程的不同情况的需要；浆液聚合后形成的聚合体的渗透系数小，一般为10－8～10－10cm／s，防渗效果好；形成的聚合体强度高，与岩石或混凝土的黏结强度高；形成的聚合体能抗酸抗碱，也能抗水生物、微生物的侵蚀，因而稳定性及耐久性均较好；有一定的毒性。

（1）灌浆方法。按浆液的混合方式分单液法灌浆和双液法灌浆两种。一是单液法，是在灌浆前，将浆液的各组成分先混合均匀一次配成，经过气压或泵压压到孔段内。这种方法的浆液配比比较准确，施工较简单。但由于已配好的余浆不久就会聚合，因此在灌浆过程中要通过调整浆液的比例来利用余浆很困难。二是双液法，是将预先已配制的两种浆液分盛在各自的容器内不相混合，然后用气压或泵压按规定比例送浆，使两液在孔口附近的混合器中混合后送到孔段内。两液混合后即起化学作用，通过聚合，浆液即固化成聚合体。这种方法在灌浆施工过程中，可根据实际情况调整两液用量的比例，适应性强。

（2）压送浆液的方式。化学灌浆一般都采用纯压式灌浆。化学灌浆压送浆液的方式有两种：一是气压法（即用压缩空气压送浆液）；二是泵压法（即用灌浆泵压送浆液）。气压法一般压力较低，但压力易稳定，在渗漏性较小、孔浅时，适用于单液法灌浆；泵压法一般多采用比例泵进行灌浆，比例泵就是由两个排浆量能任意调整，使之按规定的比例进行压浆的活塞泵所构成的化学灌浆泵，也可用两台同型的灌浆泵加以组装。

5.3.2　砂砾石地基灌浆

砂砾石地基灌浆方法有打管灌浆、套管灌浆、循环灌浆和预埋花管灌浆等。

1.打管灌浆

灌浆管由厚壁无缝钢管、灌浆花管和锥形管尖组成。施工时用振动沉管或吊锤，直接将灌浆管打入到砂砾石受灌地层中并达到设计深度。灌浆前，用压力水将管内砂、土等杂质冲洗干净，消除花管上孔眼的堵塞，然后采用压力灌浆（灌浆泵）或利用浆液自重自流灌浆，自下而上，分段拔管分段灌浆，即拔一段灌一段，直至结束。

这种方法设备简单，操作方便，适用于砂砾石层较浅、结构松散、空隙率较大，无大孤石的场合（容易打管和起拔）。这种方法所灌成的帷幕，防渗性能较差，多用于临时性工程，如围堰或对防渗性能要求不高的帷幕。

2.套管灌浆

施工中边钻孔、边下护壁套管或边打入护壁套管，边冲掏管内的砂砾石，直到套管达到设计深度，然后将钻孔冲洗干净，下入灌浆管，再起拔套管至第一灌浆段顶部，安好阻塞器，对第一段注浆。如此自下而上逐段提升灌浆管和套管，逐段灌浆，直至结束。

适用条件：适用于埋藏较深的砂砾石地基。

特点：因有套管护壁，不会产生塌孔、埋钻等事故。但压力灌浆时浆液易沿套管外壁向上流动，甚至产生地表冒浆。若灌浆时间较长，则会胶结套管，造成套管起拔困难。

3.循环灌浆

循环灌浆是一种自上而下，钻一段灌一段，无需待凝，钻孔与灌浆循环进行的施工方法。钻孔时用黏土浆或最稀一级水泥黏土浆固壁。钻灌段的长度，要视孔壁稳定情况和砂砾石层渗漏程度而定，容易坍塌的和渗漏严重的地段，应该短一些，反之可长一些，一般为1～2m。如此逐段下降，直到设计深度。

此法灌浆无阻塞器，在孔口管顶端安设封闭器阻浆。灌浆起始段安装孔口管主要防止孔口坍塌及地表冒浆，同时兼起钻孔导向作用，是控制施工和提高灌浆质量的有效措施。

4.预埋花管灌浆

施工程序为先在钻孔内下入带有射浆孔的灌浆花管，管外与孔壁的环形空间内注入填料，然后在灌浆管内用双层阻塞器进行分段灌浆。此法灌浆质量有保证，不易发生串浆、冒浆，必要时可重复灌浆；但工艺复杂，花管不能起拔回收和成本较高。

主要施工程序：钻孔→清孔→下花管→下填料→待凝→下塞→开环→灌浆。

5.3.3　岩基灌浆

岩基灌浆的一般程序包括钻孔、冲洗、压水试验、灌浆等工序。

5.3.3.1　钻孔

1.钻孔放样

钻孔前，一般用测量仪器先放出建筑物的边线或者中线以后，再用钢尺放出灌浆孔位置，并应测出各个孔的高程。

2.钻孔机械

一般都用专门钻孔机，主要有回转式钻孔机、风钻式钻孔机、架钻式钻孔机等，根据钻孔深度的需要，可以从中选择。

3.钻孔要求

（1）钻孔方向和钻孔深度要符合设计要求。

（2）孔径上下均一，孔壁平顺。

（3）钻孔尽量少产生岩粉细屑，灌浆质量就容易得到保证。

5.3.3.2　钻孔冲洗

冲洗是将冲洗管插入钻孔内，用阻塞器把孔口堵塞，用压力水或压力水和压缩空气轮换冲洗或压力水和压缩空气混合冲洗。冲洗压力一般不宜大于同段设计灌浆压力的80%，防止裂缝扩张和岩层松动、变形。一般分单孔冲洗和群孔冲洗。

1.单孔冲洗

单孔冲洗一般用于岩层比较完整，裂隙较少（不太发育）的情况。单孔冲洗一般采用高压水冲洗、高压脉冲反复冲洗、扬水冲洗。

2.群孔冲洗

群孔冲洗适用于岩层破碎、节理裂隙比较发育且钻孔间互相串通的地层。一般将两个或两个以上的钻孔组成一个孔组，轮换地向一个孔或几个孔压进压力水或压力水混合压缩空气，从另外的孔排出污水，如此反复交替冲洗，直到各孔出水洁净为止。

群孔冲洗时，注意沿孔深方向冲洗段的划分不宜过长，以免分散冲洗压力和冲洗水量。有时部分裂隙冲通后，水量将相对集中在这几条裂隙中流动，要防止冲洗范围岩层的抬动和变形。

5.3.3.3　压水试验

压水试验一般是在钻孔冲洗结束后进行。压水试验是利用水泵或水柱自重，将清水压入钻孔试验段，根据时间内压入的水量和施加压力大小的关系，计算岩体相对透水性和了解裂隙发育的程度的试验。压水试验应自上而下分段进行。同一试验不宜跨越透水性相差悬殊的两种地层，使获得的试验资料更具代表性。对地质条件复杂的地层，应根据具体情况确定试验的长度。或地层比较单一完整，透水性又较小时，试验长度可适当延长，但不宜超过10m。

帷幕灌浆采用自下而上分段灌浆法时，先导孔仍应自上而下分段进行压水试验。固结灌浆前的压水试验应在裂隙冲洗和简易压水后，以免恶化岩体性能，影响灌浆质量。

5.3.3.4　灌浆

1.帷幕孔的灌浆次序

不论是帷幕灌浆还是固结灌浆，钻孔灌浆施工的次序，都应遵循“分序逐渐加密”的原则进行，即逐序缩小孔距，钻孔逐渐加密。地基灌浆一般按照先固结、后帷幕的顺序。大坝岩石基础的帷幕灌浆通常是一排孔、两排孔、三排孔所构成。多于三排孔的比较少。

（1）单排帷幕孔：先钻灌第Ⅰ次序孔，然后依次钻灌第Ⅱ次序孔、第Ⅲ次序孔，如有必要，再钻灌第Ⅳ次序孔。孔距视岩层完好程度而定，一般第一序列采用8～12m，然后加密，第Ⅱ次序孔孔距4～6m，第Ⅲ次序孔孔距2～3m，第Ⅳ次序孔孔距为1～1.5m。

（2）双排帷幕孔：在同一排内和排与排之间，均应按“逐渐加密”的次序进行钻灌作业。先钻灌下游排、后钻灌上游排。

（3）三排或多排帷幕孔：通常是先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。

固结灌浆：宜在有混凝土盖重的情况下进行，防止地面抬动或地面冒浆。一般覆盖混凝土达到50%设计强度后，才能进行灌浆。对于岩石比较完整，孔深5m左右的浅孔固结灌浆，在地质条件比较好，岩层又比较完整的情况下，可以采用两个序孔进行钻灌作业；孔深为10m以上的中深孔或深孔固结灌浆，则以采用三个序孔施工为宜。

2.钻灌方法

同一钻孔的灌浆顺序，可分为全孔一次灌浆和全孔分段灌浆两种。将全部孔深分为若干段进行灌浆，又可分为自上而下法、自下而上法、综合法和孔口封闭灌浆法四种。

（1）一次灌浆法。这种方法是将灌浆孔一次钻到底（设计深度），在孔口设置灌浆塞，沿钻孔全长进行灌浆，此法施工简单，但是灌浆效果差，一般只适用于孔深不深（固结灌浆一般不大于6m），地质条件良好，岩层裂隙较少，基岩比较完整的情况。

（2）自上而下分段灌浆法。这种方法是将设计钻孔深度分成几段进行钻灌，各灌浆段长度档采用5～6m，特殊情况下可适当缩短或加长。灌浆孔钻完第一孔段后，随即进行冲洗、压水、灌浆，等第一段所灌的浆液凝结后，再进行下一段钻灌工作，从上到下，直到灌浆结束。灌浆塞宜安装在已灌段底以上50cm，以防漏浆。

优点是随着钻孔段深度的加大，灌浆压力可以加大，从而可以提高灌浆质量；上部灌完后便形成较为完整的结石，再往下部钻灌时，地面不会冒浆，岩层也不会被抬动；分段钻孔、分段冲洗、分段压水试验，成果比较准确，有利于判断各段的灌浆质量。缺点是：钻机移动次数比较多，钻孔的工作量大，等待凝结时间效率低。适用于地质条件比较差、岩层破碎、节理裂隙发育、灌浆质量要求比较高的情况。

（3）自下而上分段灌浆法。这种方法是一次性将钻孔钻到设计深度，然后自下而上分段灌浆，灌浆时，灌浆塞要分段塞孔。

该法允许上段的灌浆在下段灌浆结束时紧接着进行（不留凝结时间）也不用搬动灌浆设备，因此，工作量小，施工简单，效率较高。缺点是；此法不能采用较高的灌浆压力；否则，当上部岩层裂隙较多时，地层容易松动，地面容易出现冒浆，影响灌浆质量。适用条件：岩层较为完整、倾角不大，裂隙较少的情况。

（4）综合灌浆法。这种方法是在总结自上而下、自下而上两种方法的优点后改进的。地质岩层一般是上部裂隙多，下部较完整，因此，灌浆时，上部灌浆采用自上而下法，下部灌浆时采用自下而上法。该法因此称为综合法。

（5）孔口封闭灌浆法。在钻孔的孔口安装孔口管，自上而下分段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口安装孔口封闭器进行灌浆的方法。孔口封闭灌浆法适用于块状、厚层或高倾角岩层的高压灌浆，其他地质条件或灌浆压力较低的灌浆工程可参照应用。

3.灌注方式

按照灌浆时浆液灌注和流动的特点，灌浆方法有纯压式和循环式两种。

（1）纯压式灌浆。将浆液灌注到灌浆孔段内或岩体裂隙中，不再返回的灌浆方式称为纯压式灌浆。很显然，纯压式灌浆的浆液在灌浆孔段中是单向流动的，没有回浆管路，灌浆塞的构造也很简单，施工工效也较高，这是它的优点。缺点是，当长时间灌注后或岩层裂隙很小时，浆液的流速慢，容易沉淀，可能会堵塞一部分裂隙通道，解决这一问题的办法是提高浆液的稳定性，如在浆液中掺加适量的膨润土，或者使用稳定性浆液。

（2）循环式灌浆。浆液灌注到孔段内，一部分渗入岩石裂隙，一部分经回浆管路返回储浆桶，这种方法称为循环式灌浆。为了达到浆液在孔内循环的目的，要求射浆管出口接近灌浆段底部，规范规定其距离不大于50cm，压力表应安装在孔口回浆管上；采用纯压式灌浆，压力表应安装在孔口进浆管上。

循环式灌浆时，无论何时灌浆孔段内的浆液总是保持着流动状态，因而可最大限度地减少浆液在孔内的沉淀现象，不易过早地堵塞裂隙通道，因而有利于提高灌浆质量，这是其优点。缺点是比纯压式灌浆施工复杂、浆液损耗量大、工效也低一些；在有的情况下，如灌注浆液较浓，注入率较大，回浆很少，灌注时间较长等，可能会发生孔内浆液凝住射浆管的事故。

在国外，纯压式灌浆采用比较普遍。我国灌浆规范规定：帷幕灌浆方式宜采用循环式灌浆，也可采用纯压式灌浆；浅孔固结灌浆可采用纯压式灌浆。各个工程应根据工程具体情况选用。

由于循环式灌浆优于纯压式灌浆，故目前工程实践中，大多数采用循环式灌浆，其射浆管口距离孔不宜大于0.5m。

4.灌浆压力和浆液变换

（1）灌浆压力。灌浆压力是指作用在灌浆中部的压力。灌浆压力选择时，可先通过压水试验，确定临界压力，作为选择灌浆压力的依据。控制灌浆压力的提升可采用分级升压法和一次升压法。影响灌浆压力的因素有：钻孔深度、岩层性质、裂隙分布、裂隙状态、浆液的浓度、浆塞以上的压重（包括岩层重量、建筑物重量）。因此，灌浆压力控制的基本原则是：最大允许灌浆压力，不得高于灌浆塞以上岩层及该处建筑物压力的总和。灌浆压力采用较大的值，可以使浆液更好地压入岩层细小的裂隙，增大浆液的扩散半径，提高灌浆结石的密实度，有利于提高灌浆的防渗效果和固结质量。但是，灌浆压力大，有可能导致裂缝扩大，抬动上部岩层，破坏原有的岩层结构。因此，灌浆压力必须控制在一定的范围内。

（2）浆液变换。浆液变换是指在灌浆过程中，还必须根据吸浆量的变化情况，适时调整浆液的稠度，使岩层的大小缝隙既能灌饱，又不浪费。灌浆过程中，浆液稠度的控制原则是“由稀到浓，逐级变换”，即先灌稀浆，然后逐步变浓，直到结束标准。这是由于稀浆的流动性较好，宽细裂缝都能进浆，使细小裂隙先灌饱，而后随着浆液稠度逐渐变浓，其他较宽的裂缝也能逐步得到良好的充填。灌注普通水泥浆液时，浆液水灰比可分为5、3、2、1、0.8、0.5六个比级，灌注时由稀至浓逐级变换；灌注细水泥浆液时，浆液水灰比可采用2、1、0.6或1、0.8、0.6三个比级。

5.3.3.5　封孔

封孔是施工中一项重要的工作。灌浆孔或封堵不严，孔内就会有水渗出，对灌入到岩石和孔隙中浆液结石起到冲刷溶蚀破坏作用。灌浆结束后，应随即将灌浆孔清理干净，用回填材料填充密实封孔。对于已经有水的帷幕孔，更应及时封闭堵死，否则时间一长，孔壁产生水锈或侵蚀性污染，就不再封堵密实，影响帷幕工作效能。

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，灌浆孔封孔应采用“分段灌浆封孔法”或“全孔灌浆封孔法”；采用自下而上分段灌浆时，应采用“全孔灌浆封孔法”。

固结灌浆孔封孔应采用“导管注浆封孔法”或“全孔灌浆封孔法”。

5.3.4　高压喷射灌浆

高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，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20MPa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆、土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体、桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

5.3.4.1　高喷灌浆施工

1.施工方法

高压喷射施工工艺流程：钻机就位（定孔）→钻孔→下喷射装置→试喷→喷射、提升→成桩（板、墙）→冲洗。每种形式的基本方法可分为单管法、二管法、三管法、多管法。

（1）单管法。单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管（单管）底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20～25MPa或更高的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体。

（2）二管法。二管法是使用双通道的二重注浆管输送出高压浆液和空气两种介质的喷射流，当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，从内喷嘴中喷射出20～25MPa或更高的压力高速喷出浆液，并用0.7～0.8MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出，冲击破坏土体。注浆管喷嘴一边旋转一边提升，在土中形成圆柱状固结体，直径可达0.6～1.5m。

（3）三管法。三管法是使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生大于20MPa的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为2～5MPa的浆液填充，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体，直径可达0.7～2.0m。

（4）多管法。多管法首先需要在地面钻一个导孔，然后置入多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压力水射流（压力约40MPa），切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。如此反复地冲和抽，便在地层中形成一个较大的空间。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间的直径和形状，最后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料进行填充，于是在地层中形成一个大直径的柱状固结体，在砂性土中最大可达4m。

2.高喷凝结体结构布置

根据工程需要和地质条件，高压喷射的喷射形式可分为旋喷、摆喷、定喷三种形式。喷射管边提升边旋转，单孔形成的凝结体似圆柱状，称为旋喷；喷射管边提升边摆动，单孔一侧或两侧形成的凝结体呈扇形柱状，称为摆喷；喷射管仅作轴向提升运动，单孔形成的凝结体呈板状，称为定喷。

3.高喷板墙墙体结构型式

高喷板墙墙体结构型式主要有旋喷套接、旋摆定结合、摆喷对接或折接、定喷折接四种，如图5.2所示。

高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m。