复合灌浆技术地基加固施工技术---复合注浆施工

用户投稿 2025年08月24日 14:20:03 14 0

地基加固施工技术---复合注浆施工

一、复合注浆施工技术的特点

(1)加固地层范围广

既可适用于加固渗透性大的地层(如砂卵石层)，又可适用于渗透性较差地层(如粘土、粉土和粉细砂层)，还可以用来加固溶岩地层的地下溶洞和溶蚀裂隙。

(2)加固工程范围广

可用于对既有建筑物(如房屋、公路、桥梁)地基基础进行加固，也可用于桩基(如大口径钻孔桩、挖孔桩)缺陷的加固处理。

(3)扩散范围大

不仅对高压喷射流喷射破坏土体的极限范围之内土体进行置换加固，而且对喷射破坏土体的极限范围之外的土体以充填、渗透、挤密和劈裂等方式进行注浆加固，在成桩的同时对地基土有灌浆加固作用。

(4)能定向定位。

能形成连续的圆柱状的旋喷桩体，旋喷桩直径为400mm—1200mm，其注浆固结体顶部无收缩，与原基础混凝土或桩混凝土结合紧密。能直接承受上部荷载，并将荷载传递到深层土层中去，保证荷载传递均匀、有效；复合注浆形成旋喷桩的单桩承载力较高。

(5)复合注浆形成的旋喷固结体强度较高

固结体强度可根据设计需要通过改变浆液材料和工艺参数来进行调节。

(6)经济可靠，且耐久性好。

注浆钻孔施工口径较小，对既有建筑物基础和地面损害和扰动很小，可调节浆液凝固时间施工期建筑物附加沉降小。

二、复合注浆加固既有建筑物地基的施工顺序

(1)注浆钻孔施工

对既有建筑物地基进行加固时，先采用地质钻机钻穿既有建筑物原基础或承台，然后根据设计注浆深度要求，选择采用地质钻机或高压旋喷钻机钻孔到设计深度。

(2)建立孔口注浆装置

注浆钻孔施工完成以后，在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在注浆孔口，采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。

(3)采用高压旋喷注浆方式进行注浆

孔口注浆装置埋设1—2天后，先采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆，旋喷注浆需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度、浆液水灰比)进行注浆，将注浆管分段下入孔底，每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。

(4)采用静压注浆方式进行注浆

高压旋喷注浆结束后，利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆，通过静压注浆可以扩大浆液的注入范围，防止旋喷固结体收缩从而增加旋喷体与原基础混凝土结合紧密性。

(5)封孔

静压注浆结束后，若注浆孔口冒浆，需对孔口进行封闭处理，防止浆液流出。若注浆结束后孔内浆液有流失需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。

三、复合注浆的施工方法

1、施工准备

(1)现场施工前准备：

施工前应组建队伍、清理施工场地、做好机械检修和保养、布置好孔位、以及搭设工棚、备好材料等。

(2)确定施工程序：

①钻孔：按设计钻孔到一定深度，钻孔孔径为91(或101)mm，垂直度保证<1％。②建立孔口灌浆装置：孔口灌浆装置需满足静压灌浆要求，又需满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。③采用高压旋喷注浆法进行喷射注浆，注浆从下而上，在既有建筑物地基加固中一般采用单管旋喷方式注浆。④高压旋喷注浆结束后，利用孔口注浆装置封孔进行静压注浆，静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆，根据需要，浆液终凝前可进行多次灌注。⑤注浆结束后，若注浆孔口冒浆，需对孔进行封闭处理，防止浆液流出。

(3)复合注浆施工中出现问题的处理：

①注浆深度大时，易造成上粗下细的固结体。影响固结体的承载能力，因而需在深度大的地层中注浆时采用增大压力或降低提升速度的方式补救。②当发现返浆量不足或不返浆时，可采用降低提升速度或复喷方式处理。③当冒浆量过大时，可采用提高注浆喷射压力、缩小喷嘴直径的方式处理。④在既有建筑物基础加固处理时，为防止产生附加沉降，施工时应跳孔施工，同时应在浆液中加速凝剂或采用双液旋喷注浆。⑤静压注浆时如出现冒浆，可采用多次灌注的方式进行注浆，待第一次灌注的浆液终凝堵塞冒浆通道后再进行第二次注浆。同时注意将孔口注浆装置与孔壁密封牢靠，防止浆液从孔口冒出。

2、复合注浆的施工工艺

(1)单管法复合注浆。

单管法复合注浆是利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置人土层预定深度后，用高压泵等装置，以大于是20Mpa的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆的旋转和提升运动，使浆液与从土体中崩落下来的土搅拌混合。然后进行静压注浆，使浆液进一步扩散。浆液经过一定时间凝固，便在土中形成圆柱状固结体。

(2)二重管法复合注浆。

二重管法复合注浆是使用双通道的二重注浆管，将二重注浆管钻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，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa以上压力的喷液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7Mpa左右压力把压缩空气从外嘴中喷出。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升。然后以大于是0.3MPa一2.0MPa的压力进行静压注浆，使浆液进一步扩散。最后在土中形成圆柱状固结体。

(3)三重管法复合注浆。

三重管法复合注浆是使用分别输送水、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20Mpa以上的高压喷射流的周围，环绕一般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2MPa—5MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动。然后以大于是0.3MPa—2.0MPa的压力进行静压注浆，使浆液进一步扩散。最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体。

「视频讲解」围岩注浆加固——微纳米无机有机复合注浆材料

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本期推送河南理工大学管学茂团队 发表于《煤炭学报》第3期的两篇文章。为方便大家深入了解研究成果，《煤炭学报》邀请管学茂团队成员张海波老师通过视频对相关成果进行了详解。

两篇文章分别为：

（1）管学茂,张海波,杨政鹏,等. 高性能无机-有机复合注浆材料研究[J]. 煤炭学报,2020,45(3):902-910.

（2）张海波,狄红丰,刘庆波,等.微纳米无机注浆材料研发与应用[J]. 煤炭学报,2020,45(3):949-955.

视频解析

创新点

高性能无机-有机复合注浆材料研究

（1）阐明了实现无机注浆材料“高渗透、高强度、高粘结”性能的机理和途径。

（2）开发了纳米锂铝滑石增强剂，实现“纳米晶核诱导结晶”和“锂离子促溶”协同增强作用，为无机注浆材料增强剂开发提供了新思路。

（3）从围岩裂隙表面结构与化学主导官能团入手优选无机胶凝材料与有机改性剂，开发了微纳米无机-有机复合注浆材料，为不同环境注浆材料开发提供了借鉴。

微纳米无机注浆材料研发与应用

（1）通过粒度调控实现了无机注浆材料的早强性与高渗透性。

（2）开发了注浆模拟装置，为注浆材料加固效果的实验室评价提供了更客观的方法。

团队简介

河南理工大学材料学院“河南省矿业材料创新型科技团队”，由管学茂教授带领，专注矿业材料理论与技术研究20余年，已形成由2名教授、4名副教授，3名讲师和多名硕博研究生组成的创新研究团队。团队在高性能注浆加固材料、矿用喷射混凝土、煤基固废绿色循环利用、瓦斯治理和抑尘材料方面取得了大量成果。团队在矿用材料方面获国家重点研发计划课题、子课题、国家自然基金（重点、面上、青年）等国家基项目20余项，省级及企业项目60余项，省级以上科技进步奖10余项。

研究方向

带领的矿业材料团队，开展无机矿用材料、高性能水泥混凝土、固废资源化利用、纳米改性材料、有机无机复合材料等领域的研究。

团队成果

注浆加固材料方面，开发了微纳米无机注浆材料制备与应用技术，克服了无机注浆材料早期强度低、渗透性差，无法用于快速注浆加固难题，同时避免了有机注浆材料易燃、污染性高的问题；地应力下注浆材料水化硬化调控机制，为适应不同环境注浆改性材料开发提供理论指导。喷射混凝土方面，利用固废炉渣、粉煤灰、废旧橡胶制备了轻质喷射混凝土、弹性喷射混凝土等，实现了喷射混凝土的高柔性，为适应深井巷道变形提供了保证。矿用充填材料方面，开发了巷道高冒区无机发泡充填材料，实现了巷道高冒区快速、安全充填密闭；开发了煤矸石、炉渣全固废沿空留巷充填材料和采空区充填材料，实现了煤矿固废绿色循环。

摘要

高性能无机-有机复合注浆材料研究

针对千米深井巷道围岩大变形控制难题,提出了支护-改性-卸压“三位一体”协同控制技术,其中要求注浆改性材料具有“高渗透、高强度、高黏结”性能。“高渗透” 可以通过减小粒度、增加界面润湿性来实现;“高强度”可以通过优选快速水化矿物,添加纳米增强材料来实现;“高黏结”可以通过添加有机调节剂,增加界面润湿并形成强化学键来实现。

本文以超细化的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料,通过优化配比研发了无机注浆材料,材料粒径D95

采用“一锅法”合成了两亲性有机调节剂,掺量为无机注浆材料质量的3%时,可以将水与煤表面接触角从72.80°减小到19.23°,并在注浆材料与裂隙表面间形成氢键作用,显著改善界面润湿性,增加界面黏接强度。

以无机注浆材料、纳米锂铝类水滑石、有机调节剂按95%,2%,3%的质量百分比混合制备了微纳米注浆材料,材料初、终凝时间分别为8.0,13.0min,2h抗压强度为10.2MPa,煤的黏结强度大于煤自身拉伸断裂强度。微纳米注浆材料在口孜东矿进行了超前注浆应用,可以良好注入10μm开度的裂隙,与裂隙表面结合紧密,锚杆拉拔力由注浆加固前的37kN提高到注浆后的145kN。

微纳米无机注浆材料研发与应用

随着煤矿开采深度的增加,千米深井巷道围岩大变形控制难题急需解决,提出了支护-改性-卸压“三位一体”协同控制技术,其中注浆“改性”环节要求注浆材料具有高渗透性和早强性。

以硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料,通过优化配比和超细粉磨方法研发了具有早强、高渗透性的微纳米无机注浆材料,测试了材料粒径、比表面积、抗压强度、泌水率和凝结时间;采用自制的注浆模拟系统测试了微纳米无机注浆材料注浆加固煤体效果;在中煤新集口孜东矿进行了现场应用。

材料性能实验结果表明,硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰三者最优质量比为10∶8∶2,经超细化加工,材料粒径达到6.7μm,比表面积为1200m 2/kg,达到微纳米级别;水灰比为1.0时,6h抗压强度达到6.8MPa,泌水率低至2.8%,初凝时间为10min。煤体注浆加固模拟实验结果表明,注浆前后煤样强度提高24.4%。

现场工程应用结果表明,注浆前后锚杆拉拔力提高了2倍,浆液大量填充煤体裂隙,提高了煤体完整性,扫描电镜观察说明浆液可以通过10μm裂隙,渗透性良好。

与传统水泥基注浆材料相比,微纳米无机注浆材料具有更高的渗透性和早期强度;与有机化学注浆材料相比,微纳米无机注浆材料为无机矿物材料,不燃,具有更低的成本和使用安全性。

部分图片

高性能无机-有机复合注浆材料研究

达到高渗透性的3个途径

围岩裂隙表面微结构

浆液-裂隙表面润湿性

三元体系配合比的云图表征

抗压强度在三角形云图上的分布特征

LiAl-LDH对无机注浆材料浆体抗压强度的影响

LiAl-LDH改性无机注浆材料作用机理示意

“一锅法”制备有机调节剂示意

纯水及不同浓度的HA溶液在煤界面的接触角

改性无机注浆材料与煤的界面黏结强度测试

HA与不同材料结合的FTIR分析

黏结机理模型

注浆煤样扫描电镜照片

微纳米无机注浆材料研发与应用

粉磨前、后原料粒径分布曲线

抗压强度实验结果

浆液泌水率

浆液凝结时间

取出的煤芯

注浆后煤样

漏浆口自动封闭

注浆前后锚杆拉拔力变化

注浆加固前后钻孔观测图像

浆液渗流SEM照片

来源：

（1）管学茂,张海波,杨政鹏,等.高性能无机-有机复合注浆材料研究[J].煤炭学报,2020,45(3):902-910.

GUAN Xuemao,ZHANG Haibo,YANG Zhengpeng,et al. Research of high performance inorganic-organic composite grouting materials[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(3):902-910.

（2）张海波,狄红丰,刘庆波,等.微纳米无机注浆材料研发与应用[J].煤炭学报,2020,45(3):949-955.

ZHANG Haibo,DI Hongfeng,LIU Qingbo,et al. Research and application of micro-nano inorganic grouting materials[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(3):949-955.

视频：张海波

编辑整理： 郭晓炜

审核 ：常琛

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