灌浆基础知识和计算公式

一、灌浆的含义：

    简单的说，灌浆就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，借用机械（或灌浆自重）对之施加压力，通过钻孔或其他设施，压送到需要灌浆的部位中的一种施工技术。

二、灌浆的实质：

    充填这些节理裂隙、孔隙、空隙、孔洞和裂缝之处，形成结石，从而起到固结、粘合、防渗，提高承载强度和抗变形能力以及传递应力等作用。

三、灌浆分类：

    按照大坝坝基岩类构成，可分为岩石灌浆和砂砾石层灌浆。

    按照灌浆的作用，可分为固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆和接触灌浆。

    按照灌注材料，可分为水泥灌浆、水泥砂浆灌浆、水泥粘土灌浆以及化学灌浆等。

    按照灌浆压力，可分为高压灌浆（3MPa以上）、中压灌浆（0.5~3MPa）、低压灌浆（0.5MPa以下），后两类也可称为常规压力灌浆。

    按照灌浆机理，可分为渗入性灌浆和张裂式灌浆。

四、灌浆材料：

    水泥（磨细水泥、超细水泥）、砂、粉煤灰、粘土和膨润土、水外加剂（速凝剂、减水剂、稳定剂）

五、水泥浆液：

    配置水泥浆时，多依照质量比例配制，也有按照体积比例配制的。我国各灌浆工程都采用质量比，帷幕灌浆使用范围一般多为 水：水泥=5：1~0.5：1，固结灌浆多为2：1~0.5：1。

1、水泥浆的配制：

    将水泥和水依照规定的比例直接拌和，这种情况最为简单。先将计量好的水放入搅拌筒内，再将水泥按所规定的质量秤好后，放入筒中直接搅拌即可。例如欲配制各种浓度的水泥浆100L，其所用的水泥和水量可见下【表1】。

配制水泥浆100L 【表1】

    注：水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计

    在灌浆过程中，常需要将搅拌桶内的水泥浆变浓。如原水泥浆100L，加水泥质量可见下【表2】。

在原100L水泥浆中加水泥使水泥浆变浓 【表2】 注：加水泥单位为kg

    注：水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计

    在灌浆过程中，常需要将搅拌桶内的水泥浆变稀。如原水泥浆100L，加水体积可见下【表3】。

在原100L水泥浆中加水使水泥浆变稀 【表3】 注：加水单位为L

      注：水的密度以1kg/L或1g/cm³计

          水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计

          水灰比为0.9 ：1时，密度为1.554 ；水灰比为0.7 ：1时，为1.662

    当采用集中制浆时，原浆的水灰比多采用0.6：1或0.5：1。将这种浆液输送到灌浆施工地点。在拌制所需浓度的水泥浆时，需要放入一定量的原浆，再加入一定量的水，其加入量可见【表4】。

配制水泥浆需要的原浆和加入水量（配制水泥浆按100L计，原浆浓度 水：水泥=0.6：1）【表4】

2、浆液配料用量计算：

      例举5个简单的计算示例，供参考（设水泥密度为3g/cm³，即3kg/L）

（1）试求水灰比为2：1的水泥浆的密度。

      取100kg水泥，200kg水拌合成水泥浆，其体积V=100÷3+200÷1=233.3L。

      答：水泥浆的密度=300kg÷233.3L=1.286kg/L。

（2）水泥浆的密度为1.5g/cm³，求其水灰比。

      设取100L的水泥浆，则其重量为150kg。

      列方程式：设水泥重量为C(kg)，水的重量为W(kg)，

                      W÷1+C÷3=100

                      (W+C)÷100=1.5

      解方程得W=75kg，C=75kg。

      答：水泥浆的水灰比为75：75，即1：1。

（3） 集中供浆，原浆水灰比为0.5：1，今欲配制水灰比为2：1的水泥浆100L，求需要加入原浆多少升，再加多少升水。

         分为4个程序解：

        1）先求出1L的水灰比为0.5：1的原浆中，水泥和水各为多少？

        0.5L水和1kg水泥拌和后原浆体积V=0.5÷1+1÷3=0.833L。

        于是1L原浆中，水泥应为1÷0.833×1=1.2kg，水为1÷0.833×0.5=0.6L。

        2）再求出配制100L的水灰比为2：1的水泥浆，需要水和水泥各为多少？

        列方程式：W:C=2:1

                 W÷1+C÷3=100

        解方程得出W=86L,C=43kg

        3) 配制100L水灰比为2：1的水泥浆需用原浆V1=[43÷（1.2×100）] ×100=43÷1.2=35.8L。

        4）配制100L水灰比为2：1的水泥浆尚需加入水量W1=86-35.8×0.6=.5L。

（4）今欲将80升水灰比为5：1的稀水泥浆配制成水灰比为2：1较浓的水泥浆，需加入多少水泥？

        设80L水灰比为5：1的水泥浆中水泥重量为Ckg。

        80L水灰比为5：1的水泥浆中水的重量为Wkg。

        X为应加入的水泥量。

        列方程式：W:C=5:1(稀浆的配比关系)

                 W÷1+C÷3=80(根据绝对容积理论)

                 W:(C+x)=2:1（较浓浆的配比关系）

        解方程得出x=22.5kg。

（5）今欲将80升水灰比为3：1的水泥浆配制水灰比为5：1的稀水泥浆，需加入多少水量？

        设80L水灰比为3：1的水泥浆中水泥重量为Ckg。

        80L水灰比为3：1的水泥浆中水的重量为Wkg。

        X为应加入的水量，列方程式：W:C=3:1（原水泥浆配比关系）

                                       W÷1+C÷3=80（根据绝对容积的理论）

                                       (W+x):C=5:1（新水泥浆配比关系）

                                  解方程式x=48L

         答：应加入水量48L（加入水后，浆液体积为80+48=128L）。

附：1、（a）在纯水泥浆中加水使其由稠变稀：

       加水量（L）=待稀释的水泥浆量（L）÷（稠水灰比+1÷水泥密度）×（稀水灰比—稠水灰比）

       （b）在纯水泥浆中加水泥使其由稀变稠：

       加水泥量（Kg）=待变稠的水泥浆量（L）÷（稀水灰比+1÷水泥密度）×（稀水灰比—稠水灰比）÷稠水灰比

       2、配制水泥砂浆：

       要配制水：水泥：砂=X：Y：Z的水泥砂浆V升，需要的水量（Kg）、水泥量（Kg）、砂子量（Kg），其中水、水泥和砂的密度分别为ρ水、ρ水泥、ρ砂。

       水量（Kg）=V÷（X÷ρ水+Y÷ρ水泥+Z÷ρ砂）×X

       水泥量（Kg）=V÷（X÷ρ水+Y÷ρ水泥+Z÷ρ砂）×Y

       砂子量（Kg）=V÷（X÷ρ水+Y÷ρ水泥+Z÷ρ砂）×Z

       3、1)配料密度的确定(配料即浆液中除了水之外的所有物质，比如水泥、粘土、水玻璃等，水与配料的质量比为水固比，水与水泥的质量比为水灰比)

       设： 水泥、外加剂1、外加剂2、外加剂3、外加剂4、外加剂5的密度分别为 ρ水泥、ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5，

同时： 外加剂1：水泥=a：1      即外加剂1的质量：水泥的质量=a：1

       外加剂2：水泥=b：1

       外加剂3：水泥=c：1

       外加剂4：水泥=d：1

       外加剂5：水泥=e：1

       那么得： 配料的密度=（1 + a + b + c+d+e）÷【（1÷ρ水泥）+（a÷ρ1）+（b÷ρ2）+（c÷ρ3）+（d÷ρ4）+（e÷ρ5）】

            2）水灰比情况下：累计注灰量=累计流量×浆密度÷（水灰比+1+a+b+c+d+e）  

              浆密度=（水灰比+1+a+b+c+d+e）÷【水灰比+（1÷ρ水泥）+（a÷ρ1）+（b÷ρ2）+（c÷ρ3）+（d÷ρ4）+（e÷ρ5）】

            3）密度仪情况下：累计注灰量=累计流量×浆密度÷（水灰比+1+a+b+c+d+e）

              水灰比={（1 + a + b + c+d+e）－浆密度×【（1÷ρ水泥）+（a÷ρ1）+（b÷ρ2）+（c÷ρ3）+（d÷ρ4）+（e÷ρ5）】}÷（浆密度－1）

            4）单位注灰量=累计注灰量÷段长

5）各配料注入量：注入水泥量=累计注灰量

                  注入添加剂1量=注入水泥量×a

                  注入添加剂2量=注入水泥量×b

                  注入添加剂3量=注入水泥量×c

                 注入添加剂4量=注入水泥量×d

                  注入添加剂5量=注入水泥量×e

六、水泥粘土浆液：

     水泥与粘土的比例，帷幕灌浆施工要求结石强度高一些和凝结时间快一些的工程，粘土掺量可少一些，例如为水泥重量40%、60%；反之，则可多一些，例如水泥：粘土可为1：1，1：2，1：3甚至1：4。对临时性低水头的防渗工程，可采用掺粘土量大的配比。

     水与干料的比例（水固），也就是水：（水泥+粘土），一般多采用3：1～1：1(重量比)。

     拌制水泥粘土浆所需要的水泥、粘土原浆和水量，可预先计算好列成表，便于配制浆液时用，参见【表5】。

配制水泥粘土浆（水泥：粘土=1：1）所需要的粘土原浆\水泥与水量(配制100L )【表5】

    注：水泥的密度以3kg/L或3g/cm³计，粘土的密度以2.76g/cm³计

七、自重（浆柱）压力的计算

1  干孔（地下水位位于段底之下）

    示意图如下：

      浆柱压力= {[（段底-段顶）÷2 + 段顶 + 压力表距地表]×浆比重}÷100（MPa）

      注：浆比重 = 浆密度 ÷ 水密度 = 浆密度的数值   

      例如：浆密度3.8Kg/L，水密度=1Kg/L(1g/cm³),那么浆比重 = 3.8Kg/L ÷ 1Kg/L = 3.8 。

2  地下水位位于段顶和段底之间

    示意图如下：

        浆柱压力={（段底-地下水位）÷2 ×（浆比重-1）+[（地下水位-段顶）÷2+（段顶+压力表距地表）]×浆比重} ÷100（MPa）

3  地下水位位于段顶之上 

    示意图如下：

        浆柱压力= {[（段底-段顶）÷2 +（段顶-地下水位）]×（浆比重-1）+ （地下水位+压力表距地表）×浆比重}÷100（MPa）

吕容公式

（摘自：DL/T 5148-2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范）

4  吕容公式概念

压水试验成果以透水率q表示，单位为吕容（Lu）。

定义为：压水压力为1MPa，每米试段长度每分钟注入水量1L时，称为1Lu。 若压水压力小于1MPa，按直线延伸方式换算。

5 公式

q=Q/L.S                                                        

式中 Q—流量（L／min）；

     L—段长(m)；

S—压力（MPa）。

6 有Hw的公式

q = Q / { (p+Hw/100) *L }

q： 透水率，Lu

Q： 压水流量，L / Min

P： 孔口表压力，MPa

L： 试段长度，m

Hw： 孔口到压力起算零线的距离，m

7  Hw的计算

设起始孔深为D，终止孔深为E，地下水位到孔距离为H

H < D ，Hw = H

D < H < E ，Hw = ( H – D ) / 2 + D

E < H ，Hw = ( E – D ) / 2 + D