在50多年前，美国人提出了一种新概念的注浆技术，即CompactionGrouting。又称为DisplacementGrouting或SqueezeGrouting，国内有人称这种注浆为压密注浆。根据美国土木工程学会(ASCE)注浆专业委员会1992年给出的定义，压密注浆是用特制的高压泵将极稠的低流动性的浆液注入到预定土层的注浆技术，注浆过程中浆液不进入土体的孔隙，而形成一个各向同性的整体，能够产生可控制的位移量以置换并挤密周围松散或软弱土层，或有控制地上抬发生沉降的构筑物。这种注浆技术所用的浆液、工艺要求、施工参数及其加固机理等完全不同于劈裂注浆、渗透注浆和喷射注浆等传统的注浆技术，是在实践的基础上发展起来的一种新概念的注浆，具有施工方便、施工效率高、施工质量易于控制、浆液不污染周围土体、能处理深层软弱土层、经济性较好等优点，有比较广阔的应用前景a

 

　　从这种新概念注浆方法的初次提出到工程中的应用，其间经历了漫长的岁月。现在，这种注浆技术在国外已成为一种重要的地基处理技术，在美国、日本、法国和台湾等地已有一些实际应用，在应用中积累了比较多的经验，它的主要应用方面有：①控制城市地下软土层中隧道掘进过程中引起的沉降；②抬高已沉降的建筑物和纠偏已倾斜的建(构)筑物；(掰密和加固松软的土体控制基础沉降；④在土体中形成柱状注浆体(桩体)与周围土体形成复合地基，提高地基承载力，减少基础沉降；⑤减少砂土液化。这种注浆技术对不同土性的地基的加固效果是不一样的，施工参数也不相同，为探索这种注浆技术在上海软粘上层加固中的应用，尤其在隧道掘进过程中控制隧道上方土层的变形、保护隧道上方的重要建筑物和管线等方面的应用。上海隧道工程股份有限公司技术中心和上海地铁建设公司开展了积极的研究工作，研究的内容包括理论研究和试验研究，同时研究开发适合这种注浆工艺的配套设计。

 

 

　　压密注浆技术最初是在实践的基础上发展起来的，虽然压密注浆机理现在尚未完全被揭示出来，但通过无数次的试验和实际工程实践的探索和总结，人们对压密注浆的注入效果已有了基本的理解。1969年，Graf首次描述了压密注浆过程并讨论了有关压密注浆的基本概念，他认为压密注浆主要的用途是挤密松疏的人工填土和松疏的天然土体，还可以在已发生不均匀沉降的建(构)筑物基础下形成桩体，抬起建筑物．对建筑物进行纠偏。直到1999年，苏世丰、廖洪钧等通过室内试验对压密注浆后黏土的归一化不排水剪切强度进行了研究。他们认为，对粘性土进行压密注浆的目的不仅仅在于顶起结构物或抑制地表沉降，当注浆过程中引起的超孔隙水压力完全消散，则黏土孔隙将因再压密而减小，且有效应力也随之提高，进而促使黏土剪切强度的提高。因此，若能配合适当的排水措施，以加速超孔隙水压力的消散，则压密注浆可用来有效地改良软黏土的力学性质。

 

　　2001年。K.Komiya等通过现场试验和室内试验研究了在软黏土层中进行隧道掘进时，注浆对控制地层变形的影响规律。现场试验是在东京的一个名叫Koto-Ku的地方进行的，试验时在隧道上方一定距离的地方进行注浆，同时对地表和地下不同深度的土层的沉降进行监测，试验中进行的注浆不完全是压密注浆，他们发现虽然在注浆的初期发生了隆起变形，但随着时间的推移，由于土体的固结和浆液本身的收缩，地表发生沉降。在室内试验中，他们探索了影响黏土中注浆的长期效应的控制因素。他们发现，从长期效应来看，超固结土中的注浆效果比正常固结土的注浆效果要好，而且，注浆量越大，注浆效果越显著。

 

　　在研究中，他们还尝试用有限单元法对现场试验和室内试验进行数值模拟分析，由于注浆过程中注浆体与土体之间的相互作用机理非常复杂，他们就采用一种能够包含注浆过程的主要特征的所谓的概念模型模拟黏土中的注浆过程。这种概念模型模拟注浆过程分为两个不同的模式，即压密注浆的模式和劈裂注浆模式。注浆的初始阶段，浆液形成一个泡状排开周围土体，随着更多浆液的注入，浆泡越来越大，同时周围的土体发生塑性变形，注浆压力也越来越大以至达到劈裂土体中阻力最小的小主应力面。当劈裂过程发生时，土体中的应力条件突然改变使注浆压力随之下降。当采用低稠度的浆液时就形成了劈裂注浆；当使用高稠度的浆液时，浆液就不容易进入上述的阻力最小的小主应力面形成劈裂注浆，浆泡继续扩大，注浆压力又开始上升。用有限单元法进行模拟分析时，他们采用了四结点轴对称的实体单元和剑桥模型。注浆的过程被模拟成不断在注浆体与土体的边界面上施加均匀压力的过程，但劈裂的现象没有被模拟，注浆压力逐渐增加直至达到指定的注浆体积为止。室内试验的有限元模拟分析结果表明，注浆过程中产生的超孔隙水压力控制着注浆的长期效应。

 

　　3压密注浆的特点及其研究方法

 

　　压密注浆的机理非常复杂，涉及到多方面的理论，如有限变形理论、接触理论、固结理论等。研究压密注浆可以采用有限单元法进行分析，土体的变形应该采用有限变形理论中的修正的拉格朗日方法描述进行描述，土体的塑性屈服可采用Mohr-Coulomb屈服准则表示，浆泡与土体之间的接触可采用CavityExpansion理论或点面接触模型进行模拟，分析注浆过程还应该考虑土体的固结效应。

 

　　虽然压密注浆力学机理分析及应用先后被国外的学者探讨过，但是，目前对压密注浆的认识还主要是依靠工程经验和现场试验，这无疑给工程的应用带来了极大的不确定性，尤其是注浆压力的控制值，更不必说在施工前就给出一个有效的估计值了。鉴于此，本章将在理论研究的基础上，从注浆扩孔过程中土体的压缩机理出发，考虑能耗区中的土体在注浆压力和土压力共同作用下的应力——应变——体变关系，再根据注浆扩孔过程中的能量守恒和体变平衡原理，解决压密注浆极限扩孔压力的理论解。这对于估算压密注浆极限注浆压力将有着重要的现实意义。

 

　　4工程应用

 

　　4．1试验概况

 

　　压密注浆当浆液注入均匀土层时，其受到的阻力会随着土体的逐渐压密而增大；当注浆压力继续增大时，土体受到的压缩区域也会逐步扩大，并将最终达到这样一种状态：①注入浆液的全部体积将会被土体的压缩量所平衡，并在浆液继续注入的过程中保持不变，注浆阻力也趋于稳定值；②在注浆孔中，浆液之外一定范围内的土体压缩量被注入的浆液体积所补偿，使浆液和土体能形成连续位移；③如果注浆系统的能量损失在整个过程中可以忽略，那么注入浆液的能量损失就应该等于其周围土体产生变形所需能量的总和，并以体变为主要形式。本次压密注浆试验是在上海东部地下车站标准段中进行的，平面尺寸约为18m×18m，最大注浆深度为10．0m。
 

 

       4.2注浆压力对比

 

　　试验过程中1号和2号注浆孔在整个注浆过程中的注浆压力随深度的变化而变化，由此可见，注浆压力值大小与注浆深度有密切关系，根据试验现场的地质条件，根据现有注浆压力文献理论，由注浆扩孔过程中的能量守恒和体变平衡原理可以计算得出理论压浆值，[1～4]试验与理论对比如下表2。
 

 

 

 

　　本文注浆压力理论值与实测值有一定误差，误差原因可能是注浆压力测试过程造成的。由于注浆压力测试值包括了注浆管的管阻力及浆液的粘滞阻力，而理论计算值则是浆液与土体接触面上的压力值，因此，如果忽略注浆管的管道阻力，将造成需要压力变小，所以理论值与实测值还是有一定的差距，需要适当的给予压力补充。