压滤作用是水泥灌浆成功的要素

【摘　要】　灌浆浆液充填岩石裂隙形成水泥结石的机理，有“沉积说”与“压滤说”。试验证明，压力滤水作用可以大大提高水泥结石的密实度和力学性能，在灌浆过程中不仅存在沉积作用，而且普遍存在压滤作用。有的坝帷幕很快破坏不是由于浆液太稀，而是由于没有充分进行压力滤水。循环式灌浆、高压灌浆、适当延长灌浆结束阶段，以及透水性较好的地质条件，有利于形成或加强压滤作用。纯压式灌浆、GIN灌浆法难以形成有效的压滤作用，使用稳定性浆液是对纯压式灌浆缺陷的弥补。无论何种水灰比的浆液通过压力滤水所形成的水泥结石的性能，都要优于稳定性浆液自由沉积形成的水泥结石。

【关键词】　灌浆机理　沉积说　压滤说　帷幕破坏　灌浆工艺

1　“沉积说”与“压滤说”

在岩石裂隙水泥灌浆施工中，我们通常使用的水泥浆液的水灰比为5∶1～0.5∶1，以前更稀至8∶1、10∶1、20∶1，但水泥水化反应需要的水仅约为水泥重量的25%，一说可达38%［1］，那么，水泥浆液是怎样灌注到岩石裂隙中，怎样形成水泥结石的呢？多余的水到哪里去了呢？也就是说岩石裂隙水泥灌浆的机理是什么？灌浆界的专家们在20世纪曾经有过热烈的讨论，形成了两种主要学说，即沉积说和压滤说［2］。

沉积说认为，水泥浆液在进入岩石裂隙以后，流动速度和压力随着离开钻孔的距离渐远而迅速降低，当浆液流速降低至某一临界值时，在重力作用下浆液中的水泥颗粒首先在临界流速处陆续向裂隙底部沉积，使渗浆断面变小，浆液流速、压力也都发生变化。浆液中多余的水分在水泥沉积层的顶部流向远方，后面的浆液继续补充，再沉积……直到裂隙完全填满。或者前面裂隙并不畅通，多余的水分留在裂隙顶部，成为未填满的空穴。

压滤说由德国的库茨勒（Cristian Kutzner）于1964年提出，也称为固结排水理论，他把灌浆过程分为“填满”和“饱和”两个阶段，在填满阶段浆液进入并充填了缝隙的绝大部分，在饱和阶段，浆液中的多余水分在饱和压力（最大灌浆压力）作用下，产生类似于太沙基的土力学固结现象而被排出，使水泥颗粒彼此接近，结石体的密实度增加。

质疑压滤说的学者认为，对于坚硬和透水性差的岩体灌浆，难以用固结排水理论解释。澳大利亚学者郝斯贝（A.C.Houlsby）说，“人们普遍认为在灌浆刚结束之后，浆液触变硬化阻止水失去之前，适当的压力能够排除近于水平裂隙里的过量水……但基本研究表明，沿着裂隙的高压并不能加速近于水平裂隙内新灌入浆液中的水的分离。因为这种压力并非一定经过高浓度的灌浆体，而更有可能是通过上升到裂隙顶部的较稀的液体传递。由于过量水的析出主要是一个重力过程，而且非常缓慢。在一般气温下，通常需要一小时多泌水才能初步结束；在寒冷气温下，析水时间会更长。因此，灌浆工艺要么采用能使岩石启缝的高压劈裂灌浆，要么延长灌浆时间，待泌水排除。”［3］郝氏的话中有多层观点，总的意思是坚持沉积作用是主要的，但不排除在垂直裂隙、高压灌浆和延长灌浆时间情况下压滤作用可能发生。

瑞士学者隆巴迪主要支持沉积说，他推行稳定性浆液的理论基础就是为了克服浆液沉积带来的问题［4］。

2　我国对于水泥灌浆机理的研究

我国基本与世界同步开展了灌浆机理的研究，中国水利水电科学研究院、长江科学院、中国水电基础工程局科研所等许多单位进行了实验室的模拟灌浆试验，制取了自由沉积和压力滤水条件下的水泥结石，并对其进行物理力学试验，获得了丰富的成果。

在诸多试验中，郭玉花使用自制压力滤水成型仪，将不同水灰比的浆液置入其中，使用不同的压力压滤30min，对试样进行凝结时间的试验，养护28d的试件进行密度和抗压强度的试验。表1、表2为部分试验结果［1］。

从试验成果中可以看出：

（1）压滤作用使浆液的凝结时间大大缩短。例如0.8∶1的水泥浆，在自由沉积条件下，初终凝时间分别是10：43和13：18，经过0.5MPa压力30min压滤后缩短为2h10min和8h25min。

（2）压滤作用使浆液结石的密实度大大提高。如0.8∶1的水泥浆，在自由沉积条件下，结石孔隙率是0.2497，经过0.5MPa压力30min压滤后孔隙率减少为0.0707。

（3）压滤作用使浆液结石的抗压强度大大提高。同样如0.8∶1的水泥浆，在自由沉积条件下，结石抗压强度是40.4MPa，经过0.7MPa压力30min压滤后，抗压强度提高到是70.8MPa。1.5∶1的浆液经0.7MPa压力压滤后，抗压强度提高到了108.4MPa，效果非常显著。

（4）在压滤作用下，稀浆结石的各项性能大幅度改善，甚至超过稠浆自由沉积结石的性能指标。如3∶1的水泥浆在自由沉积条件下，结石孔隙率是37.78%，经过0.5MPa压力压滤后孔隙率减少为7.71%，这不仅比0.8∶1浆液的自由沉积结石更密实，而且其密实度与0.8∶1浆液的压滤成型结石的密实度接近。这一事实表明，只要压滤作用存在，稀浆结石同样可以坚强耐久。

郭玉花认为，沉积说和压滤说是两种简单化了的极端情况，“实际上结石的形成是更为复杂的过程。因为在灌浆过程中浆体沿径向流动时，既受浆体自身粘滞力的影响，又受沿程被灌体和其中充填物的阻力而不断消弱流动能力，使其流速迅速减慢。当流速减慢到一定程度时，水泥颗粒渐渐发生沉积，已沉积的水泥颗粒又成为随后浆液流动的阻力，从而加速后面浆液中水泥颗粒的沉积，形成新鲜的结石体。试验证明，这种新鲜的结石体是透水的，其渗透系数一般大于10－5 cm/s。因此，新鲜结石内多余的水分和随后浆液中大部分水分在灌浆压力作用下能够被排滤出去，形成较密实的结石体。所以说沉积和压力滤水并不是两个互不相关的独立过程，而是在灌浆过程中浆液由沉积连续渐变地过渡到压力滤水的综合作用形成的”。

但我国也有专家仍持保留态度，他们认为实验室里压力滤水的装置透水性较好，而灌浆孔和岩体裂隙的透水性没有这么好。

3　这两座坝的帷幕为什么破坏？

郝斯贝曾经分析了布洛瓦林坝（Blowering Dam）和克帕罗德坝（Copperlode Dam）帷幕渗漏的原因［3］。布洛瓦林坝建成于1968年，至1972年帷幕的某些部分已完全破坏；克帕罗德坝建设年代不详。

图1是两坝帷幕的垂直检查孔用潜望镜看到的现象，图中可见到一些未被密实充填的空穴，观测中发现这些宽裂隙不断喷水。郝氏说，含有积聚水的空穴是在灌浆中形成的，灌浆时使用的浆液水灰比均为5∶1，水从浆液中分离出来，且不能向上排出。后来用水灰比为2∶1的浆液并改进工艺进行灌注，收到良好效果。这在灌浆界被当成一个“稀浆灌浆质量不好”的经典案例，也是后来隆巴迪大力推行稳定性浆液的原因。

但是，笔者认为这里存在许多疑问和严重误导：

（1）几十年来，美欧日中各国采用水灰比为5∶1（早期甚至稀至20∶1）的浆液施工的防渗帷幕不计其数，出现问题的并不多，为什么这两座坝出现了问题就要归咎于浆液太稀？

（2）水灰比5∶1的浆液的析水率为81%，但图1中的空穴面积怎么也没有80%，这是为什么？

（3）后来使用水灰比2∶1的浆液灌注就好了，2∶1的浆液析水率也有58%，难道不还有42%的空穴吗？

（4）图1（b）中0.64cm宽的裂隙，使用5∶1浆液是作为开灌浆液水灰比呢，还是灌注始终呢？如果是后者，那完全是施工的错误；如果是前者，施工中很快就会变成稠浆，不应当存在稀浆的问题。

（5）两例中渗漏原因除了使用5∶1浆液外，还说道“不适合的工艺”以及后来使用2∶1浆液补灌“并改进工艺”，其实工艺应当是主要的，可惜论文没有突出这一点，许多读者也只看到前一点。

（6）水泥灌浆虽然是使用浆液封堵裂隙，但是主要是封堵贯通性裂隙，而不可能封填所有裂隙，即使是化学灌浆也难以做到。有些裂隙在灌浆压力下水都渗不出去，蓄水后也不会有大的渗漏。图中的空穴向检查孔中喷水，说明贯通性好，这是原来灌浆质量总体上有问题，而不在于浆液稀还是稠一点。

笔者认为，本案例不能说明2∶1的浆液优于5∶1的浆液，也不能说明稳定性浆液优于非稳定浆液、单一比级浆液优于系列比级浆液，导致帷幕较大渗漏的问题主要原因是工艺不当，灌浆没有达到充分饱和，也就是说没有充分发挥压力滤水的作用。如果采用中国灌浆规范，采用5∶1浆液开灌，完全有把握实现帷幕透水率小于或等于1Lu，也不会运行4年后即发生破坏。

郝氏对本案例原因的解释是基于沉积说，但又不能自圆其说，因为5∶1浆液和2∶1浆液都是会析水的，前者析出的水留下了，造成了空穴；后者析出的水到哪里去了呢？其实，无论采用何种水灰比的浆液，从灌浆一开始，水分就要向周围的介质渗透，也就是说，压力滤水也是普遍现象。

4　压滤作用在灌浆过程中普遍存在

4.1　压滤作用产生的条件

水泥浆液是一种固液两相流体，它在离开灌浆泵进入灌浆孔和岩石裂隙以后，流速总是要减慢直至停止的，在重力的作用下，流动慢的和不流动的浆液发生沉淀、沉积，这是自然规律。这和实验室里的情况基本一致，无人提出异议。

问题是在沉积作用发生的同时，压滤作用是否存在，在何种条件下存在，或普遍存在？笔者的意见是，虽然在不同的灌浆工艺条件下，对浆液的压滤作用有强有弱，但凡在灌浆过程中，压滤作用是普遍存在的。

压滤作用产生的条件无非是两个：一是要有压力，二是要能滤水，即岩体或裂隙有一定的透水性。而这两个条件恰恰是灌浆的条件：灌浆都是有压力的，没有压力就不可能灌浆，即使有时压力很小，甚至是自流灌浆，那也是有压力的，自重也是压力；灌浆都是因为要处理渗漏，或者要充填裂隙，有渗漏、有裂隙就可滤水。对于坚硬和透水性差的岩体灌浆，也仍然是可滤水的，不过滤水慢一点。不能滤水的地方不需要灌浆，任何作用都没有意义。

压力滤水的压力来自灌浆压力，而不是重力，所以不受方向限制，即使是水平或向上，只要有压力梯度，就会有水流动，好像自来水能从低处流向高处一样。

4.2　工程现象和工程实例

在施工中，可以看到的压力滤水现象和工程实例很多。

4.2.1　浆液“失水变浓”现象

灌浆施工中经常会发生的失水变浓现象，即循环式灌浆施工时，回浆浆液浓于进浆浆液。这种现象非常普遍，有的工程很严重，许多灌浆孔段灌浆一开始就明显失水变浓，以至于正常的施工作业难以进行，而不得不采取应对措施，或是改换细水泥灌浆或化学灌浆。许多工程是各灌浆段在灌浆的结束阶段发生失水变浓，这是很正常的。失水变浓，正是压力滤水的表现。

纯压式灌浆因为没有回浆所以无法测量其失水变浓情况，但其失水变浓现象同样是存在的，甚至是更严重的。请看本文5.1叙述。

4.2.2　乌江渡水电站

20世纪80年代建成的贵州乌江渡水电站，强岩溶发育石灰岩坝基，防渗帷幕采用6MPa压力灌浆，开灌浆液水灰比5∶1，灌浆结束条件之一为注入率小于或等于0.5L/min，且持续时间不少于1h；之二是达到设计压力持续时间不少于1.5h。近20万m帷幕灌浆平均单位注入量294.7kg/m，高压灌浆所得水泥结石密度为1.99g/cm3，低压灌浆水泥结石密度为1.52～1.88g/cm3。［5］但它们都高于同种水灰比浆液自由沉积结石的密度。

4.2.3　水布垭水电站

2009年建成的湖北清江水布垭水电站，石灰岩坝基，大坝趾板帷幕灌浆采用孔口封闭法，使用42.5级普硅水泥，浆液水灰比分为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1等六级，开灌水灰比5∶1。最大灌浆压力4.0MPa，平均单位注入量78kg/m。各灌浆孔灌浆完成后，采用0.5：1浓浆置换孔内稀浆或积水，用全孔纯压式灌浆法封孔，压力4MPa，持续时间不少于1h。为检查灌浆孔封孔的质量，布置了约2%的封孔检查孔，钻取了大量的水泥结石芯样，并抽取部分进行了力学实验，表3为趾板下帷幕灌浆封孔检查的成果［6］。

0.5∶1的水泥浆在自由沉积的条件下，其结石的干密度约为1.51g/cm3，抗压强度约为46MPa。但从表3可以看出，在4MPa持续1h的压滤作用下，水泥浆的密实度和强度都有很大的提高，干密度提高到大于2.48g/cm3，抗压强度提高到最低42.5MPa，最高78.0MPa。压滤作用十分明显。

4.2.4　丹江口水电站

20世纪70年代建成的湖北丹江口水利枢纽，坝基岩石为闪长岩、闪长玢岩等，防渗帷幕施工采用自上而下循环式灌浆法，最大灌浆压力3MPa，浆液水灰比等级为10∶1、8∶1、6∶1、4∶1、2∶1、1∶1，开灌水灰比10∶1。灌浆结束条件为，正常孔段在连续灌注30min内吸浆率不大于0.2L/min，持续1～2h。单位注入量普遍较小。丹江口水利枢纽于1968年11月下闸蓄水，至今已运行40多年。因作为南水北调中线水源工程，大坝进行加高，2008年，有关单位组织了对大坝河床坝段防渗帷幕效果检测及耐久性研究，通过钻孔压水试验、电视摄像、声波检测、CT剖面测试、芯样力学和理化试验等等，对原帷幕进行了一次全面的“体检”，检测后关于帷幕耐久性的结论是，“除30～31坝段水泥灌浆帷幕已发生明显的溶蚀破坏外，其余坝段水泥灌浆帷幕耐久性有效年限还有161年以上”。［7］也就是说，10∶1浆液开灌形成的水泥结石可持续运行200多年，如果没有压滤的作用，任何自由沉积的水泥结石，包括稳定性浆液的结石都是不可能做到的。

4.2.5　长江三峡水利枢纽

建成不久的长江三峡水泥枢纽，坝基岩石为较完整的花岗岩，帷幕灌浆采用湿磨细水泥浆，开灌浆液水灰比3∶1，最大灌浆压力6MPa，平均单位注入量约为10kg/m。现场灌浆试验之后进行了直径1m的大口径钻孔取芯检查，可见“水泥结石密实、坚硬、胶结良好。结石芯样单轴抗压强度干燥状态为26.1MPa，饱和状态为23.8MPa，抗拉强度为1.0MPa，抗剪强度为1.2MPa”。［8］这些数据都远远超过了3∶1湿磨水泥浆自由沉积结石的技术指标。这只有一个原因，那就是压力滤水增加了水泥浆结石的密实度。

上面这些坝以及还有许许多多的坝，都使用了稀浆灌浆，却没有发生布洛瓦林坝和克帕罗德坝的破坏现象，看来郝氏把原因找错了。

5　适当的灌浆工艺有利于加强压滤作用

5.1　循环式灌浆有利于加强压滤作用

在灌浆施工中广泛采用纯压式与循环式两种灌浆方式，见图2。

在两种灌浆方式中，西方主要采用a型纯压式灌浆，这种方式使用的是变量灌浆泵，即压力一定，流量可变，灌浆孔里需要多少浆液，泵就排出多少浆液，没有浆液在管路和钻孔中循环，电机的功率相对较小，十分节能、省浆。因为变量灌浆泵很贵，我国帷幕灌浆主要采用循环式，固结灌浆和回填灌浆采用的纯压式灌浆也是b型的。b型纯压式灌浆和循环式灌浆采用的都是定量灌浆泵，灌浆时泵的排量不变，依靠孔口的回浆阀门（图2中3）分流用不完的浆液，并通过其开度大小调节孔内灌浆压力。这种方式浆液在管路或管路和钻孔（循环式灌浆）内循环流动，能量和浆液的浪费或消耗都很大。

以西方习用的a型纯压式灌浆和国内多用的c型循环式灌浆（以下分别简称a法和c法）进行对比，主要差别有：

（1）灌浆压力有差别。在灌浆孔口压力表指示压力相同的条件下，a法实际灌浆压力大于c法。例如同为5MPa，对于c法而言，灌浆孔段实际承受的灌浆压力为5MPa加上沿程损失，管路沿程压力损失与管径、变径、弯头、浆液浓度（黏度）和流速等有关，可通过计算得出，稠浆时常可达到1MPa甚至更大；对于a法而言，灌浆孔段实际承受的灌浆压力为5MPa减去沿程损失。一加一减二者相差可能达到2MPa以上。

（2）灌浆孔段内浆液流态不同。a法浆液基本上为层流，c法是紊流。如以灌浆孔孔径d＝5.6cm，灌浆注入率Q＝20L/min为例，则a法灌浆管出口灌浆孔段顶部的浆液流速为

V＝Q/（πd2/4）＝13.3cm/s

如灌注的浆液水灰比为1∶1，则其密度ρ＝1.52g/cm3，黏度μ＝6mPa·s，运动黏度ν＝μ/ρ＝0.395cm2/s。因为是圆孔，假设符合管道流规则，则浆液流动的雷诺数为

Re＝Vd/ν＝1886

此值小于临界雷诺数2320，由此可以判断其孔段中是层流。实际上西方灌浆孔直径更大（因使用潜孔锤钻进），注入率小于等于20L/min是灌浆的常态，越到灌浆的后期注入率越小。另外，在孔段内越到下部流速也越小。

相反，对于c法，如同样以注入率20L/min灌浆，我国的常用灌浆泵排浆量为100L/ min，则在灌浆孔段中，射浆管注入100L/min，除去注入岩石中浆液以外，钻孔内（实际是灌浆管外的环状空间）回浆为80L/min。浆液在整个管路和钻孔内均为紊流。这样当然消耗了大量的能量，但也带来一些好处，如实现了在距离岩石裂隙最近的孔段内对浆液施加强烈的脉动压力，这种脉动压力可使浆液的抗剪强度降低到原来的百分之一［9］。从而大大提高注入量，改善灌浆效果。

（3）由于能循环，c法孔段内的浆液总是在交换更新，灌浆前沿的水泥浆液如发生细颗粒优先渗入岩石缝隙或失水等现象，后续浆液可不断补充。相反a法灌浆前沿的水泥浆液可能会越来越稠，很快不能流动。

（4）由于能循环，c法孔段内的浆液永远不会沉积，可在整个灌浆时段保持对裂隙的最佳灌浆状态。a法在开始灌浆以后随着注入率减小，孔段内浆液流速逐渐降低，低于临界流速和不淤流速，加上又是垂直向下的直孔，浆液会快速地首先在孔段内沉积，而导致对岩石裂隙的灌浆难以进行。这可能是隆巴迪强烈推行稳定性浆液的原因。

（5）a法由于不能循环，灌浆过程基本上只能保持在“填满”阶段，而不能进入“饱和”阶段。如果进入饱和阶段，浆液流速将非常低，水泥颗粒会在孔段内迅速沉积并向灌浆管内发展，导致堵塞灌浆孔段和灌浆管，而岩石裂缝里的浆液却因被孔内沉积物隔绝而得不到足够的压滤能量而不能产生充分的压滤效果。我们常常看到纯压式灌浆时间过长后，出浆管被持续失水的稠浆堵塞的情况，这已经导致了后续灌浆不能正常进行的事故，施工作业中是不能这样做的。这也就是纯压式灌浆的一个根本缺陷，它只能允许已经进入灌浆孔和裂隙的浆液有一定程度的失水变浓（即压力滤水），而不能允许这种现象发展到灌浆管路中。

相反，c法在整个灌浆过程中，灌浆压力始终直接作用在岩石裂隙的开口处，“填满”阶段完成后，可及时转入“饱和”阶段，即结束阶段。由于不担心孔内和灌浆管内沉积，密实阶段持续时间可长可短，可根据实现进度和质量的综合效益最大化来确定。

5.2　灌浆结束阶段是压力滤水的关键工序

在循环式灌浆中灌浆结束阶段是一个很重要的工序环节，它是指灌浆进行到压力达到最大、注入率最小后的一段灌浆时间，美国灌浆技术标准称为“拒浆”（Refusal）。我国2012版灌浆规范规定：“在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注30min，可结束灌浆。”在旧版规范中更是这样规定：“灌浆应同时满足下述两个条件方可结束：在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延续灌注时间不少于90min；灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min。”［10］［11］前述乌江渡和丹江口帷幕灌浆的结束条件十分严格，是按旧版灌浆规范施工的。滤水试验和工程实践经验证明，旧规范结束阶段时间过长，后加以修改。但现行规范关于结束阶段时间的规定仍然比欧洲和美国灌浆技术标准严。

结束阶段，实质就是前述的“饱和”阶段，此时注入量很小，保持较长时间和较高的灌浆压力，是产生压滤机制的主要时段。在这一时段，不论注入到岩石裂隙中的水泥浆液是何种水灰比，都会获得最大限度地滤水凝固，形成高质量的水泥结石。

5.3　使用稳定性浆液是对纯压式灌浆缺陷的有限弥补

进行纯压式灌浆，特别是自下而上的纯压式灌浆，原则上一旦达到最大灌浆压力和最小注入率后，灌浆就应当结束，立即转入后面一个孔段的灌浆，而不能安排持续时间。否则灌浆管里浆液变稠，后面的施工就无法进行了。由此，纯压式灌浆基本上只有填满阶段，而没有饱和阶段。也就是说纯压式灌浆缺失了主动地压力滤水环节，这是该法的一个根本缺陷。于是，为了使填满的浆液不再失水，或尽量少失水，求助于稳定性浆液就不失为一个可行的弥补措施了。

相反，循环式灌浆没有这个缺陷，它能将不论何种水灰比的浆液“加工”成优良结石，所以就不需要使用稳定性浆液了。或者说，如果在循环式灌浆条件下使用稳定性浆液，那就属于弄巧反拙和得不偿失了。

值得指出的是，稳定性浆液对纯压式灌浆缺陷可以起到弥补作用，但弥补的作用是有限的，远逊于循环式灌浆中的结束阶段。同时稳定性浆液虽然减少了沉积析水但在一定程度上却牺牲了可灌性，也是世事难两全了。

5.4　GIN灌浆法不能产生压滤作用

隆巴迪规定［4］，GIN法灌浆有3个结束条件：①达到规定的最大灌浆压力；②达到规定的最大注入量；③达到规定的灌浆强度值（即灌浆压力与单位注入量的乘积），实现其中任何一个条件灌浆即结束。其中没有在最大灌浆压力下的持续时间，往往在注入率还很大、压力没有达到设计值时，因为灌浆强度值达到了就要结束，无法形成有效的压滤作用。自然它也只有求助于稳定性浆液，希望灌浆结束后少析一点水。

5.5　高压灌浆有利于形成压滤效应

在压滤作用下水的流动应当遵循达西定律，压力大，渗透梯度大，流速就快，流量就大。因此高压灌浆（大于3MPa）自然比低压灌浆形成的压滤作用强烈，实验室里的浆液压滤试验证明了这一点。

不仅如此，高压灌浆通常是劈裂灌浆或启缝灌浆，它要把岩石裂隙扩张或劈开，让浆液灌进去。浆液充填裂隙缝面后，如灌浆结束压力卸除，岩石的弹性会使遭到启缝扩张的缝隙有合拢的趋势，使灌入的浆液受到压力，滤除水分，使浆液结石更密实。所以进行高压灌浆时，即使灌浆结束阶段的时间短一些，浆液结石仍可实现后期滤水。

关于这一点，郝斯贝也是承认的。他说［3］：为了防止浆液结石析水，“要么采用能使岩石启缝的高压劈裂灌浆工艺，要么延长灌浆时间，待泌水排除”。

5.6　不稳定浆液压滤效果更好

不稳定浆液固液两相易于分离，沉积时间比稳定性浆液短，所以当压滤条件存在时，不稳定浆液形成的水泥结石比稳定性浆液更密实，强度更高。分析表2的试验结果可以看出，当压滤压力大于等于0.3MPa时，不稳定浆液（水灰比1.5∶1、3∶1、8∶1）的结石强度大于接近稳定浆液的0.8∶1水泥浆。

这一事实也表明：

（1）稳定性浆液不能代替压滤作用的效果，稳定性浆液并不能显著提高水泥结石的性能。

（2）压滤作用是提高水泥结石性能的最有效的因素。不论何种水灰比的浆液，只要经过相当的压滤作用都可“加工成”优良的水泥结石；相反，不经过压滤作用，无论多么稳定的浆液，其形成的水泥结石的密实度、强度等性能都是很有限度的。

5.7　地质条件对压滤作用有重要影响

前面说到，在灌浆过程中，压滤作用普遍存在，但压滤作用的大小与灌浆方法有关，同时也与地质条件有关。

如果被灌岩体裂隙发育，透水性好，则压滤作用强烈；如果岩体坚硬完整，裂隙少，或者岩性虽软弱，但透水性差，则压滤作用微弱。面对前种情况，可以适当缩短灌浆结束阶段的时间，对于后者，应当适当提高灌浆压力，延长灌浆结束阶段的时间。

6　结束语

（1）灌浆浆液在岩石裂隙中析水、沉积、凝固是一个较为复杂的过程，沉积说和压滤说是对这一现象分解和简化的解释。实际上在灌浆过程中两种作用同时存在。

（2）我国对于水泥灌浆的机理进行了充分的研究，试验证明压力滤水作用可以大大提高水泥结石的密实度和力学性能。

（3）布洛瓦林坝和克帕罗德坝防渗帷幕发生渗透破坏的原因，主要不是由于浆液太稀，而是由于工艺不当，浆液没有得到充分的压力滤水。

（4）大量工程实例表明，在灌浆过程中压滤作用或强或弱普遍存在。压滤作用对于形成性能良好的水泥结石有着重要的和不可替代的作用，各种水灰比的浆液通过压力滤水，都可以形成比较密实的、强度较高的水泥结石，灌浆的效果好。

（5）采用循环式灌浆、高压灌浆、适当延长灌浆结束阶段的时间，以及透水性较好的地质条件，有利于形成和加强压滤作用。

（6）纯压式灌浆和GIN灌浆法具有不能主动形成有效压滤作用的缺陷，使用稳定性浆液是对纯压式灌浆和GIN灌浆法缺陷的有限度的弥补。

参考文献

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