电（动）化学注浆法的实质是在预先需要加固的地层中把两个电极按一定的电极距置于地下，将有孔的金属管作为注液管，接到直流电源的正极，另一电极接到电源的负极，以使注入压力和电渗方向一致，加速浆液的扩散。

如图2.8所示，当给流塑状粘土质淤泥中通电后，经过一段时间就会发现：①阳极附近的土密实而阴极附近疏松；②水从阳极向阴极移动。

图2.8　电渗简图

这种现象可以从海姆荷尔茨提出的双电层原理作出比较符合实际情况的解释。因为在粘土微粒的孔隙间存在着自由水和束缚水，而束缚水又可分为两层：一层吸附在粘土分子的表面与分子带相同的电荷；另一层则为带有正电荷与前一层组成双电层的弱束缚水层。在一般渗透条件下，粘土层中仅有部分自由水可以在孔隙中移动，其流速也就是粘土的水力渗流速度，呈抛物线型。当粘土处于直流电场的作用下，首先使带正电荷的束缚水，定向自阳极流到阴极，其流速线性，在1（V/cm）的电压梯度下，电渗流速称之为电渗系数，可用下式计算：

式中　Ke——电渗系数，cm/s；

ζ——电动电位，V；

ξ——液体的介电常数；

η——液体的粘滞系数，泊或g/（cm·s）。

当直流电场的电压梯度为Ec，（V/cm）时，上式可写作：

式中　Vc——电渗流速，cm/s。

电（动）化学注浆就是在通电的同时，给带孔的阳极管注入浆液。这样就产生如下几个过程：注入压力作用过程，电力作用过程，电化作用过程和结构形成过程。

注入压力作用过程即为浆液在注入压力作用下从注液管孔向周围扩散。其流动服从达西定律，流速呈直线性（图2.9）。

图2.9　压力流速

图2.10　电渗流速

电力作用过程即电渗作用，其中的水在电场力的作用下从阳极向阴极移动，电渗流速呈直线性（图2.10）。

电化作用过程包括电解作用、离子移动作用和离子交换反应作用。

结构形成过程即为分子凝固，化合结晶。

所有这些过程都是相互关联，并发展为几个阶段，首先注入压力起主要作用，电渗起排水作用，接着电力作用过程比较激烈，在其作用下，电解浆液在粘土质中由正极向负极方向移动，然后具有电化作用和结构形成过程。这两个过程同时进行，由于电化学的迁移和扩散，这两种溶液在土中相遇，相遇后其分界面上形成硅胶膜。此后，水玻璃中的酸就从此膜扩散出去，水玻璃脱酸后就逐渐浓缩，最后完全转化成硅酸凝胶，其反应情况如下式：

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式（2.41）反应生成的硅酸凝胶SiO2（m-1）H2O把土壤颗粒胶结起来，在最后阶段，即去掉电压，也会继续形成不溶于水的化合物。结果其孔隙被淤住，并在电化处理方法下增强了粘土或流砂的承载能力，减少其透水性，起到了显著的加固作用。

电（动）化学注浆过程从图2.11三者的叠加可明显看出，速度加快，且定向流动，扩散均匀。

图2.11　电（动）化学注浆过程中浆液动示意图

（a）压力流速；（b）电渗流速；（c）水力渗透流速；（d）三者流速之叠加

带负电荷的粘土毛细孔隙周壁与带正电荷的弱束缚水组成双电层。

试验还发现，Ke并不是一个常数，它不仅与流体中的离子浓度有关，在一定程度上还将随电场强度的增大而提高，土的Kh越小，Ke提高越显著，如图2.12所示。图中N为离子的浓度。这种情况表明，在粘土中即便不采用注浆压力，也能靠直流电压把浆液注入土中，或者在进行压力注浆后再在土中通以直流电，就能使土中的浆液扩散得更加均匀，使注浆效果进一步提高。

假定在土中打入两个半径为A的注浆管，孔距为D，在两注浆管之间通以直流电，则浆液扩散至R处所需的时间（T）可用下式确定：

图2.12　电场强度与透水性关系

式中　U——作用电压，V；

Ke——电渗系数，cm/s。

根据Casagrande的研究，多数粘土的Ke可取为5×10-5cm/s，故式（2.42）可简化为

假定U=100V和200V，D/A为变数，可得注浆时间与浆液扩散距离关系曲线，如图2.13所示。

图2.13　电（动）化学注浆的实验T～R关系

显而易见，除电压外再施加流体压力，注浆效果更佳。当地基不允许施加较高的流体压力时，电（动）化学注浆就更有意义了。

综上所述，压密渗透、劈裂与充填注浆同属于压力注浆。电（动）化学注浆属非压力注浆。而对于高喷法注浆则列为非注浆类；它如同喷射混凝土一样，只是与介质呈互动作用，并非由浆液呈浸润、扩散、挤压固化等（表2.2）。

表2.2　注浆机理分类[69]

【注释】

[1]郝哲，王介强，刘斌·岩体渗透注浆的理论研究，岩石力学与工程学报，2001（4）。