【摘要】早在近一个世纪前、热沥青灌浆技术就得到了应用。从那时起，这项技术在不断地提高和改进，作者指出该技术在止水、固土方面是一项有效、经济、环保的好方法。
关于记述热沥青灌装技术的一种最早的文献。见于公元一世纪由弗拉维斯·约瑟夫所著的犹太古籍(Ⅳ：3)上，书中叙述了该项技术曾用于修建通天塔。到19世纪结束，该项技术曾用于水坝和隧洞的修补，然而由于不能恰当地选择沥青等级，致使这项再生的技术再度消声匿迹。
20世纪80年代，随着热沥青在美国的下贝克(Lower Baker)坝和加拿大斯图尔第维尔(stewartiville)坝灌浆工程上的成功运用，该项技术又重现生机。到90年代后期，这项技术大有卷土重来的声势。
沥青是一种天然的碳氢化合物产品，根据其广泛的特点可分成多种类型。如硬质的、氧化的以及人们在灌浆工程中最渴望得到的高凝固点环保型沥青等。
当将热沥青注入水饱和的介质中时，与水交接的界面迅速冷却。这时界面会产生水汽，沥青的粘度随之降低。
水汽作用就如同大气推力使沥青流进大大小小财裂缝和孔洞，但沥青团块的内部仍然较热，它继续突破沥青和水交界面上已形成的冷却层，这一交界面上的冷却层能防止沥青被水冲掉，而在冷却层内的热沥青的特性就如牛顿流体，以与溶液浆材相似的方式渗透。
热沥青还经常被注入水泥基悬液灌浆液中，主要是为了达到如下的一种或多种目的：
·降低浆液扩散。
·减少沥青的蠕变灵敏性。
·快速冷却沥青，补偿沥青在冷却过程中的热收缩。
·增加最终产品的力学强度。
·降低水流速度，利于水泥浆顺利灌入，否则水泥灌浆无法进行。
热沥青可渗入小至0．1mm的裂缝中，并使沥青、水泥、岩石良好粘结，在较大的孔洞或裂隙中，水泥基悬液灌浆和热沥青浆液可形成涡流。
针对不同的用途，可根据沥青的粘滞性、流变性等特点选择不同的产品，高压流体条件下的大裂缝要求选用加入聚合物的粘度大的沥青，或注入大量的水泥浆，或低流动性的大密度浆液以便填充收缩缝和降低蠕变。
较其它用于止水或控制水流的灌浆材料，尤其在水压较高和水流速高的条件下，氧化沥青的最大优势就是不会被冲走。为了保证不被冲掉，沥青需要有足够的内聚力以形成粒径大于给定流速条件下的临界粗径的沥青团块。临界粒径系指可由给定速度的水流搬运的粒径。当流速增加时，临界粒径也随之增加。因此要求与水接触的部分采用高粘聚力的灌浆材料。当然，高粘聚力的灌浆材料可防止灌浆材料被冲蚀，但也会限制其扩展和渗透性。沥青质混合物却能使二者协调统一：即它的外表冷却层可使材料不会被水冲走，而低粘滞性又保证了自身良好的渗透性。
热沥青材料的供货和施工成本是比较低廉的，在北美洲地区约为300～1000美元／m3。与其相比，聚氨脂灌浆材料的成本约在9000～20000美元／m3，即使止水块材料的成本大约也需4000～7500美元／m3，如果考虑将热沥青和水泥浆材料联合使用，那么，需要的灌浆孔会减少，而且系统只需-小部分的材料，常规灌浆成本就会更低。
通过对近20年来的各种不同类型的沥青灌浆工程的分析，可以肯定地说，热沥青灌浆技术完全能满足短期工程目标的要求，要使其满足长期有效的要求，必需具有一定的经验、知识和良好的工程设计。
热沥青灌浆的设备安装和安全性记录要比常规的水泥灌浆或溶液灌浆复杂一些。它要通过连续监测的水的pH值了解水泥浆被冲蚀的情况，评价温度的变化，通过出浆口的传感器观测沥青扩散的情况，说明吕荣*（Lugeon）值的变化（即流速和注浆压力的变化）。后者可由监测和评价所有参数的实时监测软件实现。CAGESTM适用于计量地层对灌浆的反应。显而易见，吕荣值表示使用灌浆材料作为试验流体时地层的渗透系数。
吕荣（Lugeon），即1吕荣为10个大气压下每分种内每米长度上1升的吸水量--译者注
1 环境问题
将碳氢化合物注入土、岩石等结构中，立即使人们联想到环境保护问题。但是，自从氧化的吹制沥青被成功地运用于美国加州的一座水库（饮用水）的衬砌以来，已40余年。在1987年，华盛顿和俄勒冈州的野生动物保护部门还使用氧化的吹制沥青进行幼鱼繁殖水池的衬砌。
美国水利工程协会有关材料滤出物的标准已经批准氧化沥青可用于供水设施上。
下贝克坝，美国华盛顿州
下贝克坝是由Puget Sound电力与照明公司在世纪之交后短期内建成的，是迄今有记载的最早使用沥青灌浆技术阻止坝肩下石灰岩层渗漏的工程，大约发生在75年前，据记载该措施在短期内非常成功。但由于沥青的蠕变，产生了次生裂缝，导致了进入石灰岩层的土的再次侵蚀。在20世纪50年代和60年代，再次采取了同样的措施，结果相似。
1982年，在加拿大ECO灌浆专家的指导下，有意识地加入聚氨脂材料，但没有效果。在有80m水头、2200l/s渗漏量的水库基础的帷幕灌浆中运用热沥青灌浆，再次取得成功。
灌浆后两周，渗漏减少到只有原渗漏量的2％，然而，由于业主没有认识到采用沥青加水泥浆灌浆。以后渗漏又逐渐增大，最后稳定在约1000l／s。
斯图尔第维尔坎，加拿大安大略省
斯图尔第维尔坝，位于马达沃斯卡（Madawaska）河上，建于1948年，高63m，长248m。基岩以石灰岩为主。河床部分斜面和节理有风化的云母状石灰岩层。在这一区域，库水几乎从基岩直接渗流到排水廊道。热沥青加水泥浆灌注成功地封堵住了0.370m3/s流量、46m水头的渗漏通道。这一事例说明，热沥青加水泥浆灌注方法可以得到高度的控制，可以既阻止渗漏，又不阻塞基岩的排水体系。
1983年，决定继续进行热沥青加水泥浆灌注。ECO进行了灌浆措施设计并指导了现场施工。
灌注施工中遇到的一个主要困难是在高速水流条件下、向基岩排水孔内7.5m深处宽度为0．2m的裂缝中灌浆，必须有永久性的保证措施使排水孔通畅。
热沥青加水泥浆灌注6小时后，渗漏停止但基岩排水孔仍旧畅通无阻。
在部分观测孔中安装热电偶可以跟踪热沥青随时间流动的轨迹。Lukajic以原始数据为基础提出的一个沥青流动轨迹数学模型说明，沥青逆水流方向而流动。
1984年，在大坝的北半部下基岩中，进行了类似的灌浆，渗漏量由9000l/s分减少到几乎没有。
毕格坝，德国
毕格（Bigge）水库，位于德国克拉格巴默萨德尔（Kragbammer Saddle），基岩为高度破碎硬砂板岩和砂岩互层，部分石灰质粘土页岩，渗漏性很强。采用热沥青加水泥浆灌注方法旨在减少水库大坝下基岩的渗透性。
本工程独特的一点是沥青灌浆的效果通过在灌浆的地层内开挖检查廊道得到了成功的检验。
部分地层用常规的水泥浆灌注，最终的渗透性和由沥青灌注的地层部分的防渗效果进行了比较。试验结果有三个有意义的发现：
·尽管每孔灌注的沥青浆量少于水泥浆灌注量。但沥青灌注后的残余渗透能力仍小于水泥浆灌注后的残余渗透能力。
·灌注的沥青渗透到岩石灌浆孔以外3．5m远处，能渗透到的最小裂缝为0.1mm。
·在吕荣系数值为1～10的渗透区域，沥青灌浆技术证明是非常成功的，说明它非常适合于低渗透性的地层。
在废弃的露天矿隧洞中做排水堵头
90年代中期，与一条较大的河相连的一个废弃的露天矿的一条交通洞的排水堵头失效。水库中充满了成千上万吨的液体垃圾和废水。泥浆流出水库进入河道造成了严重的环境污染。最大流量为7m3/s，隧洞（宽2.5m，高2.5m，长3km）内最大静水压力为1MPa。
用氧化沥青加水泥悬液灌浆，采用复杂的灌浆措施，在一小时内，隧洞中的水流和泥浆被止住。沥青由注浆口一直渗流到上、下游。当止住水流后，沥青可逆流而迁移100m之远。
加拿大碳酸钾矿
1997年，淡水流入加拿大的碳酸钾矿，逐步融化了上覆页岩层和下伏玄武岩层之间的盐矿层，形成一个大的溶洞。最终导致突出的泥岩和石灰岩塌方，流入矿区的淡水达10～15000m3／日。
提出的办法是注入沥青加水泥浆材料填充位于大盐水池下面的700m处的19000m3大的溶洞以阻止淡水流入。两条长1600m的定向钻孔由地表伸入。一条用来灌注沥青，另一条用来灌注水泥浆。
ECO设计了灌浆程序，并在现场指导施工。灌浆作业开始前告诉了业主，渗漏水被堵住后，一旦溶洞中的静水压力开始上升，恶化了的地层就可能坍塌，并由此引发矿区内的水浪。
当沥青被顺利注入后，立即灌注水泥浆。对灌浆进行实时监测和评价起了很大作用。
沥青以25m3/h的流量连续灌注两个多星期。水泥基悬液灌浆根据流变性质的不同而确定配方，约以45m3／h的流量灌注。
灌浆三天后，渗流停止，地层内压力开始上升。五天后，溶洞顶部发生了较大的塌方。紧接着，地层中的静水压力随之下降，数百万升水一涌而出蔓延整个矿区达数小时。灌浆施工并未因此而中断。
入流水再一次被彻底堵住。到灌浆的第十三日，地层再次塌陷。本工程总注浆量约23000多方，可以说是世界上最大的灌浆工程之一。
可以得出结论，盐层被严重地侵蚀了，再大的努力也于事无补。
事实上，热沥青和水泥浆的灌注完全封堵了如此大的人流水量，灌浆深度如此之大，即使是临时的，也足以证明这项技术的强大生命力。封堵的失败不是沥青灌浆技术的失败。而是在灌浆前两个月内新形成的栓塞周围的盖层受到侵蚀削弱的结果。
贾巴恩坝，巴西
沥青灌浆技术不仅可以用于大工程上，在很多情况下，也可以用于小工程解决问题。
贾巴恩坝*，位于巴西塞拉格兰德地区，高47m，长770m。建于1980年，基岩为粉砂岩和页岩交汇。
1988年，观察到一个坝肩下出现渗漏，流量为20l/s，后猛增至47l/s，采用热沥青加水泥悬液灌浆处理后，渗漏稳定在3l/s，在这种情况下，最适宜的沥青也不会有效，采用低粘滞性的，非氧化的低凝固点沥青，没有采用预热沥青的方法，本工程沥青用量大约60m3。
2 封堵大流量水流
沥青加水泥浆灌注，在恶劣条件下是最有效的，有时甚至是唯一的阻止和成功封堵大量漏水的办法。
热沥青灌注技术，能封堵大流量水流，但并不仅仅局限于救灾。它还具有良好的渗透到非常小的裂缝和孔洞的能力。它适用于岩石灌浆，粗粉土灌浆以及挡水结构的封缝。
只要正确使用、精心设计，热沥青加水泥浆灌注技术是一项快速、安全、经济有效、环保、可预测和长久的方法。
