各类土木工程、水利工程、矿山工程中涉及到大量的基础处理,常遇到软弱饱和土体夹层的处理问题。灌浆是改善软弱岩土体的有效办法,常用的方法有水泥类灌浆和化学类灌浆。水泥类灌浆工艺存在灌浆分段封闭难、浆液入渗难、透水率低、力学强度低、变形模量小等问题。对于这类饱和土层加固处理,国内外常采用化学灌浆技术进行处理。受渗流启动压力差异影响,常规化学灌浆工艺下浆液很难透过低渗网路或闭塞孔道,可能形成许多灌浆盲区,难以达到理想的整体灌浆处理效果。20世纪70年代,德国在隧洞处理中优先采用压气法进行排水,开创了以气驱水工艺的先河。通过借鉴隧道施工中的压气新奥法、石油行业中的气驱油工艺、含水层型地下储气库建造、曝气法处理土壤及地下水中污染物和边坡紧急处理充气截水法等工艺,提出将以气驱水工艺应用于化学灌浆工程中。本文针对以气驱水化学灌浆新工艺从基础理论和试验模拟两个方面开展探索性研究,主要工作及结论如下:(1)基于气液两相流原理,推导了以气驱水工艺中重要控制参数-充气气压的上下限值,并进行了试验验证。(2)研发了试验装置,进行新工艺可行性研究。为研究气驱水化学灌浆原理,自主研发了软弱饱和土体以气驱水化学灌浆试验系统,主要由气驱水系统、化学灌浆系统、受罐体系统、监测系统组成。测试表明,所研制的致密厚层黏土室内化学灌浆系统的灌注性能可靠。(3)进行了多工况参数模拟试验。通过使用MS-1086水下环氧固化剂为典型材料,模拟了不同灌浆参数对灌浆影响。结果表明气压越高,微渗灌浆速度越快,但存在气压上限;气压到达上限之后会产生优先通道,浆液沿着通道直接流出,从而降低了灌浆效果。(4)对灌浆效果进行了综合评价。通过对灌浆结石体的分析,包括芯样密度测定、表观结构面分析、微观结构显微镜分析、无侧限抗压强度测试等方法,获取芯样的密度、宏观结构、微观结构、抗压强度等物性参数,综合评价分析芯样物理特性,探索饱和致密厚层黏土中以气驱水微渗化学灌浆的可行性,分析了所研制的致密厚层黏土室内化学灌浆系统的灌注性能的可靠性,评价以气驱水微渗化学灌浆工艺试验效果。结果表明:化灌形成的结石体强度得到显著增长,但结石体局部存在孔隙缺陷,有可能是由于驱水不完全。结石体中残留的水和空气,对环氧浆液固化性能有一定程度的影响,具体影响程度有待于进一步的理论分析与试验验证。使用气驱水工艺应用在化学灌浆领域是一个非常有意义的探索,综合了隧洞压气法、气驱油采油工艺、含水层型地下储气库建造、曝气法处理土壤及地下水中污染物和边坡充气排水法等,具备较为成熟的理论基础。论文主要研究了气驱水灌浆工艺应用在饱和土层中,但在化学灌浆领域仍然存在很多需要研究的理论,包括化学灌浆材料、工艺控制参数、应用对象等方面需要在实际工程中应用验证。