馮 群 任興龍

(中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100142)

富水地層下雙液注漿技術(shù)

馮 群 任興龍

(中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100142)

結(jié)合工程實(shí)例，闡述了雙液注漿的原理、材料及技術(shù)特點(diǎn)，依據(jù)雙液注漿的使用范圍，對(duì)雙液漿的配比與注漿機(jī)具進(jìn)行了介紹，最后提出了雙液注漿的檢測(cè)方法，為同類工程提供借鑒。

雙液注漿，材料，透水性，配比

1 工程概述

工程位于天津市東麗區(qū)大畢莊鎮(zhèn)津大線與躍進(jìn)路交口。本車站所涉及地層主要為全新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)粘土，其次為上更新統(tǒng)沖積層，尤以灰黃色粉土、粉質(zhì)粘土為主。

潛水含水層初見水位埋深1.60 m～3.00 m，相當(dāng)于標(biāo)高1.61 m～0.82 m。靜止水位埋深1.00 m～2.40 m，相當(dāng)于標(biāo)高2.22 m～1.92 m。表層地下水屬潛水類型，主要有大氣降水補(bǔ)給，已蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在0.50 m～1.00 m左右。

第一承壓含水層分布于下組陸相沖積層粉土以及上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層粉土層、粉砂。雖然上述土層分布不連續(xù)，呈透鏡體形式，但其含水量大，透水性好，具承壓性，而且相互之間具有水力聯(lián)系，承壓水水頭埋深為3.81 m，承壓水水頭標(biāo)高0.10 m。

第二承壓含水層分布于上更新統(tǒng)陸相沖積層粉砂層，該層透水性好，具有承壓性。水頭埋深為4.46 m，承壓水水頭標(biāo)高-0.93 m。

由于本區(qū)段富含豐富的地下水資源，給施工帶來(lái)了巨大的影響。并且由于地下連續(xù)墻墻縫漏水將會(huì)引發(fā)地表沉降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使基坑變形，增加了施工潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此采用了雙液注漿技術(shù)，這種技術(shù)能控制膠凝時(shí)間，在滲漏水以及險(xiǎn)情突發(fā)時(shí)能快速反應(yīng)并起到很好的效果[1]。

2 雙液注漿

所謂的雙液漿就是由兩種液體(主要成分)混合而成，其中一種為一定水灰比的水泥漿，另一種為水玻璃。水玻璃的有效成分為可溶性堿金屬硅酸鹽((Na2O)nSiO2，(K2O)nSiO2)，水玻璃的模數(shù)越大(分子式中的n值)，越難溶于水，粘結(jié)力越強(qiáng)，其模數(shù)一般在1.5～3.5之間。雙液漿施工工藝主要在地下水豐富，軟弱地層，卡斯特地貌地區(qū)以及巖石裂隙較發(fā)育地區(qū)使用較為普遍。

2.1 雙液注漿原理

顧名思義，雙液漿就是將兩種漿液以合適的比例進(jìn)行混合，然后將混合漿液注入待加固土體中，達(dá)到隔水、加固土體等效果。

其反應(yīng)的化學(xué)方程式主要涉及到水泥水化方程以及水泥與水玻璃方程。

水泥水化方程：

3CaO+SiO2+nH2O=2CaOSiO2(n-1)H2O+Ca(OH)2

水泥水玻璃方程：

3Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→Ca·nSiO2·mH2O+2Na(OH)

將漿液注入地層中以后，可以縮短土體的固結(jié)沉降時(shí)間，控制沉降值。同時(shí)，已加固的土體形成一道小范圍的止水帷幕，防止地下水通過(guò)土顆粒間隙或者巖體裂縫涌入基坑內(nèi)。當(dāng)然，如果地下水或者土體流失，漿液可以填充到流空的部位并迅速膠凝化，也能起到一定的換填作用。天津地鐵R1標(biāo)段部分處于軟弱土地層，并且相當(dāng)一部分地表層為雜填土地層，土體松散，自穩(wěn)能力差。標(biāo)段整體所處地區(qū)地下水位較高，雙液漿能起到止水、加固等作用。因此在這種情況下進(jìn)行雙液注漿效果明顯，意義重大。

2.2 雙液注漿材料

1)水泥。雙液注漿的水泥大多選用普通硅酸鹽水泥。如果在復(fù)雜地層以及搶險(xiǎn)過(guò)程中建議使用超細(xì)水泥。由于其造價(jià)昂貴，不建議在一般施工中使用。精選定的水泥一定要附有出廠合格證明并且滿足相關(guān)要求。雙液注漿對(duì)水泥的要求很是嚴(yán)格，對(duì)于已經(jīng)受潮或者已經(jīng)成塊凝結(jié)的水泥堅(jiān)決予以退回。其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)該符合國(guó)家的有關(guān)規(guī)定。

2)水玻璃。水玻璃一般有三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量：密度、模數(shù)以及波美度。密度是其單位體積的重量。模數(shù)是二氧化硅與堿金屬的摩爾質(zhì)量比。波美度是水玻璃溶液的濃度。施工中一般采用模數(shù)在1.5～3.5之間，30 Be′上下的水玻璃溶液?；蛘卟捎貌蓝容^高的水玻璃溶液，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制來(lái)降低波美度進(jìn)行施工。天津地鐵6號(hào)線R1標(biāo)段采用的是普通硅酸鹽水泥(P.O42.5)，水玻璃溶液采用的是37 Be′稀釋成30 Be′進(jìn)行施工。

3)雙液漿的用水以及外加劑。雙液漿的水源可采用清潔水以及井水等，對(duì)于含有油脂的水、酸性較大的水以及海水等不宜采用。加入不同的外加劑有利于強(qiáng)度的快速提升以及膠凝時(shí)間的人為可控化。

2.3 雙液漿注漿特點(diǎn)

1)膠凝時(shí)間易調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)雙液漿中兩種主材的主要含量可以控制雙液漿的膠凝時(shí)間。膠凝時(shí)間的調(diào)節(jié)能夠使這種施工工藝在水流量大或者亟須搶險(xiǎn)的部位快速凝結(jié)已達(dá)到止水的目的。

2)流動(dòng)性強(qiáng)。雙液漿的這個(gè)特點(diǎn)可以讓漿液充填到巖石的細(xì)微裂隙中或者土顆粒間隙中。能夠較好地起到土體加固的效用。

3)污染少。不少施工單位或者專業(yè)注漿隊(duì)伍為了盡快達(dá)到注漿效果采用化學(xué)漿液進(jìn)行止水加固，這種方法較雙液注漿而言不僅污染土質(zhì)，同時(shí)也污染了地下水。

3 雙液注漿使用范圍

1)基巖裂隙地面預(yù)注漿和工作面預(yù)注漿、壁后注漿、堵特大涌水等優(yōu)先選用水泥—水玻璃雙液注漿。

2)斷層泥帶，當(dāng)裂隙寬度(或粒徑)小于1 mm，或滲透系數(shù)K≥1×10-5m/s時(shí)，加固壓漿優(yōu)先選用水泥—水玻璃雙液注漿。

3)斷層破碎帶各砂卵石地層，當(dāng)裂隙寬度(或粒徑)大于1 mm，或滲透系數(shù)K≥5×10-4m/s時(shí)，堵水注漿。

4)對(duì)于顆粒細(xì)小的粘土層，采用水泥—水玻璃雙液注漿時(shí)應(yīng)在水泥漿液加入膨潤(rùn)土、粉煤灰等填料，且使用特殊注漿工藝。

4 雙液漿配比

1)水玻璃配比。本車站所購(gòu)水玻璃波美度為37 Be′，稀釋成30 Be′。稀釋原則如下式：

V水=V原(ρ原-ρ配)/(ρ配-ρ水)。

ρ原=145/(145-0Be)。

其中，V水為水的質(zhì)量；V原為玻璃在稀釋前的質(zhì)量；ρ原為水玻璃在稀釋前的密度；ρ配為水玻璃在稀釋后的密度；ρ水為水的密度(通常為1)。

2)水泥漿配比。本車站采用的水灰比為1∶1。量測(cè)好攪拌容器的容量，先加入與水泥成比例的水進(jìn)入容器內(nèi)，之后加入等比例的水泥，再次攪拌至均勻。

稀釋后的水玻璃與水泥漿同步運(yùn)送，在漏水點(diǎn)匯合后壓入地層。

5 雙液注漿機(jī)具

1)鉆孔設(shè)備。鉆孔機(jī)具采用無(wú)錫探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的SH-30型工程鉆機(jī)。鉆進(jìn)深度30 m，給進(jìn)方式為主動(dòng)沖擊，開孔直徑為142 mm，終孔直徑為110 mm，鉆井直徑為42 mm。2)注漿設(shè)備。注漿設(shè)備為YZB-S系列雙缸雙液變化注漿機(jī)。該機(jī)具可進(jìn)行單液注漿也可進(jìn)行雙液注漿。該設(shè)備通過(guò)調(diào)節(jié)兩缸的行程比來(lái)調(diào)節(jié)兩缸的流量比，進(jìn)而調(diào)節(jié)兩種漿液的比例。

6 雙液注漿效果查驗(yàn)

主要涉及兩種注漿效果檢查。P-Q-T法以及鉆孔取樣法。

其中，P為注漿壓力；Q為注漿量；T為注漿時(shí)間。通過(guò)繪制曲線間接評(píng)判注漿效果。

通過(guò)鉆孔所獲巖心進(jìn)行例如孔內(nèi)填充，壓水試驗(yàn)等手段獲取注漿效果。

7 注漿參數(shù)

天津地鐵6號(hào)線R1標(biāo)處在高地下水地層中。車站的圍護(hù)形式為地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的好壞直接影響車站主體施工。通過(guò)對(duì)地下連續(xù)墻施工時(shí)的超聲波探測(cè)分析來(lái)確定有隱患的墻體。通過(guò)預(yù)埋袖閥管來(lái)預(yù)防潛在風(fēng)險(xiǎn)。全站共涉及84幅地下連續(xù)墻，由于特殊墻體的施工導(dǎo)致車站出現(xiàn)86道墻體接縫。土方開挖之后共出現(xiàn)21處滲漏水情況。將預(yù)埋孔分為A，B兩序。

A序孔注漿深度為車站底板下4 m至車站頂板，鉆孔結(jié)束后預(yù)埋袖閥管，袖閥管每單元30 cm，將袖閥管連接至指定長(zhǎng)度并下放到孔洞中。將鍍鋅鋼管插入袖閥管中，通過(guò)注漿管將兩種漿液在地面匯合共同壓入鍍鋅鋼管中。

本車站水灰比為1∶1，注漿壓力為0.4 MPa～0.7 MPa，雙液膠凝時(shí)間為2 min～5 min。

雙液漿強(qiáng)度主要受水灰比以及水玻璃濃度兩種漿液的影響，見表1。

表1 雙液注漿各類參數(shù)與抗壓強(qiáng)度

8 天津地鐵注漿檢測(cè)

天津地鐵采取單孔檢測(cè)的方案。注漿過(guò)程中壓力不斷攀升，注漿量逐漸減少，當(dāng)注漿壓力達(dá)到終壓并能持壓達(dá)到5 min以上可以終止此次注漿。

當(dāng)總注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%及以上時(shí)，并且每孔米涌水量小于0.6 L/min時(shí)即可結(jié)束本次注漿。

注漿效果應(yīng)鉆孔檢查，漿液充填飽滿、密實(shí)，吸水率小于0.2 L/min時(shí)即評(píng)為合格。

9 結(jié)語(yǔ)

雙液漿的強(qiáng)度取決于水灰比:水灰比越小，強(qiáng)度越大；水玻璃濃度越大，強(qiáng)度越大：

1)在水玻璃濃度確定的情況下，影響結(jié)石體抗壓強(qiáng)度的主要因素是水灰比，水灰比越小，抗壓強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)一個(gè)顯著地增長(zhǎng)過(guò)程；2)在水灰比確定的情況下,隨著水玻璃的濃度Be′的增大,結(jié)石體抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，但幅度不顯著；3)經(jīng)過(guò)雙液注漿的滲漏水的地下連續(xù)墻接縫止水效果良好且地面無(wú)明顯沉降。

雙液注漿技術(shù)在處理車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水現(xiàn)象時(shí)，效果良好，易于控制，并為土方的下步開挖以及車站主體施工創(chuàng)造了條件，對(duì)以后的地鐵施工具有深遠(yuǎn)的實(shí)踐意義。

[1] 董鐵路.注漿在廈門海底隧道中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù),2008(10)：71-72.

[2] 陸兆陽(yáng).水泥—水玻璃雙液漿配比試驗(yàn)及其特性研究[J].煤田鉆探與煤田物探，2009(11)：106-107.

[3] 于 建.雙液漿帷幕在填海區(qū)基坑止水中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2001(6)：121-122.

[4] 潘光明,陳崇柱,姜 華.煤礦注漿堵水中C-S雙液注漿配比操作技術(shù)研究[A].中國(guó)科協(xié)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)第20分會(huì)場(chǎng)論文集[C].2005.

Dual liquid water-rich strata grouting technology

FENG Qun REN Xing-long

(ChinaConstructionCommunicationEngineeringGroupCorporationLimited,Beijing100142,China)

Combining with engineering examples, the paper describes double-liquid grouting principles, materials and technical features, introduces the double-liquid grouting matching and grouting machines according to its application scope, and finally puts forward double-liquid grouting detection methods, which has provided some guidance for similar engineering.

double-liquid grouting, material, water permeability, matching

1009-6825(2014)11-0111-02

2014-02-07

馮 群(1991- )，男，助理工程師； 任興龍(1988- )，男，助理工程師

TU455.452

A