水泥-水玻璃双液灌浆施工技术.doc

水泥-水玻璃双液灌浆施工技术
潘洪
武警水电第二总队 第七支队 江西 鹰潭 335000
主题词:江坪河水电站导流洞进口围堰因填筑时河床水位高，水下部分无法碾压；同时新填筑围堰轴线是前期施工围堰的堰脚部位，大块石架空现象突出，由此导致了围堰水下部分结构比较松散，按设计的高压旋喷施工无法形成防渗墙,经综合考虑采用了水泥-水玻璃双液灌浆施工技术成墙。
关键词：江坪河 导流洞 进口围堰 双液灌浆 防渗墙
一、 工程概述
江坪河水电站导流洞前期因地质灾害原因导致被洪水淹没，未能全部建设完成即停建。导流洞的完建并投入使用是江坪河水电站能否在2008年实现大江截流的关键；而要恢复导流洞剩余工程的施工，首先必须完成导流洞进、出口围堰填筑以及围堰防渗体的施工。
导流洞进、出口围堰防渗体设计方案是高压旋喷防渗墙，因填筑围堰时河床水位高，水下部分无法碾压；同时新填筑围堰轴线是前期施工围堰的堰脚部位，大块石架空现象突出，由此导致了进、出口围堰水下部分结构比较松散，高压旋喷施工无法形成防渗墙。我项目部在认真研究了塑性混凝土防渗墙、防渗土工膜技术、双液灌浆等国内常用的防渗墙施工技术后，经从工期要求、经济指标、施工边界条件等方面综合考虑，决定导流洞进口围堰防渗墙采用双液灌浆施工技术。
二、双液灌浆技术
1、水泥-水玻璃双液灌浆的作用原理
水泥-水玻璃双液灌浆可视为渗透、劈裂扩散、填充和挤密四部分组成，浆液在压力作用下向钻孔周围砂砾石体中发生渗透、劈裂打散。水泥中硅酸三钙发生水解和水化反应，产生氢氧化钙。氢氧化钙与水玻璃发生反应，生成细分散状的凝胶体——水化硅酸钙。凝固后形成强度较高、水稳定性好的水泥结石体，从而使地基挤密，固结强度增高，形成一道固结的帷幕止水带。
水泥—水玻璃双液浆材具有两种浆材的优点：浆液粘度较低，可灌性较好，在水中可以迅速凝固，凝胶时间可在几秒到几十分钟内准确控制，结石率可高达98%以上，结石强度较高，且浆液本身无毒，对下游居民用水无污染。
2、灌浆材料
1）砾石：必须选择质地坚硬，砾径1～2cm，0.5～2cm两级配的砾石，保证无泥质物混杂；
2）砂：必须选择质地坚硬清净无泥粗径2.5mm的天然砂或人工砂，含泥量＜3%，SO3含量＜1%，有机物含量＜3%。
3）水泥：PO32.5普通硅酸盐水泥，质量满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999中的规定。
4）水玻璃：模数为2.4~3.0，浓度30~45Be；
3、凝胶时间
为防止浆液在水中流失，并满足双液在孔口混合后能渗透至砾石层的时间要求，浆液凝胶时间控制为60s。
根据现场试验数据统计结果显示，在保证浆液可灌性和有效扩散距离前提下，应根据渗漏水情况、砂砾石充填情况合理选用浆液配比，并同时在实际施工中根据吸浆量和注浆压力适时加以调整。

水泥-水玻璃浆液不同条件下的胶凝时间（M=3.0）
水玻璃浓度
Be′=30
Be′=35
Be′=40
W:C(重量比)
水
泥
浆
:
水
玻
璃
1:0.5
27″
29″
34″
0.6:1
1:1.0
50″
56″
1′07″
1:0.5
31″
37″
42″
0.8:1
1:1.0
56″
1′12″
1′32″
1:0.5
40″
27″
27″
1:1.0
1:1.0
1′12″
1′26″
1′52″

4、灌浆压力及吸浆量
灌浆压力与地质构造、钻孔深度、浆液粘度、灌浆速度和灌浆量等因素有关灌浆过程中压力是变化的。灌浆压力宜通过现场试验确定，即通过试验性灌浆，绘制出灌浆量与灌浆压力的关系曲线，灌浆量突然增加时的压力即为容许灌浆压力。 经现场灌浆试验确定，本工程灌浆的压力控制为0.6～0.9MPa之间。
为防止浆液流失造成浪费，对砂砾石层其吸浆量应控制在20L/min左右。
5、扩散半径
浆液扩散半径可按经验公式进行估算，但由于地质条件的复杂多变，理论公式计算常常偏差很大，一般应通过现场灌浆试验确定，经现场试验确定R=1.0m。
6、灌浆量
砂砾石层的孔隙率n为25～45%之间，故浆液注入率为i=n×η=0.3×0.7=0.21(式中η为地层孔隙不完全充填的折减系数，对砾石土层η=0.7~1.0)。
灌浆量Q=V×i×（1+β）（式中V为防渗区体积，β为浆液流到防渗区外的损耗系数，一般取β=～15%）。
7、灌浆施工
①造孔
孔位确定无误后，将钻机移至核定的孔位上，按照要求进行机架、机座校正，配备良好钻具，保证钻孔铅直开孔。
在钻进过程中，精心操作，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，以防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。
原始记录：每孔钻进时均要详细填写钻探班报表，记录孔深、孔径、钻进时间；下入套管规格、长度，遇到的特殊情况。
钻进至设计孔深后，待灌或灌浆结束时待钻，孔口均需进行加盖处理，防止异物进入。
②制浆
制浆材料采用称量法，称量误差小于5%，水泥等固相材料采用重量称量法。
浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度，纯水泥浆液的搅拌时间，用普通搅拌机时，应大于3min，使用高速搅拌机时应大于30S。浆液在使用前应经二次过筛，从制浆到用完的时间不宜大于4h。高速搅拌机配制0.5:1的浆液，并根据各灌浆点的不同需要，经普通搅拌机拌制各灌段所需的浆液，配制好的水泥浆，浆液自制备到用完时间不超过4h。应将浆液的温度保持在5～40℃之间。有必要时，可以考虑使用热水制浆，但注意保持水温不得超过40℃。
③灌浆
灌浆设备系用2TG2—60/210型双液灌浆专用泵，先将下部带尖头的花管打入填充砂砾石至孔底设计标高，用水冲洗进入管中的砂土
按规定的配比制备浆液，凝胶时间控制在60s左右，达不到要求时可适当对浆液配比进行调整。
安装灌浆内管及混合器（注浆头），连接高压胶管，用两台灌浆泵分别将水泥浆和水玻璃浆同时压入灌浆管内进行灌浆。用人工葫芦自下而上分段拔管灌浆至规定灌浆高度。
8、灌浆效果
水泥-水玻璃双液注浆结束后，通过现场观测，基坑内渗水被有效封堵,无明显渗漏现象。堵漏结果表明，采用水泥-水玻璃双液灌浆防渗堵漏方案堵水率达到90%以上。
9、特殊情况的处理
灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，应先查明原因，根据具体情况，采取表面封堵、低压浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法处理。
灌浆过程中若因故中断，应及早恢复灌浆。否则应立即冲洗钻孔，再后恢复灌浆；若冲孔无法解决问题，则应进行扫孔清洗，再恢复灌浆；恢复灌浆时，使用开始灌注水灰比灌浆；当注入率与中断前基本一致时，再改用中断前水灰比灌注；若注入率与中断前减少较多，则浆液逐级变浓进行灌注。恢复灌浆后，若注入率在短时间内停止吸浆，则考虑扫孔冲洗或在旁侧补打钻孔进行补强灌浆。
对灌入量大，难以结束的灌段采用以下方法：低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；对于灌段吸浆量大，而又具有一定压力和回浆量者，在浆液中掺加适量的速凝剂，加速浆液凝固，减少浆量损失。
10、结语
   水泥-水玻璃双液注浆技术因其价格低廉、可操作性强、良好的堵漏补强效果，正日益得到广泛应用。其在本工程上的成功应用充分证明了其良好的堵漏适用性，其良好堵漏效果可供其它工程借鉴参考。