富水地層下雙液注漿技術

馮 群 任興龍

(中建交通建設集團有限公司，北京 100142)

富水地層下雙液注漿技術

馮 群 任興龍

(中建交通建設集團有限公司，北京 100142)

結合工程實例，闡述了雙液注漿的原理、材料及技術特點，依據雙液注漿的使用范圍，對雙液漿的配比與注漿機具進行了介紹，最后提出了雙液注漿的檢測方法，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大畢莊鎮津大線與躍進路交口。本車站所涉及地層主要為全新統粉土、粉質粘土，其次為上更新統沖積層，尤以灰黃色粉土、粉質粘土為主。

潛水含水層初見水位埋深1.60 m～3.00 m，相當于標高1.61 m～0.82 m。靜止水位埋深1.00 m～2.40 m，相當于標高2.22 m～1.92 m。表層地下水屬潛水類型，主要有大氣降水補給，已蒸發形式排泄，水位隨季節有所變化。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第五組陸相沖積層粉土層、粉砂。雖然上述土層分布不連續，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系，承壓水水頭埋深為3.81 m，承壓水水頭標高0.10 m。

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

由于本區段富含豐富的地下水資源，給施工帶來了巨大的影響。并且由于地下連續墻墻縫漏水將會引發地表沉降，嚴重時會使基坑變形，增加了施工潛在風險。因此采用了雙液注漿技術，這種技術能控制膠凝時間，在滲漏水以及險情突發時能快速反應并起到很好的效果[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)，水玻璃的模數越大(分子式中的n值)，越難溶于水，粘結力越強，其模數一般在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，卡斯特地貌地區以及巖石裂隙較發育地區使用較為普遍。

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行混合，然后將混合漿液注入待加固土體中，達到隔水、加固土體等效果。

其反應的化學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沉降時間，控制沉降值。同時，已加固的土體形成一道小范圍的止水帷幕，防止地下水通過土顆粒間隙或者巖體裂縫涌入基坑內。當然，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標段部分處于軟弱土地層，并且相當一部分地表層為雜填土地層，土體松散，自穩能力差。標段整體所處地區地下水位較高，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。如果在復雜地層以及搶險過程中建議使用超細水泥。由于其造價昂貴，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要求。雙液注漿對水泥的要求很是嚴格，對于已經受潮或者已經成塊凝結的水泥堅決予以退回。其各項指標應該符合國家的有關規定。

2)水玻璃。水玻璃一般有三個指標來衡量：密度、模數以及波美度。密度是其單位體積的重量。模數是二氧化硅與堿金屬的摩爾質量比。波美度是水玻璃溶液的濃度。施工中一般采用模數在1.5～3.5之間，30 Be′上下的水玻璃溶液。或者采用波美度較高的水玻璃溶液，通過現場實際控制來降低波美度進行施工。天津地鐵6號線R1標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度的快速提升以及膠凝時間的人為可控化。

2.3 雙液漿注漿特點

1)膠凝時間易調節。通過調節雙液漿中兩種主材的主要含量可以控制雙液漿的膠凝時間。膠凝時間的調節能夠使這種施工工藝在水流量大或者亟須搶險的部位快速凝結已達到止水的目的。

2)流動性強。雙液漿的這個特點可以讓漿液充填到巖石的細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注漿隊伍為了盡快達到注漿效果采用化學漿液進行止水加固，這種方法較雙液注漿而言不僅污染土質，同時也污染了地下水。

3 雙液注漿使用范圍

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

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

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

4)對于顆粒細小的粘土層，采用水泥—水玻璃雙液注漿時應在水泥漿液加入膨潤土、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水為水的質量；V原為玻璃在稀釋前的質量；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。量測好攪拌容器的容量，先加入與水泥成比例的水進入容器內，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送，在漏水點匯合后壓入地層。

5 雙液注漿機具

1)鉆孔設備。鉆孔機具采用無錫探礦機械廠生產的SH-30型工程鉆機。鉆進深度30 m，給進方式為主動沖擊，開孔直徑為142 mm，終孔直徑為110 mm，鉆井直徑為42 mm。2)注漿設備。注漿設備為YZB-S系列雙缸雙液變化注漿機。該機具可進行單液注漿也可進行雙液注漿。該設備通過調節兩缸的行程比來調節兩缸的流量比，進而調節兩種漿液的比例。

6 雙液注漿效果查驗

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為注漿時間。通過繪制曲線間接評判注漿效果。

通過鉆孔所獲巖心進行例如孔內填充，壓水試驗等手段獲取注漿效果。

7 注漿參數

天津地鐵6號線R1標處在高地下水地層中。車站的圍護形式為地下連續墻。地下連續墻的好壞直接影響車站主體施工。通過對地下連續墻施工時的超聲波探測分析來確定有隱患的墻體。通過預埋袖閥管來預防潛在風險。全站共涉及84幅地下連續墻，由于特殊墻體的施工導致車站出現86道墻體接縫。土方開挖之后共出現21處滲漏水情況。將預埋孔分為A，B兩序。

A序孔注漿深度為車站底板下4 m至車站頂板，鉆孔結束后預埋袖閥管，袖閥管每單元30 cm，將袖閥管連接至指定長度并下放到孔洞中。將鍍鋅鋼管插入袖閥管中，通過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，雙液膠凝時間為2 min～5 min。

雙液漿強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 雙液注漿各類參數與抗壓強度

8 天津地鐵注漿檢測

天津地鐵采取單孔檢測的方案。注漿過程中壓力不斷攀升，注漿量逐漸減少，當注漿壓力達到終壓并能持壓達到5 min以上可以終止此次注漿。

當總注漿量達到設計注漿量的80%及以上時，并且每孔米涌水量小于0.6 L/min時即可結束本次注漿。

注漿效果應鉆孔檢查，漿液充填飽滿、密實，吸水率小于0.2 L/min時即評為合格。

9 結語

雙液漿的強度取決于水灰比:水灰比越小，強度越大；水玻璃濃度越大，強度越大：

1)在水玻璃濃度確定的情況下，影響結石體抗壓強度的主要因素是水灰比，水灰比越小，抗壓強度會出現一個顯著地增長過程；2)在水灰比確定的情況下,隨著水玻璃的濃度Be′的增大,結石體抗壓強度呈上升趨勢，但幅度不顯著；3)經過雙液注漿的滲漏水的地下連續墻接縫止水效果良好且地面無明顯沉降。

雙液注漿技術在處理車站圍護結構滲漏水現象時，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造了條件，對以后的地鐵施工具有深遠的實踐意義。

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

[2] 陸兆陽.水泥—水玻璃雙液漿配比試驗及其特性研究[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基坑止水中的應用[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研究[A].中國科協2005年學術年會第20分會場論文集[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

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