高分子注漿堵水材料性能試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用

喬紅軍

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

0 引言

注漿作為一種土體改良措施，被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)當(dāng)中，隨著地鐵建設(shè)加速，遇到不良地質(zhì)越來越頻繁，注漿加固在地鐵建設(shè)中尤為常見。注漿效果受材料本身和施工工藝影響較大，其中影響最為明顯的就是注漿材料[1]。

常見水泥注漿材料，價(jià)格低廉，來源非常廣泛，缺點(diǎn)是粒徑較大，對(duì)于空隙較小土體可注性較低[2-4]。隨著超細(xì)水泥的研發(fā)應(yīng)用，雖然可以解決可注性問題，但其凝結(jié)時(shí)間較長、結(jié)石體抗壓強(qiáng)度較低、收縮性大，依然很難滿足地下水流速較大情況下通過注漿止水加固達(dá)到土體穩(wěn)定的要求[5-7]。相比而言，高分子注漿材料具有傳統(tǒng)水泥類所不具備的特點(diǎn)：漿液與土體結(jié)合后抗壓強(qiáng)度較高、漿液凝結(jié)耗時(shí)較短，可注性高，能實(shí)現(xiàn)快速止水效果[8]。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工擬選用的一種新型的高分子材料采取室內(nèi)試驗(yàn)研究方法，同時(shí)補(bǔ)充普通水泥類注漿材料作為對(duì)照組，分析對(duì)比兩種材料的性能差異情況，并分析該材料的最優(yōu)配比，以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)能夠安全施工的要求。

1 實(shí)驗(yàn)材料

普通硅酸鹽水泥；液態(tài)硅酸鈉（水玻璃），試驗(yàn)選取35°Bé（波美度，表示溶液濃度的一種方法）、38°Bé、40°Bé 和45°Bé 4 種濃度的溶液與不同水灰比的水泥漿進(jìn)行組合。高分子注漿材料：樹脂和催化劑。樹脂為淡黃色液體，密度約為1.21g/cm3，黏度為150mPa·s；催化劑為棕色液體，密度約為1.54g/cm3，黏度為350mPa·s。

2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)中選取4 種水灰比組合：0.8：1、1：1、1.2：1 和1.4：1，水泥漿液與水玻璃以1：1 的比例混合。高分子材料試驗(yàn)中樹脂和催化劑配比選取四種比例組合：0.5：1、1：1、1.5：1 和2：1。通過分析2 種注漿材料的凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度和結(jié)石體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度3 項(xiàng)指標(biāo)，從而選取最優(yōu)注漿材料。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 漿液凝結(jié)時(shí)間分析

本次試驗(yàn)測(cè)定水泥漿液與高分子材料漿液的膠凝時(shí)間關(guān)系圖見圖1、圖2。

圖1 水泥漿液凝結(jié)時(shí)間曲線圖

由圖1 可以看出：水泥漿液凝結(jié)時(shí)間受水灰比及水玻璃溶液濃度影響較大。水泥漿液凝結(jié)時(shí)間與水灰比成正比，與水玻璃溶液濃度成反比。

由圖2 可以看出：通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)高分子材料的凝結(jié)時(shí)間在38s 左右，而水泥類雙漿液在60～100s 之間，所以高分子材料凝結(jié)速度更快；且樹脂和催化劑配比對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響不大。

3.2 漿液流動(dòng)性能分析

水泥漿液流動(dòng)性受水灰比及水玻璃溶液濃度影響較大。水泥漿液流動(dòng)度與水灰比成正比，與水玻溶液濃度成反比。水灰比越大、水玻璃濃度越小，則水泥漿液流動(dòng)度越大。

高分子材料漿液的流動(dòng)度在75mm 左右，而水泥類漿液在35～55mm 之間，可見高分子材料有更好的可注性；且樹脂和催化劑配比對(duì)高分子漿液流動(dòng)性基本無影響。

3.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

水泥試塊和高分子材料試塊按相關(guān)規(guī)范要求養(yǎng)護(hù)，分別測(cè)定7d、14d 和28d 兩種材料試塊的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2 所示：

由表1 可以看出：水泥漿試塊強(qiáng)度與水玻璃溶液濃度成正比，與水灰比成反比，與養(yǎng)護(hù)時(shí)間成正比。

由表2 可以看出：當(dāng)樹脂和催化劑配比為1：1時(shí)，高分子漿液試塊的抗壓強(qiáng)度比其他配比要高。當(dāng)催化劑的量逐漸增大時(shí)，高分子漿液試塊逐漸變軟，直至無法測(cè)出其強(qiáng)度。

通過對(duì)比表1、表2 數(shù)據(jù)，可知高分子材料試塊強(qiáng)度是水泥材料的3～4 倍。

4 工程實(shí)踐

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選取在隧道的頂部環(huán)形布置2 排注漿管對(duì)土體進(jìn)行注漿堵水。由于高分子材料漿液的快速凝結(jié)膨脹性，在注漿90s 左右可以明顯看到滲水位置水量逐漸減小直至完全止水，并且在后續(xù)開挖過程中并未看到明顯的滲水，不但起到了快速止水的作用，而且也提高了掌子面的周圍土層的整體的穩(wěn)定性，便于安全施工。

5 結(jié)語

（1） 室內(nèi)試驗(yàn)研究表明所選用的高分子材料相較于水泥類漿液凝結(jié)時(shí)間快，流動(dòng)性能更好，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度更高。當(dāng)樹脂和催化劑配比為1：1時(shí)，高分子注漿材料的各項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到最佳。

（2） 現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)例表明高分子材料相較于傳統(tǒng)的水泥類材料，具有反應(yīng)快，止水迅速，高強(qiáng)度的特點(diǎn)，可以很好地滿足地下工程中的止水和加固地層的要求，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。

表2 高分子漿液試塊抗壓強(qiáng)度