改性水玻璃浆液在武都水库坝基处理中的应用

石 峰，毛建新

(中国水电基础局有限公司，天津 武清，301700)

改性水玻璃浆液在武都水库坝基处理中的应用

石 峰，毛建新

(中国水电基础局有限公司，天津 武清，301700)

武都水库底层深层岩溶、KSI沙层处理、坝基微细裂隙地层(常规帷幕灌浆时出现吸水不吸浆)防渗处理，均改为造价低、无毒、可灌性好、施工工艺简单可靠的改性水玻璃浆液方案，取得满意效果。本文主要介绍改性水玻璃的配置及其灌浆施工技术。

改性水玻璃 浆液配置 灌浆技术 基础处理 武都水库

1 概述

当前国内采用的地基处理化学灌浆浆液材料一般为有机环氧材料、丙烯酸盐材料、改性水玻璃材料等。环氧树脂材料和丙烯酸盐材料价格均较昂贵，一般2万元/m3～5万元/m3，并且材料有一定毒性，容易对地下水造成污染，不经济、不环保。改性水玻璃浆材价格较为便宜，原材料价格在3千元/m3左右，只有环氧树脂、丙烯酸盐类材料价格的5%左右，且材料无毒，经济环保。几种化灌材料的对比见表1。

化灌主材采用改性水玻璃(也称酸性水玻璃)，固化剂选用无机物，均无毒，施工中无需建设高标准材料库和配浆房。一般的水玻璃呈碱性，经酸化后，具有弱酸性，可以增大结石的耐久性。结石强度受固化剂种类的影响，一般可根据需要选用不同的配比设计，强度为0.1MPa～2MPa。

表1 几种化灌技术的技术可行性、经济适用性及环保比较

武都水库坝基岩溶发育，地质条件复杂，采用常规帷幕灌浆，无法满足设计防渗要求，最后采用改性水玻璃进行处理，取得较好的防渗效果。

2 改性水玻璃浆液配置

改性水玻璃灌浆施工工艺与常规帷幕灌浆工艺接近，但施灌采用小排量化学灌浆泵，操作相对简单。

2.1 灌浆材料

改性水玻璃浆液主材采用水玻璃、浓硫酸、调节剂等。水玻璃经酸化后，在中性或弱酸性范围内凝胶。改性水玻璃浆材具有可灌性好、造价低、凝胶体耐久性好、原材料和凝胶体无毒，不会造成环境污染等优点。具体配合比根据现场情况酌情确定。

2.2 化学浆液配制

甲液配制。考虑到化学灌浆原材料中酸有较强腐蚀性，故浆材配制在材料库房附近进行。在原左岸料场炸药库房周边搭设水玻璃酸化制浆平台，配制甲液，主要成分为酸与水。

甲液配制按规定流程进行，即先根据实际配比在搅拌桶内加水，然后按配合比将酸加入水中并搅拌均匀，放入指定的储浆桶内，用专用车辆运输到灌浆作业面甲液储浆桶。

乙液配制。乙液主要由成品水玻璃按相关规定稀释制成，配制好后放入指定乙液储浆桶，后通过一路φ50的输浆管泵送至灌浆作业面的乙液储浆桶内。

武都水库项目实验室配置的改性水玻璃胶凝体，成品浆PH值：5.0，胶凝时间：2h(可调节范围5s～20h)，抗压强度：0.45MPa(加入固化剂可增加强度)。

3 灌浆施工技术

3.1 裂隙冲洗和压水试验

在灌浆前进行裂隙冲洗，压水试验及冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa。压水试验结合裂隙冲洗进行，压水时间为20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果应以透水率q(Lu)表示。

3.2 化学灌浆

化学灌浆采用自上而下分段卡气压膨胀塞、纯压式灌浆法施工。

化学灌浆施工工序为：冲孔→管路安装与压水试验→配浆→灌浆直至结束拔起孔塞→待凝→冲洗管路→钻灌下一段→终孔(全孔一次性封孔)。

基岩段化学灌浆可按Ⅲ序进行施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，后施工Ⅲ序孔。前次序孔与其相邻后次序孔之间，钻孔灌浆的高差不宜小于15m。灌浆开始前，宜先排除孔内积水，然后进行灌浆。

3.3 灌浆参数

(1)灌浆压力。不超过3MPa；

(2)灌浆段长：2m～5m；

(3)浆液胶凝时间。根据压水试验资料和灌浆泵的压送能力，使在设计灌浆压力下，浆液有充分的时间充填要求扩散半径范围内的裂隙及孔隙，形成符合要求的防渗体，同时又不使浆液扩散太远，造成浪费。

上述参数遇有特殊情况，段长和灌浆压力及浆液胶凝时间等参数可做适当调整；

(4)注入率控制。为确保浆液均匀扩散，注入率不宜大于7L/min。

3.4 化学灌浆结束条件

当灌浆满足下列条件之一时，即可结束灌浆：

(1) 在设计最大灌浆压力下，注入率小于或等于0.02L/min.m后持续灌浆30min；

(2)每米注入量1000L。

在施工过程中，根据施工中出现的具体情况，报经监理工程师批准后，可对该标准进行适当调整。 3.5 待凝

待凝遵循的原则为：总的灌浆+待凝不小于7h，且待凝时间不少于2h。灌浆达到结束标准后停止灌注，取出灌浆塞，进行设备管路冲洗和冲孔，然后待凝，待凝时间达到要求后再进行下一段钻灌。

3.6 封孔

灌浆孔最后一段钻灌完成后，用0.5∶1浓水泥浆进行灌浆封孔，封孔方式及参数与该部位主帷幕灌浆封孔一致。

3.7 化学灌浆特殊情况处理

3.7.1 灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，应一泵一孔同时进行灌浆。否则，应塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进或灌浆。

3.7.2 灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用低压、限流、限量、间歇等方法进行处理。

3.7.3 灌浆过程中，随时注意孔段的吸浆情况，当吸浆量很小时，每次甲液、乙液的混合量不宜过多；若浆液出现胶凝迹象时，应立即更换新浆继续灌注。

3.7.4 灌浆必须连续进行，若因故中断，应尽快恢复灌浆。恢复灌浆后，注入率明显减小，需扫孔复灌。

4 结语

武都水库坝基岩溶发育，地质多样复杂，KS1沙层段、坝基微细裂隙段、深层粘土层段在常规帷幕灌浆处理后，无法达到设计防渗标准。后采用改性水玻璃浆液进行了防渗处理，处理后各项渗控指标均满足设计要求。水库高水位运行2年多，渗控监测指标均在设计控制范围内，防渗效果较好，取得了较好的社会效益和经济效益。

石 峰 (1974-),男，湖南吉首人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理工作；

毛建新 (1969-)，男，贵州兴仁人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理工作。

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