双液灌浆在松软堆填封堵体防渗应急抢险中的应用

2017-03-25

湖南水利水电 2017年1期

关键词：水玻璃渗透系数浆液

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410001）

赵铁军陈冠军杨东升

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410001）

文章以百色水库汪甸防护堤溃决修复工程为例，介绍水泥-水玻璃双液浆在松软堆填土防渗应急抢险工程中的应用。主要阐述灌浆方法、施工工艺、加固结果，可供类似工程借鉴参考。

水泥-水玻璃浆液化学胶结作用控制标准

1 概述

在松散堆填土层中灌注水泥浆液，存在浆液扩散距离难以控制、易串浆、难起压等特点[1]。水泥－水玻璃浆液对于松散堆填土层不但有填充地层空隙的作用，同时水玻璃在黏土颗粒之间还存在化学胶结作用[2～3];对于松散堆填土层中防渗应急抢险工程,完全能够满足工程止水防渗的需要[4]。采用双液（水泥－水玻璃）灌浆，可以保证浆液的扩散距离在一定范围内加固松散部位，起到有效的防渗固结作用。

百色水库汪甸防护堤全长1 182.9 m，堤顶宽约3.5 m，地面高程（220～231）m，堤顶高程229.5 m。防护堤部分坝段因洪水决口进行了重新填筑，主要采用风化碎石土对决堤口处进行应急填堵，填堵缺口的深度最大达到14 m左右；在应急填堵缺口处的过程中，未对风化碎石土进行分层碾压密实，决口段堤基、堤身内孔隙大，结构松散，急须对防护堤决口段封堵体及其两侧安全距离范围的防护堤进行防渗和加固处理。工程设计针对上述特点沿轴线布置三排灌浆孔，排距1 m，孔距1.5 m，采用梅花桩分布法则，内外侧排均灌注黏土水泥膏浆，中间排钻孔采用双液浆灌注。文章主要讨论双液浆在松软堆填土层中的防渗灌浆应用。

2 堤基工程地质条件

堤基主要地层自上而下为：

（1）堤防填土（QS）：红褐色、黄褐色粉质粘土及含碎石粉质粘土等，来源于阶地上的冲积层和附近的山坡上残坡积层。

（2）粉质粘土（Qpal－2）：厚度（2～5）m，较密实。可塑～硬塑状态。渗透系数K=（5.84×10－6～6.45×10－5）cm/s。

（3）含泥漂卵石层（Qpal－1）：厚（3.5～12.2）m。结构松散，但无架空现象，局部泥质胶结，底部漂卵石含泥量较少，分布不均一。渗透系数K=（1.68×10－3～1.12×10－3）cm/s。

（4）基岩为T2L中厚层灰色砂岩夹浅灰色泥岩或与砂岩互层，隔水性能良好。

3 灌注浆液的特殊性能

水泥－水玻璃双液浆的配置：首先将水玻璃与水采用1∶1的比例稀释，使水玻璃使用方便。水泥采用复合硅酸盐水泥，是灌浆材料的主要部分；水玻璃的加入可以改变浆液的粘度，初凝时间等物理力学特性。在有地下水存在的情况下，水泥－水玻璃浆液可以根据需要改变凝结时间。

开灌时，水泥浆的水灰比一般按1∶1控制；水玻璃添加比例可按水泥用量的0%、3%、5%、7%、10%共5个重量比进行掺加。宜根据钻孔情况以及吃浆情况，选定开灌时水玻璃的添加用量。

为了能够更好地了解浆液的性能，选择适合的配比，对浆液的性能进行了简单的测试，浆液具体配比及参数如表1。

表1 水泥-水玻璃双液浆简易性能测试

4 双液灌浆施工工艺

4.1 灌浆深度

灌浆深度范围：幕顶高程228 m，底部深入基岩1.0 m。

4.2 灌浆方法

灌浆时先将注浆管下入至距离孔底0.5 m，用专门性能的封孔浆液填塞灌浆孔和孔壁间的间隙，然后按1 m/段，逐步上提灌浆管，提一段、灌一段，自下而上灌浆至顶部高程。主要工艺如下：

（1）灌浆孔填塞阻浆。钻孔达到要求深度后，下入灌浆管至距离孔底0.5 m，然后用粗砂或粘土回填孔内，填满灌浆管与孔壁之空隙，并分层击实。试压浆，当止浆效果较差时，再适度送入可控浆至孔口返浆为止，待凝（30～60）min，开始灌注。

（2）在双液浆灌注过程中，经常出现浆液劈裂地层，导致浆液无效扩散，沿着裂隙不停的冒浆，在此情况下，采用水玻璃含量较高、较浓级别的双液浆进行低压灌注，直至裂隙内有较浓级别的浆液冒出，待凝30 min后再次进行灌注。

（3）针对松软地层灌浆时，因为极易出现冒浆、串浆等现象，随时注意灌浆压力与灌浆量，尽量采用低压、低速进行灌注。

4.3 双液灌浆控制标准

（1）灌浆及浆液变换。帷幕双液灌浆浆液变换控制原则：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或当注入率不变，压力持续升高时，水玻璃添加量不变。当某一级浆液的水泥注入量达200 L以上或灌注时间已达20 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，通过改变水玻璃的加入量来控制水泥灌入量；在改变水玻璃的添加量时，根据需要越级变浓。

（2）灌浆压力及结束标准。采用双液控制灌浆自下而上灌浆法，深度大于20 m灌浆压力不超0.6 MPa，（20～10）m灌浆压力不超过0.4 MPa，（10～1.5）m灌浆压力不超过0.2 MPa，或累计水泥注入量达到100 kg/m后，上提灌浆管或终孔结束。

（3）封孔。灌浆结束后，采用0.7∶1的水泥浆液封孔。

5 灌浆结果分析

在灌浆完成后，设置检查孔进行常水头注水试验，对灌浆效果进行评价。本工程共设置6个检查孔，为了保证试验结果的真实性，注水试验深度范围不能超过帷幕边界，检查孔深度为周围4个灌浆孔的深度最小值减去1 m。本工程检查孔共做注水试验27段，其中J2、J4、J6号孔注水试验段段长（5～6）m/段，未进行地层分段。具体试验成果如表2。

成果显示：渗透系数均小于5×10－5cm/s,符合设计要求，防渗效果良好。同时J1、J3、J5号检查孔分段对不同土层进行注水试验结果表明：在上部黏土层渗透系数3×10－5cm/s，相对透水率较小；砂卵石层渗透系数4.92×10－5cm/s，相对稍大一些；块石层渗透系数为（3～4）×10－5cm/s，位于黏土层与砂卵石层之间，但总体均未超过设计标准，取得了良好的灌注效果。