单液硅化灌浆法加固灰场坝肩湿陷性黄土工程分析

胡新刚

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概况

山西大唐国际临汾热电2×300 MW 机组工程的灰场，位于临汾市北偏西方向的沟北村西侧的冲沟内，属于山谷型灰场。储灰场堆灰完成后，上覆1.0 m耕植土，进行覆土还田。

2 工程地质

灰场范围流域地貌属于土山区，多年来沟内干枯无水，雨季来临沟内洪水暴涨陡落，属于一条典型的小区域干沟。贮灰场位于黄土丘陵区，山高谷深，地形起伏较大，呈西高东低，地面标高660～760 m。沟里常年无水流出，沟主体走向为东西向，沟谷横断面主要为“U”字型，高差30 m 左右，坡谷陡立。

贮灰场的坝肩地层下部为第四系中更新统黄土，厚度大于6.0 m，上部为第四系上更新统黄土，厚度大于12 m。沟底地层下部为石炭系泥、页岩地层，上部为第四系全新统黄土状粉土。

在实际钻探后，根据土工试验以及钻探描述的记录结果可以看出，一层黄土和二层黄土具有湿陷性。初期坝两坝肩湿陷性黄土厚度为10.8～11.5 m，自重湿陷量90.5～156.5 mm，总湿陷量为825.8～1 251.5 mm，属Ⅲ级自重湿陷性黄土场地。副坝两坝肩上半部分为湿陷性黄土，厚度约为4.5 m，自重湿陷量96.8～97.5 mm，总湿陷量为301.0～303.8 mm，属Ⅱ级自重湿陷性黄土场地。

3 单液硅化灌浆法技术分析

单液硅化灌浆法，是利用注浆原理，通过对土体不同岩性地层，采用定深、分层、分段和不同压力，由下往上进行注浆，结合布孔间距，使浆液在土层中相对均匀扩散，固结后达到加固土体的方法。

注浆原则是注浆量与压力双控制，施工顺序为先外后内、由下往上，隔孔隔排施工，内排采取饱和注浆的方式，外排采取定量注浆的方式来进行。

灰场单液硅化灌浆工程，沿坝体两侧布置，初期坝肩灌浆面积920 m2，布灌浆孔695 个。副坝肩灌浆面积730 m2，布灌浆孔553 个。

3.1 主要技术指标

本工程施工技术参数，根据设计要求确定。单液硅化灌浆设计参数见表1。

表1 单液硅化灌浆设计参数

3.2 灌浆材料及质量要求

单液硅化灌浆的浆液，主要材料为套壳料、液体水玻璃（即硅酸钠）、水。

（1）套壳料：质量配比及用料为1∶1.6∶2（水泥∶土∶水），主要的功能为，析水率为9%，稳定性为7‰，粘度为26 S，7 d 龄期的抗压强度为0.3～0.8 MPa。在套壳料中，可以加入一定量的粉煤灰增加其脆性。

（2）水玻璃：硅酸钠采用模数M 值为2.5～3.3，波美度为30～45。水玻璃应妥善保存，注意防潮并缩短存放时间，每200 t 水玻璃做一次检验，检验合格后用于实际施工。

（3）符合拌制混凝土用水标准的水，均可作为制浆用水。

3.3 单液硅化灌浆施工

单液硅化灌浆，根据施工内容可分为造孔工序和注浆工序。主要工艺流程如下：

（1）放线定位：由专业测量人员在施工轴线用全站仪测放控制点，然后用白灰画出轴线，施工前用钢卷尺定出孔位。

（2）设备调校、定孔：把钻机安放在已经测量好的放线孔位上，将钻杆的头部对准孔位的中心处。钻机就位后，需进行水平校正，将钻杆的轴线垂直对准钻孔的中心部位，倾斜度不得大于0.5%，以此来达到设计要求的垂直度。

（3）钻孔：本工程采用100 型潜孔钻机，干法造孔。在设计桩位的中心位置先用钻机钻至设计要求深度，钻孔的位置偏差不大于5 cm，钻孔的孔深要达到设计深度。与前期岩土工程勘察不相符的每个钻孔的孔位、孔深以及地下障碍物等情况，必须进行详细记录。成孔至设计孔深后停钻，安装连接管路灌注套壳料，待套壳料完全由孔底溢到孔口时停止灌注，下入袖阀管。

（4）灌注套壳料：套壳料的配比必须按照设计参数进行严格控制，因为套壳料的配制质量是下一步注浆的关键环节。同时进行现场试验、同条件下养护，发现参数误差应及时调整，确保7 d 的强度在压力1.0 MPa以下能够顺利开环。

（5）袖阀管的安装：贯入注浆管（插管），是将袖阀管插入地层预定的深度。根据成孔的深度、花管与实管的分配长度来安装袖阀管，将袖阀管安放于钻孔的中间位置，安装时必须检查胶圈是否完好，严禁破损、不牢固的胶圈下入到孔内，同时使用专用的管冒来封闭管底。下管后及时将孔口封闭，防止移机时损坏及异物的掉入。

（6）材料配置、制浆、泵送：先将硅酸钠溶液送入拌制的容器里，再加入1.5%～2.5%的氯化钠及计算的加水量进行均匀搅拌，普通浆液搅拌时间≤5 min，高速搅拌时间≤30 s，浓度采用密度计量测算。进行稀释的硅酸钠溶液，一般密度为1.13～1.15 kg/L，根据地基土的含水量，如果平均值大于22%时，可适当来调整密度，提高到1.18～1.25 kg/L。达到设计要求后，通过泥浆泵的压力进行注浆。

（7）注浆双塞钢管的提升：将注浆双塞钢管垂直缓慢插至孔底，插入的同时要检查双塞碗的完好性。进行第一段注浆，当有大量的浆液从袖阀管内泛出时必须停止注浆，说明双塞有破裂，需拔出进行更换。注浆时每次的提升高度应控制在100 cm，交错提升相邻的两孔，使浆液能均匀注入到每一层位。可将注浆段每隔50～100 cm 提一次，以此来达到反复注浆，二次注浆时，采取交错隔米的方法进行施注。

4 特殊情况处理措施

4.1 特殊情况处理措施

开钻前操作手和机组班长要将钻机的稳固及调平作为重要程序做好，因为钻机的平稳直接影响孔的斜度大小，质量检测人员需及时进行抽查，对不合格的孔必须重新开孔。

对地层、孔深和孔位等变化，出现返渣、钻进的速度骤变、漏浆等钻孔过程中的特殊情况时，应及时采取处理措施，必须做好详细记录。严格执行三检制，钻孔必须验收合格，再灌浆，对钻孔记录中的特殊部位，灌浆时需细心认真对待，防止质量事故的出现。

在套壳料开环时，压力将达到1.0 MPa 以上，而套壳料劈裂后，压力应当显著下降至0.1～0.2 MPa 之间，当压力达到0.2 MPa 以上时，立即停止该段的注浆，将注浆内管提至上一段，防止压力过大对有效加固土体形成劈裂，造成大的次生隐患。

压力在0.1～0.2 MPa 之间可按量正常注浆，当压力遇突然增高时，及时停泵检查管路，有可能是管路堵塞，当压力在范围内突然下降时，可能是有渗漏通道出现，应停注观察。

4.2 工程质量检查

在灌浆工程施工完成10 d 后，采用探井取样和动力触探的方法，在灌浆范围内检测灌浆质量，当黄土的湿陷系数小于0.015，表明黄土的湿陷性全部消除，工程质量完全满足设计要求。

5 结论

单液硅化灌浆法的优点是能使土的强度得到很大提高，其原材料主要为工业水玻璃，缺点是成本较高。