可控性水泥注漿在臨?；咏厮∧恢械膽?yīng)用

向斌 中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司

基坑常用截水帷幕的做法有很多，如水泥攪拌樁帷幕，高壓旋噴樁帷幕，地下連續(xù)墻或咬合式排樁等。一般會(huì)根據(jù)不同的土層，選擇相適應(yīng)的措施，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)合理性，達(dá)到功能與造價(jià)的均衡。對(duì)于臨?；?，受潮汐影響，地下水漲落周期短，幅度大，對(duì)于基坑止水難度大，尤其是填石層，其空隙大，局部甚至存在大空洞，滲流通道遠(yuǎn)，常規(guī)的止水措施難以奏效。可控性注漿因其凝結(jié)時(shí)間可控，已逐漸應(yīng)用于水利水電工程諸多水工建筑物的防滲止水，相比于普通注漿，可控性水泥注漿工藝具有可灌性、穩(wěn)定性及可控性等優(yōu)勢(shì)，有效解決大孔隙地層在海水潮汐作用下的止水難題。

1.可控性水泥注漿簡(jiǎn)介

可控性注漿主要指灌漿材料可灌、可調(diào)、可控，能根據(jù)不同的土層隨機(jī)應(yīng)變，快速調(diào)整配比的灌漿工藝。對(duì)于中等開(kāi)度，有地下水一定流速下裂隙土層，比如臨海大孔隙填石層，地下水與潮汐關(guān)聯(lián)，采用純水泥漿灌漿容易離析，耗漿量大，不易形成結(jié)石體，因此可控性注漿十分必要。

可控性注漿關(guān)鍵在于調(diào)整注漿材料，注漿材料主要有3大類，即水泥基漿液，黏土漿液，其他化學(xué)漿液等。其中水泥基漿液最為普遍，根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》，水泥基漿液包括普通水泥漿、細(xì)水泥漿、黏土（膨潤(rùn)土）水泥漿、粉煤灰水泥漿、礦渣粉水泥漿、水泥砂漿、水玻璃水泥漿等。

水泥漿液中加入適量黏土或膨潤(rùn)土，因其粒徑小，漿液流變性好，可灌性好，塑性大，還可提高漿液的抗水稀釋性及結(jié)石體的抗?jié)B性，且造價(jià)低廉。因此大多水利工程防滲采用此種水泥黏土復(fù)合漿液。

水泥漿液中加入適量水玻璃能與水泥漿中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成具有一定強(qiáng)度的膠凝體— 水化硅酸鈣。加入水玻璃能加快水泥的水化作用，起到速凝作用。通過(guò)調(diào)整水玻璃摻量還可準(zhǔn)確調(diào)整凝膠時(shí)間，控制在幾秒到幾十分鐘內(nèi)，且漿液黏度較低，可灌性好，本身無(wú)毒，無(wú)污染。因此在許多防滲堵漏工程中得到應(yīng)用。

水泥漿液中加入聚羧酸減水劑，能有效降低水泥漿液的黏度，作為一種具有分散性能的混凝土外加劑，可以使水泥漿液在低水灰比下具有高流動(dòng)性。因此在稠狀漿液中加入適量減水劑，能有效提高可灌性。

本工程根據(jù)土層復(fù)雜情況，選用了水泥漿液為主，并在漿液中加入適量水玻璃及聚羧酸減水劑，通過(guò)適當(dāng)配比，達(dá)到注漿可調(diào)，可控的目的。注漿初期，控制漿液黏性在較低范圍，便于漿液向周邊土層的深層擴(kuò)散；中期漿液黏性逐漸提高，漿液初步具有塑性特征；后期漿液黏性大幅提高，形成膏狀體，而后面的空隙則會(huì)被膏漿完全填滿，進(jìn)而形成密實(shí)的水泥結(jié)石體，形成良好的防滲結(jié)構(gòu)。這樣不僅可以達(dá)到最佳的注漿效果，也可減少漿液不必要的損耗，提高注漿的有效性及經(jīng)濟(jì)性。

2.工程應(yīng)用

2.1 工程概況

廈門某大型排澇泵站位于現(xiàn)狀杏林灣水庫(kù)內(nèi)，南側(cè)緊鄰現(xiàn)狀集杏水閘1#至3#閘孔，其它三側(cè)均位于杏林灣湖區(qū)內(nèi)。基坑北側(cè)、東側(cè)、西側(cè)采用圍堰，南側(cè)利用現(xiàn)狀水閘閘門封堵，平面布置圖如圖1所示。杏林灣湖區(qū)內(nèi)三側(cè)圍堰采用梯形大斷面充填砂袋棱體，堰體中心采用咬合三管高壓旋噴樁止水；南側(cè)利用水閘閘門及閘底垂直防滲系統(tǒng)防滲（已完工多年）。

湖區(qū)內(nèi)圍堰止水形成后，基坑開(kāi)挖至南側(cè)現(xiàn)狀集杏水閘1#孔～3#孔出水護(hù)坦時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀水閘砼護(hù)坦尾坎處存在大量涌水點(diǎn)（位置如圖1所示），經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察，各涌水點(diǎn)涌水水質(zhì)清澈，含少量泥沙，涌水高度跟外海潮位關(guān)聯(lián)變化，外海高潮時(shí)涌水高度多達(dá)2m。

圖1 泵站圍堰基坑平面布置圖

2.2 地質(zhì)條件

根據(jù)本工程地勘鉆孔，基坑靠近原水閘護(hù)坦涌水處從上至下依次為填石層，素填土，淤泥混砂層，砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，微風(fēng)化巖層，局部含有中砂層，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

其中，填石揭露厚度約1.0～4.0m。主要由花崗巖塊石回填而成，塊徑約10～50cm不等。素填土主要分布于表層，厚度變化較大約2.0～5.0m。主要填料為黏性土，呈松散～稍密狀，密實(shí)度及均勻性總體一般；中粗砂層厚度為1.2～3.5m，成分主要由石英中粗砂顆粒構(gòu)成，泥質(zhì)含量約占5%～20%不等，顆粒級(jí)配較好，均勻性差。其它土層不再一一贅述。

影響深度范圍內(nèi)各主要巖土體的滲透系數(shù)K及滲透性分級(jí)，詳見(jiàn)表1。

表1 巖土體的滲透系數(shù)K及滲透性分級(jí)一覽表

2.3 分析原因

本工程泵站基坑北側(cè)、東側(cè)、西側(cè)圍堰均已經(jīng)設(shè)置高壓旋噴樁止水帷幕，開(kāi)挖此三側(cè)均未出現(xiàn)明顯涌水情況，基本排除這三側(cè)漏水可能；開(kāi)挖靠近南側(cè)現(xiàn)狀水閘側(cè)，出現(xiàn)明顯涌水情況，且涌水量與南側(cè)水閘外側(cè)大海潮位高度相關(guān)?？赏茢嘣l底高壓噴射灌漿止水帷幕的可能失效。

現(xiàn)狀水閘底雖有設(shè)置高壓噴射灌漿帷幕，厚200mm，深入閘底以下15m。但根據(jù)地勘鉆孔，閘底有填石層，局部有中砂層等強(qiáng)透水層，水閘已施工20多年，外海的潮水極有可能通過(guò)水閘底板下的填石層等透水層貫通進(jìn)入基坑內(nèi)造成涌水。

在泵站工程基坑施工期間，集杏水閘1#～3#閘門長(zhǎng)時(shí)間封閉，造成了基坑內(nèi)外長(zhǎng)期處于水位高差比較大的狀態(tài)，加劇了閘底透水層的滲水程度，逐漸形成了散滲通道，最終形成了貫通的滲水通道。

2.4 止水帷幕方案比較

根據(jù)以上分析，擬采取在基坑南側(cè)靠近水閘位置增設(shè)止水帷幕，止水帷幕位置宜盡量靠近原水閘底板，兩側(cè)與本工程已施工止水帷幕閉合，阻斷滲漏通道。止水帷幕設(shè)置于現(xiàn)狀砼護(hù)坦與水閘銜接處，如圖2所示。

圖2 基坑南側(cè)增設(shè)止水帷幕示意圖

此區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是大孔隙填石層，受潮汐動(dòng)水影響大，截水防滲難度大，選擇合適的止水帷幕方式尤為重要。

通過(guò)綜合比較，因護(hù)坦下有填石層，排除水泥攪拌樁，普通注漿在大孔隙動(dòng)水作用下亦不可控。高壓旋噴樁止水帷幕技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用較廣，適應(yīng)土層較多，且本工程圍堰均有采用，效果較好，但對(duì)于填石層成樁效果欠佳，可作為備選方案。控制性水泥注漿因其可控性，穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于大孔隙拋石層，效果較好，且造價(jià)相對(duì)較低，作為推薦方案。詳細(xì)比較兩種止水帷幕方案如表2所示。

表2 兩種止水帷幕方案比較

通過(guò)綜合比較，考慮到經(jīng)濟(jì)及技術(shù)可行性，本工程擬推薦采用可控性注漿方案，止水帷幕效果較好，且造價(jià)相對(duì)較低。

2.5 可控性水泥注漿方案設(shè)計(jì)

2.5.1 注漿孔布置

注漿孔布置在現(xiàn)狀水閘閘前鋼筋混凝土護(hù)坦上，鉆孔不影響現(xiàn)狀水閘主體結(jié)構(gòu)，采用雙排孔布置方案，孔距1.0米，排距暫定1.0m。鉆孔深度約15m。

2.5.2 灌漿工藝

本工程采用一次成孔，自上而下分段封閉注漿工法。其原理如下：一次鉆孔至終孔深度，采用孔內(nèi)分隔器，將注漿孔分為數(shù)段進(jìn)行注漿，該方法克服了反復(fù)鉆孔注漿掃孔的過(guò)程，可使鉆孔和注漿平行作業(yè)，大大提高了施工效率，節(jié)約了施工時(shí)間。

孔位布置好以后，為了防止工序之間的影響并提高淺層土層的承受壓力，防止漏漿、竄漿現(xiàn)象的發(fā)生，以奇數(shù)孔作為I序孔，待I序灌漿完畢完全凝固后再施工偶數(shù)II序孔。

2.5.3 漿液配比

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，在保證漿液可灌性和可控性的前提下，初定試灌漿液配比為：水玻璃原液模數(shù)為2.5～3.0，水玻璃溶液濃度Be=35～40；水泥漿水灰比取三級(jí)0.6:1、0.8:1、1:1（重量比），水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥；雙液配比分為二級(jí)：水泥漿：水玻璃=1:0.5、1:1（體積比）。

2.5.4 注漿壓力

注漿壓力控制在0.3MPa～2.0MPa。灌漿壓力控制以壓力表平均值為準(zhǔn)。在注漿過(guò)程中應(yīng)切實(shí)觀測(cè)好地表土層及涌水變化情況，并根據(jù)觀測(cè)結(jié)果調(diào)整注漿壓力。底部可控性注漿的終孔壓力不超過(guò)2.5MPa。

2.5.5 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔

（1）單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。①注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓后，調(diào)小泵量到設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量，并在該數(shù)值上穩(wěn)定10min以上；②注漿結(jié)束時(shí)的注漿量小于2L/min；③檢查孔鉆取巖芯，漿液填充飽滿。

（2）全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。①所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，表面無(wú)線狀滲漏；②注漿后預(yù)測(cè)涌水量小于1m/(d·m)；③漿液有效注入范圍滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6 注漿質(zhì)量檢測(cè)

兩排注漿從1#水閘至3#水閘依次施工，隨著注漿孔完成的數(shù)量增多，高潮期間涌水量也明顯減少，待注漿全部完成，基坑通過(guò)抽排已能形成干槽，滿足施工要求。14天后，對(duì)部分孔進(jìn)行抽查驗(yàn)收，共檢測(cè)12個(gè)孔，注水試驗(yàn)的滲透系數(shù)均小于5×10cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。說(shuō)明本工程可控性注漿止水效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

3.小結(jié)

本文通過(guò)比較可控性注漿與高壓旋噴樁的優(yōu)劣，并通過(guò)工程實(shí)踐證明了可控性注漿具有適應(yīng)土層能力強(qiáng)，造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)?？煽匦运嘧{以水泥漿液為主，添加適量水玻璃，聚羧酸減水劑等外加劑，漿液可灌性好，能在可控的時(shí)間內(nèi)形成膠凝體，且可根據(jù)注漿情況實(shí)時(shí)調(diào)整漿液的黏度及凝結(jié)時(shí)間。既能節(jié)約漿液材料，防止跑漿，又能在大顆粒、高透水性的基坑中起到良好止水效果，值得推廣。