淺談如何實現雙液注漿的固結封水作用

原新星

注漿技術是與地下水作斗爭的一門關鍵技術，主要應用在封水和加固兩個方面。它是利用液壓、氣壓和電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據其位置，經人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能高和化學穩定性良好的“結石體”。雙液注漿即水泥—水玻璃漿液，也稱 CS漿液(C代表水泥，S代表水玻璃)。那么，雙液注漿是怎么實現對地基的固結封水呢，這主要是通過漿液對地層裂隙或孔隙的充塞作用。在這里，我們以灤河特大橋 36號墩加固整治工程為例進行簡單的探討。

灤河特大橋是一座38孔 32m混凝土梁雙線橋，且上、下行各自分建，36號墩為三層擴大基礎，23.6m高的圓柱形墩身。此橋于 1992年 11月開通運營，多年后發現 36號墩異常，該處上下行橋梁與梁之間的橋梁蓋板有兩塊掉至橋下，經丈量發現此處梁間距大于其他處梁間距，后經對 36號墩進行系統測量，36號上行墩向線路外側偏移累計達147mm，且在繼續緩慢偏移，所以對36號上行墩進行加固勢在必行。為弄清該墩傾斜的根本原因，設計院對 36號上行墩基底進行了鉆探取樣，結果表明其基礎僅有東北角基底為基巖，其他三個角的基底下均有 50 cm～60 cm礫石層，很明顯，礫石層承載力低造成基底軟硬不均，引起不均勻沉降是造成傾斜的主要原因，36號上行墩也正是向西南方向傾斜。關于該墩基底三個外角出現礫石夾層的原因，據施工日志記載，當時挖基是在水面下7.5m進行，基坑中有50 cm礫石層均為強滲水;澆筑基礎時使用 20臺抽水機進行強抽水，抽水量為 200m3/h，在這種情況下澆筑混凝土時有可能水泥漿被滲水稀釋抽走、混凝土骨料中不再有水泥漿，以致出現砂礫碎石松散夾層的情況。因此，建設單位在主持制定橋墩整治方案原則時提出要吸取原橋墩基礎施工的教訓，整治方案要充分考慮基礎的封水及降水，防止基底的砂礫石繼續流失。根據此原因，設計院制定的樁基承臺托換方案中，增加了在該墩四周鉆孔壓漿形成帷幕墻的措施設計。帷幕墻分四層，最外兩層為水泥—水玻璃雙液注漿，主要起隔離河水、封閉橋墩基礎四周、阻止基底礫石層中松散石屑及砂繼續向外流失的作用，考慮經濟等因素內側兩層設計為水泥漿單液注漿。為了保證注漿質量，我們先分別在橋墩的東南角及西南角各做兩排五個雙液注漿孔進行試驗，完成了對施工中各項工藝指標的確定，經鉆探取芯確認了注漿效果，為正式防水帷幕施工取得了寶貴的經驗。

1 鉆機的選擇

靜壓注漿中，常用的地質鉆機、工程鉆機或其他類型的鉆機均適用于其鉆孔的施工，只要鉆機能牢固地固定在地面上，鉆孔過程中不會出現偏移而影響精度。本工程中由于上部地基均為回填有砂、礫、卵石土，而底部為斜長片麻巖，根據地層情況及進度需要，在卵石層深度內采用主動沖擊式 SH-30型工程鉆機成孔，對于片麻巖層則采用JU-1000型巖芯鉆機鉆進，切實加快了施工進度。

2 注漿泵的使用

注漿泵是注漿施工中最重要的設備之一，注漿泵應有足夠的排漿量，泵壓應大于最大注漿壓力的 1/5倍～1/4倍，以保證注漿工作的順利進行。就靜壓注漿而言，由于漿液對地層裂隙或孔隙的充塞作用，裂隙或孔隙逐漸變小，吸漿量也逐漸變低，相應的注漿壓力呈遞增趨勢。尤其是在不同的注漿深度、不同的巖層條件下，要求采用不同的注漿流量和壓力。特別是雙液注漿施工中，為了能準確控制漿液的凝膠時間，兩液的吸漿量應滿足一定的比例關系，要求注漿泵均勻穩定，以滿足注漿工藝和保證注漿質量的要求，目前國內專用注漿泵有 YSB-250/120型液力調速注漿泵、ZMJ-3/40型隔膜計量泵等，另外還有各種型號的泥漿泵、小型手壓泵、動力泵等，以及石油化工用的計量泵等。本工程因為水泥類粒狀漿液，故采用吉林Ⅰ型泥漿泵進行，最高注入壓力2.6MPa。

3 漿液的配制

衡量一種漿液的指標很多，如密度、粘度、pH值、凝膠時間、結石率、抗壓強度和抗折強度、滲透性、粘結強度等。根據注漿工程的需要及水泥—水玻璃漿液的特點，一般注重漿液的凝膠時間和抗壓強度這兩種性能，本工程由于雙液注漿起充塞隔水的作用，因而以漿液的凝膠時間作為主要指標來進行配制。凝膠時間是指水泥漿與水玻璃相混合時起至漿液不能流動為止的這段時間，其影響因素有水泥品種、水泥漿濃度、水玻璃濃度、水泥漿與水玻璃體積及漿液溫度等，但其范圍一般只能為0min～5m in，由于造價原因，本工程設計提出0.85m的擴散半徑，為贏得充分的擴散時間，我們在漿液中摻入磷酸氫二鈉作為緩凝劑，使漿液的凝膠時間延長至14m in左右，基本滿足了注漿要求。

在配制水泥—水玻璃漿液時，應分別進行水泥漿的配制和水玻璃的稀釋。配制水泥漿時，力求加料準確，一定要在加完水及緩凝劑溶解后在攪拌的情況下方能加入水泥，以免攪拌機卡住;攪拌時間應不少于5min，放置時間不宜超過3min。攪拌時間及放置時間對緩凝效果的影響見表 1，表 2。

表1 放置時間對緩凝效果的影響

表2 攪拌時間對緩凝效果的影響

關于攪拌機的使用，自制了鋼筒攪拌池、電動葉輪攪拌的簡易裝置，由人工拆裝、上灰，滿足了漿液的迅速拌合及不間斷供應。

4 注漿方法

我們在灤河特大橋 36號墩地基封水時采用的是鉆桿注漿法，此種方法施工費用低且較易操作，在鉆孔鉆到所規定的深度，洗孔后，再將鉆桿送至注漿位置，用兩臺泥漿泵分別將事先配制好的水泥漿和水玻璃通過各自的管路輸送至孔口后再令其混合，然后通過鉆桿內管將它們送入地層中。注入后，隨著化學反應的進行，粘度逐漸升高，并在地基中凝膠(見圖1)。

注漿時應按跳孔間隔注漿方式，以防止串漿;同時遵循先外圍后內層的注漿順序，以節約漿量，提高注漿質量。

5 質量檢驗

為了證實漿液在設計半徑內對地層的充填效果，我們在相鄰孔的結合處鉆孔取芯觀察，均有漿液膠體充填，且卵石層含量大，而上部砂層含量小，這也是正常的，因為砂層的孔隙率要比卵石層小得多。由于多種原因，在防水帷幕竣工 9個多月后，新橋墩的基坑開始開挖，由于已超過了水泥與水玻璃膠結的有效期(約半年)，而可能降低了帷幕的防水效果，但這次基坑開挖的涌水量大約只有 30m3/h，也在一定程度上證明了雙液注漿的固結封水效果。

6 施工體會

1)靜壓注漿的主要對象是砂及砂礫石、軟粘土和濕陷性黃土，實踐證明，它確實是一門重要且頗有發展潛力的地基處理技術。

2)施工中由于我們對封孔及漿液的混合等技術處理不夠，在一定程度上影響了本次施工的效果，這也是以后施工中應總結提高的地方。

3)不同目的注漿孔布置及半徑等參數，應盡可能依據現場試驗的效果來確定，有利于提高注漿質量，降低工程造價。

4)在保證漿液擴散半徑和可泵性的情況下，如能進一步提高CS漿液的凝膠體強度，將大大拓寬其適用性。

[1] 彭振斌.注漿工程設計計算與施工[M].北京:中國地質大學出版社，1998.

[2] 孫 偉，王維國，高 國.丙乳砂漿修補氯鹽環境橋梁劣化混凝土的應用[J].山西建筑，2009，35(25):309-310.