厚卵礫漂石地層注漿止水新型材料注漿效果試驗(yàn)研究

崔 雋，劉士海，王文正，張德華，朱雯蕾

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024;2.北京市市政工程研究院，北京 100037;3.北京市政建設(shè)集團(tuán)第三工程處，北京 100072;4.北京交通大學(xué)，北京 100044)

0 引言

近幾年深基坑工程越來越多，在一些繁華城區(qū)，因車站基坑周邊管線眾多、交通繁忙，缺乏施作降水井的條件，降水難度越來越大［1－4］。如何在掌握詳盡準(zhǔn)確的地質(zhì)資料前提下，選擇合適可行的注漿材料，依據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行合理有效地非降水注漿加固止水設(shè)計(jì)，成為深基坑施工中的一個技術(shù)難題。

在厚卵礫漂石地層中采用注漿帷幕止水后再開挖，極易發(fā)生涌水涌砂等工程災(zāi)害;目前國內(nèi)外類似工程可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，采用傳統(tǒng)的注漿漿液注漿后漿液擴(kuò)散半徑不均，地層內(nèi)漿液大量流失，漿液在地層中呈“糖葫蘆”狀擴(kuò)散，無法保證注漿效果［5－7］。對于厚卵礫漂石地層，準(zhǔn)確地選取注漿材料是決定注漿施工成敗的主要因素之一。

本文基于富水厚卵礫漂石地層的地質(zhì)特點(diǎn)，從注漿材料選擇方向進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)行卵礫漂石地層新型注漿材料選擇試驗(yàn)研究以及新型漿液的應(yīng)用效果檢驗(yàn)，通過注漿模型試驗(yàn)及現(xiàn)場原位試驗(yàn)對注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定新型注漿材料的工程適用性，保證工程的順利實(shí)施。

1 厚卵礫漂石地層普通注漿漿液存在問題

1.1 漿液擴(kuò)散半徑不均勻

施工實(shí)踐表明，現(xiàn)有水泥－水玻璃雙液漿用于帷幕注漿在砂卵石中的注漿效果不理想，漿液擴(kuò)散半徑不均勻，難以保證帷幕的范圍(厚度)。水泥－水玻璃漿液，一旦漿液混合，便產(chǎn)生急劇的化學(xué)反應(yīng)，在不加緩凝劑的條件下，至多90 s左右就凝結(jié)，開始堵塞注漿通道，注漿壓力迅速升高，難以注入后續(xù)漿液。而加入緩凝劑，結(jié)石體的強(qiáng)度急劇下降，難以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且緩凝劑磷酸氫二鈉溶解困難，不便精確控制加入劑量。

為了克服上述雙液注漿材料的問題，需要一種具有更好可注性、可有效增加擴(kuò)散半徑且不影響結(jié)石強(qiáng)度的砂卵石地層雙液注漿材料。

1.2 結(jié)晶體耐久性差，后期強(qiáng)度迅速減小

調(diào)查研究表明，一般巖溶地下水的水化學(xué)屬性為HCO3·SO4型、SO4－C1或 SO4型，其礦化度很高，具有不同程度的腐蝕性。水泥－水玻璃的固結(jié)原理為:

上述2個反應(yīng)生成C－S－H凝膠和氫氧化鈣。氫氧化鈣與水玻璃溶液中硅酸根離子發(fā)生反應(yīng)，生成C－S－H凝膠，即:

在混合液中水泥與水玻璃的反應(yīng)快，水泥本身的水化化學(xué)反應(yīng)相對較慢。膠凝漿體的早期強(qiáng)度由水玻璃中硅酸根和水泥中的氫氧化鈣的反應(yīng)產(chǎn)物C－S－H凝膠起主要作用，后期強(qiáng)度由水泥水化反應(yīng)生成的C－S－H凝膠和水化鋁酸鹽礦物起主要作用。因?yàn)榛瘜W(xué)促凝劑使水泥水化過快，水化產(chǎn)物的結(jié)晶形成太快，質(zhì)量有所降低，導(dǎo)致后期強(qiáng)度增長乏力。

為了克服現(xiàn)有水泥－水玻璃漿液后期固結(jié)強(qiáng)度降低的不足，需要一種減小水玻璃對水泥的水化作用、增加漿液固結(jié)強(qiáng)度和耐久性改性的水泥－水玻璃漿液。

2 厚卵礫漂石地層新型注漿材料試驗(yàn)選擇

對于厚卵礫漂石地層，準(zhǔn)確選取注漿材料是決定注漿施工成敗的主要因素之一。對于注漿材料的選取，應(yīng)根據(jù)漿液的可注性、可行性、無污染、經(jīng)濟(jì)性及工藝實(shí)施難易度綜合分析選取［8－15］。

2.1 注漿材料初步選擇

砂礫石地層由于土體顆粒較粗，粒間孔隙較大，滲透系數(shù)也較大，通常采用水泥漿作為注漿的主要材料;但在工程實(shí)踐中遇到的砂礫石地層的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，當(dāng)?shù)[石地層中漂石、卵石的含量較多時，細(xì)粒對整個砂礫石地層的滲透性起控制作用，很難用粒狀材料漿液進(jìn)行灌注，必須采用化學(xué)注漿的方法。

結(jié)合地質(zhì)組成成分和地下水分布情況，開挖基坑底線下10 m范圍土體不會被開挖擾動，對強(qiáng)度要求不高，采用酸性水玻璃漿液固結(jié)止水，開挖基坑底線以上4 m范圍內(nèi)采用凝固強(qiáng)度較高的水泥－水玻璃雙漿液。綜合以上特性進(jìn)行比較，為保證注漿效果，初步選定水泥－水玻璃漿液和磷酸－水玻璃漿液進(jìn)行研究。

2.2 注漿材料的改進(jìn)

分別從以下2方面進(jìn)行適應(yīng)于厚卵礫漂石地層新型注漿漿液體的研究。

1)水泥漿液中添加高效分散劑、無收縮灌漿劑以增加可注性及漿液擴(kuò)散半徑。高效分散劑(海川5040－聚羧酸鈉鹽型分散劑)可以吸附于固體顆粒的表面，使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤;無收縮灌漿劑使?jié){液強(qiáng)度更高、漿液凝結(jié)后不收縮、不變形。以水泥－水玻璃為主體材料，水泥漿液中添加適量的分散劑和無收縮灌漿劑，將得到一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型可注性好、擴(kuò)散半徑大的注漿材料。

2)水玻璃漿液中添加適量的添加劑以提高結(jié)晶體長期強(qiáng)度，防止崩解。研究［16］表明，以水泥－水玻璃為主體材料，水玻璃漿液中添加適量的硫酸銅和明礬，可獲得一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的固結(jié)強(qiáng)度高、耐久性好的注漿材料。硫酸銅和明礬加入水泥漿體中，銅離子在堿性的水泥漿體中生成氫氧化銅沉淀，填充硬化水泥漿體的毛細(xì)孔，硫酸根離子與水泥漿體中鈣離子形成石膏。石膏、明礬、水泥中的鈣離子以及鋁離子生成鈣礬石，使?jié){體結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。

此外，新型注漿材料漿液中，單液不摻加任何有毒化學(xué)物質(zhì)，漿液凝結(jié)后凝結(jié)體呈堿性，實(shí)現(xiàn)了對地層無污染目標(biāo)，滿足了綠色施工要求。

2.3 注漿材料配比研究

針對卵石地層孔隙率大、易產(chǎn)生跑漿的特點(diǎn)，采用室內(nèi)試驗(yàn)方法，分別進(jìn)行了擴(kuò)散半徑的測定試驗(yàn)、漿液可注性及混合率測定試驗(yàn)及注漿材料凝結(jié)時間等試驗(yàn)，如圖1所示。取一份水、水泥、高效分散劑拌合，作為A液;取一份水、水玻璃、明礬、硫酸銅拌合，作為B液。

圖1 室內(nèi)試驗(yàn)Fig.1 Laboratory test

2.3.1 擴(kuò)散半徑的測定試驗(yàn)

分別對添加高效分散劑的A－B液、添加普通分散劑的A－B液及未添加分散劑的A－B液進(jìn)行3組擴(kuò)散半徑試驗(yàn)。試驗(yàn)取A液和B液經(jīng)過漏斗混合，垂直注入試驗(yàn)土體。漿液混合后迅速凝結(jié)擴(kuò)散，待漿液凝結(jié)后，用酚酞噴灑試驗(yàn)注漿土體，測量漿液擴(kuò)散的直徑。漿液擴(kuò)散半徑如表1所示。

表1 漿液擴(kuò)散半徑Table 1 Grout diffusion radius mm

由表1可以看出:加入高效分散劑的漿液擴(kuò)散半徑比加普通分散劑的擴(kuò)散半徑增加5.5%，比未加分散劑的漿液擴(kuò)散半徑增加19.0%。高效分散劑可以明顯增加漿液擴(kuò)散半徑。

2.3.2 漿液可注性及混合率測定試驗(yàn)

對添加高效分散劑的A－B液及未添加分散劑的A－B液進(jìn)行了漿液可注性及混合率測定試驗(yàn)。試驗(yàn)時，分別在2個1 000 mL的量筒中盛等量的水，分別倒入等量的上述2種雙液漿，待漿液沉淀完成后比較漿液混合的體積。圖1(c)中給出了典型的混合試驗(yàn)結(jié)果。其中左側(cè)為未加分散劑的A－B漿液，右側(cè)為加高效分散劑的A－B漿液，漿液明顯分為3層。可見高效分散劑對漿液混合率有明顯的改善作用。

2.3.3 注漿材料凝結(jié)時間試驗(yàn)研究

凝結(jié)時間是注漿的重要參數(shù)，相同條件下，漿液凝結(jié)時間越長表示漿液的擴(kuò)散半徑越大，所以可以通過控制漿液凝結(jié)時間來控制擴(kuò)散半徑，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和施工工況需要選擇不同的凝結(jié)時間。根據(jù)水泥－水玻璃、磷酸－水玻璃2組化學(xué)反應(yīng)的原理，分別進(jìn)行了不同磷酸濃度和不同水灰比與水玻璃反應(yīng)的凝結(jié)試驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行3次，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2和表3，試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。

表2 凝結(jié)時間與水灰比關(guān)系表Table 2 Table of correlation between setting time and watercement ratio s

表3 凝結(jié)時間與磷酸濃度關(guān)系表Table 3 Table of correlation between setting time and H3PO4 concentration s

圖2 凝結(jié)時間與水灰比的變化關(guān)系Fig.2 Curves of correlation between setting time and watercement ratio

實(shí)際工程要求水泥－水玻璃漿液的凝結(jié)時間為30～90 s。由圖2可知，水灰比從0.5∶1到1.5∶1均符合要求，最合適的水灰比是1.3∶1。

圖3 凝結(jié)時間與磷酸濃度的變化關(guān)系Fig. 3 Curves ofcorrelation between setting time and H3PO4concentration

根據(jù)實(shí)際工程要求磷酸－水玻璃漿液的凝結(jié)時間為3～10 s，濃度為4% ～6.5%的磷酸溶液均符合要求，磷酸濃度為6%時凝固時間為4 s，可在4% ～7%內(nèi)調(diào)節(jié)磷酸濃度以適應(yīng)不同地層。確定注漿止水材料漿液配比(質(zhì)量比)如下。

1)A液。水泥漿采用普通硅酸鹽P·O42.5水泥，配合比為水∶水泥∶高效分散劑∶無收縮灌漿劑=1∶1.3∶0.065∶0.065。

2)B液。水玻璃采用濃度42 Be'，配合比為水∶水玻璃∶明礬∶硫酸銅 =1∶1∶0.03∶0.03。

3)C液。速凝劑，配合比為水∶磷酸=1∶0.15。

3 新型注漿止水材料注漿效果試驗(yàn)研究

3.1 模型試驗(yàn)注漿效果

3.1.1 試驗(yàn)原理

此次試驗(yàn)為物理模型試驗(yàn)法，將注漿現(xiàn)場土層的性質(zhì)以及水位環(huán)境還原于模型箱中，注漿壓力和注漿量以注漿工程中實(shí)際采用的值等比例減小，以此對漿液擴(kuò)散性質(zhì)進(jìn)行研究。試驗(yàn)過程采用靜壓滲透注漿。

3.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及準(zhǔn)備

1)模型試驗(yàn)箱:3個1.5 m×1.5 m×2 m鐵皮試驗(yàn)箱，四周分別鉆孔透水，以控制土層水壓，如圖4(a)所示。供壓設(shè)備:注漿泵2臺(最大輸出壓力為2 MPa)，壓力表2個(最大量程為0～4 MPa)，如圖4(b)所示。儲漿設(shè)備:HJ－200立式水泥攪拌機(jī)1臺(攪漿能力為167～250 L/min)，大儲水桶2個，如圖4(c)所示。流量計(jì)2個，注漿鋼管6根。

2)試驗(yàn)材料:被注介質(zhì)即試驗(yàn)箱內(nèi)土層為開挖基坑的原狀土，土層顆粒級配見表4，其孔隙率和滲透系數(shù)等土性可近似看成與施工現(xiàn)場土層相同。注漿材料為室內(nèi)試驗(yàn)確定的A液、B液及C液。

試驗(yàn)分組如圖5所示，等體積模型箱①、②、③分別裝填相同的原狀砂土，注漿材料選擇不同的漿液，如表5所示。

圖4 模型試驗(yàn)設(shè)備Fig.4 Model test equipment

表4 土層顆粒級配表Table 4 Particle size distribution

圖5 模型箱分組Fig.5 Model box group

表5 注漿材料分組Table 5 Grouting material group

試驗(yàn)段位于地下水位以下，試驗(yàn)巖體層的滲透系數(shù)

式中:Q為注水流量，L/min;A為形狀系數(shù)，cm，在這里取A=5.5 r;H為試驗(yàn)水頭，cm，等于試驗(yàn)水位與地下水位之差。

3.1.3 試驗(yàn)過程

依據(jù)SL 345—2007《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》，通過注水試驗(yàn)取得注漿所需要的主要參數(shù)——土體滲透系數(shù)，實(shí)驗(yàn)過程大致如下。

3.1.3.1 一次注水

通過一次注水試驗(yàn)獲知，模型箱①、②、③的土層滲透系數(shù)比較接近，分別為 9.4×10－2、9.8×10－2、10.5×10－2cm/s，與施工現(xiàn)場注漿土層的滲透系數(shù)(5.80×10－2cm/s)相近，其中模型箱②土層和③土層的滲透系數(shù)比模型箱①的滲透系數(shù)大4.3%和11.7%，此差距在允許范圍以內(nèi)。

3.1.3.2 注漿

待注水試驗(yàn)完成后開始進(jìn)行注漿模型試驗(yàn)。各試驗(yàn)箱的注漿材料各不相同，形成對比。注漿壓力控制在1.0～1.5 MPa。注漿管與注水管如圖6所示。

圖6 注漿管與注水管Fig.6 Grouting pipe and water injection pipe

試驗(yàn)采用全孔一次注漿。利用注漿泵控制注漿壓力為0.5～1 MPa(模擬現(xiàn)場壓力為1～2 MPa)，注漿時主要對模型注漿孔壁周圍水平裂隙和垂直裂隙進(jìn)行充填。注漿所用的漿液經(jīng)過充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟛拍荛_始注漿，并應(yīng)在注漿過程中不停地緩慢攪拌，防止水泥漿液析水過快，改變水泥漿液濃度。注漿過程中注水管也會一直注水。出水孔的變化過程如圖7所示。

試驗(yàn)過程中在出水孔處會出現(xiàn)如圖8所示的透水孔出水、出漿、自動堵孔這3個明顯過程。當(dāng)土體與模型箱之間的縫隙出現(xiàn)冒漿時，要及時封住出漿口，使?jié){液不能繼續(xù)外流，保持設(shè)計(jì)水頭高度進(jìn)行壓漿。當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.0～1.5 MPa或者注漿壓力迅速大幅增大或者漿液流動范圍難以控制時，終止注漿。

圖7 出水孔的變化過程Fig.7 Changing process of drainage holes

圖8 混合裝置示意圖Fig.8 Mixer

3.1.3.3 二次注水

待注漿完成后，拆除輸漿導(dǎo)管和輸水導(dǎo)管，翌日，在各注水管管孔處(在漿液擴(kuò)散范圍以內(nèi))再次進(jìn)行注水試驗(yàn)，測試注漿后凝結(jié)土體的滲透系數(shù)。

3.1.3.4 三次注水

注漿完成2個月后，對注漿模型箱內(nèi)的凝結(jié)體進(jìn)行常水頭注水試驗(yàn)，一方面檢驗(yàn)注漿后土體的滲透性，另一方面驗(yàn)證高效分散劑對于漿液耐久性的改善作用。

3.1.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1.4.1 注漿時間的分析

表6給出了各模型箱完整完成3步過程的第1個出水孔的耗時記錄。

表6 出水孔的堵水時間對比Table 6 Time needed for water sealing of drainage hole

由表6可知:加入高效分散劑的水泥－水玻璃漿液相對于普通C－S漿液在第1個和第2個過程中用時較少，可知第1種漿液在模擬土層中擴(kuò)散更容易、更快，可以預(yù)測加入的漿液在相同條件下漿液擴(kuò)散半徑會更大;2種漿液的凝結(jié)時間基本相同;對比化學(xué)漿液——磷酸－水玻璃漿液與前2組漿液的時間可以明顯看出，模型箱③試驗(yàn)開始后能夠較其他2組更迅速地出水，這說明化學(xué)漿液在漿液中的擴(kuò)散更快;在第3個過程(凝結(jié)的過程)中，化學(xué)漿液又表現(xiàn)出了絕對的優(yōu)勢，出漿后可以迅速地堵孔。

3.1.4.2 滲透系數(shù)結(jié)果及分析

注漿結(jié)束后二次注水獲得了3個模型箱土層滲透系數(shù)，見表7。

表7 滲透系數(shù)對比Table 7 Permeability cm/s

對比一次和二次注水試驗(yàn)得出的土層滲透系數(shù)，不難看出注漿后滲透系數(shù)顯著減小。加入高效分散劑后，漿液凝結(jié)體的滲透系數(shù)明顯減小;由③對比①可以看出，磷酸－水玻璃化學(xué)漿液的凝結(jié)體較水泥－水玻璃漿液滲透系數(shù)稍大，滿足抗?jié)B性要求，是一種較合格的止水材料。

3.1.4.3 漿液耐久性結(jié)果及其分析

①、②、③模型箱土層滲透系數(shù)見表8。

表8 耐久性對比Table 8 Durability cm/s

由表8可以看出:加水泥漿中高效分散劑的模型箱①的土層滲透系數(shù)由1.06×10－7變成了6.42×10－6，增大了60.6倍;模型箱②的普通水泥－水玻璃漿液在2個月后凝結(jié)體滲透系數(shù)由7.46×10－7增大為1.05×10－4，增大了140.8倍;模型箱③的化學(xué)漿液——磷酸－水玻璃漿液凝結(jié)體2個月內(nèi)由3.45×10－7變成2.26 ×10－3，增大6.5 ×104倍。由①對比②可知，水泥漿中添加高效分散劑可增加水泥－水玻璃漿液的耐久性，使?jié){液可以持久地保持止水功效;化學(xué)漿液較其他2種漿液最初防水效果好，但在耐久性上磷酸－水玻璃漿液較差，在對耐久性有要求的注漿止水項(xiàng)目不建議單純采用磷酸－水玻璃漿液。

3.2 現(xiàn)場實(shí)施及注漿效果

基于前述研究，厚卵礫漂石地層新型注漿止水材料可由A、B、C 3種漿液相互配合形成，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)配比及模型試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場注漿止水材料選為CDSCA漿液(水泥+聚羧酸鈉鹽型分散劑－水玻璃+硫酸銅+明礬)、PC－SCA漿液(磷酸－水玻璃+硫酸銅+明礬)。

3.2.1 現(xiàn)場漿液配制

水泥－水玻璃漿液的凝結(jié)時間控制在30～90 s，改性水玻璃漿液控制在2～10 s。

為了滿足注漿固結(jié)的目的，需要按照一定的次序進(jìn)行漿液配制。例如，水泥漿稀釋應(yīng)在攪拌桶中按每次攪拌體加入所需的水量，開動攪拌機(jī)，再加入水泥攪拌3 min以上。B液和C液配比按照實(shí)驗(yàn)室配比配置。

注漿根據(jù)現(xiàn)場情況，冒漿采用B液與C液，不冒漿選用A液與B液，A液與B液配比為1∶1，B液與C液配比為 1∶1。

3.2.2 現(xiàn)場注漿

3.2.2.1 注漿泵試運(yùn)轉(zhuǎn)

確定注漿系統(tǒng)各部分連接無誤后，開動注漿泵壓水試驗(yàn)，檢查注漿泵液壓情況，系統(tǒng)管路是否漏漿，管路是否暢通。

3.2.2.2 漿液注入

系統(tǒng)就緒后，如圖9所示，進(jìn)行漿液注入。因本工程注漿深度較大，主要由漂石和鵝卵石組成，穿過較多含水層，且裂隙大小不同，在一定的注漿壓力下，漿液的流動和擴(kuò)散不同。同時，靜水壓力隨含水層埋藏深度增加而增加，在一定的注漿壓力下，上部巖層的裂隙進(jìn)漿多，擴(kuò)散遠(yuǎn)，下部巖層的進(jìn)漿少，擴(kuò)散近，或幾乎不擴(kuò)散。本工程采用上下分段后退式雙液注漿，確保注漿止水深度范圍內(nèi)止水效果，漿液在各含水層擴(kuò)散均勻，保證注漿質(zhì)量。

圖9 注漿系統(tǒng)布置圖Fig.9 Arrangement of grouting system

首先開通①號和②號吸漿管，同時關(guān)閉③號吸漿管，漿液通過新型注漿管端頭混合裝置(作者另有文章詳述，端頭混合裝置見圖8)實(shí)現(xiàn)2種漿液充分混合后壓入地層。完成1 000 L的注漿量后，開通②號和③號吸漿管，關(guān)閉①號吸漿管，漿液通過新型注漿管端頭混合裝置實(shí)現(xiàn)2種漿液充分混合后壓入地層。同時要實(shí)時觀察注漿壓力，壓力較大時可注水泥－水玻璃雙液漿(A液和B液)，壓力較小時可注速凝的化學(xué)漿(B液和C液)。

另外，采用隔孔注入方式，這樣既避免了注漿孔互相影響，又使后注孔起到補(bǔ)充先注孔的作用，保證了土體漿液擴(kuò)散均勻。

3.2.2.3 壓力、注漿量控制

通過壓力表觀察注漿壓力，檢查隨注漿量的增加，壓力變化情況。注漿過程中采用壓力控制，注漿壓力控制在1.5～3 MPa、注漿速度為60 L/min，當(dāng)注漿時間達(dá)到15 min，同時注漿壓力達(dá)到2.0 MPa時，或者注漿壓力超過3 MPa，雙重管往上提0.5～1.0 m后，繼續(xù)注漿，直到注漿完成。

3.2.3 現(xiàn)場注漿效果

3.2.3.1 開挖過程中的土體穩(wěn)定性

隨著基坑開挖的進(jìn)行，基坑內(nèi)水位逐漸降低至車站基底以下，可以滿足無水施工的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了止水效果;對于注漿漿液擴(kuò)散范圍內(nèi)的基坑側(cè)壁部分土體，固結(jié)強(qiáng)度明顯高于同一水平位置的基坑內(nèi)土層，注漿前后土體力學(xué)指標(biāo)對比見表9。注漿降低了泥漿護(hù)壁施工的難度，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)樁間土體加固的效果，注漿后基坑側(cè)壁的開挖面穩(wěn)定性很好，同時通過鉆孔，從注漿體內(nèi)取出原狀樣品，可知注漿土體變?yōu)檎w，如圖10所示。

表9 注漿前后土體力學(xué)指標(biāo)對比Table 9 Mechanical parameters of ground before and after grouting

3.2.3.2 著色劑判別法

為了證實(shí)注漿效果，采用著色劑用肉眼識別。在基坑開挖過程中，根據(jù)注漿漿液中氫氧根離子(OH－1)呈堿性及酚酞試劑遇堿變紅的原理，在基坑側(cè)壁噴灑酚酞試劑，可以看到漿液清楚地顯現(xiàn)出來。

3.2.3.3 滲透系數(shù)對比法

為使現(xiàn)場注漿試驗(yàn)的水文、地質(zhì)情況具有代表性，在西側(cè)基坑西北角進(jìn)行現(xiàn)場原位注漿試驗(yàn)。試驗(yàn)根據(jù)基坑的開挖進(jìn)度進(jìn)行，分3層且每層3組試驗(yàn)，對加高效分散劑的C－S漿液注漿土體、普通C－S漿液注漿土體以及未注漿的土體的滲透性能分別進(jìn)行試驗(yàn)。

由現(xiàn)場原位注漿地層的注水試驗(yàn)可得到注漿后土體滲透性系數(shù)，具體滲透系數(shù)對比如表10所示。

圖10 注漿后的土體Fig.10 Ground consolidated by grouting

表10 現(xiàn)場原位注漿地層滲透系數(shù)對比Table 10 Permeability cm/s

由注漿后地層滲透系數(shù)與未注漿地層滲透系數(shù)對比可以看出，注漿后土體滲透性系數(shù)為10－7～10－6cm/s，地層的滲透性有了明顯的改善，滿足了滲透系數(shù)小于10－6cm/s的施工效果要求，說明注漿止水效果良好。

3.2.3.4 水位變化對比法

試驗(yàn)基坑地下水位監(jiān)測變化曲線如圖11所示，分別記錄了基坑外水位側(cè)點(diǎn)(西外SW－01)和基坑內(nèi)水位測點(diǎn)(西內(nèi)SW－01－1)的水位。

圖11 水位監(jiān)測變化曲線Fig.11 Fluctuation of water level

從西外SW－01觀測井水位變化可以看出:基坑外水位高程在22.51～23.61 m內(nèi)，水位浮動較為穩(wěn)定，隨著基坑內(nèi)排水的增多，基坑外水位在一定時間內(nèi)有所上升。從西內(nèi)SW－01－1觀測井水位變化可以看出:隨著排水井的排水量增加，基坑內(nèi)水位一直呈下降趨勢，并且下降后水位只在局部會有很小回升。由內(nèi)、外觀測井水位變化對比可以看出:止水帷幕實(shí)現(xiàn)了其止水效果，使基坑內(nèi)水位下降到了基底以下，滿足了基坑內(nèi)無水作業(yè)的要求。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)研發(fā)采用的2種新型漿液:CD－SCA(水泥+聚羧酸鈉鹽型分散劑－水玻璃+硫酸銅+明礬)漿液和PC－SCA(磷酸－水玻璃+硫酸銅+明礬)漿液，使?jié){液可呈柱狀均勻擴(kuò)散，滿足了帷幕止水墻的范圍(厚度)及強(qiáng)度，適用于厚卵礫漂石地層。

2)模型試驗(yàn)表明:加入高效分散劑的水泥－水玻璃漿液相比普通C－S漿液在模擬土層中擴(kuò)散更容易、更快，相同條件下漿液擴(kuò)散半徑更大，漿液凝結(jié)體滲透系數(shù)明顯減小;磷酸－水玻璃漿液耐久性較差，在對耐久性有要求的注漿止水項(xiàng)目中不建議單純采用磷酸－水玻璃漿液。

3)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)表明:注漿漿液已經(jīng)擴(kuò)散到圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)，擴(kuò)散半徑滿足設(shè)計(jì)要求;注漿漿液擴(kuò)散范圍內(nèi)的基坑側(cè)壁部分土體固結(jié)強(qiáng)度明顯高于同一水平位置的基坑內(nèi)土層，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)樁間土體加固的效果;同時，注漿后土體滲透性系數(shù)為10－7～10－6cm/s，地層的滲透性有了明顯的改善，滿足了滲透系數(shù)小于10－6cm/s的施工效果要求，注漿止水效果良好，保證了工程安全。

4.2 建議

1)厚卵礫漂石地層注漿時漿液的擴(kuò)散方式取決于地層的滲透性、漿液自身的性質(zhì)及注漿壓力等，本文主要對CD－SCA和PC－SCA 2種新型漿液注漿前后地層的滲透性改變、注漿時注漿壓力控制等進(jìn)行了探討研究，新型漿液在厚卵礫漂石地層中擴(kuò)散形式以及在注漿過程中滲透和劈裂發(fā)生的條件等問題尚需要進(jìn)一步分析探討。

2)注漿前后土體強(qiáng)度的變化是衡量注漿效果的重要指標(biāo)之一，本文只針對現(xiàn)場注漿1 d和3 d齡期內(nèi)土體的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，試驗(yàn)中注漿土體1、3、7、28 d齡期內(nèi)的強(qiáng)度變化規(guī)律等問題還需進(jìn)一步研究分析。

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