關(guān)于對軟塑黏土層和類砂層基礎(chǔ)灌漿的施工工藝探討與試驗(yàn)分析

【摘要】某工業(yè)管橋復(fù)合帷幕灌漿工程由于基礎(chǔ)灌漿帶多為軟塑黏土層其間夾雜類砂層，傳統(tǒng)的灌漿工藝不能達(dá)到工程防滲目的，通過對灌漿試驗(yàn)參數(shù)的選擇和對試驗(yàn)效果的分析，以確定適合本類基礎(chǔ)的灌漿材料與施工工藝。

【關(guān)鍵詞】基礎(chǔ)灌漿；施工工藝；試驗(yàn)分析

1、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

⑴確定水泥灌漿孔距、各種水泥漿材料的使用條件及其它工藝參數(shù)；⑵確定化學(xué)灌漿孔距、低滲透和高滲透環(huán)氧漿液各自的使用條件、待凝時間、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等工藝參數(shù)，為帷幕化學(xué)灌漿施工提供依據(jù)。

2、試驗(yàn)要求

通過帷幕灌漿處理后，試區(qū)土體壓水試驗(yàn)透水率宜小于1Lu。

3、試驗(yàn)整體方案

在管橋兩側(cè)進(jìn)行開挖，開挖寬度為1.5m，待開挖至管橋底部后，支模澆筑C15混凝土至管橋上部10cm，寬度為1m，以形成對管橋的三面包圍，只留下底部進(jìn)行水泥灌漿、化學(xué)灌漿的復(fù)合帷幕灌漿處理。

3.1試驗(yàn)預(yù)案的制定。試區(qū)灌漿帶基礎(chǔ)分別為軟塑粘土層和類砂層，針對兩種不同的基礎(chǔ)類型，制定如下預(yù)案：3.1.1軟塑粘土層控制灌漿預(yù)案。軟塑粘土地層自身的可灌性很弱，密實(shí)度不高，容易出現(xiàn)漿液的流失和擴(kuò)散范圍過大，因此應(yīng)控制壓力和注入率，材料方面則采用抗沖膏漿和普通水泥漿的組合。3.1.2類砂層控制灌漿預(yù)案。類砂層的特點(diǎn)是水泥灌漿基本無效，但水卻可以自由通行。在以往工程中，多采用高壓劈裂和（或）高滲透性化學(xué)材料灌漿等進(jìn)行處理。但本次試驗(yàn)中由于管橋部位的特殊性，通過高壓劈裂沒有可能，高滲透性化學(xué)灌漿又由于漿液的滲透性較強(qiáng)，粘度增長較慢，凝結(jié)時間較長，因此在自身重力作用下，漿液在粘度增長到在砂層中不再自由下沉之前的時間段內(nèi)會持續(xù)向下滲漏，使管橋下部接觸帶的灌漿效果受到較大影響，同時又造成注漿范圍的失控而極大提高工程成本。因此，尋找新的系統(tǒng)解決方案勢在必行。經(jīng)過分析，我們認(rèn)為，類砂層的控制灌漿的關(guān)鍵在于一種滲透性較低、粘度增長較快、凝結(jié)時間較短的新型改性環(huán)氧材料，它在靠自重在砂層中擴(kuò)散比較緩慢，但在有壓情況下能夠較好滲透。這樣，如果控制鉆孔段長使之位于剛剛穿透砂層的位置，形成點(diǎn)狀擴(kuò)散源，再佐以相對高的灌漿壓力，則在類砂層比較均一的情況下，漿液將會形成一個以孔底為中心，軸向、徑向和垂直方向三向基本相當(dāng)，最終形成類似半球狀的擴(kuò)散面，自重滲透的量相對會變少，從而使砂層的可控灌漿成為可能。

4、灌漿孔布置

管橋兩側(cè)各布置兩排灌漿孔，外側(cè)排為水泥灌漿，內(nèi)側(cè)排為化學(xué)灌漿，外排和內(nèi)排間距0.5m，水泥和化學(xué)灌漿孔距均為1.5m。施工順序：試驗(yàn)區(qū)先施工外側(cè)排，再施工內(nèi)側(cè)排，每排灌漿孔施工須遵循分序逐級加密的原則。二試區(qū)內(nèi)側(cè)排先施工水泥灌漿孔，再施工化學(xué)灌漿孔。

5、灌漿材料

水泥基漿液采用強(qiáng)度等級為42.5R的普通硅酸鹽水泥，水泥品質(zhì)符合GB175—2007《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的規(guī)定，水泥的細(xì)度為通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%?；瘜W(xué)灌漿材料選用高滲透性環(huán)氧漿液（JX-5型）和低滲透性環(huán)氧漿液（JX-7型）。JX-5型漿液技術(shù)參數(shù)如下：⑴初始粘度：8～20mPa·s⑵固化時間：24～36h；⑶28d抗壓強(qiáng)度：不小于50MPa。JX-7型漿液主要技術(shù)指標(biāo)如下：⑴起始粘度：不小于30mPa·s；⑵可灌時間：通過現(xiàn)場試驗(yàn)而定，以自重條件下緩慢滲入地層為據(jù)，2～6h可調(diào)，試驗(yàn)施工中采用的是4h左右；⑶固化時間：12～16h；⑷7d抗壓強(qiáng)度：不小于25MPa。

6、試驗(yàn)施工概述

本次灌漿試驗(yàn)中，水泥灌漿最初采用的是純壓式工藝。但試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于灌漿壓力較小，隨著灌漿的持續(xù)進(jìn)行，水泥漿液沉淀現(xiàn)象越加嚴(yán)重，造成漿液不能有效地灌注至管橋底部的接觸帶區(qū)域，從而影響了整體灌漿質(zhì)量。為了改變這種情況，后期三序孔施工中，灌注方式由純壓式改為孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)灌漿，成效明顯。化學(xué)灌漿采用純壓式灌漿工藝。

7、灌漿效果檢查與分析

本次灌漿試驗(yàn)檢查的目的是驗(yàn)證復(fù)合灌漿的總體效果，重點(diǎn)是灌漿前后地層透水率的變化及灌漿所能達(dá)到的指標(biāo)，并以開挖檢查結(jié)果對透水率進(jìn)行佐證。灌漿效果檢查分析的主要包括三個方面的內(nèi)容，一是灌漿成果的檢查與分析，二是檢查孔壓水試驗(yàn)成果分析。

7.1灌漿成果的檢查與分析。⑴水泥灌漿。Ⅰ序孔單位注入量為3158.16kg/m，Ⅱ序孔單位注入量為1955.56kg/m，Ⅲ序孔的單位注入量為1429.03kg/m。Ⅱ序孔單位注入量比Ⅰ序孔遞減38.08%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔遞減26.92%，符合灌漿的一般規(guī)律。⑵化學(xué)灌漿。Ⅰ序孔單位注入量為85.87kg/m，Ⅱ序孔單位注入量為66.52kg/m，Ⅲ序孔的單位注入量為54.93kg/m。Ⅱ序孔單位注入量比Ⅰ序孔遞減29.09%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔遞減21.10%，這與軟塑粘土層在水泥灌漿后地層相對均一是相吻合的。

7.2檢查孔靜壓水試驗(yàn)成果分析。本次試驗(yàn)的檢查孔布置共有7個，所有各段透水率均在1Lu以下，平均值為0.67Lu。

8、試驗(yàn)主要結(jié)論

8.1軟塑粘土層控制灌漿解決方案。8.1.2軟塑粘土層水泥灌漿要點(diǎn)。⑴開灌比級及變漿原則。開灌比級定為1：1，盡量采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，抗水膏漿和稠水泥漿可采用純壓式或孔口循環(huán)式灌漿法。⑵灌漿過程控制。灌漿壓力確定如下：第一段為0.15MPa，第二段為0.08～0.1MPa。普通水泥漿的灌漿過程以流量控制，流量控制宜在10～15L/min，最大不得超過20L/min；GS22型抗水膏漿和GS10型稠水泥漿則宜盡快注入，不限制流量。⑶結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。所有水泥灌漿孔段均只能以普通水泥漿結(jié)束，不能以抗水膏漿或稠漿結(jié)束：①Ⅰ、Ⅱ序孔在設(shè)計壓力下，注入率不大于3L/min持續(xù)灌注10min后結(jié)束；②Ⅲ序孔在設(shè)計壓力下，注入率不大于1L/min持續(xù)灌注10min后結(jié)束。8.1.2軟塑粘土層化學(xué)灌漿要點(diǎn)。（1）段長與漿液選擇。化學(xué)灌漿為全孔灌漿。漿液應(yīng)選用JX-5型高滲透改性環(huán)氧樹脂漿材。（2）壓力。一序孔化學(xué)灌漿壓力為0.06MPa，二序孔為0.06～0.08MPa，三序孔為0.08～0.1MPa。（3）排水與灌前孔內(nèi)漿液填充?；瘜W(xué)灌漿應(yīng)進(jìn)行排水，而后將孔內(nèi)充漿后卡塞并開始灌漿。（4）灌漿過程控制。軟塑粘土層化學(xué)灌漿以注入率為主進(jìn)行控制，注入率控制在0.15kg/（min·m）左右，最大不宜超過0.20kg/（min·m）。（5）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)灌漿滿足下列條件之一時，即可結(jié)束灌漿：①設(shè)計灌漿壓力下，注入率不大于0.02kg/（min·m）后持續(xù)灌漿1h；②在設(shè)計灌漿壓力下，注入率不大于0.04kg/（min·m）后持續(xù)灌漿4h；③孔段注入量達(dá)到120kg/m。

8.2類砂層控制灌漿解決方案。8.2.1類砂層水泥灌漿要點(diǎn)。根據(jù)試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)，水泥灌漿采用單排、孔距1m、斜孔的布孔方式。水泥灌漿孔和化灌孔的排距宜在0.5m左右。在技術(shù)要求方面，類砂層水泥灌漿要求與軟塑粘土層水泥灌漿基本一致，請參考上文。8.2.2類砂層化學(xué)灌漿要點(diǎn)。⑴類砂層化學(xué)灌漿孔距宜為1m，并應(yīng)進(jìn)行分段灌漿。灌漿重點(diǎn)為第一段，段長為進(jìn)入類砂層10～30cm，卡塞位置則放在灌漿段上方10～20cm；⑵漿液選擇與變換：根據(jù)鉆孔時孔口返水情況選擇漿液配比，如孔口返水量小可采用JX-7低滲透漿液灌注，反之則采用JX-5高滲透漿灌注，如不能明確判定時可先灌注20～30kg的JX-5，而后視情況確定是否改灌JX-7低滲透環(huán)氧漿材；⑶采用JX-5漿材時，灌漿過程以流量進(jìn)行控制，流量宜控制在0.1～0.15kg/（min·m），最大不應(yīng)超過0.2kg/（min·m）；采用JX-7低滲透性環(huán)氧漿材時，灌漿過程以流量為主，結(jié)合壓力進(jìn)行控制，流量控制在0.4～0.8kg/（min·m），壓力應(yīng)控制在0.15～0.2MPa；⑷當(dāng)JX-7型低滲透環(huán)氧漿的灌漿壓力達(dá)到0.15～0.2MPa，流量降至0.1kg/（min·m）以下時，應(yīng)改用JX-5高滲透環(huán)氧漿將管路中和孔內(nèi)的JX-7低滲透環(huán)氧漿擠出，保持原有壓力不變，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。⑸結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。類砂層化學(xué)灌漿必須以JX-5高滲透環(huán)氧漿結(jié)束，不得在JX-7低滲透環(huán)氧漿液條件下結(jié)束。當(dāng)達(dá)到以下兩條標(biāo)準(zhǔn)之一時，可以結(jié)束灌漿：①在設(shè)計灌漿壓力下，注入率不大于0.02kg/（min·m）后持續(xù)灌漿1h；②在設(shè)計灌漿壓力下，注入率不大于0.04kg/（min·m）后持續(xù)灌漿4h。

參考文獻(xiàn)

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