可控性注漿在某港口工程大空洞塊石覆蓋層中的應(yīng)用

伍琪琳，唐橋梁，林佑高

（1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東　廣州　510230；2.中國交通建設(shè)股份有限公司，北京　100088）

可控性注漿在某港口工程大空洞塊石覆蓋層中的應(yīng)用

伍琪琳1，唐橋梁2，林佑高1

（1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州510230；2.中國交通建設(shè)股份有限公司，北京100088）

可控性注漿是近年發(fā)展起來的針對存在大空洞、地下水滲流等條件覆蓋層的新注漿工藝，可通過控制漿液的注入量和擴散度，減少漿液不必要的損耗，提高注漿的有效性及經(jīng)濟性。文中簡述了可控性漿液的現(xiàn)狀，結(jié)合可控性注漿在某碼頭工程大空洞塊石覆蓋層的應(yīng)用介紹了可控性注漿的具體施工工藝及處理效果，可為其它類似項目提供參考。

可控性注漿；膏狀漿液；防滲帷幕；覆蓋層

0　引言

注漿技術(shù)在世界范圍已有近200 a的發(fā)展史，1864年在阿里因普瑞貝礦首次應(yīng)用水泥注漿法成功解決井筒涌水的問題[1]。我國的注漿技術(shù)從50年代初才開始起步，但發(fā)展迅速，目前多種注漿技術(shù)的研究及應(yīng)用已處于世界先進行列[1]。注漿漿液可分為三類:水泥漿液、化學(xué)漿液、混合漿液。目前在我國工程界運用最多的是前面兩類，尤其是水泥漿液。

常規(guī)漿液在應(yīng)用中主要存在三方面問題:漿液的可灌性、穩(wěn)定性及可控性。目前有一些漿液具有良好的可灌性和穩(wěn)定性，但缺乏可控性，嚴(yán)重限制了注漿技術(shù)在工程中的應(yīng)用。尤其對于級配不均、架空嚴(yán)重、存在大空洞、大滲流通道的覆蓋層，常規(guī)漿液存在擴散距離大，漿液流失嚴(yán)重，無法形成有效的防滲帷幕等問題[2]?？煽匦宰{是近年來針對上述情況發(fā)展起來的一種新注漿技術(shù)，它通過在水泥漿液中加入膨潤土、黏土、粉煤灰等摻合料來調(diào)節(jié)漿液的黏稠度，從而控制漿液的注入量和擴散度[2]。這樣不僅可達(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)濟性。

1　膏狀漿液簡介

控制漿液的注入量及擴散范圍的關(guān)鍵在于調(diào)整注漿材料。注漿行業(yè)先后研究并使用了水玻璃漿液、塑性漿液、木質(zhì)素漿液、水泥-化學(xué)漿液等，雖取得了一定成果，但仍無法真正實現(xiàn)對大空洞和地下水滲流地層注漿的可控性。

水泥膏狀漿液是在水泥漿液中加入膨潤土、黏土、粉煤灰等摻合料及少量外加劑而構(gòu)成的低水灰比膏狀漿液，從而改變了漿液的黏稠度、流動性，實現(xiàn)漿液擴散度的可控。膏狀漿液在水泥初凝后，擴散前沿就形成了密實的水泥結(jié)石體，而后面的大空洞則會被膏漿完全填滿，形成良好的防滲結(jié)構(gòu)[2]。

膏狀漿液特別適合于中等開度滲流通道的地層，比如堆石滲流覆蓋層。由于膏狀可避免漿液過度擴散，減少不必要的損耗，從而可大幅提高注漿的有效性及經(jīng)濟性。目前，膏狀漿液已在多個工程運用，如彭水上下游圍堰、小灣水電站下游圍堰、重慶市軌道一號線中梁山隧道工程[3]、甘再水電站[4]、構(gòu)皮灘水電站工程[5]等多個項目，效果良好。

2　工程運用

2.1工程概況

斯里蘭卡某大型港口工程位于泄湖，采用內(nèi)挖式港池，分期建設(shè)，平面布置如圖1所示，其中一期工程已干施工建設(shè)完畢，并通過航道與外海連接，港池內(nèi)平均潮位+0.0 m。為實現(xiàn)二期港池及一期北圍堰的干施工開挖，一期工程已于干施工港池內(nèi)前瞻性地回填建造了南圍堰。

圖1　斯里蘭卡某港口工程防滲結(jié)構(gòu)平面圖Fig.1　Layout of impervious structure of a harbor project in Sri Lanka

二期工程建設(shè)時，在南圍堰內(nèi)建造防滲墻，在二期擬開挖港池的泄湖側(cè)建造圍堰及防滲墻，并將它們與一期已建防滲墻連接起來形成干施工封閉止水結(jié)構(gòu)。其中，南圍堰西側(cè)與一期已建碼頭的沉箱結(jié)構(gòu)相連，沉箱后方為約40 m的回填大塊石覆蓋層，再后方為原狀地層中的防滲墻及一期西圍堰中的防滲墻，具體如圖2所示。

圖2　可控注漿區(qū)段的防滲帷幕布置詳圖Fig.2　Arrangement of cut-off curtain in the controllable grouting section

為連接一期西圍堰中的防滲墻與南圍堰中的防滲墻，需在一期碼頭沉箱及沉箱后方回填大塊石層建造止水帷幕。沉箱后方回填大塊石層主要為1~300 kg的棱石，經(jīng)過多年的水流沖刷，基本已無細(xì)粒充填物，具有級配不均、架空嚴(yán)重、存在大空洞、大滲流通道等特點，大塊石覆蓋層下部為約1~6 m的粉砂層，具體如圖3所示。

圖3　防滲帷幕布置立面圖Fig.3　Arrangement elevation of cut-off curtain

為降低工程造價，首先嘗試建造防滲墻，經(jīng)試驗并采取輔助措施，仍無法在此大塊石回填層成槽。經(jīng)研究決定采用注漿帷幕。由于常規(guī)性注漿在這種大塊石層覆蓋層中漿液擴散距離大，漿液流失嚴(yán)重，無法形成有效的防滲帷幕，因此，改用可控性注漿。

2.2可控性注漿孔布置及注漿次序

沉箱段設(shè)計注漿孔排數(shù)為3排，排距為1.2 m，孔距為1.0~1.05 m，分為上、中、下3排。由于沉箱僅有數(shù)個小孔徑的泄水孔為可能的漏漿通道，漏漿的風(fēng)險小，故沉箱段注漿采用水泥漿液?，F(xiàn)場施工效果良好，未見明顯漏漿。施工時按照先下游排，再上游排，最后中間排的順序進行，每排注漿孔分兩序進行注漿施工。

沉箱后方注漿段設(shè)計注漿孔排數(shù)為4排，排距為0.9~0.95 m，4排孔對稱布置在防滲軸線兩側(cè)，邊排孔孔距為0.5 m，中間兩排孔距為0.8 m，成梅花形布置。施工時按照先下游排，再上游排，最后中間兩排同時施工的順序進行，每排注漿孔分兩序進行注漿施工。

由于沉箱后方為級配不均勻、大空洞的塊石回填覆蓋層，因此，上、下兩排采用了可控性膏狀漿液，控制漿液擴散范圍。上、下兩排漿液凝固后，成為中間排的防漏漿屏障。為保證止水效果，中間排仍采用常規(guī)水泥漿液。

2.3施工工藝

可控性膏狀注漿的施工工藝與常規(guī)注漿基本一致。

1）鉆孔工藝

本工程采用XY-2型地質(zhì)鉆機，金剛石鉆頭，清水回轉(zhuǎn)鉆進工藝。注漿鉆孔孔徑為φ56～φ76 mm。鉆孔分序分段與注漿分序分段相一致。鉆孔深度按進入強風(fēng)化基巖不小于1.0 m控制。

2）注漿工藝

注漿采用分排分序加密的方式進行，每排采用兩序加密，先一序后二序的順序進行。注漿采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)的注漿工藝。采用孔口封閉注漿工藝可以對上層注漿段進行反復(fù)注漿，從而取得良好的注漿效果。另一方面，采用孔口封閉注漿工藝，可以解決在覆蓋層無法分段卡塞的問題，且孔口封閉法有利于提高注漿壓力，保證注漿效果。每個注漿段起始注漿時，射漿管距孔底50 cm。

3）注漿分段

注漿采用孔口封閉法進行，為保證注漿能達(dá)到設(shè)計壓力，注漿孔口段長為2.0 m（含混凝土蓋板0.5 m），第2段長3 m，其余孔段長為2~5 m，鉆孔返水的孔段可適當(dāng)增加段長，但最長不大于5.0 m。

4）注漿壓力

本工程施工選用的灌漿壓力見表1。

表1　注漿壓力表Table 1　Grouting pressure

對鉆孔失水嚴(yán)重，鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)孔隙率大的孔段，灌漿壓力采用0.2 MPa，當(dāng)吸漿量很小，且無串冒漿現(xiàn)象時，則提高到設(shè)計壓力。

5）漿液配比及漿液變換

本工程采用的漿液配比由注漿試驗確定，具體見表2。

表2　注漿漿液配比Table 2　Grouting mixture ratio

鉆孔不返水的孔段，已探明架空嚴(yán)重的塊石層，直接采用膏狀水泥膨潤土漿液進行灌注。

對于鉆孔正常返水的孔段，采用純水泥漿液由稀變濃的原則灌注，漿液比級采用四級變換，分別為水灰比2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1的純水泥漿液。

變漿原則如下:

①當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不應(yīng)改變漿液比級。

②當(dāng)灌注時間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無明顯改變時，應(yīng)改濃一級。

③當(dāng)注入率大于30 L/min時，根據(jù)具體情況越級變濃。

6）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

對于膏狀水泥膨潤土漿液，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為在設(shè)計壓力下基本不吸漿，結(jié)束本段灌漿。

對于純水泥漿液，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為在設(shè)計壓力下注入率小于1 L/min后，持續(xù)灌注30 min即可以結(jié)束。

7）同一段灌漿多次注入的待凝時間

對于每段灌漿，需要多次注漿進行復(fù)灌的，根據(jù)每次注漿量不同分別確定復(fù)灌待凝時間。擬采用的標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)注入量超過1 t時，待凝時間不小于4 h；當(dāng)注入量250~1 000 kg時，待凝時間不小于2 h；當(dāng)注入量小于250 kg時，可不待凝，直接進行本段下一次注漿。

采用孔口封閉灌漿法，每一段灌漿結(jié)束后，不需待凝，可直接進行下一段的鉆進注漿工作。

2.4注漿質(zhì)量檢測

灌漿施工質(zhì)量檢查在灌漿結(jié)束14 d后進行，以檢查孔注水試驗成果為主。質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)為:混凝土與基巖接觸段的透水率合格率為100%，其余各段的合格率不小于90%，不合格試段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定的150%（設(shè)計滲透系數(shù)K≤i×10-5cm/s，i=1~9），且不合格試段的分布不集中。

本工程共進行9個注水孔33個試段的注水試驗。試驗結(jié)果表明，所有檢查孔試段的透水率均滿足設(shè)計要求，透水率最大值為3.67×10-5cm/s。

現(xiàn)場查看注漿段基坑邊坡坡面干燥，未見明顯溢水點，反映本工程可控性注漿施工取得了預(yù)期效果。

3　結(jié)語

1）可控性注漿可通過在水泥漿液中加入膨潤土、黏土、粉煤灰等摻合料來調(diào)節(jié)漿液的黏稠度，從而控制漿液的注入量和擴散度，減少漿液不必要的損耗，提高注漿的有效性及經(jīng)濟性。

2）可控性膏狀注漿在斯里蘭卡某港口工程碼頭沉箱后方大空洞的塊石覆蓋層的成功應(yīng)用，證明了可控性膏狀注漿對于級配不均、架空嚴(yán)重、存在大空洞、大滲流通道的覆蓋層的適用性，為類似注漿工程提供了有價值的參考。

[1]鄭玉輝.裂隙巖體注漿漿液與漿液控制方法的研究[D].長春:吉林大學(xué)，2005. ZHENG Yu-hui.Research on grouts and controllable method of grouting in rock mass of the fissures[D].Changchun:Jilin University,2005.

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Application of controllable grouting on rock block overburden with large gaps of a harbor project

WU Qi-lin1,TANG Qiao-liang2,LIN You-gao1
（1.CCCC FHDI Engineering Co.,Ltd.Guangzhou,Guangdong 510230,China; 2.China Communications Construction Co.,Ltd.,Beijing 100088,China）

Controllable grouting is a new grouting technology,developed in recent years,countering the overburden with large gaps and seepage,which can control the injection and diffuseness of grout to reduce the loss of grout and get a sound effect and economical efficiency of grouting.The current situation of controllable grouting is introduced,and the detailed construction technology and application effect of controllable grouting used in rock block overburden with gaps of a harbor project are also introduced,which can provide valuable references for other similar projects.

controllable grouting;colloidal grout;cut-off curtain;overburden

U654；U655.4

B

2095-7874（2016）02-0056-05

10.7640/zggwjs201602014

2015-10-19

伍琪琳（1984—），男，湖南衡陽市人，工程師，工學(xué)碩士，從事巖土工程設(shè)計。E-mail:wuql@fhdigz.com