水泥-水玻璃双液灌浆施工技术

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水泥-水玻璃双液灌浆施工技术
潘洪
武警水电第二总队第七支队江西鹰潭 335000
主题词:江坪河水电站导流洞进口围堰因填筑时河床水位高,水下部分无法碾压;同时新填筑围堰轴线是前期施工围堰的堰脚部位,大块石架空现象突出,由此导致了围堰水下部分结构比较松散,按设计的高压旋喷施工无法形成防渗墙,经综合考虑采用了水泥-水玻璃双液灌浆施工技术成墙。

关键词:江坪河导流洞进口围堰双液灌浆防渗墙
一、工程概述
江坪河水电站导流洞前期因地质灾害原因导致被洪水淹没,未能全部建设完成即停建。

导流洞的完建并投入使用是江坪河水电站能否在2008年实现大江截流的关键;而要恢复导流洞剩余工程的施工,首先必须完成导流洞进、出口围堰填筑以及围堰防渗体的施工。

导流洞进、出口围堰防渗体设计方案是高压旋喷防渗墙,因填筑围堰时河床水位高,水下部分无法碾压;同时新填筑围堰轴线是前期施工围堰的堰脚部位,大块石架空现象突出,由此导致了进、出口围堰水下部分结构比较松散,高压旋喷施工无法形成防渗墙。

我项目部在认真研究了塑性混凝土防渗墙、防渗土工膜技术、双液灌浆等国内常用的防渗墙施工技术后,经从工期要求、经济指标、施工边界条件等方面综合考虑,决定导流洞进口围堰防渗墙采用双液灌浆施工技术。

二、双液灌浆技术
1、水泥-水玻璃双液灌浆的作用原理
水泥-水玻璃双液灌浆可视为渗透、劈裂扩散、填充和挤密
四部分组成,浆液在压力作用下向钻孔周围砂砾石体中发生渗透、劈裂打散。

水泥中硅酸三钙发生水解和水化反应,产生氢氧化钙。

氢氧化钙与水玻璃发生反应,生成细分散状的凝胶体——水化硅酸钙。

凝固后形成强度较高、水稳定性好的水泥结石体,从而使地基挤密,固结强度增高,形成一道固结的帷幕止水带。

水泥—水玻璃双液浆材具有两种浆材的优点:浆液粘度较低,可灌性较好,在水中可以迅速凝固,凝胶时间可在几秒到几十分钟内准确控制,结石率可高达98%以上,结石强度较高,且浆液本身无毒,对下游居民用水无污染。

2、灌浆材料
1)砾石:必须选择质地坚硬,砾径1~2cm,0.5~2cm两级配的砾石,保证无泥质物混杂;
2)砂:必须选择质地坚硬清净无泥粗径2.5mm的天然砂或人工砂,含泥量<3%,SO3含量<1%,有机物含量<3%。

3)水泥:PO32.5普通硅酸盐水泥,质量满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999中的规定。

4)水玻璃:模数为2.4~3.0,浓度30~45Be;
3、凝胶时间
为防止浆液在水中流失,并满足双液在孔口混合后能渗透至砾石层的时间要求,浆液凝胶时间控制为60s。

根据现场试验数据统计结果显示,在保证浆液可灌性和有效扩散距离前提下,应根据渗漏水情况、砂砾石充填情况合理选用浆液配比,并同时在实际施工中根据吸浆量和注浆压力适时加以调整。

凝结时间加入的水玻璃占水泥浆液体积的百分数(%)
4、灌浆压力及吸浆量
灌浆压力与地质构造、钻孔深度、浆液粘度、灌浆速度和灌浆量等因素有关,灌浆过程中压力是变化的。

灌浆压力宜通过现场试验确定,即通过试验性灌浆,绘制出灌浆量与灌浆压
力的关系曲线,灌浆量突然增加时的压力即为容许灌浆压力。

经现场灌浆试验确定,本工程灌浆的压力控制为0.6~0.9MPa
之间。

为防止浆液流失造成浪费,对砂砾石层其吸浆量应控制在20L/min左右。

5、扩散半径
浆液扩散半径可按经验公式进行估算,但由于地质条件的复杂多变,理论公式计算常常偏差很大,一般应通过现场灌浆试验确定,经现场试验确定R=1.0m。

6、灌浆量
砂砾石层的孔隙率n为25~45%之间,故浆液注入率为i=n×η=0.3×0.7=0.21(式中η为地层孔隙不完全充填的折减系数,对砾石土层η=0.7~1.0)。

灌浆量Q=V×i×(1+β)(式中V为防渗区体积,β为浆液流到防渗区外的损耗系数,一般取β=~15%)。

7、灌浆施工
①造孔
孔位确定无误后,将钻机移至核定的孔位上,按照要求进行机架、机座校正,配备良好钻具,保证钻孔铅直开孔。

在钻进过程中,精心操作,合理掌握钻进参数,合理掌握钻进速度,以防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。

原始记录:每孔钻进时均要详细填写钻探班报表,记录孔深、孔径、钻进时间;下入套管规格、长度,遇到的特殊情况。

钻进至设计孔深后,待灌或灌浆结束时待钻,孔口均需进行加盖处理,防止异物进入。

②制浆
制浆材料采用称量法,称量误差小于5%,水泥等固相材料采用重量称量法。

浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度,纯水泥浆液的搅拌时间,用普通搅拌机时,应大于3min,使用高速搅拌机时应大于30S。

浆液在使用前应经二次过筛,从制浆到用完的时间不宜大于4h。

高速搅拌机配制0.5:1的浆液,并根据各灌浆点的不同需要,经普通搅拌机拌制各灌段所需的浆液,配制好的水泥浆,浆液自制备到用完时间不超过4h。

应将浆液的温度保持在5~40℃之间。

有必要时,可以考虑使用热水制浆,但注意保持水温不得超过40℃。

③灌浆
灌浆设备系用2TG2—60/210型双液灌浆专用泵,先将下部带尖头的花管打入填充砂砾石至孔底设计标高,用水冲洗进入管中的砂土。

按规定的配比制备浆液,凝胶时间控制在60s左右,达不到要求时可适当对浆液配比进行调整。

安装灌浆内管及混合器(注浆头),连接高压胶管,用两台灌浆泵分别将水泥浆和水玻璃浆同时压入灌浆管内进行灌浆。

用人工葫芦自下而上分段拔管灌浆至规定灌浆高度。

8、灌浆效果
水泥-水玻璃双液注浆结束后,通过现场观测,基坑内渗水被有效封堵,无明显渗漏现象。

堵漏结果表明,采用水泥-水玻璃双液灌浆防渗堵漏方案堵水率达到90%以上。

9、特殊情况的处理
灌浆过程中,发现冒浆、漏浆,应先查明原因,根据具体情况,采取表面封堵、低压浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法处理。

灌浆过程中若因故中断,应及早恢复灌浆。

否则应立即冲洗钻孔,再后恢复灌浆;若冲孔无法解决问题,则应进行扫孔清洗,再恢复灌浆;恢复灌浆时,使用开始灌注水灰比灌浆;当注入率与中断前基本一致时,再改用中断前水灰比灌注;若注入率与中断前减少较多,则浆液逐级变浓进行灌注。

恢复灌浆后,若注入率在短时间内停止吸浆,则考虑扫孔冲洗或在旁侧补打钻孔进行补强灌浆。

对灌入量大,难以结束的灌段采用以下方法:低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆;对于灌段吸浆量大,而又具有一定压力和回浆量者,在浆液中掺加适量的速凝剂,加速浆液凝固,减少浆量损失。

10、结语
水泥-水玻璃双液注浆技术因其价格低廉、可操作性强、良好的堵漏补强效果,正日益得到广泛应用。

其在本工程上的成功应用充分证明了其良好的堵漏适用性,其良好堵漏效果可供其它工程借鉴参考。

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