浅谈如何实现双液注浆的固结封水作用

原新星

注浆技术是与地下水作斗争的一门关键技术，主要应用在封水和加固两个方面。它是利用液压、气压和电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”。双液注浆即水泥—水玻璃浆液，也称 CS浆液(C代表水泥，S代表水玻璃)。那么，双液注浆是怎么实现对地基的固结封水呢，这主要是通过浆液对地层裂隙或孔隙的充塞作用。在这里，我们以滦河特大桥 36号墩加固整治工程为例进行简单的探讨。

滦河特大桥是一座38孔 32m混凝土梁双线桥，且上、下行各自分建，36号墩为三层扩大基础，23.6m高的圆柱形墩身。此桥于 1992年 11月开通运营，多年后发现 36号墩异常，该处上下行桥梁与梁之间的桥梁盖板有两块掉至桥下，经丈量发现此处梁间距大于其他处梁间距，后经对 36号墩进行系统测量，36号上行墩向线路外侧偏移累计达147mm，且在继续缓慢偏移，所以对36号上行墩进行加固势在必行。为弄清该墩倾斜的根本原因，设计院对 36号上行墩基底进行了钻探取样，结果表明其基础仅有东北角基底为基岩，其他三个角的基底下均有 50 cm～60 cm砾石层，很明显，砾石层承载力低造成基底软硬不均，引起不均匀沉降是造成倾斜的主要原因，36号上行墩也正是向西南方向倾斜。关于该墩基底三个外角出现砾石夹层的原因，据施工日志记载，当时挖基是在水面下7.5m进行，基坑中有50 cm砾石层均为强渗水;浇筑基础时使用 20台抽水机进行强抽水，抽水量为 200m3/h，在这种情况下浇筑混凝土时有可能水泥浆被渗水稀释抽走、混凝土骨料中不再有水泥浆，以致出现砂砾碎石松散夹层的情况。因此，建设单位在主持制定桥墩整治方案原则时提出要吸取原桥墩基础施工的教训，整治方案要充分考虑基础的封水及降水，防止基底的砂砾石继续流失。根据此原因，设计院制定的桩基承台托换方案中，增加了在该墩四周钻孔压浆形成帷幕墙的措施设计。帷幕墙分四层，最外两层为水泥—水玻璃双液注浆，主要起隔离河水、封闭桥墩基础四周、阻止基底砾石层中松散石屑及砂继续向外流失的作用，考虑经济等因素内侧两层设计为水泥浆单液注浆。为了保证注浆质量，我们先分别在桥墩的东南角及西南角各做两排五个双液注浆孔进行试验，完成了对施工中各项工艺指标的确定，经钻探取芯确认了注浆效果，为正式防水帷幕施工取得了宝贵的经验。

1 钻机的选择

静压注浆中，常用的地质钻机、工程钻机或其他类型的钻机均适用于其钻孔的施工，只要钻机能牢固地固定在地面上，钻孔过程中不会出现偏移而影响精度。本工程中由于上部地基均为回填有砂、砾、卵石土，而底部为斜长片麻岩，根据地层情况及进度需要，在卵石层深度内采用主动冲击式 SH-30型工程钻机成孔，对于片麻岩层则采用JU-1000型岩芯钻机钻进，切实加快了施工进度。

2 注浆泵的使用

注浆泵是注浆施工中最重要的设备之一，注浆泵应有足够的排浆量，泵压应大于最大注浆压力的 1/5倍～1/4倍，以保证注浆工作的顺利进行。就静压注浆而言，由于浆液对地层裂隙或孔隙的充塞作用，裂隙或孔隙逐渐变小，吸浆量也逐渐变低，相应的注浆压力呈递增趋势。尤其是在不同的注浆深度、不同的岩层条件下，要求采用不同的注浆流量和压力。特别是双液注浆施工中，为了能准确控制浆液的凝胶时间，两液的吸浆量应满足一定的比例关系，要求注浆泵均匀稳定，以满足注浆工艺和保证注浆质量的要求，目前国内专用注浆泵有 YSB-250/120型液力调速注浆泵、ZMJ-3/40型隔膜计量泵等，另外还有各种型号的泥浆泵、小型手压泵、动力泵等，以及石油化工用的计量泵等。本工程因为水泥类粒状浆液，故采用吉林Ⅰ型泥浆泵进行，最高注入压力2.6MPa。

3 浆液的配制

衡量一种浆液的指标很多，如密度、粘度、pH值、凝胶时间、结石率、抗压强度和抗折强度、渗透性、粘结强度等。根据注浆工程的需要及水泥—水玻璃浆液的特点，一般注重浆液的凝胶时间和抗压强度这两种性能，本工程由于双液注浆起充塞隔水的作用，因而以浆液的凝胶时间作为主要指标来进行配制。凝胶时间是指水泥浆与水玻璃相混合时起至浆液不能流动为止的这段时间，其影响因素有水泥品种、水泥浆浓度、水玻璃浓度、水泥浆与水玻璃体积及浆液温度等，但其范围一般只能为0min～5m in，由于造价原因，本工程设计提出0.85m的扩散半径，为赢得充分的扩散时间，我们在浆液中掺入磷酸氢二钠作为缓凝剂，使浆液的凝胶时间延长至14m in左右，基本满足了注浆要求。

在配制水泥—水玻璃浆液时，应分别进行水泥浆的配制和水玻璃的稀释。配制水泥浆时，力求加料准确，一定要在加完水及缓凝剂溶解后在搅拌的情况下方能加入水泥，以免搅拌机卡住;搅拌时间应不少于5min，放置时间不宜超过3min。搅拌时间及放置时间对缓凝效果的影响见表 1，表 2。

表1 放置时间对缓凝效果的影响

表2 搅拌时间对缓凝效果的影响

关于搅拌机的使用，自制了钢筒搅拌池、电动叶轮搅拌的简易装置，由人工拆装、上灰，满足了浆液的迅速拌合及不间断供应。

4 注浆方法

我们在滦河特大桥 36号墩地基封水时采用的是钻杆注浆法，此种方法施工费用低且较易操作，在钻孔钻到所规定的深度，洗孔后，再将钻杆送至注浆位置，用两台泥浆泵分别将事先配制好的水泥浆和水玻璃通过各自的管路输送至孔口后再令其混合，然后通过钻杆内管将它们送入地层中。注入后，随着化学反应的进行，粘度逐渐升高，并在地基中凝胶(见图1)。

注浆时应按跳孔间隔注浆方式，以防止串浆;同时遵循先外围后内层的注浆顺序，以节约浆量，提高注浆质量。

5 质量检验

为了证实浆液在设计半径内对地层的充填效果，我们在相邻孔的结合处钻孔取芯观察，均有浆液胶体充填，且卵石层含量大，而上部砂层含量小，这也是正常的，因为砂层的孔隙率要比卵石层小得多。由于多种原因，在防水帷幕竣工 9个多月后，新桥墩的基坑开始开挖，由于已超过了水泥与水玻璃胶结的有效期(约半年)，而可能降低了帷幕的防水效果，但这次基坑开挖的涌水量大约只有 30m3/h，也在一定程度上证明了双液注浆的固结封水效果。

6 施工体会

1)静压注浆的主要对象是砂及砂砾石、软粘土和湿陷性黄土，实践证明，它确实是一门重要且颇有发展潜力的地基处理技术。

2)施工中由于我们对封孔及浆液的混合等技术处理不够，在一定程度上影响了本次施工的效果，这也是以后施工中应总结提高的地方。

3)不同目的注浆孔布置及半径等参数，应尽可能依据现场试验的效果来确定，有利于提高注浆质量，降低工程造价。

4)在保证浆液扩散半径和可泵性的情况下，如能进一步提高CS浆液的凝胶体强度，将大大拓宽其适用性。

[1] 彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].北京:中国地质大学出版社，1998.

[2] 孙 伟，王维国，高 国.丙乳砂浆修补氯盐环境桥梁劣化混凝土的应用[J].山西建筑，2009，35(25):309-310.