富水地层下双液注浆技术

冯 群 任兴龙

(中建交通建设集团有限公司，北京 100142)

富水地层下双液注浆技术

冯 群 任兴龙

(中建交通建设集团有限公司，北京 100142)

结合工程实例，阐述了双液注浆的原理、材料及技术特点，依据双液注浆的使用范围，对双液浆的配比与注浆机具进行了介绍，最后提出了双液注浆的检测方法，为同类工程提供借鉴。

双液注浆，材料，透水性，配比

1 工程概述

工程位于天津市东丽区大毕庄镇津大线与跃进路交口。本车站所涉及地层主要为全新统粉土、粉质粘土，其次为上更新统冲积层，尤以灰黄色粉土、粉质粘土为主。

潜水含水层初见水位埋深1.60 m～3.00 m，相当于标高1.61 m～0.82 m。静止水位埋深1.00 m～2.40 m，相当于标高2.22 m～1.92 m。表层地下水属潜水类型，主要有大气降水补给，已蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般年变幅在0.50 m～1.00 m左右。

第一承压含水层分布于下组陆相冲积层粉土以及上更新统第五组陆相冲积层粉土层、粉砂。虽然上述土层分布不连续，呈透镜体形式，但其含水量大，透水性好，具承压性，而且相互之间具有水力联系，承压水水头埋深为3.81 m，承压水水头标高0.10 m。

第二承压含水层分布于上更新统陆相冲积层粉砂层，该层透水性好，具有承压性。水头埋深为4.46 m，承压水水头标高-0.93 m。

由于本区段富含丰富的地下水资源，给施工带来了巨大的影响。并且由于地下连续墙墙缝漏水将会引发地表沉降，严重时会使基坑变形，增加了施工潜在风险。因此采用了双液注浆技术，这种技术能控制胶凝时间，在渗漏水以及险情突发时能快速反应并起到很好的效果[1]。

2 双液注浆

所谓的双液浆就是由两种液体(主要成分)混合而成，其中一种为一定水灰比的水泥浆，另一种为水玻璃。水玻璃的有效成分为可溶性碱金属硅酸盐((Na2O)nSiO2，(K2O)nSiO2)，水玻璃的模数越大(分子式中的n值)，越难溶于水，粘结力越强，其模数一般在1.5～3.5之间。双液浆施工工艺主要在地下水丰富，软弱地层，卡斯特地貌地区以及岩石裂隙较发育地区使用较为普遍。

2.1 双液注浆原理

顾名思义，双液浆就是将两种浆液以合适的比例进行混合，然后将混合浆液注入待加固土体中，达到隔水、加固土体等效果。

其反应的化学方程式主要涉及到水泥水化方程以及水泥与水玻璃方程。

水泥水化方程：

3CaO+SiO2+nH2O=2CaOSiO2(n-1)H2O+Ca(OH)2

水泥水玻璃方程：

3Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→Ca·nSiO2·mH2O+2Na(OH)

将浆液注入地层中以后，可以缩短土体的固结沉降时间，控制沉降值。同时，已加固的土体形成一道小范围的止水帷幕，防止地下水通过土颗粒间隙或者岩体裂缝涌入基坑内。当然，如果地下水或者土体流失，浆液可以填充到流空的部位并迅速胶凝化，也能起到一定的换填作用。天津地铁R1标段部分处于软弱土地层，并且相当一部分地表层为杂填土地层，土体松散，自稳能力差。标段整体所处地区地下水位较高，双液浆能起到止水、加固等作用。因此在这种情况下进行双液注浆效果明显，意义重大。

2.2 双液注浆材料

1)水泥。双液注浆的水泥大多选用普通硅酸盐水泥。如果在复杂地层以及抢险过程中建议使用超细水泥。由于其造价昂贵，不建议在一般施工中使用。精选定的水泥一定要附有出厂合格证明并且满足相关要求。双液注浆对水泥的要求很是严格，对于已经受潮或者已经成块凝结的水泥坚决予以退回。其各项指标应该符合国家的有关规定。

2)水玻璃。水玻璃一般有三个指标来衡量：密度、模数以及波美度。密度是其单位体积的重量。模数是二氧化硅与碱金属的摩尔质量比。波美度是水玻璃溶液的浓度。施工中一般采用模数在1.5～3.5之间，30 Be′上下的水玻璃溶液。或者采用波美度较高的水玻璃溶液，通过现场实际控制来降低波美度进行施工。天津地铁6号线R1标段采用的是普通硅酸盐水泥(P.O42.5)，水玻璃溶液采用的是37 Be′稀释成30 Be′进行施工。

3)双液浆的用水以及外加剂。双液浆的水源可采用清洁水以及井水等，对于含有油脂的水、酸性较大的水以及海水等不宜采用。加入不同的外加剂有利于强度的快速提升以及胶凝时间的人为可控化。

2.3 双液浆注浆特点

1)胶凝时间易调节。通过调节双液浆中两种主材的主要含量可以控制双液浆的胶凝时间。胶凝时间的调节能够使这种施工工艺在水流量大或者亟须抢险的部位快速凝结已达到止水的目的。

2)流动性强。双液浆的这个特点可以让浆液充填到岩石的细微裂隙中或者土颗粒间隙中。能够较好地起到土体加固的效用。

3)污染少。不少施工单位或者专业注浆队伍为了尽快达到注浆效果采用化学浆液进行止水加固，这种方法较双液注浆而言不仅污染土质，同时也污染了地下水。

3 双液注浆使用范围

1)基岩裂隙地面预注浆和工作面预注浆、壁后注浆、堵特大涌水等优先选用水泥—水玻璃双液注浆。

2)断层泥带，当裂隙宽度(或粒径)小于1 mm，或渗透系数K≥1×10-5m/s时，加固压浆优先选用水泥—水玻璃双液注浆。

3)断层破碎带各砂卵石地层，当裂隙宽度(或粒径)大于1 mm，或渗透系数K≥5×10-4m/s时，堵水注浆。

4)对于颗粒细小的粘土层，采用水泥—水玻璃双液注浆时应在水泥浆液加入膨润土、粉煤灰等填料，且使用特殊注浆工艺。

4 双液浆配比

1)水玻璃配比。本车站所购水玻璃波美度为37 Be′，稀释成30 Be′。稀释原则如下式：

V水=V原(ρ原-ρ配)/(ρ配-ρ水)。

ρ原=145/(145-0Be)。

其中，V水为水的质量；V原为玻璃在稀释前的质量；ρ原为水玻璃在稀释前的密度；ρ配为水玻璃在稀释后的密度；ρ水为水的密度(通常为1)。

2)水泥浆配比。本车站采用的水灰比为1∶1。量测好搅拌容器的容量，先加入与水泥成比例的水进入容器内，之后加入等比例的水泥，再次搅拌至均匀。

稀释后的水玻璃与水泥浆同步运送，在漏水点汇合后压入地层。

5 双液注浆机具

1)钻孔设备。钻孔机具采用无锡探矿机械厂生产的SH-30型工程钻机。钻进深度30 m，给进方式为主动冲击，开孔直径为142 mm，终孔直径为110 mm，钻井直径为42 mm。2)注浆设备。注浆设备为YZB-S系列双缸双液变化注浆机。该机具可进行单液注浆也可进行双液注浆。该设备通过调节两缸的行程比来调节两缸的流量比，进而调节两种浆液的比例。

6 双液注浆效果查验

主要涉及两种注浆效果检查。P-Q-T法以及钻孔取样法。

其中，P为注浆压力；Q为注浆量；T为注浆时间。通过绘制曲线间接评判注浆效果。

通过钻孔所获岩心进行例如孔内填充，压水试验等手段获取注浆效果。

7 注浆参数

天津地铁6号线R1标处在高地下水地层中。车站的围护形式为地下连续墙。地下连续墙的好坏直接影响车站主体施工。通过对地下连续墙施工时的超声波探测分析来确定有隐患的墙体。通过预埋袖阀管来预防潜在风险。全站共涉及84幅地下连续墙，由于特殊墙体的施工导致车站出现86道墙体接缝。土方开挖之后共出现21处渗漏水情况。将预埋孔分为A，B两序。

A序孔注浆深度为车站底板下4 m至车站顶板，钻孔结束后预埋袖阀管，袖阀管每单元30 cm，将袖阀管连接至指定长度并下放到孔洞中。将镀锌钢管插入袖阀管中，通过注浆管将两种浆液在地面汇合共同压入镀锌钢管中。

本车站水灰比为1∶1，注浆压力为0.4 MPa～0.7 MPa，双液胶凝时间为2 min～5 min。

双液浆强度主要受水灰比以及水玻璃浓度两种浆液的影响，见表1。

表1 双液注浆各类参数与抗压强度

8 天津地铁注浆检测

天津地铁采取单孔检测的方案。注浆过程中压力不断攀升，注浆量逐渐减少，当注浆压力达到终压并能持压达到5 min以上可以终止此次注浆。

当总注浆量达到设计注浆量的80%及以上时，并且每孔米涌水量小于0.6 L/min时即可结束本次注浆。

注浆效果应钻孔检查，浆液充填饱满、密实，吸水率小于0.2 L/min时即评为合格。

9 结语

双液浆的强度取决于水灰比:水灰比越小，强度越大；水玻璃浓度越大，强度越大：

1)在水玻璃浓度确定的情况下，影响结石体抗压强度的主要因素是水灰比，水灰比越小，抗压强度会出现一个显著地增长过程；2)在水灰比确定的情况下,随着水玻璃的浓度Be′的增大,结石体抗压强度呈上升趋势，但幅度不显著；3)经过双液注浆的渗漏水的地下连续墙接缝止水效果良好且地面无明显沉降。

双液注浆技术在处理车站围护结构渗漏水现象时，效果良好，易于控制，并为土方的下步开挖以及车站主体施工创造了条件，对以后的地铁施工具有深远的实践意义。

[1] 董铁路.注浆在厦门海底隧道中的应用[J].铁道建筑技术,2008(10)：71-72.

[2] 陆兆阳.水泥—水玻璃双液浆配比试验及其特性研究[J].煤田钻探与煤田物探，2009(11)：106-107.

[3] 于 建.双液浆帷幕在填海区基坑止水中的应用[J].铁道建筑，2001(6)：121-122.

[4] 潘光明,陈崇柱,姜 华.煤矿注浆堵水中C-S双液注浆配比操作技术研究[A].中国科协2005年学术年会第20分会场论文集[C].2005.

Dual liquid water-rich strata grouting technology

FENG Qun REN Xing-long

(ChinaConstructionCommunicationEngineeringGroupCorporationLimited,Beijing100142,China)

Combining with engineering examples, the paper describes double-liquid grouting principles, materials and technical features, introduces the double-liquid grouting matching and grouting machines according to its application scope, and finally puts forward double-liquid grouting detection methods, which has provided some guidance for similar engineering.

double-liquid grouting, material, water permeability, matching

1009-6825(2014)11-0111-02

2014-02-07

冯 群(1991- )，男，助理工程师； 任兴龙(1988- )，男，助理工程师

TU455.452

A