可控性注浆在某港口工程大空洞块石覆盖层中的应用

伍琪琳，唐桥梁，林佑高

（1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东　广州　510230；2.中国交通建设股份有限公司，北京　100088）

可控性注浆在某港口工程大空洞块石覆盖层中的应用

伍琪琳1，唐桥梁2，林佑高1

（1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230；2.中国交通建设股份有限公司，北京100088）

可控性注浆是近年发展起来的针对存在大空洞、地下水渗流等条件覆盖层的新注浆工艺，可通过控制浆液的注入量和扩散度，减少浆液不必要的损耗，提高注浆的有效性及经济性。文中简述了可控性浆液的现状，结合可控性注浆在某码头工程大空洞块石覆盖层的应用介绍了可控性注浆的具体施工工艺及处理效果，可为其它类似项目提供参考。

可控性注浆；膏状浆液；防渗帷幕；覆盖层

0　引言

注浆技术在世界范围已有近200 a的发展史，1864年在阿里因普瑞贝矿首次应用水泥注浆法成功解决井筒涌水的问题[1]。我国的注浆技术从50年代初才开始起步，但发展迅速，目前多种注浆技术的研究及应用已处于世界先进行列[1]。注浆浆液可分为三类:水泥浆液、化学浆液、混合浆液。目前在我国工程界运用最多的是前面两类，尤其是水泥浆液。

常规浆液在应用中主要存在三方面问题:浆液的可灌性、稳定性及可控性。目前有一些浆液具有良好的可灌性和稳定性，但缺乏可控性，严重限制了注浆技术在工程中的应用。尤其对于级配不均、架空严重、存在大空洞、大渗流通道的覆盖层，常规浆液存在扩散距离大，浆液流失严重，无法形成有效的防渗帷幕等问题[2]。可控性注浆是近年来针对上述情况发展起来的一种新注浆技术，它通过在水泥浆液中加入膨润土、黏土、粉煤灰等掺合料来调节浆液的黏稠度，从而控制浆液的注入量和扩散度[2]。这样不仅可达到最佳的注浆效果，也可减少浆液不必要的损耗，提高注浆的有效性及经济性。

1　膏状浆液简介

控制浆液的注入量及扩散范围的关键在于调整注浆材料。注浆行业先后研究并使用了水玻璃浆液、塑性浆液、木质素浆液、水泥-化学浆液等，虽取得了一定成果，但仍无法真正实现对大空洞和地下水渗流地层注浆的可控性。

水泥膏状浆液是在水泥浆液中加入膨润土、黏土、粉煤灰等掺合料及少量外加剂而构成的低水灰比膏状浆液，从而改变了浆液的黏稠度、流动性，实现浆液扩散度的可控。膏状浆液在水泥初凝后，扩散前沿就形成了密实的水泥结石体，而后面的大空洞则会被膏浆完全填满，形成良好的防渗结构[2]。

膏状浆液特别适合于中等开度渗流通道的地层，比如堆石渗流覆盖层。由于膏状可避免浆液过度扩散，减少不必要的损耗，从而可大幅提高注浆的有效性及经济性。目前，膏状浆液已在多个工程运用，如彭水上下游围堰、小湾水电站下游围堰、重庆市轨道一号线中梁山隧道工程[3]、甘再水电站[4]、构皮滩水电站工程[5]等多个项目，效果良好。

2　工程运用

2.1工程概况

斯里兰卡某大型港口工程位于泄湖，采用内挖式港池，分期建设，平面布置如图1所示，其中一期工程已干施工建设完毕，并通过航道与外海连接，港池内平均潮位+0.0 m。为实现二期港池及一期北围堰的干施工开挖，一期工程已于干施工港池内前瞻性地回填建造了南围堰。

图1　斯里兰卡某港口工程防渗结构平面图Fig.1　Layout of impervious structure of a harbor project in Sri Lanka

二期工程建设时，在南围堰内建造防渗墙，在二期拟开挖港池的泄湖侧建造围堰及防渗墙，并将它们与一期已建防渗墙连接起来形成干施工封闭止水结构。其中，南围堰西侧与一期已建码头的沉箱结构相连，沉箱后方为约40 m的回填大块石覆盖层，再后方为原状地层中的防渗墙及一期西围堰中的防渗墙，具体如图2所示。

图2　可控注浆区段的防渗帷幕布置详图Fig.2　Arrangement of cut-off curtain in the controllable grouting section

为连接一期西围堰中的防渗墙与南围堰中的防渗墙，需在一期码头沉箱及沉箱后方回填大块石层建造止水帷幕。沉箱后方回填大块石层主要为1~300 kg的棱石，经过多年的水流冲刷，基本已无细粒充填物，具有级配不均、架空严重、存在大空洞、大渗流通道等特点，大块石覆盖层下部为约1~6 m的粉砂层，具体如图3所示。

图3　防渗帷幕布置立面图Fig.3　Arrangement elevation of cut-off curtain

为降低工程造价，首先尝试建造防渗墙，经试验并采取辅助措施，仍无法在此大块石回填层成槽。经研究决定采用注浆帷幕。由于常规性注浆在这种大块石层覆盖层中浆液扩散距离大，浆液流失严重，无法形成有效的防渗帷幕，因此，改用可控性注浆。

2.2可控性注浆孔布置及注浆次序

沉箱段设计注浆孔排数为3排，排距为1.2 m，孔距为1.0~1.05 m，分为上、中、下3排。由于沉箱仅有数个小孔径的泄水孔为可能的漏浆通道，漏浆的风险小，故沉箱段注浆采用水泥浆液。现场施工效果良好，未见明显漏浆。施工时按照先下游排，再上游排，最后中间排的顺序进行，每排注浆孔分两序进行注浆施工。

沉箱后方注浆段设计注浆孔排数为4排，排距为0.9~0.95 m，4排孔对称布置在防渗轴线两侧，边排孔孔距为0.5 m，中间两排孔距为0.8 m，成梅花形布置。施工时按照先下游排，再上游排，最后中间两排同时施工的顺序进行，每排注浆孔分两序进行注浆施工。

由于沉箱后方为级配不均匀、大空洞的块石回填覆盖层，因此，上、下两排采用了可控性膏状浆液，控制浆液扩散范围。上、下两排浆液凝固后，成为中间排的防漏浆屏障。为保证止水效果，中间排仍采用常规水泥浆液。

2.3施工工艺

可控性膏状注浆的施工工艺与常规注浆基本一致。

1）钻孔工艺

本工程采用XY-2型地质钻机，金刚石钻头，清水回转钻进工艺。注浆钻孔孔径为φ56～φ76 mm。钻孔分序分段与注浆分序分段相一致。钻孔深度按进入强风化基岩不小于1.0 m控制。

2）注浆工艺

注浆采用分排分序加密的方式进行，每排采用两序加密，先一序后二序的顺序进行。注浆采用孔口封闭、孔内循环的注浆工艺。采用孔口封闭注浆工艺可以对上层注浆段进行反复注浆，从而取得良好的注浆效果。另一方面，采用孔口封闭注浆工艺，可以解决在覆盖层无法分段卡塞的问题，且孔口封闭法有利于提高注浆压力，保证注浆效果。每个注浆段起始注浆时，射浆管距孔底50 cm。

3）注浆分段

注浆采用孔口封闭法进行，为保证注浆能达到设计压力，注浆孔口段长为2.0 m（含混凝土盖板0.5 m），第2段长3 m，其余孔段长为2~5 m，钻孔返水的孔段可适当增加段长，但最长不大于5.0 m。

4）注浆压力

本工程施工选用的灌浆压力见表1。

表1　注浆压力表Table 1　Grouting pressure

对钻孔失水严重，钻孔过程中发现孔内孔隙率大的孔段，灌浆压力采用0.2 MPa，当吸浆量很小，且无串冒浆现象时，则提高到设计压力。

5）浆液配比及浆液变换

本工程采用的浆液配比由注浆试验确定，具体见表2。

表2　注浆浆液配比Table 2　Grouting mixture ratio

钻孔不返水的孔段，已探明架空严重的块石层，直接采用膏状水泥膨润土浆液进行灌注。

对于钻孔正常返水的孔段，采用纯水泥浆液由稀变浓的原则灌注，浆液比级采用四级变换，分别为水灰比2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1的纯水泥浆液。

变浆原则如下:

①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不应改变浆液比级。

②当灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无明显改变时，应改浓一级。

③当注入率大于30 L/min时，根据具体情况越级变浓。

6）灌浆结束标准

对于膏状水泥膨润土浆液，结束标准为在设计压力下基本不吸浆，结束本段灌浆。

对于纯水泥浆液，结束标准为在设计压力下注入率小于1 L/min后，持续灌注30 min即可以结束。

7）同一段灌浆多次注入的待凝时间

对于每段灌浆，需要多次注浆进行复灌的，根据每次注浆量不同分别确定复灌待凝时间。拟采用的标准为:当注入量超过1 t时，待凝时间不小于4 h；当注入量250~1 000 kg时，待凝时间不小于2 h；当注入量小于250 kg时，可不待凝，直接进行本段下一次注浆。

采用孔口封闭灌浆法，每一段灌浆结束后，不需待凝，可直接进行下一段的钻进注浆工作。

2.4注浆质量检测

灌浆施工质量检查在灌浆结束14 d后进行，以检查孔注水试验成果为主。质量评定标准为:混凝土与基岩接触段的透水率合格率为100%，其余各段的合格率不小于90%，不合格试段的透水率不超过设计规定的150%（设计渗透系数K≤i×10-5cm/s，i=1~9），且不合格试段的分布不集中。

本工程共进行9个注水孔33个试段的注水试验。试验结果表明，所有检查孔试段的透水率均满足设计要求，透水率最大值为3.67×10-5cm/s。

现场查看注浆段基坑边坡坡面干燥，未见明显溢水点，反映本工程可控性注浆施工取得了预期效果。

3　结语

1）可控性注浆可通过在水泥浆液中加入膨润土、黏土、粉煤灰等掺合料来调节浆液的黏稠度，从而控制浆液的注入量和扩散度，减少浆液不必要的损耗，提高注浆的有效性及经济性。

2）可控性膏状注浆在斯里兰卡某港口工程码头沉箱后方大空洞的块石覆盖层的成功应用，证明了可控性膏状注浆对于级配不均、架空严重、存在大空洞、大渗流通道的覆盖层的适用性，为类似注浆工程提供了有价值的参考。

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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，湖南衡阳市人，工程师，工学硕士，从事岩土工程设计。E-mail:wuql@fhdigz.com