水泥黏土浆在浅成岩地区注浆适用性的分析

乐 应 韩竹东 熊祖堂

(中南勘察基础工程有限公司)

安徽黄屯硫铁矿属于未开发利用的新矿床，根据前期水文勘探成果，预测矿区-340 m标高中段涌水量达到10.8万m3/d，矿区水文地质、工程地质条件复杂[1-2]。为减小地下水对矿区开采的威胁，本研究采用帷幕注浆方法拦截部分地下水。

1 矿区水文地质条件

矿区主要分布有3类含水岩组及2类隔水岩组(表1)。矿坑主要充水由基岩裂隙水的侧向径流补给。矿区东、南部基岩裂隙、孔洞接受大气降雨补给后，向断层破碎带汇集，沿断层破碎带的破碎面形成强径流带，向北径流进入天河。在天然状态下，东、南、西面山区基岩裂隙接受大气降水补给后，向沟谷汇聚，而后自南向北径流运动。在疏干排水条件下，矿区地下水流场会发生改变，主要存在3个进水方向：①F1断层与F2断层之间的南部进水通道；②F1断层与F2断层之间的北部进水通道；③F1断层中部过水通道，群孔抽水试验证明，F1断层中部被后期构造Fp2、Fp3、Fp4穿插，透水性好。

表1 矿区各岩层含(隔)水性特征

2 注浆技术要求及施工工艺

2.1 注浆材料及制浆要求

预计注浆量达50万m3左右，注浆材料选择水泥黏土浆。水泥采用标号为PO42.5的水泥，不宜使用受潮结块水泥。黏土塑性指数≥10，黏粒(粒径小于0.005 mm)含量不小于15%，含砂量(粒径0.05～0.25 mm)不大于5%，有机物含量不宜大于3%，黏土使用过程中应定期送检，含沙量超标时须更换土场[2-5]。

制浆要求为：①可控行固相材料宜采用重量称量法进行称量，称量的相对误差应小于5%；②原浆搅拌后须测量比重，比重达标方可用于制备混合浆；③应建立大型集中制浆站，制浆站的制浆能力应能同时满足注浆高峰期所有钻孔的用浆需求；④制备黏土原浆时，黏性土应采用转速在1 200 r/min以上的高速搅拌机拌制，搅拌时间应超过2 min，原浆浆液在制作及使用前应过筛，浆液使用过程中须不断搅拌，防止黏土颗粒沉淀；⑤制备混合浆液时宜采用340～1 200 r/min的高速搅拌机进行拌制，所有制浆材料加入后的搅拌时间不宜少于2 min；⑥混合浆液中需要加入辅助剂时，辅助剂应直接加入搅拌后的混合浆液中，并且搅拌时间不宜小于2 min，混合浆液由制备到使用的时间不宜超过4 h；⑦应对搅拌和计量设备进行定期保养和检修，及时清理搅拌桶以及贮浆池中的沉积物及残留物。

2.2 浆液配比及物理力学性能

本研究浆液水固比有3∶1、2.5∶1、2∶1、1.5∶1、1.2∶1、1∶1 6个级配8个配比供选择(表2)。料浆配比及相关物理力学性能指标见表3。

表2 帷幕采用的改性黏土浆配比

表3 改性黏土浆配比及主要性能指标

2.3 注浆方式

以下止浆塞分段注浆为主，当浅部遇岩芯破碎，止浆塞难以封闭时，可采用下注浆管循环式注浆式[6-8]。浅部120 m以上，注浆段长5～20 m，120 m以下，注浆段长20～30 m，遇全漏情况时须立即停钻压水注浆。由于浅层岩地区以微细裂隙为主，为确保微细裂隙充填密实，浆液扩散达到要求，注浆时应采用较高压力。设计采用纯压式注浆方式时的注浆终压(孔口表压)为地下水静水压力的2.5～3倍，孔内循环式注浆时的注浆终压为地下水静水压力的1.5～2倍。注浆压力达到设计终压且钻孔注入率小于20 L/min，稳定20～30 min后，即可结束当次注浆。

3 注浆效果

根据本研究检查孔钻探施工岩芯揭露情况，在不同孔段及孔深裂隙面多次发现有水泥黏土浆薄层(图1)，表明水泥黏土浆在连通性好的裂隙内扩散较好，可达到设计扩散半径。扫孔、钻进过程中的水泥黏土浆结石体样品物理力学参数测试结果见表4。分析表4可知：在钻孔中不同深度所获取的水泥黏土浆结石体样品的抗压强度最小可达8.5 MPa，最大可达16.3 MPa，结石体强度高，可满足帷幕墙体的强度要求。

图1 检查孔内水泥黏土浆结石体样品

4 结 语

以安徽黄屯硫铁矿帷幕注浆工程为例，以水泥黏土浆作为主要注浆材料，通过选用合理的注浆施工工艺及技术参数，根据帷幕施工前后的抽水试验成果，初步预测帷幕堵水率达到65%以上，堵水效果明显。研究表明：水泥黏土浆结石体抗渗性能及扩散性较好，在浅成岩地区以水泥黏土浆作为主要灌浆材料具有可行性；此外，该型材料造价低、取材方便，浆液固结后形成的结石体抗压强度高、抗渗性能好，应用前景较好。

表4 结石体样品物理力学参数