赵 东，张 润，吴 瞳
(四川力程建设工程有限责任公司，四川成都，410000)
作者简介: 赵东(1982—)，男，四川阆中人，工程师，主要从事地基与基础处理工程等施工。
【摘 要】 本文主要介绍采用高浓度水玻璃－水泥混合浆液对岩基内动水、涌水量大的部位进行堵漏处理。
【关键词】水玻璃－水泥混合浆液; 动水; 涌水部位; 堵漏处理
1 概述
牛栏江－滇池补水工程是治理滇池水环境污染以及远期兼顾昆明、曲靖城市供水跨邻近流域的一项引水工程。工程位于云南省曲靖市的沾益县、会泽县及昆明市的寻甸县、嵩明县和昆明市盘龙区境内。工程由德泽水库水源枢纽工程、干河提水泵站工程及干河提水泵站至昆明(盘龙江)的输水线路工程组成。
位于昆明市嵩明县及官渡区境内的输水线9标主要包括: 大五山隧洞桩号3+984.000～14+770.000m段，总长10786m。
其中桩号12+055～12+507段为过对龙河段及影响区域。过对龙河段垂直埋深26～29m，洞顶基岩厚度3～12m，上部为冲洪积层，溶蚀裂隙十分发育，地下水丰富，最大涌水总量约3600m3/h，最大涌水点涌水量约200m3/h。该段属不良地质段。
针对大五山隧洞过对龙河段不良地质洞段，根据设计要求，固结灌浆前首先进行了生产性试验。试验中对灌浆参数进行了适当的调整，并在施工过程中进一步进行了优化。灌浆参数: ①灌浆孔布置按设计图纸施工，灌浆孔间排距为3.0m×3.0m，入岩3.0m，梅花形布置; ②灌浆压力不大于0.3MPa; ③直接采用0.5 1水泥浆进行灌浆并掺入3%的水玻璃。过程中调整为采用0.6 1 1水泥砂浆进行灌浆并掺入5%的水玻璃; ④采取间歇灌浆方法，单次灌浆量达到5t以后待凝再扫孔复灌，经多次间歇灌浆直至结束。灌浆后经压水检查结果满足要求，但平均单位注入量达4644.0kg/m。在保证质量的前提下，为进一步控制灌浆成本。经业主组织召开专题会议，对灌浆工艺及参数作了进一步调整优化，在该段再选一个单元进行第二次生产性试验。
2 施工难点及对策
2．1 施工难点
针对概述中阐述的第一次试验结果及周围环境的特殊性，经过分析总结灌浆处理中主要存在以下难点:
(1)该部位地下水丰富，灌浆在较大动水流速情况下进行。这就要求灌入地基裂隙内的浆液，应在很短的时间内凝结，否则浆液就会被流水稀释和带走，达不到灌浆的目的。如何调整和控制好胶凝时间，使其不长不短，恰好满足灌浆要求。
(2)通过第一次灌浆试验，说明该部位可灌性很好，为了保证灌浆时达到一定的扩散半径，又保证浆液不流失于指定范围外，如何在给定的地质条件、浆液条件、施灌工艺及现有设备条件下实现这一要求。
2．2 处理对策
公司对实际困难进行客观分析后并结合类似工程经验，提出了相应的处理对策:
(1)混合浆液要求在很短的时间内凝固，则要求在水泥浆液中掺入浓度较高的水玻璃浆液。由于浓度较高，避免施工中的不确定性风险，采用的水玻璃与水泥混合浆液应距灌浆孔越短越好。
(2)为控制浆液扩散半径，同时达到堵漏的效果。灌浆压力过小，达不到堵漏效果; 灌浆压力过大，担心影响隧洞结构安全。施工中灌浆压力采取灌浆压力+实测外水压力，采取抬动观测的方式对隧洞结构进行监控。灌浆孔深在原基础上应适当减短。
(3)浆液扩散半径减小后，灌浆孔间排距则相应缩小。
(4)施工中采取“定量控制法”控制水泥总量。
3 固结灌浆实施
3．1 孔位布置
固结灌浆孔排距由原3.0m调整为1.5m，原一环4个灌浆孔调整为8个灌浆孔，排间呈梅花形布置，孔深由入基岩3.0m调整为入岩2.0m。断面孔位布置见图1。
图1 断面孔位布置图
3．2 钻孔
(1)严格按照孔位布置图进行放样钻孔，准确填写钻孔记录(钻孔时间、结束时间、混凝土厚度、孔深、涌水压力、返水颜色等钻孔相关记录)。
(2)当遇特殊地质原因导致难以成孔时，应采取预固结的灌浆方式，经灌浆处理后，再钻孔至设计深度。
(3)前期试验揭露该部位连通性较好，为避免在灌浆时串浆孔数太多，增加灌浆难度影响灌浆效果，一次性钻孔孔数不宜过多。
(4)钻孔完成后，对于不涌水的孔段，应进行钻孔冲洗，将孔内的岩粉、岩屑冲出孔外;对于涌水孔段，不进行钻孔冲洗，但须测读孔口涌水压力，为灌浆提供压力参数。
3．3 灌浆
(1)灌浆方法及方式
灌浆采用不分段、全孔一次性灌浆，灌浆方式采用“纯压式”。
(2)水玻璃与水泥浆混合方式
按照原设计思路: 水泥浆液与水玻璃的混合方式采用“孔口混合”及“孔内混合”两种方式。为了掌握水玻璃－水泥混合浆液的凝固时间，经室外试验，按照水玻璃与水泥质量比为20%进行配制，可操作时间仅为1min左右，若采用孔口混合的方式，则孔口混合器极易堵塞，安全风险明显增大，并在实际操作过程中得以验证，于是利用灌浆栓塞的原理加工成孔内混合器，利用2根进浆管路，采用2台泵分别向孔内输送水玻璃与水泥浆液。
灌浆前，确定水泥浆液于水玻璃的体积比(根据体积比确定2台泵输送速率)。两台泵同时开始工作，输送速率基本稳定、平衡，同时结束。
(3)灌浆次序
①同一桩号范围内，固结灌浆应在回填灌浆及其检查结束后再进行施工，固结灌浆共分4序(按照排间分2序，排内分2序进行施工)。具体施工次序为:
Ⅰ序排1序孔 →— Ⅰ序排2序孔 →— Ⅱ序排1序孔 →— Ⅱ序排2序孔
具体施工时，在满足上述分序的基础上，先两端后中间，逐排加密、缩小灌浆区域。
②同一环内，应先灌高程低的灌浆孔，再灌高程高的灌浆孔。
(4)灌浆压力
灌浆压力确定为: Ⅰ序排0.3MPa，Ⅱ序排0.5MPa。对于涌水孔段，首先测读出孔口涌水压力，实际灌浆压力=设计压力+孔口涌水压力。为确保洞室衬砌结构安全，压力不超过0.8MPa。
(5)浆液变换
该部位固结灌浆，直接采用水灰比为0.5 1的水泥浆液。在Ⅰ序排灌浆完成后，后序孔注入量明显减小。为保证施工质量，将2序排灌浆水灰比调整为1 1、0.5 1两级水灰比。
(6)水玻璃掺入原则
①钻孔完成后，孔口有涌水孔段则加水玻璃。
②孔口无涌水，但在灌浆过程中，遇耗浆量大等异常情况时，则加入水玻璃。
③灌浆过程中，有结束趋势时，停止加水玻璃。
(7)水玻璃掺入比例
为了取得水玻璃不同掺量的试验成果，将试验单元按照灌浆环数分为三段。水玻璃按10%、15%、20%三种掺量进行试验。1～9排、10～18排、19～28排分别为10%、20%、15%的水玻璃。
(8)结束标准
固结灌浆: 在设计规定压力下，单孔灌浆注入率小于0.4L/min延续灌浆30min，该孔灌浆即可结束。当长期达不到结束标准时，报请监理人共同研究处理措施。
(9)封孔
全孔灌浆完毕后，应排除钻孔内积水和污物，采用“全孔压力灌浆封孔法”进行封孔，将灌浆塞塞在孔口灌入水灰比为0.5 1的浓浆。压力采用该孔最大灌浆压力，当注入率不大于1.0L/min，延续30min停止。对结束水灰比为0.5 1时，可不进行全孔压力灌浆封孔。
采用上述方法封孔，待孔内水泥浆液凝固后。采用人工拌制干硬性砂浆进行封孔，孔口与砼表面压抹齐平。
(10)限量控制
①在对无涌水孔段灌浆时，若水泥累计注入量达到2t时，则按照相应比例加入水玻璃。水泥累计注入量达到3t时，仍无结束趋势，则待凝后再扫孔复灌直至结束; 若相邻孔串浆，主灌孔水泥注入量达到2t时，改灌相邻灌浆孔，则上一孔作待凝处理; 在对涌水孔段灌浆时，水泥累计注入量达3t时，则作待凝处理。
②如出现串浆，待被串孔串出浆液与主灌孔灌入浆液浓度一致时，关闭被串孔球阀，主灌孔灌入浆量达到限量标准或正常结束后，再对被串孔进行灌浆。
③对于因地质原因钻孔困难时，一般采取预固结灌浆方式，固壁成孔。
4 试验成果及分析
4．1 钻孔施工情况
钻孔过程中，Ⅰ序孔塌孔、卡钻、成孔困难的现象尤为突出，采取了灌浆固壁的方法进行了处理。经过灌浆处理后，后序孔在钻孔时出现塌孔、卡钻现象的次数明显减少。1序孔大部分孔段发现涌水，涌水较大的流量达2～5L/s，涌水压力为0.2～0.4MPa; 涌水流量较小的孔段流量一般在0.2～1L/s，涌水压力为0.05～0.2MPa，其中部分孔段涌水中夹杂有大量泥沙。经过Ⅰ序孔灌浆处理后，后序造孔时，涌水孔数量及涌水流量明显降低。各序孔钻孔塌孔、涌水情况见下表。
4．2 灌浆前压水试验成果
在对不涌水的孔灌浆前，先进行简易压水试验。压水成果统计分析表明: 压水透水率随灌浆次序逐渐减小，其中Ⅰ序排2序孔较Ⅰ序排1序孔下降84.3%，Ⅱ序排1序孔序较Ⅰ序排2序孔下降51.9%，Ⅱ序排2序孔较Ⅱ序排1序孔下降57.3%。总体呈Ⅰ序排1序孔＞Ⅰ序排2序孔＞Ⅱ序排1序孔＞Ⅱ序排2序孔。压水成果符合一般灌浆规律，灌浆效果明显。各序孔灌前压水成果及区间分布情况如表1。
表1 灌前压水分序统计表
4．3 固结灌浆成果
灌浆成果统计分析表明: 灌浆单位注入量随灌浆次序逐渐减小，其中Ⅰ－2序较Ⅰ－1序下降71.8%，中Ⅱ－1序较Ⅰ－2序下降81.6%，中Ⅱ－2序较Ⅱ－1序下降32.4%。总体呈Ⅰ－1序＞Ⅰ－2序＞Ⅱ－1序＞Ⅱ－2序。灌浆单位注入量随灌浆次序加密而递减，水玻璃掺量多的灌浆段，水泥平均单位注入量较其他2段均低。灌浆成果符合一般灌浆规律，灌浆效果明显。各序孔单位注入量及区间分布情况如表2、表3。
表2 灌浆单位耗灰量分序统计表
表3 水玻璃不同掺量单耗统计表
4．4 检查孔检查成果
灌浆完成后，由监理工程师根据灌浆成果及施工记录统一布置检查孔。本单元共布置检查孔12个，采用“单点法”压水试验检查。检查结果透水率最大为2.53Lu，最小为1.24Lu，满足规范及技术要求。检查孔钻孔后，未发现有涌水孔段。各孔钻孔参数及压水成果如表4所示。
表4 灌后质量检查孔检查结果汇总表
5 结语及建议
5．1 结语
(1)经过对水玻璃不同掺量单耗统计表并结合质量检查成果分析:
①水泥、水玻璃混合浆液，按照3种不同比级掺量进行灌浆，最终灌浆质量均满足设计质量要求。
②水泥与水玻璃质量比为10%的区域，在Ⅰ序排1序孔灌浆完成后，后序孔灌浆单耗虽相对较少，但总单耗仍相对最大。按照该种比级混合，混合浆液在钻孔内沿不同方向扩散范围相对较远。
③水泥与水玻璃质量比为20%的区域，在Ⅰ序排1序孔灌浆完成后，后序孔灌浆单耗虽相对较大，但总单耗相对最小。按照该种比级混合，混合浆液在钻孔内沿不同方向扩散范围最小。但现场施工管路及机具容易堵塞，堵塞后清理及维修难度大，耗费时间长。
④水泥与水玻璃质量比为15%的区域，在Ⅰ序排1序孔灌浆完成后，总进尺单耗介于上述二者之间，按照该种比级混合，混合浆液在钻孔内沿不同方向扩散范围能满足工程需要，且现场操作风险较小。
(2)在进行Ⅱ序排1序孔灌浆时，起初直接采用水灰比为0.5∶1的水泥浆液，在较短的时间内便达到结束趋势。将水灰比调整为1∶1时，灌浆时间、单位耗灰量在此基础上均略有增加。推断浆液扩散范围相对前者应更大，对保证灌浆质量更有利。
(3)灌浆孔间排距及灌浆压力调整后参数比较合理。
5．2 建议
(1)根据分析，本次固结灌浆试验结果较第一次好，各项指标已经基本达到预期的目的，成果能作为后续施工及类似工程的参考依据。
(2)试验中所采用的灌浆参数及工艺可以在后续施工及类似工程中应用。
(3)水玻璃掺量为15%，局部涌水量较大或注入量较大的部位可掺入20%。
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