特殊地质条件下的帷幕灌浆涌水处理

摘要：本文以案例的方式，阐述了压密注浆工艺对电厂护坡止水的作用，让我们了解了特殊地质条件下的帷幕灌浆涌水处理对电厂的影响，为以后奠定基础。

关键词：特殊地质条件；帷幕灌装；涌水处理

中图分类号： F407 文献标识码： A

1、工程概况及工程地质

我国某第二热电厂老厂房一期工程建于1998年。一期工程基坑全部采用砂石回填，砂石回填的深度为-5.5m。由于厂房循环水管年久失修破损严重，加之下水管道多处漏水，使得砂石回填的基坑形成一个蓄水量极大的水库，地下水位标高约为-1.4m。二期工程(新建工程)的电缆隧道必须与一期的电缆隧道进行对接。也即必须破除二期基坑的止水帷幕(深层搅拌水泥桩)，并在一期回填的砂石中进行基坑开挖施工。砂石基坑段开挖深度为-3.2m(即有1.8m高的水位高差)，宽度为7.5m，长度为9.3m 。

2、方案选取

隧道接头部位在新建的除氧煤仓间框架的内部，且基坑开挖处硬质杂填物(如混凝土块等)较多。若采用钢板桩和深层搅拌水泥桩作帷幕止水，则没有打桩机械的施工空间，也不能保证桩身的垂直度(硬质杂填物较多)。若采用井点降水方法，则开挖时基坑周壁砂石类土肯定会塌方，同时过度抽水可能引起老厂房设备基础下沉和地坪开裂。若采用土钉墙加锚杆支护，则开挖做支护施工时的本身水问题就不能处理，同时老隧道接头一侧的渗水与塌方不好控制。综合各种因素，最后选定采用压密注浆施工方案。其优点是:

2.1止水护坡一举两得；

2.2机械设备小，灵活易动；

2.3施工成本低、费用小；

2.4老厂房基坑回填砂石空隙率大，水泥浆液容易扩散，形成混凝土状凝结固体，符合地质条件；

2.5由于该场地已进行深层水泥搅拌桩施工，故推知地下水对混凝土无腐蚀性，同时地下水能够处于基本稳定状态，这给注浆效果提供了有力的保证；

3、方案设计

3.1注浆孔布置按经验确定浆液的扩散半径为0.5米，故注浆孔取纵横间距均为0.5米。注浆孔呈梅花形布置。按施工经验同时为了确保止水效果，隧道基坑侧壁布置3排注浆孔，宽度为2.0m，注浆深度从地面至-5.5m。隧道基坑底部仅需防止渗水，则注浆深度为-3.2至-5.5m。平面布置图见图1：

图1

3.2设计计算

现场砂石土的摩擦角Φ=350，水与砂石土的平均重度Y=18. 5kN/m3，砂石土的粘聚力C=0.0kPa，地面堆积荷载q=0.0kN。墙宽度B=2.0m，根据经验，水泥土标准强度取qu=1.0MPa。

3.2.1侧壁抗剪强度计算

主动土压力系数

被动土压力系数

基坑开挖侧壁底部土压力

侧壁剪力(15天养护，强度按50%计算)

故抗剪强度满足要求。

3.2.2抗倾覆计算

抗倾覆系数

主土压力矩

被土压力矩

单位长度侧壁重量

计算模型见图2：

图2

所以，抗倾覆满足要求。

3.3抗滑移计算

3.3.1抗滑移系数

式中

故

满足抗滑移要求。

3.4注浆材料：42.5#普通硅酸盐水泥并掺入水玻璃。

3.5配合比:水灰比0. 50~0.60；水玻璃用量为水泥的1%。

3.6注浆压力:0. 08 ~0.2MPa。

3.7注浆量:每立方加固体积的注浆量为：Q=K×N，（K取1，N取0.15）

则注浆量Q=1X0.15=0.15 (m3)。

4、施工工艺

4.1施工工艺流程见图3：

图3

4.2清除障碍及测量定位

施工前将注浆区域回填的砂石土开挖一米左右，以防止注浆时地面隆起，同时将地下杂物(如混凝土块、废模板等)清除，保证了沉管施工顺利进行。按设计要求用经纬仪将注浆孔的位置的确定出。

4.3沉管

沉管采用简易的机械设备：平板振动器和注浆管。沉管钻杆为地质钻探用小口径合金钻杆，钻杆丝扣之间的连接应密封。每根钻杆长度为1.0~1. 5米。其中有钻杆为尖形封闭式，但侧面留有ψ6~ψ8mm左石的注浆孔，孔间距20~40mm，带孔注浆钻杆(俗称花管)长度为0.5米左右。先将平板振动器放于花管的螺旋帽(专门对于平板振动器凹槽而制的)之上，打开平板振动器电源，平板振动器的振动带动花管的振动，花管开始下沉。若对平板振动器施加压力，则可以明显加快沉管的速度。当花管沉入地下只露150mm时，拧下花管接头螺旋帽，将花管和注浆管连接，然后在注浆管上部旋上螺旋帽;将平板振动器放在螺旋帽上继续进行振动沉管。依次类推，其他注浆管也是如此进行沉入的。注浆孔应按梅花形交错布置。成孔深度应根据开挖处底部的标高确定，所有注浆孔最终深度必须保证-5. 5米。由于沉管工作对注浆管周围砂土产生扰动、造成孔隙，因此每次注浆前应将钻杆与砂土之间孔隙填实;以防在注浆时，浆液沿孔隙上冒。在靠近老厂房电缆隧道接头处，由于需要开挖，则必须采用倾斜沉管注浆，使老隧道底部被注浆液充满。

4.4制浆

一般在成孔3~5孔后(钻杆数量较多时，成孔的数量可多一些)，开始搅拌水泥浆液。搅拌时，应严格按设计要求进行水泥浆液的配制。注浆的水泥采用新鲜、不受潮、无结块、有出厂合格证的42.5#普通硅酸盐水泥。水泥在使用前必须经过检验。先按设计要求确定每桶用水量，将水注入注浆桶，再加入适量水泥(现场水灰比为0.6 )并搅拌均匀。施工用水可采用自来水，不能使用PH值小于7的酸性水及工业废水。在保证浆液短时间内不发生离析的情况下，加入模数为3.0~3.3浓度为35~45Be的水玻璃(水玻璃的掺入量不宜超过水泥用量的1%)，再搅拌均匀，然后通过筛网过滤后进入注浆泵。每段注浆完毕之后，应及时地将过滤出来的颗粒去除，并在每孔注浆完毕后及时清洗掉注浆管内的浆液，以防止凝结。制备好的水泥浆不得停置时间过长，超过2小时以上不应该使用。在进行浆液配制前应做好机械、仪表、管路、注浆材料、水、电等检查及检验工作。

4.5注浆并拔管

现场注浆机械采用YSY-型注浆泵。施工时，采用自下而上进行注浆的。先进行基坑侧壁外排注浆孔注浆施工，然后逐渐向内进行。基坑侧壁注浆施工完毕后，进行电缆隧道基坑底部区域注浆孔施工。施工过程中，基坑侧壁最外排注浆孔应限制注浆量，以免大量水泥浆流失造成浪费。中间孔的灌浆以不吃浆(即注浆量小于1~2 L/min)为止。注浆时采用间隔跳打法，以防止窜浆和漫浆。注浆开始时，由于花管内可能存在一些杂物，因此起始注压力较大，但最终的压力都控制在0.2MPa之内。注浆方法采用自下而上式，每拔0.3 ~0.4米左右(宜取0.3米)时，即进行注浆一次。边拔边注，直至注浆管拔至设计标高为止。注浆速度一般控制在7~10L/min，最大速度不超过20L/min。注浆完后，应及时清洗钻杆、注浆管道、注浆泵等设备机具。

为了保证止水的效果，一次注浆终凝（10h）后，进行了二次注浆。二次注浆沉管的位置基本保证在一次注浆两排孔中间。孔数应该与一次注浆孔数相同或少一个，注浆孔应该与一次注浆孔错位布置。同时必须间隔跳注浆，防止窜浆。在施工中有不少孔未能沉管，只能采用绕打沉管或者在旁边补管。二次注浆的压强基本在0.2~0.3MPa，注浆量为一次注浆量的50%左右。靠近老厂房一侧为施工重点，注浆时注浆量较其他地方大。

5、注浆取得的效果

新老电缆隧道接头处在二次注浆完后12天后，由于工程工期的需要，先在靠近新建厂房一侧进行人工试挖。边挖边观察，结果发现注浆效果相当明显。整个基坑开挖时间约为10天，在整个开挖过程中，基坑侧壁类硷状物直立性相当好，没有出现塌方现象;同时电缆隧道基坑侧壁和底部几乎没有渗水。压密注浆施工方案确定和施工试验过程控制都取得了预期的施工效果。

总之，超前帷幕注浆可以改善地层的透水特性，同时具有良好的止水效果，通过具体的工程实践表明乌蒙山一号隧道采用帷幕注浆封堵岩溶水的方案是可行的。超前帷幕注浆的实施过程中要根据钻孔内的出水多少、水压及所掌控的地质条件，及时调整浆液配合比，以取得最佳的注浆效果。

参考文献：

[1]林以齐.帷幕注浆对表土层施工环境的改善研究[J].科技传播.2012.

[2]王康红.压密注浆工艺在止水护坡中的应用[A]. 安徽省电机工程学会.第三届安徽自然科学学术年会安徽省电机工程学会2005年学术年会论文集[C].安徽省电机工程学会，2005:6.