摘要：对水泥-水玻璃（CS）帷幕灌浆技术的原理、工艺进行分析，结合该技术在福清核电“华龙一号”附属工程在近海岸、大空隙率抛石层环境中的成功应用，为同类项目帷幕灌浆方案的应用提供参考。
关键词：双液灌浆 核电站 华龙一号 防渗堵漏 抛石层止水
1.前言
近年来，帷幕灌浆施工技术广泛应用于水库坝基处理、生活垃圾填埋场止渗处理、水库除险加固、隧道围岩涌水堵漏、围堰防渗处理、地基加固等工程中，其工艺机理是利用浆液灌入岩体或土层中的空腔、孔隙中，形成结石体，以减少渗流量或降低扬压力，从而达到防渗、堵漏、加固处理的目的。
2.工艺介绍
灌浆是利用灌浆泵的压力，通过钻孔、预埋管路，把胶凝材料和掺合料灌注到岩石、土层中的裂隙、空腔、裂缝内，以达到加固、防渗、堵漏等目的的施工技术。
CS浆液，以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例以双液注入，克服了单液水泥浆的凝结时间长、范围不易控制、结石率低的特点，提高了注浆的效果，扩大了注浆的适用范围。
反应机理：水泥本身的凝结和硬化，主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的，在硅酸三钙的水化过程中产生氢氧化钙。当加入水玻璃后，水玻璃马上与所生成的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙。
3.CS浆液的特点
CS浆液的凝结时间可以控制在几十秒到几十分钟的范围，可以达到控制注浆范围的目的。其凝结后结石率可达100%，形成的结石体的渗透系数小；该工艺材料来源丰富，价格低廉，对环境及地下水无染污；但CS双液注浆工艺较单液复杂。
该工艺适用于粗砂、沙砾和抛石回填区等各类土层中，单孔浆液扩散可达半径3-6米，能对土层起到固结、填堵等多重效果。
CS浆液特点：浆液黏度低，流动性好，可灌性好，小于0.1mm以下的缝隙也能灌入。浆液的硬化时间，可以人为、比较准确地控制，通过调节配比来改变硬化时间，以适应不同工程的需要；水泥浆越浓则反应越快，水玻璃越稀则反应越快；水玻璃浓度增大，水泥浆越浓抗压强度高，通常达5-10MPa。形成的结石体的渗透系数小，可达10∧-8~10∧-10cm/s，防渗效果好。且结石体能抗酸碱，稳定性及耐久性均较好。
4.工程背景
“华龙一号”跌落井工程为地下涵管结构，结构占地面积约1.3万平方;工程处于近海滩涂，工程结构位于抛石回填区，回填层下方为粗砂、粉土、强风化岩等；工程难点为：结构筏板位于最高潮水水位以下14米处，止水难度极大；
工程前期未做帷幕前，基坑内水位基本与海平面一致，同时涨落；工程本身还涉及控制爆破、深基坑开挖等高危作业。为保证工程干作业，采取对基坑形成整体截水封闭的CS帷幕灌浆方案。
5.施工过程
工艺流程：定位→钻孔→安装孔口管→注浆→测水量→补孔灌浆→结束
5.1 灌浆机械
钻孔采用效率高、适应性强的回转式跟管地质钻机引孔；CS灌浆泵采用多缸柱塞式灌浆泵。搅拌机采用制浆效率高、浆液分散性和稳定性高的双桶平行搅拌机。
5.2 灌浆方式
CS灌浆泵将水泥、水玻璃单液在孔口附近的“T”形混合器中汇合后送到孔段内，其优点为：这种方法在灌浆施工过程中，可根据实际情况调整两液用量的比例，适应性强，浪废少。
CS灌浆为纯泵压式注浆，为提高帷幕早期强度，要求水玻璃的模数为2.4-3.4，浓度30-36波美度；纯压式灌浆将浆液注入孔段土层后，不再返浆。这种工艺设备简单，操作方便；但浆液流动速度较慢，容易沉淀、堵塞岩层缝隙和管路，多用于吸浆量大，并有大裂隙存在和孔深不超过15米的情况。
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5.3 灌浆方法
灌浆方法采用自上而下分段灌浆法和孔口封闭灌浆法相综合的方法。灌浆孔的长度小于6米时全孔一次性灌浆法，大于6米时采用自上而下分段灌浆并在孔口封闭灌浆。
5.3.1 钻孔
注浆孔孔距1米，钻机引孔进入强风化岩1m。钻机跟管管径Φ100，终孔后安装DN32注浆管；注浆管按分序设置孔内分隔器和射浆口，并在注浆喷射口外包裹土工模袋，使孔口区段压力更易获得提高，孔口堵塞更密实，防止大量漏浆；
5.3.2 灌浆压力
灌浆压力通过公式结合灌浆试验确定。灌浆压力，表层不宜小于1~1.5倍水头，底部宜为2~3倍水头。开山石回填层灌浆压力尽可能大些，以不引起地面抬动或虽有抬动但不超过允许值为限。一般情况，灌浆孔下部比上部的压力大，后序孔比前序孔压力大,以保证灌注密实。
灌浆开始后，一般采用一次升压法，即将压力尽快升到设计压力值。当土层透水性较大，灌入浆量很多时，为限制浆液扩散范围，可采用由低到高的分级升压法。浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换，浆液水灰比可采用3：1-0.5：1。开灌时水灰比可采用5：1；
灌浆的最大压力值，一方面要求满足挤压密实土层渗水空隙的要求。另一方面还需满足计划浆液量的要求，从而保证帷幕成形后的厚度要求。
5.3.3 浆液变换
对进浆量大的孔段，开始灌浆时采用细沙水泥砂浆，通过调整水玻璃量控制缩短水泥砂浆凝结时间，水泥浆的水灰比一般使用0.8:1浓浆。只要加大压力灌入砂浆没有困难，尽可能多的注入砂浆，以达到填堵空腔、缝隙的效果。
CS双液灌浆，通过改变水泥浓浆和水玻璃灌入量，用较短的时间和较大的压力实现对土层的灌注、挤压和填充。当灌浆压力保持不变，注入持续减少，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；灌浆进程中,其进浆量会越来越小，而进浆压力却越来越大，从而达到填充空隙，加固土体的作用。
5.4 灌浆结束标准
采用自上而下分段灌浆法时，在规定的压力下，当注入率大于0.4L/min时，继续灌注60分钟；或不大于1 L/min时，继续灌注90分钟，灌浆可发结束。
每孔段灌水泥浆采用间歇方式，一次间歇时间为30分钟左右。每孔段间歇不少于二次。以计划灌入量进行控制时在达到最高控制压力后，可结束灌浆。
5.5 特殊情况处理
灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可同时进行灌浆。应一泵灌一孔。否则应浆串浆孔孔口关闭，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续灌浆。
灌浆中途若因故中断，应及早恢复灌浆。否则立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，应进行扫孔，而后恢复灌浆。
为保证注浆效果，特别是后序孔施工和局部加强处理灌浆时，要求使地下水形成有流速条件，从而使浆液在压力作用下顺水流流动，从而起到更好的堵漏效果。
局部出水量大于控制流量时，可对局部进行补注，其孔距、孔深、注浆参数等按实际调整。
5.6 效果检验
灌浆质量采用压力试验检查，孔段合格率达95%以上，不合格孔段的透水率值未超过设计值，且不集中，堵漏获得良好。后期在基坑内实施爆破期间，渗漏未出现超标的情况发生。
6.总结语
CS帷幕灌浆在“华龙一号”工程中的应用，实现了在大空隙率抛石层中良好的止水效果，注浆堵水率达到95%以上，基坑渗漏点出水基本无压，满足基坑内干作业施工条件。该工艺不仅从施工技术上具有积极意义，从工期、环保、经济方面也是很值得推广。
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论文作者:谢红林,李昆
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/21
标签：浆液论文; 水玻璃论文; 压力论文; 土层论文; 注浆论文; 水灰比论文; 工程论文; 《基层建设》2017年第9期论文;