水泥-水玻璃灌浆在砂卵石地层围堰施工应用及评价--中国期刊网

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水泥-水玻璃灌浆在砂卵石地层围堰施工应用及评价

发表时间：2020/3/16 来源：《基层建设》2019年第28期作者：张联志1 屈添强1 李干龙1 李昌玉1 李眉1

[导读] 摘要：根据资水特大桥工程特点，采用水泥-水玻璃双液灌浆方法加固砂卵石区域围堰，所占施工场地小，对总体工期有利，且效益十分明显，加固及抗渗等效果十分显著，为类似工程提供了基坑施工围堰加固的参考。

        湖南省有色地质勘查局二总队湖南湘潭 411201
        摘要：根据资水特大桥工程特点，采用水泥-水玻璃双液灌浆方法加固砂卵石区域围堰，所占施工场地小，对总体工期有利，且效益十分明显，加固及抗渗等效果十分显著，为类似工程提供了基坑施工围堰加固的参考。
        关键词：水泥-水玻璃浆材；灌浆工艺；效果评价
        1工程概况
        本文发生在沪昆湖南段某标段特大桥建设过程中，是沪昆铁路的重点工程。资水特大桥长1941米，位于湖南新邵地区，且横跨资水，江流急促。大桥区内岩土主要为第四系粉质粘土及粗圆砾（卵石）等及泥盆系棋子桥组灰岩。
        1.2 水文工程地质特征评价
        桥址区内主要水系为资水，且常年有水，主要补给为大气降水、基岩裂隙水入渗。地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水、岩溶水，主要补给为降水和地下迳流，和资水形成互补。地下水受季节影响大，补给情况变幅较大。根据勘查资料，桥址区地下水位埋深变化较大，为0至25.5米，标高为169.91m至230.89m。

        图1 河道主槽断面图

        图2 工程地质剖面图
        2方案选择
        2.1工程特点分析
        该特大桥横跨资水河道部分为m预应力式连续箱梁。施工围堰构造方案认为，大桥、、、桥墩均设置于资水主槽内，河道内水流湍急。底部有砂卵石覆盖层，且下伏为石灰岩(Dq)，岩性坚硬且岩面起伏较大。本工程涉及的施工围堰砂卵石层的防渗和加固与其它类似工程中砂卵石地层相比较，具有以下特点:
        （1）本工程属帷幕灌浆防渗加固范畴，且地下水受河流补给，水量丰富，增加了施工难度。
        （2）本次施工受砂卵石层渗透性强因素的影响，加之水流湍急且处于动水中，故降低渗透率的同时应具有足够的强度和较好的抗振及抗冲刷性能，保障施工安全。
        （3）受该处桥墩下部基础承台标高相对较低的影响，且离平均水位约七米，故在灌浆施工时，灌浆深度应深入基岩不少于0.5m，用以封闭基坑围堰周边区域及底部。同时采用的钻进设备功率大，振动较强，故在灌浆后，应尽量控制水的渗透，减少对围堰施工的影响。
        （4）本次围堰施工采用水泥-水玻璃双液灌浆工艺，有助于施工进度的加快。
        2.2方案对比
        本次工程主要考虑在桥墩承台开挖时，解决该区典型砂卵石土层的围堰施工渗水及围堰自身稳定性问题。承台基坑围堰施工方案经过技术、经济论证及方案比选，最终从钢套箱加固、排桩（钻孔桩）支护、钢板桩（钻压法）及水泥-水玻璃双液灌浆四个方案中，确定选用水泥-水玻璃双液灌浆方法。方案比选主要考虑桥墩在主槽内侧，一般明水位四至六米，较适宜进行填土筑岛施工。同时考虑河床基岩层面弯曲，不利于钢板桩（钻压法）插打施工，但十分适宜进行填土筑岛，并配合灌浆方案。另外，灌浆工艺及加固围堰施工均较简单、所需灌浆施工场地较小，且围堰加固施工可与钻孔桩同步进行，对加快总体工期有利，效益明显（见表1）。
        表1 方案费用对照分析表

        从表1可以得出，水泥-水玻璃灌浆加固围堰的方案与本工程能有效实施的其他三种围堰加固施工方案进行投资比较，最少可降低投资金额82万元，故灌浆加固方案更为经济合理。
        3灌浆方案设计
        3.1灌浆材料及配比
        （1）普通硅酸盐水泥及硅酸钠（水玻璃）。
        （2）灌浆材料配合比：
        依据本工程所要求的防渗和加固，结合现场及室内实验，确定浆材配合比，指标如下：
        水泥/水=1:1，水泥浆/水玻璃=1:1 ，凝胶时间定位54秒。
        3.2灌浆压力
        受砂卵石层的灌浆时的密实度、孔隙率的影响，灌浆压力应根据计算并通过现场实验最终确定。若当地缺乏实验资料，可以借鉴经验公式进行计算或通过相似工程类比确定允许的灌浆压力[1，2]。
                              (1)
        或                         (2)
        式中：-允许的灌浆压力；-地表到灌浆区域的深度；
        -与灌浆次序相关的参数：第1序孔取100，第2序孔取125，第3序孔取150；
        -地基上覆岩土体厚度（）；
        -与灌浆顺序有关的参数（自上而下取0.8，自下而上取0.6）；
        -变化系数（范围：1-3）；
        -与地层岩性相关的系数（范围：0.5-1.0，其中结构松散，易渗透取低值；结构密实难入渗取高值1.0）；
        -土层的重度（）（地表以下，灌浆区以上）。
        借鉴经验公式计算并参考类似工程经验，该工程起始灌浆压力初步确定为0.4，正常注压0.4～1.0。
        3.3灌浆孔孔位布置
        帷幕灌浆周边防渗、加固的厚度为4m，故水泥-水玻璃浆材的渗透半径要不少于1.2m，灌浆孔采用为双排，梅花桩型式布设，其中孔间距控制在2.0m（如图3）。

        图3孔位平面布置图
        4灌浆施工工艺
        4.1灌浆流程设计
        灌浆方案流程在图4总体设计的基础上，结合本次灌浆施工工艺对水泥-水玻璃双液灌浆总结如图图5。

        图4 灌浆总体方案设计流程图

        图5 灌浆工艺流程图
        4.2灌浆浆材拌制
        a.浆材试配：先由室内实验开展浆材配合比实验，并总结出不同凝胶时间的浆材配合比。
        b.现场浆材拌制：利用计量工具并根据已设计好的配合比进行现场实验。同时加入外加剂，主要作用调节水泥-水玻璃双液浆材的可注性，控制浆材的凝结时间。在现场施工过程中，应根据灌注时实际状况，外加剂进行适当的增加或减少。
        5灌浆效果评价
        灌浆效果的评价主要包含防渗与加固两个方面，即检测灌浆后岩土体的抗压强度及渗透情况。考虑本工程的实际情况和现场条件采用的是钻芯取样法。所谓钻芯取样法表示在灌浆完成后，结合前期工程勘查资料和现场灌浆记录等内容，确定灌浆的薄弱部位，选择具有代表性的地段进行取芯钻孔，根据岩芯查看浆材胶结和充填空隙情况，以确保浆材的扩散半径达到灌浆效果评价的目的。钻芯取样法在灌浆效果评价中较为直观，且随机性较大，因此在灌浆检测中得到了广泛应用。
        本工程采用钻芯取样进行了灌浆评价。在灌浆孔完成的14 天后，选取总注浆孔数的3%且单墩数量控制不得少于3处的采样频率进行钻芯取样。钻芯时通过检查岩芯的完整性判定样品的无侧限抗压强度。基坑开挖时选择在围堰内侧，以此检查浆材扩散半径、结合体胶结的密实度、外观状态外观状态渗水等，发现本工程灌浆效果良好。（见图6）。


        图6 灌浆效果图
        7结论
        通过本文分析可知，水泥-水玻璃双液灌浆法在实际工程运用中，解决了在复杂地质情况下传统施工围堰难以控制的防渗加固的技术难题，可以取得较好的加固防渗效果，更加经济合理，利于缩短总工期，证明了水泥-水玻璃灌浆在砂卵石围堰中的可行性，为类似施工提供了思考和方向。
        参考文献：
        [1]王国际.灌浆技术理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.3
        [2]张联志. 水泥—粉煤灰—粘土浆材配比优化及室内灌浆试验研究[D].湖南科技大学,2014.
        [3]张民庆,张文强,孙国庆.灌浆效果检查评定技术与应用实例[J].岩石力学与工程学报,2006.10
        [4]黄小广.灌浆效果检测方法的评价[J].煤矿安全,2001(10)
        [5]程骁,张凤祥.土建灌浆施工与效果检测[M].上海:同济大学出版社,1999:411-412
        [6]施建新.岩体灌浆检测方法及其适用性评价[J].水文地质工程地质,2002(4):70-73.
        [7]王晓亮,狄平.灌浆效果综合评价在填土加固中的应用研究[J].市政技术.2009.9