水泥水玻璃注浆在地连墙堵漏中的应用

沈文辉

中铁东方国际集团有限公司北京丰台100071

前言

水玻璃作为速凝剂参入水泥浆中，能够取得加快浆液胶凝和控制其扩散范围的良好效果，因此作为一种高效经济的外加剂被广泛应用于围护结构堵漏处理。但在实际应用过程中，经常发生因为水玻璃水泥浆配比不合适，在注浆过程中发生堵管、堵孔事故，或者因为地下水稀释浆液，胶凝效果无法控制而堵漏不理想等情况。为了提高水玻璃水泥浆在堵漏施工中应用的成功率，尤其是在漏水抢险处置中及时成功地完成堵漏工作，我们在工程实践中，为引起上述问题发生的原因和解决的方法进行了分析和总结并取得了很好的应用成果。为了便于从事堵漏工作的同志们参考和进一步研究这方面的问题，现将有关情况简介如下：

1.胶凝时间与单位注浆量控制标准

水玻璃与水泥浆混合后胶凝时间为一倒U型曲线，如图1所示，采用相同的水玻璃和水泥材料反复试验时，某一特定比例时混合液体的胶凝时间最快，相应的水玻璃比例调小或者增加，都会使混合浆液的胶凝时间延长。在实际应用过程中，混合浆液的初凝、终凝时间、反馈时间将影响到最终的注浆效果。

图1：水玻璃水泥浆混合比例与凝结时间关系曲线

初凝时间：是指从水玻璃和水泥浆混合后到形成胶凝状反应物的时间，胶凝状反应物的感观物理性状类似于豆腐，初凝状态时，在地下水和浆液流动作用下仍然可以产生移动和填充。

终凝时间：是指从水玻璃和水泥浆混合后到形成一定强度的固体反应物的时间，该强度的感观物理性状为指压可产生轻微压痕，但地下水和浆液流动作用下不可产生移动。

反馈时间：是指从加注水泥浆开始到注浆预留泄水孔处发现水泥浆液体的时间。

注浆流量：是指从注浆系统单位时间内注入处理地层的水玻璃水泥浆浆液体积。

反馈时间与初凝时间的关系决定了当水玻璃水泥浆混合溶液达到漏水点泄水孔时是否能够开始发生化学反应，如果反馈时间大于初凝时间，则浆液发生化学反应时已经被排放出来，不能完成封堵；同理，如果反馈时间小于初凝时间，在浆液未到达漏水点泄水孔即发生胶凝，由于地下情况（地下水，空隙情况）的未知性，浆液在发生终凝后可能无法有效填充需要加固封堵的范围进而导致堵漏失败。在水玻璃水泥浆发生初凝后，在地下水和浆液的流动带动下，初凝胶体仍然可以移动，当胶体进入终凝状态，则不受地下水和浆液的干扰转化为固定状态，这一过程决定了加固的范围，即终凝时间对注入浆液的总量形成反馈并决定了该注浆点加固的有效范围，同时，如果终凝时间与初凝时间间隔过长，则注浆过程极容易发生跑浆漏浆现象。当注浆流量小于漏水点的漏水流量时，往往注入地下的浆液刚刚发生胶凝反应就被地下水稀释，无法形成足够体积的胶体物质完成进一步的终凝，而无法完成注浆封堵。经过多次工程实践，在水玻璃水泥浆实际应用中的处理中应坚持如下三个原则，则能保证水玻璃水泥浆取得较好的封堵效果：1、反馈时间与初凝时间相当，2、终凝时间决定加固封堵的范围，并尽量缩小与初凝时间的时间差，3、注浆流量与漏水点流量相当。

2.注浆系统设计

注浆系统设计如下图：

1、场地清理和安全防护：漏水点上地表70m范围内无永久或者临时结构物，当漏水情况发生后，现场首先以漏水点对应地表位置为中心隔离半径20m防护区域，，同时对基坑内清场，确保无关作业人员不进入该处置区域。完成险情区域封锁后，即进入到正式处置程序。

2、漏水点封堵引流：首先在漏水点位塞入麻袋，为后续产生过滤，控制漏水携带砂量做准备，使用快凝水泥逐渐封堵漏水点位，将水源逐渐引导至一处，最终安装泄水管，使水源集中排放并经过过滤，控制沙土流失。根据排水量，选择合适尺寸泄水管，本处置采用75mm内径泄水管。经初步处置后，排水含砂量下降至5kg/m3，同时，麻袋过滤掉的砂在漏水点位附近沉淀，进一步产生封堵效应，流水流速下降至95L/min，对地表沉陷风险控制起到了很好的效果。由于初步封堵使用了快凝水泥和麻袋，为了巩固封堵效果应对墙内填塞麻袋形成的间隙进一步采用聚氨酯发泡剂进行填充密实，避免地下水通过薄弱路径流出并形成新的漏水点而使险情扩大。

图4：聚氨酯现场封堵情况

3、水玻璃水泥浆注浆流程：现场根据漏水位置，设计了3个注浆点并环绕漏水区域，设计孔深9m即事故漏水点下1m，具体见图5。

图5：堵漏注浆孔位布置

设备系统参数：

水玻璃、水泥浆泵泵送能力：50L/min；

注浆管道长：9m；

注浆管内径：20mm；

水玻璃浓度：41be。

首先在开始注浆前要进行现场配比实验，确认不同水玻璃水泥浆配比情况下的凝结时间，本次注浆过程现场调制了3种配比备用。

配比实验完成后，开始进入正式注浆程序，首先，对整个注浆泵系统注水疏通和清洗管道，确保整个注浆管路畅通，随后开始单独加注水泥浆，并立即记录从加注水泥浆开始至从泄水孔中流出水泥浆液的时间（反馈时间），并据此选定合适的双液浆配比。在本次注浆过程中，注浆顺序为孔位1→孔位3→孔位2，孔位1与孔位3发现水泥浆的时间都超过1分钟，孔位2在观察到水泥浆的时间为5秒钟，孔位1和孔位3在启动水玻璃注浆后采用1号配比，观察泄水孔中流出液体先为水泥浆，后注浆转化成自然水体，始终未发现双液浆从泄水孔流出，可以判定为加注的双液浆在从泄水孔流出之前凝固并对周围的土体空隙进行封堵。孔位2开始启动1号配比双液注浆后约5秒，在泄水孔处发现含有水玻璃的水泥浆，现场立即开始采用3号配比进行注浆，泄水孔处外漏双液浆随即发生胶凝并完成了泄水孔封堵，整个墙体漏水封堵完成，为巩固封堵效果，继续加注了10分钟的双液浆后停止。

图6：水玻璃水泥浆封堵效果图

4.结论

整个操作工程中，对水玻璃水泥浆混合溶液堵漏的三个原则均得到响应：孔位2注浆反馈时间为5s，3号配比初凝时间为4s，时间接近。3号配比初凝时间为4s，终凝时间为15s，时间间隔较为理想，结合泵送能力，终凝之前共注入1500L浆液，对漏点进行了有效封堵。同时，开展堵漏作业时，注浆流量根据泵送能力计算为100L/min，漏水流量为95L/min，满足两者相当的原则，现场取得了理想的漏水封堵效果。堵漏完成后，现场继续对墙体土层的整个接触面进行了必要的地质改良处理，以提高该区域的地层渗透率和土体稳定性。基本的地质改良方法有搅拌桩，高压旋喷桩，渗透注浆等，本项目处理时采用了高压旋喷注浆方案。

5.不足之处

本次现场实践，对水玻璃水泥浆在不同配比情况下形成的终凝强度未形成有效的实验成果，后续应继续开展相关研究。参考相关文献，水玻璃水泥浆浆体终凝强度在采用硅酸盐425强度水泥的情况下可达到20mpa左右，现场地下连续墙的结构设计强度要求为40mpa，对于本项目，水玻璃水泥浆终凝强度无法满足设计要求。

参考文献

[1]李旺雷.用水泥水玻璃灌浆堵漏的新工艺

[2]胡国兵.水玻璃水泥浆在锦屏工程涌水封堵过程中的应用

[3]刘玉祥，柳慧鹏.水泥-水玻璃双液注浆中的最优参数选择

[4]杨振兴.双液注浆在地墙接缝堵漏中的应用