— 强透水地层可控挤入复合膏浆防渗灌浆新技术 —

1.适用范围

适用于松散软弱强透水地层的防渗、加固处理。如第四系人工堆积的块、碎石，冲洪积砂层、砾石层、卵石层、漂卵石层，岩溶洞穴堆积，强风化以上破碎岩体，断层破碎带、裂隙密集带等散体结构，孔隙度大，连通性好、透水性强烈地层的防渗加固处理。

2.技术特点

1）采用可控挤入复合膏浆防渗灌浆技术对松散强透水地层进行防渗灌浆处理，能快速形成较为完整的防渗帷幕体，其渗透系数小于1.0×10^-4cm/s，具有见效快、可靠、经济等优势。

2）采用可控挤入复合膏浆防渗灌浆技术进行灌浆时，工艺简便、过程易控、工程质量能得到可靠保证。

3）可控挤入复合膏浆防渗灌浆技术施工深度已达到80m以上。

4）可控挤入复合膏浆防渗灌浆采用的灌浆浆材为粘土复合膏浆，原材料来源广泛，成本低；具有良好的水下抗分散性、抗冲蚀稀释性能；

5）浆液在混合后早期塑性强度上升快，15分钟到2小时内处于膏状，灌浆时具有足够的灌浆实施时间。

3.工艺原理及优点

可控挤入复合膏浆防渗灌浆技术是一种可控制性灌浆技术。通过一次性成孔、自下而上分段、高压、限量灌浆，形成竖直方向上的阻水幕体。

以粘土为主的膏状浆液，浆液流动度（用圆盘法所测得，参照规范GB/T 8077）控制在80～130mm之间，采用高压力、大流量的膏浆泵，在钻孔内逐段高压挤入粘土复合膏浆。利用浆液自身较大的内摩擦阻力与灌浆压力平衡的特性，通过控制灌浆压力实现灌入量可控；

采用专门的灌浆工艺、材料，对于强透水地层防渗、加固具有如下优势：

1）可以根据地层的可灌性，随时调整浆液的流动度和工艺参数，控制灌入量和扩散半径。一般而言，对于砂层、砂砾石层或卵石层等可以调节浆液的流动度在100～130mm，主要以挤入方式进行灌浆；对于土洞中的流塑、软塑状土时，可以调节浆液的流动度在60～80mm，灌入量根据地层孔隙率大小可和工程重要性进行任意调整。

2）灌浆工艺简单。在灌浆过程中，利用浆体自身内摩擦力阻挡后续浆体返浆，不需要专门封孔，攻克了松散地层栓塞难以止浆的难题；通过自下而上、分段提管灌浆、全孔一次灌注，使灌浆过程连续，同时能均匀形成竖直方向上的防渗固结体，同时对周边地层起到压密作用，使地层形成良好复合防渗幕体。

3）材料价格成本低。粘土复合膏浆采用以粘土为主，粘土固化剂、速凝剂及少量的增稠剂。粘土可就地取材，节能环保。粘土复合膏浆相对于水泥浆体或其它浆体，在相同的结石体体积下，成本降低30%以上；渗透系数更低，耐久性更好。

4.主要材料与设备

4.1材料

1）原材料

粘土、粘土固化剂、硫铝酸盐水泥、增稠剂等。

2）浆液性能

要求浆液在配制完成10分钟后，其流动度为80～130mm，浆液结石体无侧限抗压强度（28天）为0.8～3MPa，抗渗系数小于10^-6cm/s。

4.2 设备

钻机：HGY-200C；粘土复合制浆机：NTJ-I型；膏浆泵：GMJB等等。

5.应用工程实例

5.1南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段鹤壁Ⅲ标段

5.1.1工程概况

鹤壁段Ⅲ标渠道桩号约Ⅳ171+000～Ⅳ173+000范围内，在渠道底板以下1～2m，渠道底板以上约4m左右范围内为砂砾石层,渗透系数K＝5.8×10-2～1.6×10^-1cm/s，属强透水性地层,初步设计阶段预测多年平均水位86.941m~89.520m、预测最高水位92.185m~93.022m。均高于渠道底板，施工期降水施工将对周边环境产生不利影响,并直接影响群众生产生活用水。

本次设计处理范围为桩号IV171+160~IV172+896渠道，长度1736m。

根据方案比选和生产性试验成果，本工程选用可控膏浆灌浆帷幕方案。

灌浆帷幕布置在渠道两侧一级马道▽97.5m平台上。按双排布置，孔距2.5m，排距1.0m，钻孔终孔孔径≥φ75mm，梅花型错位布置。根据地层变化情况调整灌浆深度及范围，灌浆深入第⑥层卵石层以下泥灰岩(粘土岩)内不小于0.5m，灌浆顶部高程进入第⑤层卵石层顶部粘性土层内不小于1.0m，灌浆顶部高程以上空孔段采用灌浆材料回填密实。

5.1.2灌浆主要材料

采用试验确定的低流动性复合浆材作为灌浆主要材料。浆材材料主要由粘土，加入适量水泥、固化剂和改性剂组成。

5.1.6主要施工工艺

1、钻孔

帷幕灌浆钻孔采用分两序加密的原则进行，双排孔先施工外侧排再施工内侧排；终孔孔径不少于φ75mm；钻孔深度深入第⑥层卵石层以下泥灰岩(粘土岩)内不小于0.5m；

钻孔施工采用地质钻机跟管配合泥浆护壁钻进或潜孔钻机跟管钻进；

2、灌浆

防渗可控灌浆采用“孔内浆体自凝封闭、自下而上分段纯压式可控灌浆法”。灌浆顶部进入壤土层内1.0m，底部深入岩层（泥灰岩或粘土岩）0.5m。

灌浆压力：0.8-2.0mpa

结束标准：达到设计压力上限，达到最小注浆量，结束本段灌浆上提；达到设计压力下限，注入量达到设定控制标准，结束本段灌浆上提。

5.1.7工程效果

灌前:钻进时回水流失严重，有部分无回水，孔壁严重掉块、垮塌、卡钻，难以成孔，施工速度缓慢，渗透系数K=3.08-3.69X10^-2cm/S。

灌后:钻进平稳，回水正常，无垮孔现象，钻进施工速度快。芯样可见浆液与卵石结合体，胶结密实，渗透系数K=1.148-3.52x10^-4cm/s；说明卵石层及胶结体中的孔隙经过灌浆后，被膏浆挤密充实，地层的完整性得到了改善，渗漏通道被有效封堵，施工开挖证实渠底渗流量均达到了设计控制标准,确保了施工的顺利进行;通过质量检查说明:灌浆效果明显,完全达到设计要求。

本工艺在卵石层防渗帷幕应用，较好地解决了常规灌浆工艺对卵石层塌孔严重、钻进成孔困难、浆液扩散不均一、难以形成有效防渗帷幕、材料消耗大等一系列灌浆技术难题。