浅海围堰水泥—水玻璃双液注浆截渗施工及干施工期截渗结构维护研究与应用

于洋 中交一航局第二工程有限公司

1.概况

本工程位于某核电厂排水口防波堤及围堰上，截渗总长为1209延米，原设计为柔性地连墙+高压帷幕灌浆截渗工艺，工期为3个月，经历2020年冬期施工和春节。施工前期准备阶段进行工效分析，仅地连墙施工需要3台成槽机或2台成槽机+12台乌卡斯冲击钻方可满足工期要求，设备组织难度大，不能保证后续高压帷幕灌浆截渗施工按期完成，且冬期施工对柔性混凝土拌制、运输及浇筑的保温控制要求严格，而柔性混凝土灌注至围堰堤身下极难采取有效的保温措施，墙体质量隐患大。经考察其他核电及水利水电类似经验，引入了水泥-水玻璃双液注浆截渗工艺。

2.课题研究内容

2.1 方案比选和确定

2.1.1 工艺介绍

（1）柔性地连墙+帷幕灌浆施工工艺。①本工程柔性地连墙施工采用两种施工工艺：乌卡斯冲击钻机“钻劈法”成槽，“抽筒法”清渣，“直升导管法”水下柔性混凝土浇筑；成槽机“抓取法”挖槽，制浆机制浆，“反循环”清渣，“直升导管法”水下柔性混凝土浇。②帷幕灌浆施工工艺：采用潜孔钻机在柔性地连墙轴线上成孔，制浆机制备水泥浆，注浆泵高压灌浆后孔口封闭的工艺。

（2）水泥-水玻璃双液注浆施工工艺。采用锚杆钻机钻孔，成孔后埋设分段注浆管，制浆设备制备水泥浆和水玻璃浆液，注浆设备分别将水泥浆和水玻璃浆液泵送至孔口汇合注入孔内，自上而下分段注浆。

（3）地质条件。本工程截渗结构所处海域地质包含两部分：①海底原泥面以上：堤身结构开山石碴回填层；②海底原泥面以下主要分为3大类：第四海相沉积层，主要为粉细砂、中粗砂；第四海相残坡积层，主要为残积土；基岩：全、强风化花岗片麻岩和斜云煌斑岩。

2.1.2 工艺比选及选择

两种截渗工艺的优缺点对比如表1所示。

表1 两种截渗工艺的优缺点对比

对本工程部分截渗功能需求时间较短的堤身采用水泥-水玻璃双液注浆截渗工艺。

2.2 方案工艺原理

2.2.1 施工原理

双液注浆是以水泥、水玻璃按一定比例分别泵送混合后注入地层至微观层面，各土层或岩层颗粒大小、裂隙发育、密实度、孔隙率等方面存在不均匀性，浆液在压力作用下对地层进行填充、渗透、挤密或劈裂，浆液经胶凝或固化后，达到加固地层和防渗堵漏等目的的一种施工工艺。

2.2.2 施工工艺介绍

注浆按分序加密的原则进行，注浆孔分2序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。第一排施工完成后再施工第二排Ⅰ序孔，后期Ⅱ序孔作为补强孔，可根据现场开挖情况再进行施工。具体如图1所示。

图1 双液注浆孔次排序平面图

2.3 工艺流程

工艺流程如图2所示。

图2 水泥-水玻璃双液注浆施工流程

2.4 操作要点

2.4.1 钻孔

钻孔采用LD-180-2锚杆钻机，φ127钢管跟管钻进，一次成孔。钻孔结束后采用大风量吹出孔内碎渣，冲洗后孔内残留物厚度不得超过20cm。所有钻孔完成后须尽快安装埋设分段灌浆管并封闭孔口，未安装的孔要妥善保护。

2.4.2 埋设孔内分段注浆装置

注浆管为DN25铁管，按每孔分三段安装孔内注浆管。第一段主要注浆开山石渣加填层，第二段为细砂层、粘土层、残积土层，第三段为风化基岩层。注浆管上挷扎土工模袋进行分段，在分段模袋上方每间隔1m左右钻入一个出浆眼，每段设出浆眼3～4个，并用土工布包裹密封。注浆管埋设完成后，为确保注浆时孔口孔堵封密实，采用水泥浆和水玻璃混合填堵0.5～1.0m，达到一定强度后即可进行注浆。

2.4.3 灌浆工艺和方法

（1）浆液制备。注浆水泥采用P.O425普遍硅酸盐水泥，水玻璃模数应在2.4～3.2之间，其浓度不小于40°Be，材料进场后根据施工所需初凝、半固化和固化时间，采用不同的体积比进行配合比试验，确定水泥浆液水灰比及水玻璃用量。

（2）浆液灌注。双液注浆系统灌注水泥浓浆和水玻璃，其中，一个泵注水泥浆液，另一泵灌注水玻璃。分两序施工，I序孔和II序孔相互间隔。施工时先灌I序孔，待两侧I序孔达到固化状态后，再施工II序孔。

灌浆自上而下分段进行，灌浆段之间用分段模袋进行分隔。浅层回填层压注浆压力相对较小，避免顶部盖重部位回填层被浆液顶升出现开裂影响截渗结构的整体性，中细砂层注浆压力可适当增大，增加砂层渗水区域挤压密实度，同时在注浆管孔口处增加压力表控制孔口压力。

灌入浆液量：根据试验段所得参数，以灌浆压力和计划浆液量进行控制，控制计划浆液量I序孔平均为500L～600L/m。II序孔平均为300L～400L/m，如果遇到空隙较大地层，压力达不到施工要求可增加灌浆量，确保防渗效果。

（3）灌浆结束标准。达到要求计划浆液量和要求灌浆压力后即可结束灌浆：在该段最大设计压力下，注入率不大于5L/min后继续灌注10min，可结束注浆，如果注浆结束时浆液未达到初凝而发生回浆，则必须重新注浆，直至达到要求。

2.4.5 干施工期维护

由于双液注浆截渗体中的细小渗水通道无法通过规范的检查孔试验检测进行探查，施工完成后存在漏水点，其渗流量较小，但数量较多，需采取干施工期维护措施如下：

（1）维护技术措施。①日常抽排：合理设置汇水沟、集水井，对渗流入围堰内的积水进行抽排。②应急班组及材料准备：常驻双液注浆堵漏班组及所需水泥、水玻璃材料用于应急准备。③应急预案：制定巡查、评估、预警、报告、响应、处置、终止的应急处置链。④日常巡查：干施工期专人对渗漏点情况、抽排水情况进行巡查并形成记录，作为应急链的评估环节和后续施工的参考依据。

（2）整体渗流量计算及日常巡查。根据设计要求的渗透系数计算双液注浆截渗结构渗流量如下：

式中：K 为截渗结构设计渗透系数，K=1.83305×10cm/s；I为水力梯度，i=△H/L，水位高程差△H=10.7 m，L 取截渗结构厚度1.8m，i=10.7m/1.8m=5.9；H为透水厚度，取水位高差10.7m。

式中：V为根据设计渗透系数计算的截渗结构允许渗流量；L为截渗结构轴线分布长度574m。

本工程经统计抽排水记录，围堰内抽排水量均控制在400m/h以下，满足设计要求和围堰内干施工需要。

3.工艺实施效果

3.1 依托工程的实施效果

根据各施工阶段围堰内水位变化曲线如图3所示，本工程9.8万m围堰内积15.5万m，用时12天，完成抽排水至海底原泥面，且后期观测无水位回弹，具备围堰内干施工条件。

图3 各施工阶段围堰内水位变化曲线

3.2 效果总结

双液注浆具备施工周期短、工效高、受冬期施工影响小的优点；同时浅海围堰双液注浆的载体为石渣回填层，一般可用于临时性围堰堤身或永久堤身的内侧/陆侧加宽段上，施工占用空间较小，满足同时期其他施工工序的交叉作业。

同时，双液注浆作为围堰截渗结构，其缺点主要体现在质量的不确定性，需要在干施工期预留应急班组用于应急处置。当采用其他施工工艺进行浅海围堰截渗时，在干施工期的防渗漏应急准备也必不可少，当出现渗漏点时，双液注浆能够快速配置到位展开堵漏施工，这类优点也是其他截渗工艺无法比拟的。

4.效益评估

从本工程浅海围堰中采用的水泥-水玻璃双液注浆施工工艺与柔性地连墙+帷幕灌浆截渗施工工艺造价对比上看，采用双液注浆工艺较原定工期提前1个月具备了围堰内干施工条件，有效克服了冬期施工对原设计柔性地连墙截渗结构的质量隐患，加快了围堰内结构干施工进度。

5.结语

本工程实践证明：水泥-水玻璃双液注浆在浅海围堰截渗结构施工工艺上是可行的，在满足施工载体的条件下能够快速组织施工、且具备良好的截渗效果，并在后续干施工期能够有效、快速地实施漏点封堵；为今后在浅海围堰进行截渗结构施工设计或进行截渗措施的工艺选择时，增加了一种可供选择的优质施工工艺。