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1、用水泥水玻璃灌浆堵漏的新工艺李旺雷水玻璃是一种最早应用 于地基灌浆的化学材料。由于在一些 地基工程中把水玻璃作为速凝剂掺入水泥浆中,取得加快浆液胶凝和控制其扩散范 围 的良好效果,从 而使水泥水玻璃的灌浆方法得到了发展。196 7年,新安江水 电工程局曾在七里垅水电站围堰工程中用单液 法和双液孔口混合法灌注水泥水玻璃浆液,对围堰的砂卵石地基进行防渗处理,取得了预期的效果。他们在上述地基7 0 米的范围内,共布置8 7个灌浆孔,灌入水玻璃7.4立 方米,使基坑渗漏量减少 了9 5 %。此外,煤炭部等有关部门也有效地把水泥水玻 璃浆液应 用于矿井堵漏,并逐步完善了孔口混合和 孔内混合的双液灌注技术
2、。由于与高分 子灌浆材料相比,水泥水玻璃浆液具有价格低廉、货源广和无毒性等优点,所以引起日益广泛的注意。但是,在采用已有的单液灌注 和双液灌注工艺、要求浆液胶凝时间短的情况下,容易造成堵管和堵孔事故;,同时由于地下水稀释浆液而引起胶凝时间延长的问题不易解决,浆液快速胶凝的特点得不 到充分发挥,以致在很大程度上影 响到截堵集中涌水、漏水的效果。为了解决这个 问题,我们 于19 6 9年在工程实践中研 究出一种新的灌浆 工艺。它 的特点是将水泥、水玻璃浆液按一定的顺序先后灌入孔 内,并利用孔内混合区的特有性能,使两种浆液在地 层 内混合,当浆液扩散时,因配合比的 改变而产生瞬 时胶凝,从而 达到快
3、速堵水的目的。这种工艺经在广州市某船坞和四川渔子溪一级水电站引水隧洞堵漏灌浆中试用,都取得了很好的效果。为了便于从事地基灌浆工程的同志们参考和进一步研究这方面的问题,现将有关情况简单介绍如下:一、水泥水玻璃浆液的胶凝特性在水泥浆液中加入水玻璃后,由于水 玻璃与水泥浆中新产生 的氢氧化钙发生反应,快速生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙,从 而加速浆体的凝 聚。随着反 应的进行,胶质体越来越多,强度也越来越高。综合已有的试验成果资料可 以看出,当其它条件相同时,两种浆液混合后 的胶凝时间右与其混合体积比。基本上有图1所示 的关系。从 图中可见,当“在a:和a:之 间时,浆液 的相应胶凝时间较短(可
4、达数秒至数十秒),是堵漏灌浆可以充分利用的速凝配比段;当配比为了时,浆液的胶凝时间最短(可称a尹为浆液胶凝时间 的转折混合比)。据试验结果,当用50 0号普通硅酸盐水泥按1:1.2 5水灰比拌制的水泥浆与浓度为4 5波美度 的水玻璃相混合时,a,。2值范围为0.1O。2,浆液的胶凝时间在1 0 2 0秒范围内。这说明,浆液的快速胶凝时间可在较小的混合比例条件下取得。当水泥浆水灰比和水玻璃浓度变化时,胶凝时间和a:。:值的范围也会有所波动。会几t ,(纯水泥浆初凝时间)七竺. 畜 几 婆11 誉 一(口3)001。a Za(混合t七)图1(口 =水玻璃水泥浆液混合比与胶凝时间关系示意图.。,a为
5、水玻瑞浆液体积,c为水泥浆 液体权)根据上述“与云的关 系,若将一定数量较稠的水 泥浆注入要处理的具有高流速水流的地层内,使水泥浆预先扩散至一 定的范 围,再将水玻璃浆从孔的上端送入孔内;随后,水玻璃浆液通过混合区(见图3)的作用和有规律的移动,先后达 到地层跑浆通道内与注入的水泥浆混合并发生作用。由于新形成 的混合浆液是跟随在已扩散的水泥浆液后面向前扩散的,因而 出现两种情况:一是由于前面 水泥浆的泌水、沉析等作用,跟随的混合浆液必然要随扩散半径的增大而减小混合比例,如以a3表示开始进入地层时的混合比,则。3逐渐减小到“:,再减小到。/(见图1). ;二是由于减少了地下水的直接稀释 作用,因
6、而避免了浆液胶凝时间的延长。这样,处于前缘的混合浆液的胶凝时间将随着扩散距离的增大而迅速缩短至几秒或十几秒,此时,浆液的粘度将迅速增加并失去流动性,从 而使涌、漏水通道 得到快速 封闭。浆液的上述混合凝聚特性,是我们研究制定水泥水玻璃在孔段地层内混合快速堵漏新工艺和 设计新的灌浆系统的理论依据。移动 过程中是一个整体,但具有可变形、可局部破 损和被置换的机能。混合浆液区的上述特性,使我 们有条件设法 利用一定的灌浆技术措施来保证将灌入孔内的水玻璃浆液先后 送入各漏水通道,并与灌入的水泥浆发生混合作用,产生如前所述 的速凝堵漏效果。孔内浆液的分区结构及 两种浆液扩散流动的情况如图3所示。二、堵漏
7、灌浆系统布置根据新工艺 的特点和要求,我们设计了将填压式水泥灌浆系统和单液水玻璃灌浆系 统 同时并接于灌浆孔段上的布置方式(见图2)。孔内采用稍加改装的普通循环式灌浆塞,通过内管灌注水泥浆,从内外管间 的环形通道灌注水玻璃。为了便于控制水玻璃的进浆量和灌注压力,水玻璃泵用可控硅调速器串联直流电动机驱动。灌浆时,首先开动水泥灌浆系统,当进浆量达到一定数量后,再通过水玻璃灌浆系统加灌水玻璃浆液。这时,水泥浆从孔底向上流动扩散,水玻璃从 孔段上端向下流动扩散,孔 段内将大 致 出现水玻璃、混合、水泥等性个浆液区。而 混合区的浆液由于水 泥与水玻璃 的化合作用,将成为具有一定静切强度的粘稠体,它具有以
8、下 的特殊性能:1、犹如隔膜一样把水泥浆液 区和水玻璃浆液区分开;2、混合区在很长一段时间内不会失去孔 内可移动的特性,3、国国国图2水泥水玻璃堵捅灌浆系统示意图1一水泥浆搅拌机,2一水泥浆灌浆泵,3一电动机,4一管路 压力表,5一孔口压力表,6一阻塞器,7一灌浆孔段,8一水泥浆进浆管路,9一机 身回浆管,1 0一水玻璃浆筒,n一水玻璃泵,1 2一可控硅调速器,13一直流电机,1 4一调节 阀在图3中,(a)为初始阶段 的浆液分区结构,(b)是水泥水玻璃浆液进入缝A混合时的结构;(。)是水泥水玻璃浆 液发生 速凝堵住缝A后,混合区继续向漏水通道缝B移动的结构。由于水玻璃浆是随混合区自上而下 的
9、移动作用而分别进入各漏水通道的,所以堵漏充填也是从上到下逐个实现的,经实际试 用,图2所示的灌浆系统布置,能较好地满足和 适应新工艺所提出的要求。瞥进水玻璃桨 认水玻璃在缝注 泥浆混合水泥水玻璃浆速 凝堵截跑浆的缝A合区继续向 底缝B移动图3孔内浆液分区结构及两种浆液扩散流动示意图虑到快速胶凝的丙凝浆液能解决灌浆作业中的涌水漏浆问题,故决定采用以丙 凝与水 泥相结合而 以丙凝为主的帷幕 灌浆方案。施工开始后,首先在1号孔进行用丙凝浆液堵漏 的试验。当时日夜两班作业,连续试灌了半个月,同时还采取了控制涌水的措施,把丙凝浆液的胶凝时间控制在56秒,但在每次压灌丙凝时,a、6两处均冒 出 大 量浆液
10、,而 涌水情况在灌浆后并未得到改善。三、新工艺的应用实例(一)广州市某船坞的堵翻灌桨广州市某船坞原建于解放前。坞首为散体条石结构,座落在风化回填土和淤 泥粉细砂等软土地基上,原基础未采取任何 防渗措施。由于长 时间受水流的掏刷,坞首结构已被架空,钢筋混 凝土板与条石层 相互脱开,在坞首与坞室之 间形成多处喷水及冒水点,如在图4中。点处,水从混凝土板和条石夹缝喷出,喷射距离达1米,出水量达3 0 4 0吨/ 小时,用颜色水实测地下水流速达1。O米/ 秒;在B区内有多个冒水点,水从坞底条石缝隙中不断冒出。这种情况给坞室内的运行和检修工作造成很大的困难,坞首结构已不能适应正常的工作要求。为了解决上
11、述问题,曾用水泥灌浆处理,但未收 到效果,故于19 6 8年决定重建坞首,即以 钢筋混凝土结构代替原散体条石结构,并在地基内增设防渗帷幕,以切断地 下水流。帷幕全长4 6。6米,深6.013。5米,既是永久防渗措施,也能在重建坞首开挖时起到阻水作用;考由于堵漏问题不解决就无法 进行 帷 幕 施工,所以在丙凝堵漏失败后,决定进行用水泥水玻璃堵漏的新工艺试验。试验中,水泥浆的水灰比采用1:1。2 5,水玻璃直接采用液态成品,其浓度约为4 5波美度,灌浆压 力为12公斤/平方厘米,段长1.56.0米不等,灌入50 0 70 0升水泥浆后开始加灌水玻璃,并将 水玻璃的进浆率控制为水泥浆进浆率 的5 1
12、 0 %,即约为13升/ 分,在加灌过程中,每隔2分钟测记水 泥浆的灌注压力和进浆量各一次,当水泥进浆率大幅度下降,达到很小值时,就可以停止水玻璃灌浆,而水泥灌桨仍 按要求标准结束。灌浆系统布置如图2所示,水泥浆用2 5 0/5 0泥浆泵灌注,水玻璃浆用两个容积为50升的有机玻 璃压气筒灌注。估计水泥水玻璃混合浆 叱 液在地层中的胶凝反应时间为数秒至数十秒。水 泥水玻璃灌浆首先在2号孔内进行。该孔深1.5米,孔径9 1 毫米,喷 水量30 0升/ 分。先灌入5 00升水泥浆后,开始加灌水 玻璃,其灌注率控制为3升/分。加灌水玻璃 1 5 分钟后,a点的喷水全部止住,b区的 冒水点 消 失了l
13、l l l ll l ll l l印印 l l l l l l l 防防间间 ! ! ! .州州三三1 1 1口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口一一一一一 产产产产产产、洲卜_ _ _育- - - - - - - - - - - - -忿忿忿忿之之之之之! ! !一一一一一一一一一一一一一一一 叭一 厂. . .鑫鑫鑫鑫鑫鑫鑫鑫鑫鑫鑫探探探探探探探探探探探验孔孔孔孔孔孔孔孔孔孔孔孔口口口口口口口口口口口,去皿r.合去、 l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l“、小下伙小尹尹尹尹尹尹尹尹尹尹尹尹 !
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15、,根据广州某船坞堵漏成功的经验,1 972年6月在引水隧 洞 内进行了丙凝和水泥水玻璃 堵漏试验。试区内先布置了5个水泥水玻璃堵漏灌浆孔,首先在1号孔进行试灌。灌浆孔用 风钻钻进,孔 内用1.2公斤/ 平方厘米压力80%,原在水面1 0 厘米以下的坞底条石露出水面,水玻璃浆灌注结束后,接着孔内水泥浆灌注率下降至零,孔内涌水也全部止住。总计2号孔内共灌入水泥干料1.0吨,水玻璃5 0升,取得了良好的堵漏止水效果。在2号孔堵漏成功 的基础上,对坞首范围内的帷幕段,用水泥水玻璃浆液 进行预灌 处理。在坞首两侧台阶之 间,共灌注了2 8个段次,共计灌入水泥 干料1 6。5吨,水玻璃1。4立方米,每段灌
16、入水玻璃3 05 0升。水玻璃纯灌浆时间在1 0 2 5分/段 次范围内。通 过预灌处理解决了向坞首、坞室内的喷水、冒水和严重串冒浆问题,控制了浆液的扩散范围,为完成丙凝帷幕创造了有利的条件。通 过上 述堵漏灌浆,不但解决了水的问题,而且得 到一个意外的收获,即坞首和坞室基础得 到了水泥水玻璃浆液足够的回填和固结,经设计 和 生 产等单位多方鉴定后,坞首 结构已恢复正常 工作状态,省去了坞首重建计划。十多年的运行实践表 明,这 种灌浆堵漏新工艺 的效果 确 是很好的。(二)渔子澳一 级水电站 引水陇洞的堵润滋桨试验渔子溪一级水电站引水隧洞全长8,3 0。米。施工中在桩号3十78 0 至3十78 8一段(见图5)压水时的漏水量为12
