坝基加固防渗灌浆技术有效成果

当所修建的隧洞、竖井或地下厂房需要通过岩溶洞穴、流砂层、松软的粒状地层和破碎岩层时，为防止坍塌和大量涌水，预先对这些不良地质段进行加固和防渗灌浆，是各种可被选择的处理措施中应予首先考虑的一种方法。以往世界上已有多个工程利用这一办法保证了开挖工作的顺利进行。

例如，穿过黎巴嫩山脉的耶宰因（Jezzine）水电站的17km长的阿瓦里（Awali）发电隧洞，在开挖期间发现约占隧洞长度的一半是砂层。开挖从下游端开始向上游端进行。在高的静水压力下砂层被击穿，侵入开挖面，并将长约3200m隧洞填满。在清除这些砂的过程中，运走一部分，又有新的砂进来。经进一步勘探，这一段为长190m的向斜风化填充段。先采取了沿线钻长的排水孔幕，收效不大。后来决定分5段开挖，每段长40m；开挖前先环绕隧洞周边各段钻孔12个，共布置了60个灌浆孔，用水泥粘土浆和硅酸盐溶液进行灌浆。当浆液达到足够强度后就进行开挖，直到给已作过的灌浆留一段安全距离，重复这步骤直至于达到坚硬的砂岩。灌浆孔的布置草图如图15-1所示。钻孔总长10000m，通过已灌区重钻9000m，钻排水孔4550m。灌入的浆液数量为：硅酸盐溶液10600m3，水泥3200t，粘土90t。后来的开挖再未遇到特殊困难。

图15-1　黎巴嫩阿瓦里隧洞通过流砂层的开挖超前灌浆孔布置

⑫、㉚—一圈中的灌浆孔数

超前灌浆孔的位置和布置型式应根据具体情况确定。当隧洞埋藏较深、直径较小时，可采用图15-1型式，从开挖面开始，沿隧洞轴线方向朝软弱岩层作伞形钻孔。如果离地面较近，可从自然地面在需要灌浆的范围作如图15-2所示那样垂直钻孔，针对隧洞周围软弱岩层进行灌浆。如果隧洞的直径很大，可先开挖出一条小直径的导洞，前边在导洞钻孔灌浆，在后面扩大进行开挖。如图15-3所示。

图15-2　自地面垂直钻孔灌浆

图15-3　自导洞中作径向钻孔灌浆

1—先开挖的导洞；2—弱供浆区；3—强灌浆区；4—灌浆孔

对大断面的地下厂房开挖，可采用先在洞的顶部和两侧开挖出三条导洞，在导洞中进行超前钻孔和灌浆，如图15-4所示。

上述的布孔型式并非一概如此。当坍塌和涌水危险只是来自某一局部地点时，可只在那里布置加固或防渗灌浆孔。布孔的范围应有足够厚度，以足能抵抗冲刷和可能的水压力。

灌浆方法与在破碎岩层和粒状地层中所采用的方法基本相同。因其容易塌孔，一般应采取自上而下的分段方法，每1～3m一段逐段进行。也可以用在第十二章第二节中所述的“套阀式灌浆法”（国外常用此方法）。不能指望那些溶洞充填物、土砂层和十分破碎的岩石能在一次灌浆中就被固结起来。通常需要多个孔地重复灌浆才能做到。每一灌浆段最好能进行1～2次地重复灌浆。为此，在采用自上而下分段方法时，应采用“孔口封闭法”或始终把塞卡在孔口，以使每一段都能接受一次以上的更高压力的重复灌浆。采用“套阀式灌浆法”更容易做到这点，如有必要，可对这一段实行多次灌浆。(www.xing528.com)

图15-4　大断面地下厂房开挖超前灌浆孔布置

1—先开挖的导洞；2—厂房开挖边线；3—灌浆孔

超前灌浆也应分次序、按逐步加密法施工。随着孔的不断加密，可逐步提高灌浆压力，也可变换灌注的浆液类型，以使地层逐步地得到加固和致密。

如果被灌的地层是破碎岩石或主要是较粗颗粒的砂、砾、卵石混合物，应灌注水泥浆。水泥浆可以渗入其中的裂隙（如裂隙很小，可通过劈裂、挤密造成大的裂隙）和孔隙，并把它们胶结起来。如是细颗粒的粘土和壤土，也可灌注水泥浆。利用灌浆中的劈裂原理和机制，用水泥浆结石把它们穿插包裹起来，达到加固和防渗的目的；同时，水泥水化时渐出的Ca（HO）2还有对粘土固化作用。如果是处在中间状态的中、细砂，就需要慎重选择灌注的浆液。

使浆液性能去适应被灌地层的特性是非常重要的。如果这一基本原则被忽视，则灌浆处理工作可能以失败而告终，或者会蒙受更多的损失和浪费。

根据以往的经验，对于中、细砂层，即使使用很稀的水泥浆液，很高的灌浆压力，也是很难取得效果的。这时，稀释的水泥浆一与砂接触就会失去水分，剩下的稠浆堵住了孔隙口，后来浆液就再也无法进去；过分地提高压力，只会引起好岩石的破裂或地层上抬。目前，国内外都在积极研制超细水泥。日本奥罗达水泥联合公司研制的MC—500号水泥，粒径为1～15μm，比表面积达8200cm2/g，据称能在D15=0.15mm的土层中进行有效的灌浆。后来用湿磨法又进一步提高到平均粒径不大于3μm，比表面积达12700cm2/g。但并没有在纯砂层中的灌浆成功实例。

单纯为了防渗，用减小渗流稳住砂的流动也是一种办法，这时可用粘土或膨润土灌浆。膨润土的粒径不超过1μm，比水泥细得多。

在中、细砂层中，以往最简单、最常用的灌注浆液是水玻璃浆。它既可用于防渗，也可用于加固。为了防渗，可以用很稀的水玻璃浆（例如1份水玻璃与9份水），其中加入一种酸剂或多价盐后，溶液便会慢慢地转变为一种软凝胶。为了加固，必须采用稠水玻璃浆（例如7份水玻璃与3份水），加入酸剂或多价盐后，溶液会立即变为硬凝胶；水玻璃和胶凝剂（可为氯化钙）必须在地基内部混合。为此，通常是从两相邻孔中分别将两种制剂灌入。

图15-5　较大冒水岩缝的灌浆处理

（a）纵向缝；（b）横向缝
#1—深孔；#2—浅孔

还有更多的选择，就是化学灌浆。采用化学灌浆时，必须用水泥或水泥粘土浆先将大的空隙灌满以后才能实行，以节约昂贵的化灌材料。另外，还应考虑各种化灌材料都有一定的毒性所造成的影响。