摘 要 对水泥水玻璃双液浆的性能进行了较为深入的分析，并结合天津地铁三号线 10 A 标段解放桥站的施工，详细论述了袖阀管双液浆工法在超深基坑施工过程中预防和处理渗漏水险情的实用经验。

关键词 袖阀管 双液浆超深基坑 渗漏水工法 超细水泥

 

      天津地铁三号线10 A 标段解放桥站为异形超宽深基坑，围护结构采用 800 mm、1 000 mm、1 200 mm三种厚度的连续墙，基坑采用浅基坑中套有深基坑的方式，负一层( 一级基坑) 开挖深度为 13． 6 m，轨行区( 即二级基坑，负二、三层) 最大开挖深度达31. 45 m( 盾构井区域) ，为天津地铁施工之最。

      工程位处华北平原沉降带的东北部、纬向构造体系和新华夏构造体系的交接部位，工程、水文地质条件复杂; 周边有多栋近距离弱基础历史风貌保护建筑( 最近距离为 0． 83 m) 需要重点保护;为配合津湾广场建设，施工期间方案多次调整，设计与施工并行，由投标阶段的明挖法车站，改为负一层大部分区域明挖法施工、局部区域盖挖法施工，负二、三层盖挖法施工的车站。施工难度位列天津地铁施工工程之首。车站平面图、剖面图见图 1、图 2。

      因周边环境保护要求极高，如何预防和处理地连墙接缝渗漏水是该深基坑施工的重点。前期对天津地区其他地铁车站的调研表明: 天津地区开挖深度大于20 m 的基坑均在地面以下20 m 左右开挖面处发生过不同程度的渗漏水现象，该渗漏深度处均为⑦4 粉砂层。

      因此，如何预防和处理⑦4 粉砂层处渗漏水是重中之重。

      该站范围内地层主要为第四系全新统人工填土层( 人工堆积 Qml) 、新近沉积层( 第四系全新统新近组故河道、洼淀冲积) 、第Ⅰ海相层( 第四系全新统中组浅海相沉积m) 、第Ⅱ陆相层( 第四系全新统下组沼泽相沉积h 及河床 ～ 河漫滩相沉积al) 、第Ⅲ陆相层( 第四系上更新统五组河床～ 河漫滩相沉积al) 、第Ⅱ海相层( 第四系上更新统四组滨海 ～ 潮汐带相沉积mc) 、第 Ⅳ 陆相层( 第四系上更新统三组河床 ～ 河漫滩相沉积al) 、第Ⅳ陆相层( 第四系上更新统三组河床 ～ 河漫滩相沉积 al) 、第Ⅲ海相层( 第四系上更新统二组浅海 ～滨海相沉积m) 、第Ⅴ陆相层( 第四系上更新统 1 组河床 ～河漫滩相沉积al) 、第Ⅳ海相层( 第四系中更新统上组滨海三角洲相沉积mc) 。

      场地浅层地下水表层为第四系孔隙潜水，赋存于第Ⅱ陆相层与第Ⅴ陆相层3 之间的的粉土、砂土层中的地下水具微承压性，为浅层微承压水。第Ⅴ陆相层3 层以下的粉土、砂土层中的地下水与浅层地下水没有直接联系或联系很小，为深层承压水。

      潜水存在于人工填土层①层、新近沉积层②、第Ⅰ陆相层③层及第Ⅰ海相层④层中。该层水以第Ⅱ陆相层⑤1 粉质黏土、⑥1 粉质黏土为隔水底板。

      潜水地下水位埋藏较浅，勘测期间水位埋深1． 0 ～ 4． 7 m ( 高程－ 0． 3 ～ 2． 8 m) 。

浅层微承压水以第Ⅱ陆相层⑤1 粉质黏土、⑥1粉质黏土为隔水顶板，以第Ⅴ陆相层瑏瑡为相对隔水底板) 。⑥2 粉土、⑥4 粉砂、⑦2 粉土、⑦4 粉砂、⑦9 细砂、⑨2 粉土、⑨4 粉砂、⑨5 细砂至层的粉土、粉砂层，为主要含水地层，含水层厚度较大，分布相对稳定。

      经综合分析该站工程水文地质条件具有以下特点( 见图 3) 。

      ( 1) 开挖范围内地层以黏土、粉质黏土、粉砂层为主。

      ( 2) 开挖范围内新近沉积层较厚，沉积时间短，工程性质较差。

      ( 3) 典型不利地质条件以⑦4、⑦9 粉砂层为主;该粉砂层密实、饱和、中透水性，透水系数为 1． 5～ 2 m / d。

      ( 4) 地下水位较浅，海河地表水与浅层地下水的存在具有一定水力联系，可通过与②2、④2 粉土层补给浅层地下水，并与基坑内地下水相连通。

      ( 5) 第一层承压水位处开挖范围之内。

 

      水泥水玻璃浆液亦称为 CS 浆液，C( Cement) 代表水泥，S( Silicate) 代表水玻璃。它是以水泥和水玻璃为主剂，必要时加入速凝剂或缓凝剂所组成的注浆材料。常采用双液方式注入，即两者按一定的比例注入后混合。单液方式注入则是混合后注入，浆液中应掺入缓凝剂。双浆液克服了单液水泥浆的凝结时间长且不易控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。双浆液可用于防渗和加固注浆，在地下水流速度较大的地层中采用这种混合型浆液可达到快速堵漏的目的。这是一种用途极广、适用性强、加固效果良好的注浆材料。

      水玻璃不是单一的化合物，而是氧化钠( Na₂O)与无水二氧化硅( SiO₂) 以各种比例结合的化学物质，其分子式为 Na₂O ·nSiO₂。水泥浆中加入水玻璃有两个作用，一是作为促凝剂使用，掺量较少; 另一个作用是作为主材料使用，掺量较多。

      注浆用水玻璃对其模数和浓度有一定的要求，模数 M 是描述水玻璃性能的 1 个重要参数。水玻璃模数的大小对注浆影响很大。模数很小时，二氧化硅含量低，凝结时间长，结石体强度低; 模数大时，二氧化硅含量高，凝胶时间短，结石体强度高。模数过大过小都对注浆不利。注浆时，一般要求水玻璃的模数在 2． 4 ～3． 4。

      水玻璃的浓度以波美度( °Bé) 表示。

      水玻璃出厂浓度一般为 50 ～ 56°Bé，而注浆使用的范围为 30 ～45°Bé。

      固体的水玻璃需加水煮沸，待全部溶解后，用波美度表示浓度。

      根据注浆工程的实际需要，水泥水玻璃浆液一般用于加固和堵水注浆。对于堵水，特别是水压较大、流速较快或填充岩土的大裂隙时，要求浆液的凝胶时间短且具有一定的抗压强度; 对于加固地基，则要求浆液具有足够的抗压强度。现分别讨论如下。

      水玻璃能显著加快水泥的凝胶时间。凝胶时间随水玻璃浓度、水泥浆的浓度( 水灰比) 、泥浆水与水玻璃的体积比等因素的变化而变化。一般情况下，水玻璃浓度减小，凝胶时间缩短，并呈直线关系; 水灰比 W 越小，水泥与水玻璃之间的反应越快，凝胶时间越短。总的说来，水灰比越小水泥浆越浓，反应越快; 水玻璃则越稀反应越快。

      决定水泥水玻璃浆液抗压强度的主要因素是水泥浆的浓度( 水灰比) 。其他条件一定时，水泥浆越浓其抗压强度越高。

      当水泥浆浓度较大时，随着水玻璃浓度的增加，抗压强度增高; 当水泥浆浓度较小时随着水玻璃浓度的增加，抗压强度降低。但当水泥浆浓度处于中间状态时，则其抗压强度变化不大，也比较复杂。

      水泥浆与水玻璃体积比对结石体抗压强度有一定的影响。当水泥浆与水玻璃体积比在 1∶ 0． 4 ～1∶ 0． 6 时，其抗压强度最高。这说明水泥浆与水玻璃有 1 个适当的配合比，在该范围内，反应进行得最完全，强度也就最高。实际上，浓水泥浆需要浓水玻璃相配，稀水泥浆需要稀水玻璃相配。水玻璃过量对结石抗压强度将产生不良影响。

      综合考虑凝胶时间、抗压强度、施工及造价等因素，水泥水玻璃浆液的常用配方如下。

      水泥为 32． 5 普通硅酸盐水泥时，有:

      水泥浆的水灰比为 0． 8∶ 1 ～1∶ 1;

      水泥浆与水玻璃的体积比为 1∶ 0． 5 ～1∶ 0． 8;

      水玻璃模数为 2． 4 ～3． 4，浓度为 35 ～40°Bé。

      水泥水玻璃浆液的组成及配制方法见表 1。

      用缓凝剂时，应注意加料顺序、搅拌和放置时间。加料顺序为: 水缓凝剂、水泥、搅拌时间应不少于 5 min，放置时间不宜超过 30 min。

      ( 1) 浆液凝胶时间可控制在几秒至几十秒范围内;

      ( 2) 结石体抗压强度较高，可达 10 ～20 MPa;

      ( 3) 凝结后结石率可达 100%;

      ( 4) 可用于裂隙宽度为 0． 2 mm 以上的岩体，活粒径为 1 mm 以上的沙层;

      ( 5) 材料来源丰富，价格较低;

      ( 6) 对环境及地下水无毒性污染，但有 NaOH碱溶液出，对皮肤有腐蚀性;

      ( 7) 结石体易粉化，有碱溶出，化学结构不够稳定。

      普通水泥颗粒较大，渗透能力有限，一般只能深入大于 0． 1 mm 的裂隙或孔隙中。为解决细小孔隙的注浆问题，有时不得不使用价格较贵、耐久差、结石体强度低、有时还存在环境污染的化学注浆材料。为解决普通水泥颗粒较大、渗透能力有限的问题，本工程注浆中采用超细水泥方式以期加以改善。

      超细水泥是一种性能优越的注浆材料，中位粒径 D50 可细至 1 μm 以下，达到次纳米级，最大粒径Dmax 不超过 18 μm，80% 以上颗粒尺寸在 5 μm 以下，比表面积相当大，因而在非常细小的裂隙中的渗透能力远高于普通水泥。如在其中加一些助剂，可改善超细水泥浆液的可注性能。这种颗粒尺寸的超细水泥制成的浆液具有很好的渗透性和可灌性，可渗透入普通水泥颗粒很难渗透的细砂粉砂混合层、粉砂层和粉土层中。

      国内外的注浆试验介绍，在细小的孔隙中，超细水泥具有较高的渗透能力，能渗入细砂层和岩石的细裂缝中，与一般化学浆材相比具有较高的强度和较好的耐久性能。由于其比表面积很大，同等流动性条件下用水量增加，欲配制流动性较好的浆液需水量较大，而保水性又很强的浆液中多余的水分不易排除，将影响结石体的强度。所以当采用超细水泥注浆时，注浆的水灰比应控制在一定范围内，往往需要掺入高效减水剂来改善浆液的流动性。

 

      袖阀管注浆预防渗漏水原理: 水泥 － 水玻璃双液浆由水泥浆加适量水玻璃配制而成。浆液注入地层后，水玻璃可与土层中碳酸钙起化学反应，生成硅胶; 水泥与土颗粒及土层中其他填物胶结。同时，水玻璃可促使水泥早凝，避免沉淀、析水、保证浆液和易性、可注性。注浆液通过土层中孔隙，起劈裂和渗透充填作用，所经之处均与土层牢固胶结，形成坚固持力层，以提高了地基承载力，消除土层的湿陷性，同时降低土体的渗透性能。

      粉土层及粉质黏土层，具有弱透水特性; 黏土层及淤泥质黏土层具有微透水特性; 粉砂层具有密实、中透水性等特性。该站袖阀管注浆过程中采用超细水泥浆液，充分利用其具有较高渗透能力的优点来预防接缝渗漏水，同时发挥超细水泥对砂土层良好的固砂效果。

      袖阀管注浆处理渗漏水原理: 在渗水路径上注入双液浆，利用双液浆能快速凝胶固化的优点，阻塞渗水路径以达到止水目的。

      该处理方案实施时，可预先注入水泥浆，待渗漏水处可见水泥浆时，表明浆液已进入渗水路径，即可注入双液浆。尤其需注意合理调整双液浆配合比，使其凝胶固化时间适当，以便能充分堵塞渗水路径。

      该处理方案在应对水流较快、渗水量大的险情时有较大的局限性。

      ( 1) 在施工场地受到限制时，可有针对性地对故障段实施定向竖孔、斜孔注浆，加固土体。

      ( 2) 袖阀管系统主要由塑料阀管( 外管) 、注浆芯管( 内管) 、橡皮套、密封圈等组成。

      ( 3) 袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。灌浆时，压力将塑料阀管小孔外的橡皮套冲开，浆液进入地层，如管外压力大于管内时，小孔外的橡皮套自动闭合阻断浆液进入管内。

      ( 4) 每个灌浆长度固定为 30 ～50 cm，可据地层情况调整灌浆长度，实现定量定尺控制灌浆。

      ( 5) 可根据需要灌筑任何 1 个灌浆段，并可重复灌浆。

      ( 6) 钻孔和灌浆工序分离，可大幅度提高钻孔、灌浆设备的利用率。

      ( 7) 在被加固的地层中，进行多点、定量、均衡的注浆，使得注浆体在地层中分布较为均匀，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。