广东新型可控性水泥膏浆，在地铁车站堵漏中的应用研究

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随着我国地铁行业的快速发展，地铁所遇到的地质条件越来越复杂，其中富水地区地铁车站结构渗漏是目前地铁行业发展所遇到的一个问题。结构基础渗漏不仅带来渗透损失，而且会威胁到内部结构安全，因此需要在地铁车站二次衬砌修建之前进行堵水处理。

灌浆防渗是堵水的传统有效方法，其不仅需要设计合适的施工工艺，而且需要选择合适的灌浆材料。本文针对某地铁车站的漏水情况，选择新型可控性水泥膏浆作为灌浆材料，分析了水泥膏浆在小开度裂缝的堵水原理，并根据现场施工情况对膏浆材料在地铁车站的堵水效果进行了评价。

工程概况

地铁车站采用明挖法施工，基坑深约32m，地下水位线位于地表以下20m处，水位线以下所处地层主要为卵石层。考虑到施工的经济性及安全性，施工单位采用水下开挖及水下混凝土封底新工艺进行施工。基坑底部混凝土厚4m，分为16个仓，封底采用分仓灌注，具体示意图如图2-1，由于混凝土封底时，封底混凝土与分仓墙未能粘结密实，导致在底板及分仓墙连接处出现漏水现象，具体见图2-2。

图2-1 基坑底部示意图

图2-2 基坑底部漏水现场图

现场观察发现，车站基坑底部漏水具有以下特点：

1，水压较大，漏水点水压一般介于0.15-0.2MPa。该特点决定采用普通水泥灌浆材料难以很快得到较好的防漏效果，需选择有较好的抗水流冲击能力及自堆积能力的灌浆材料。

2，漏水点较多，分仓墙、基坑底板接触线范围内均有不同程度的漏水缝隙。漏水范围大使得本次注浆需采用系统灌浆，即以接触面为单位系统灌注，以确保灌注效率及灌注效果。

3，漏水缝隙宽度很小，除个别大漏水点外，漏水缝隙表面宽度均小于3cm（属于小开度裂缝）。因此本次灌注需综合采用灌注工艺和灌注材料的方法，使得灌浆材料既有良好的可灌性（流动性、扩散性），又必须有较高的抗水流冲击能力（即较高的抗剪强度）。

4，底板厚度为4m，不同漏水缝隙之间连接深度（基坑表面下距离）不一致，因此打孔深度要结合漏水情况而定，不能一概而论。

5，漏水处均有不同程度的涌沙现象，这使得灌浆开始阶段需进行充填置换灌注。

综合以上特点，本次选择可控性水泥膏浆为灌注材料。

新型可控性水泥膏浆特性

膏状浆液是指抗剪屈服强度大于20Pa，塑性黏度较大，流动性小，适用于大孔隙地层中灌浆。目前工程常用的膏浆主要有：普通水泥膏浆、防冲膏浆（速凝膏浆）、纤维类膏浆等。普通水泥膏浆是指在水泥浆中掺入大量黏土、膨润土、粉煤灰等膏状浆液，易被水稀释；速凝膏浆的工作性能不佳、价格较贵。本次采用的膏浆为新型可控性水泥膏浆，即通过调节水泥膏浆外加剂在水泥浆液中的比例，来控制水泥膏浆的凝胶时间、流动度、粘度、剪切强度等性能；同常规水泥膏浆比较，该浆液具有抗水稀释、浆液凝胶时间可调、浆液扩散范围可控等优点。

新型可控水泥膏浆的核心材料为膏浆外加剂，该外加剂是含有促凝剂、早强剂和增黏剂混合而成的复合外加剂，其可分为缓凝型膏浆外加剂和速凝型膏浆外加剂，具体见下表3-1。添加同比例膏浆外加剂，缓凝型膏浆相比于速凝型膏浆凝结时间较长、剪切强度较小，流动性较好；不同灌浆阶段应选择不同的外加剂配置水泥膏浆。

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堵水方案及施工方法

灌浆堵水的基本原理就是通过灌注浆液，使得浆液填满缝隙，封堵水的流动通道，进而实现堵水效果。该地铁车站基坑底部漏水缝隙小，水流快，且出现涌沙现象，综合考虑这三个特点，设计以下堵水方案：

3.1 堵水方案及原理

堵水方案的总体思路是：根据现场情况，确定钻孔位置及注浆顺序，使得漏水缝隙内砂土被充分排除并充满灌注浆液，灌注浆液凝固后，缝隙得到修复进而达到堵水效果。具体方案如下：

1，以分仓墙与封底混凝土的接触线为单位进行堵水施工，首先在漏水量较大的点进行钻孔，孔深设置为大于2米；其次观察大漏水点的位置，若漏水点间隔大于1.5m，则在两者中间增加一个浅孔（孔深设置为1.2-1.5米），若间隔大于2.5m，则在两者中间增加两个个浅孔，以此类推。

2，灌浆次序：首先对浅孔进行灌浆，封堵漏水量较小的裂隙，减小大漏水点之间的漏水区域；其次对深孔进行灌浆，深孔灌浆顺序选择从一端到另一端，这样不仅便于灌浆操作，同时可以较好掌握水流方向。

3，变浆标准：本次采用的灌浆材料为可控性水泥膏浆，即通过添加外加剂来控制浆液的黏度、凝固时间等。灌浆开始阶段，由于漏水缝隙较小，且缝隙内存在涌沙现象，因此需先灌注稀浆（水灰比为1:1，添加少量缓凝型膏浆外加剂），此时浆液具有明显的牛顿流体特点，在压力（0.2MPa）作用下优先向裂缝和渗流通道的薄弱环节进行扩散，进而填充裂隙、置换混凝土浇筑过程中夹杂的沙石，起到充填置换的作用。灌注稀浆10-15min后，进行变浆，逐渐提高速凝型膏浆外加剂使用量，提高膏浆的剪切强度和抗水稀释能力，此时浆液为宾汉流体；当浆液的剪切强度达到50pa后不再提高膏浆外加剂的使用量。

4，灌浆前准备：为使得浆液能很好的填充裂缝，在开始灌注前，需采用棉丝封堵灌浆孔间开度较大的缝隙（缝隙宽度大于1mm）,这样可增大浆液在一定灌浆压力下的纵向扩散半径，提高灌浆效果，同时可减小跑浆量，节约材料。

3.2施工方法

1）钻孔：钻孔采用水钻机成孔，垂直钻孔，一次性成孔，孔径为40mm。

2）灌浆材料：灌浆材料采用水泥浆添加膏浆外加剂，牛顿流体浆液添加缓凝型外加剂比重为5%，宾汉流体浆液添加速凝型外加剂比重为20%—30%。

3）灌注工艺：采用一次成孔，孔口封闭，孔内存压的灌浆方式。工艺流程为：孔位放样、钻孔、棉丝封口、灌浆、封孔、下一个孔。

4）灌浆压力：采用0.15-0.2MPa的灌浆压力，深孔灌浆压力偏大，浅孔灌浆压力偏小。

5）结束标准：裂缝流出浆液为宾汉流体浆液，且水压无法克服宾汉流体浆液的剪切强度，吸浆率小于1L/min，延续10min后结束。

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施工效果评价及总结

灌浆堵水工程中，根据现场施工情况，设立以下几条评价标准：1）漏水点的数量、2）出水量的大小、3)出水速度；本次灌浆结束后，车站底部漏水点全部封堵，不再存在大的漏水点；出水量减小85%以上，且剩下的小漏水点均为局部渗水，水流速度小于0.5m/s。具体效果见示意图5-1：

图5-1 堵水效果示意图

通过本次地铁车站堵水施工，成功将可控性水泥膏浆应用于小开度、大水量、大范围漏水工况，施工结果表明：

1，水泥膏浆不仅适用于中等开度漏水工况，且适用于小开度、大水量、大范围漏水工况，通过调整膏浆外加剂的比例，不断变浆，可简化施工操作、提高工作效率、减少人工操作任务。

2，大范围漏水工况，采用系统灌浆，钻孔深度根据具体情况及灌浆工艺相应调整，可提高灌浆效率、优化灌浆堵水效果。

3，本工程首次将可控性水泥膏浆成功应用于地铁车站堵水工程，对今后轨道交通工程堵水项目有一定的借鉴作用。

工程信息价