张玉飞1，茹轶伦1，郑喜彦2，孙 亮2
(1.云南云水工程技术检测有限公司，云南昆明，650000; 2.中国水电基础局有限公司，天津，301700)
作者简介: 张玉飞(1980—)，河南南阳人，工程师，主要从事建筑物加固与修补。
【摘 要】 对国外丙烯酸盐、聚氨酯和水玻璃灌浆工程实例进行了简介和分析，证实了水玻璃化学灌浆工程的耐久性，提出丙烯酸盐灌浆工程的耐久性有待继续观察。明确指出水玻璃浆材的性价比远远优于丙烯酸盐浆材，凡能用水玻璃浆材解决的工程问题，绝对不应使用价格高昂而环保性能较差的丙烯酸盐浆材。
【关键词】 丙烯酸盐; 聚氨酯; 水玻璃; 化学灌浆
1 引言
1974年福冈事件后，日本在地基灌浆领域全面禁止了高分子材料，只采用水玻璃系浆材，但在欧洲和美国，高分子系浆材仍然继续发展，本文简单收录了丙烯酸盐和聚氨酯用于地基处理项目的三项工程实例，另外，国内外关于水玻璃浆材的耐久性问题一直争论不休。为此，本文特将埃及阿斯旺大坝水玻璃灌浆的相关资料作一简录，请参考。
2 AC－400型丙烯酸盐浆材在地铁建设中的应用示例
AC－400是丙烯酸盐浆材的第一代。20世纪80年代初期，该浆材在地铁建设中取得了较好效果。
1982年，某地铁顶拱直径9.1m，深18.3m通风井在开挖过程中周边土体条件受到了破坏，因此从通风井的各侧向地下铁道顶拱灌浆进行了深度为6m的18个钻孔，孔距为6m，对含有粉砂和砾石的承压水层进行了丙烯酸盐灌浆。
本次灌浆采用索列丹斯法，灌浆管采用直径为38mm的聚氯乙烯管制作，孔距约46cm。浆液注入量按预定处理范围估计量灌入一序孔中，在同一区域继续灌注时，如观察到压力有增加，则表明该区域的灌浆已经完成。
AC－400浆液采用双组分比例泵灌注，该泵可以自动计量体积和流速，并可连续改变浆液配比和泵送速度。现场温度为－1℃，浆液的胶凝时间为5min。混合后的浆液通过一拖八的形式，同时分配到8根灌浆管里，并允许各灌浆管压力和流量进行单独控制。
为有效控制渗水，对AC－400浆液的配比进行了调整，使其在现场条件下的粘度增长曲线具有突变性，以做到长泵送时间和短胶凝时间的组合。
AC－400浆液的体积可由受灌土体的总体积进行估算。计算表明，每根灌浆管灌注的土体约为2.26m3，土体的孔隙率按30%计算，即每根灌浆子管须耗浆678L。
本次灌浆的压力为0.67～0.14MPa，流量为3.8～7.6L/min，总注浆量约15140L。
灌浆效果: 经由此次通风井底灌浆后，顶拱渗水得到控制，土体被加固，地铁得以顺利开挖。
3 聚氨酯浆材在葡萄牙波尔图地铁中的应用情况简介
该工程位于葡萄牙波尔图市，于2001—2002年间实施，业主为葡萄牙北方地铁公司，总承包商为意大利英波基洛－塞利联营体，工程实施由比利时DENEEF化学建材有限公司和葡萄牙地基技术公司联合进行。
该工程遇到的主要技术问题是，地铁开挖所用的EPTBM需要在一个建筑物基础下穿越，距建筑物基础底板的距离约6m。由于建筑物下部淤泥层非常不稳定，且基础本身的状况也很差，EPTBM的每一次移动或压力平衡都会导致其上的建筑物墙体开裂或产生位移。为此，承包商决定停止EPTBM施工，转而进行土体注浆，以对现有地层进行胶结。由于土体颗粒极细，渗透系数很低，水泥灌浆不能达到预计的效果。一方面是因为水泥浆遇到地下水被稀释，另一方面，水泥有诱发原始地层进一步开裂的危险倾向。
由于地层的渗透系数极小(10－6cm/s)，又有因地下暗河带来的地下水渗入，因此，需要较高渗透性的浆材。此外，还要求该浆材能够对原地层进行渗透、胶结和硬化，以防止原建筑物基础的恶化和有足够的强度使EPTBM得以继续推进。
经反复研究试验，最终选定了De Neef公司的Ha Soil型油溶性聚氨酯，采用扇形布孔，分序注浆法，从现地表高程开始，直达现存基础的侧翼和下部，钻孔孔深20m，灌浆压力1.5～2bar[1](即0.15～0.2MPa)，灌浆过程以流量控制，保证流量的稳定。
灌浆效果: 通过聚氨酯灌浆后，最终形成了一个密实的浆脉网络，将未硬化但已完全挤压的土体严密包裹。EPTBM掘进中未对建筑物周围造成任何影响，实现了快速通过，没有对现有建筑物造成损坏。
4 捷克某小型水电站饱和粉细砂层聚氨酯灌浆
捷克某小型水电站因左右岸为粉细砂层，透水性强，而导致电站出力不足。为此，布置两排灌浆帷幕，深度6～9m，采用索列丹斯法，灌注单组分聚氨酯浆材Carbostop42，灌后下游地下水位降低7m，工程效果良好。
5 水泥－粘土－水玻璃浆液组合:埃及阿斯旺水坝帷幕灌浆
5．1 概况
阿斯旺大坝是一心墙堆石坝，河床以上坝高111m，大坝底宽980m，顶宽40m，总填筑量约4300万立方米，总库容约1640亿立方米，装有12台175MW发电机组，总装机容量2100MW。
20世纪60年代，阿斯旺灌浆帷幕是世界上最大、最深的灌浆帷幕。其基本特点是在粗砂覆盖层采用水泥－粘土浆，而对细砂覆盖层则用膨润土－水玻璃浆液灌注，灌浆工艺为套阀管法，灌浆期间平均压力为3MPa，最大容许灌浆压力为6MPa，视土层性质、实际耗浆量与浆液掺和料的配比而异。
5．2 浆液原材料
浆液材料尽量利用当地材料。根据室内所进行的研究，采用当地的阿斯旺粘土作为处理粗砂覆盖层的基本材料，水泥则使用当地生产的普通波特兰水泥和优质波特兰水泥。在处理细砂层和粗砂层第二阶段灌浆时，则使用了膨润土、硅酸钠和铝酸盐。在粘土和膨润土中掺入了六偏磷酸钠作为分散剂，以确保其颗粒的分散，并降低浆液的粘滞性。灌浆中使用的膨润土、硅酸钠、铝酸钠和六偏磷酸钠全部都是由前苏联进口运到阿斯旺的。
由阿斯旺附近的粘土料场开采的阿斯旺粘土，通过铁路运到坝址，运距13km，土料开采方式是采用薄层削离的明挖方法。阿斯旺粘土颗粒小于0.001 mm的占23%，小于0.005mm的占58%，在天然状态下是很干的，其含水量小于3%，整块整块地将其运到坝址，然后用压碎和研磨方法将其分散。
UAR生产的普通波特兰水泥，7d抗压强度是23.9MPa，大于200μm的颗粒含量占7.62%，中砂透镜体则采用优质的波特兰水泥作为灌浆材料。这种水泥7d龄期的抗压强度达到28.1MPa，并能够深入D10=0.2～0.24mm的砂层中，在灌浆工程所用水泥总量中，优质水泥约占40%。
膨润土的供应是以袋装干粉料从前苏联运到工地的，其主要特性如下: 塑性指数≈150，小于0.005mm的颗粒占75%，小于0.001mm的颗粒占65%，大于0.05 mm的颗粒占6.5%，可以成功地灌入到有效粒径D10=0.7～0.08mm的覆盖层内。
硅酸钠材料是以块体供应的，在制备水玻璃浆液时，需要把它在高温下处理使其成为液态。利用铝酸钠作为水玻璃浆液的凝结硬化剂，制造1t铝酸钠需要457kg的烧碱和543kg的氢氧化铝。
5．3 浆液与地层的匹配
在河床覆盖层中帷幕的施工，至少需要采用两种浆液。开始灌注边排孔时，为了填充粗砂覆盖层中较大的孔隙，需要用粗颗粒的浓浆。而细颗粒浆液则是为了灌注细砂层中的微小孔隙及用于第二阶段各内排孔的灌浆。
根据作为衡量土壤孔隙率间接指标的其有效粒径D10的大小，将其分为以下5类:
1)细颗粒土，分为A、B1两层，其D10分别为0.07～0.14mm和0.14～0.21mm;
2)粗颗粒土，分为 B2、C、D 三层，其 D10 分别为0.21 ～0.30、0.30 ～0.55和0.55～0.85mm。
对于B2、C、D层的粗颗粒土，其设计粒径D10大于0.20～0.25mm时，采用下述两种浆液，即开始灌浆时使用水泥粘土浆，第二阶段采用纯粘土浆。
A层中的细砂和极细砂以及B1层中含有的大量的中砂，其设计粒径D10＜0.2～0.25mm。对这些层使用可灌性更好的浆液。开始对这些砂进行灌浆时，使用了膨润土－水玻璃浆液，它们具有很好的流动性和足够的强度，它们和纯水玻璃浆液比较没有收缩性。因为膨润土颗粒最细，而且能够膨胀，故选择膨润土作为水玻璃浆材的一种增强剂。
在这些细砂和中砂层中进行辅助或重复灌浆时，使用了纯水玻璃浆液。由于水玻璃可能产生收缩或降低强度，且仅能充填很小的孔隙，因此在这种情况下水玻璃浆液不会影响帷幕的耐久性。膨润土－水玻璃和水玻璃浆液的强度大于0.2kg/cm2时，把铝酸钠作为速凝剂加到两种水玻璃浆液中。
5．4 不同覆盖层灌浆材料的配合比
在不同的施工阶段中，对高坝下不同覆盖层灌浆采用的主要灌浆材料设计，配合比汇总见表1。
表1 不同覆盖层灌浆材料的配合比
5．5 运行状况
阿斯旺大坝自20世纪70年代初建成至今，帷幕灌浆系统运行良好，效果显著。
6 结语
(1)国外基础化学灌浆工程中，水玻璃、聚氨酯、丙烯酸盐浆材均有应用，与国内相似。
(2)受传统影响，国外化学灌浆亦较多采用索列丹斯法，而国内更倾向于循环钻灌法，可以相互借鉴。
(3)从阿斯旺大坝灌浆工程看，在水泥－粘土－膨润土－水玻璃浆材工程应用得当的情况下，工程整体的耐久性完全可以保证。
(4)水玻璃浆材的工程应用已达一个多世纪，所获得的工程效果有目共睹，因此，以室内试验的结果为依据，通过推断判定水玻璃耐久性不好是荒谬的。
(5)从时间上看，丙烯酸盐浆材诞生至今不过30余年，所做工程耐久性尚有待检验，以此而论，在目前阶段，凡鼓吹丙烯酸盐浆材耐久性好，因此工程耐久性必好者纯属受经济利益所诱，歪曲事实，误导视听。
(6)从性能特点和工程实践来看，在地基处理领域，水玻璃的性能与丙烯酸盐基本相当，但成本和环保性能远远优于丙烯酸盐，正如蒋硕忠教授所指出的，能用水玻璃解决者，决不采用丙烯酸盐或其他化学浆材，这是水玻璃和丙烯酸盐浆材选择的基本原则，应着力遵循。
[1] 1bar=105Pa。
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