尹松波
北京路鹏达市政建设有限责任公司
摘要：本文主要介绍磷酸水玻璃注浆材料在地表注浆加固中的应用，随着社会经济的发展，像北京等大城市的基建工作也越来越完善，在建筑密集地段再进行大面积开挖已不太可能实现，暗挖技术已越来越多应用于市政工程管线施工中，但在地质差且地下水丰富地带，如何克服地面沉陷、流沙等情况的发生，成为现阶段管线暗挖施工中需着重考虑的问题，地表注浆工艺已相对很成熟，常被用于地层的加固，可防止建筑物坍塌及地面沉陷，以磷酸水玻璃为注浆材料可在稳固地层的情况下，使顶管施工更加快捷。以中直渠西岸路~满百路截污管线工程为例，详细介绍了在周围建筑物密集、障碍物多、地下土质差且地下水丰富的情况下，如何进行地表的加固，来保证市政管道工程的顺利完成及保证周围建筑及人身财产安全。磷酸水玻璃注浆材料的优势在于其造价低、来源广、毒副作用小、不会污染环境等的优越性能，且凝固时间快，阻水效果好，对顶管等暗挖施工起到很好的辅助功能，在保证工期及质量的情况下，也为保证周围建筑物及地面交通安全起到至关重要的作用。
关键词：磷酸水玻璃，地表注浆，浆液配比，原理
1绪论
建筑物的全部重量和荷载是通过基础传递给地基的，而作为支撑建筑物荷载的地基，必须有足够的承载力和稳定性。因此，在地下穿越建筑物施工时，要及时采取适当的加固方式，才可以保证结构的安全与正常使用。注浆加固技术是比较成熟 、有效、可行的方法，对于非开挖施工来说，在管内注浆无法达到加固效果且地面有施工条件的地段，可以采用地表注浆加固技术。
2研究背景
对于像北京这样的一线大城市，城市建设已相对完善，非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。施工不受气候和环境的影响；省时、高效、安全，复杂道段采用顶管施工综合造价低。但对于有些特殊地段，除采用非开挖工程技术外，还要辅以注浆等技术措施才能保证施工的顺利实施，并保证周围建筑物及地上、地下物及道路交通安全。以中直渠西岸路~满百路截污管线工程为例，该项目位于北京市昌平区马池口镇，主管线全长1980m，管径：DN1400，采用泥水平衡机械顶管方式铺设，是北京市昌平区马池口再生水厂配套污水管网的组成部分，是“郝白路~中直渠西岸路~满白路~幸福河东侧~百葛路~舒畅路东侧污水干线”的组成部分。因周边环境复杂，流沙严重，在顶管试顶进施工中发生路面坍塌，严重影响道路交通及周围建（构）筑物安全，为满足居民正常交通需求，保证中直渠西岸路~满白路段截污管线工程的如期顺利实施，保证居民生命及财产安全，对满百路段管线进行了磷酸水玻璃双液浆注浆处理。本工程在施工过程中，总结了磷酸水玻璃在流沙严重且周围有密集建筑物地带的应用，对今后遇到此类问题如何解决提供一些建议。
3存在问题
中直渠西岸路~满百路截污管线工程满白路段为昌平区马池口镇次干道，路宽10米。在顶管施工前，对本工程进行了地质详勘，详勘中发现满白路段（马池口村）地质为砂层，且污水管道位于砂层（此段为废弃沙坑）中，地下水丰富。污水管线路由距现况路北侧缘石约2米，距马池口村居民房屋约4米，现况路上高压线杆、路灯照明及通信设施错综复杂，满白路为马池口村的主要通行道路，无法进行断路施工。且在砂层中顶管施工比较困难，且地下水量大，导致流沙严重，容易出现路面坍塌情况，并对周围房屋造成裂缝、坍塌等严重影响，存在重大安全隐患。根据现场试验段工作井开挖情况观察，沿线给排水主管线老化、渗漏严重等因素导致地下水涌水量大（7号工作井下挖2米时，地下水从地下向上喷涌），路面发生塌陷的问题。
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4方案选定
注浆法是将一定材料配制成浆液，用压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，以达到加固地层或防渗堵漏的目的。
注浆法可用于防渗堵漏、提高地基土的强度和变形模量、充填空隙、进行既有建筑地基基础加固和控制变形。
根据现场地质条件，本工程采用二重管无收缩双液WSS工法注浆（以下简称二重管注浆）方式，现况路面-路面以下地下水位层范围内为粉质粘土及粉土层，采用水泥浆形式注浆加固土体，保证土体稳固性及现况房屋安全情况。采用磷酸+水玻璃形式注浆，梅花形布置，间距1.4米，共设置3排，注浆孔间距为0.5米。
为保证路面交通以及地上、地下建（构）筑物安全，拟定采用二重管无收缩双液WSS工法注浆方式进行地表注浆加固，采用注浆材料为磷酸-水玻璃双液浆，对管道两侧及顶部进行注浆加固。
5材料选择
注浆材料大体可分为无机系和有机系两大类，而在日常使用中一般又分为水泥浆材和化学浆材两大类。
通常所用水玻璃为强碱性材料，其胶凝体有脱水收缩和腐蚀现象，这影响了它的耐久性，而且可能对环境产生一定的污染。而酸性水玻璃可在中性或酸性条件下凝胶，且凝胶体没有碱溶出，无任何毒性，并具有耐久性，造价比通用的水泥碱性水玻璃更便宜，能解决水泥浆不能解决的工程难题，近十余年来在我国部分地下粉细砂加固工程中已得到应用。例如北京复八线地铁工程中采用酸性水玻璃注浆加固，不仅加固效果好，而且加快了工程进度，降低了地表下沉量。但目前该方法还存在着严重的不足：其一，酸性水玻璃的配制还没有理论依据；其二，固砂强度仅为0.1~0.4MPa，而且失水后即消散，不能得到高强度固砂体。
本工程采用磷酸+水玻璃双液浆，其的优点是，对粉细砂层有较好固结止水效果，且浆液渗透能力强，固结速度快，整体稳定性较好，通过注浆加固形成一道有效的帷幕之水固结带。双液注浆对土体的补强加固效应可视为由渗透、扩散、填充和挤密四部分组成。在注浆开始时，浆液总是先充填较大的空隙，然后在一定的压力下深入土体。
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磷酸+水玻璃双液浆的缺点是对土体粒径有要求，粒径比值在合适范围才能有良好的效果。
6注浆加固及止水原理
注浆时在不改变地层组成的情况下，通过注浆机在压力作用下使磷酸水玻璃浆液快速进入土层空隙中，液体状态下的膦酸与水玻璃会在短时间内生成化学反应，迅速形成胶凝固态，将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。其注浆特性是使该土层粘结力、内磨擦角值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层。注浆加固后强度:卵石层达到25~30kg/cm3、细中砂层达到15~20kg/cm3、粘土层达到10~12kg/cm3；止水系数可达到：k=10cm/s~10cm/s。
7浆液的制备
根据本工程特点，浆液配制以磷酸、水玻璃为主要制浆原料，水玻璃40Be’（ρ=1.38 g/cm3），85%磷酸（弱酸，ρ=1.7 g/cm3）；注浆前先将水玻璃与水1:1稀释成水玻璃溶液，磷酸与水1:10稀释成磷酸溶液，然后两种溶液以1:1的比例进行土体加固注浆。
8注入材料特性
无收缩注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料，固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。
（1）无收缩注浆液特点：
1)固结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的注浆液也具有很高强度。
2)渗透性良好，特别是对微细砂层的渗透性优易。
3)地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能。
4)浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。
5)浆液不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水不会造成污染。
（2）标准浆液的性质：
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结论
通过以上总结的磷酸-水玻璃双液浆地表注浆加固的施工经验，在施工过程中进行控制，本工程在地表注浆加固方面取得了良好的效果，既保证顶管施工的顺利进行，也使周边建筑物、地下管线以及地面交通安全得以保证。
地表注浆是一个系统的工程，在施工之初首先应该确定本工程的注浆材料，现阶段磷酸-水玻璃双液浆的浆液配比以及凝胶时间需现场适配并制定相应的专项施工方案，在施工过程中逐步落实方案，从而达到地表注浆的效果。采用磷酸-水玻璃为注浆材料，凝固快，使阻水达到最佳效果，防止流沙等现象的发生，且虽然磷酸水玻璃使整个地层固化成一个整体，但由于强度低，使顶管在顶进中更为顺畅，使顶管施工技术更好的应用在城市建设中。
参考文献
[1]《中国水能及电气化》，2019年11期，《粉细砂地层注浆施工酸性水玻璃胶凝时间研究》，作者：关振伟
[2] 《中国建设信息化》，2019年15期，《浅谈注浆加固对软弱围岩富水浅埋隧道的处治》，作者：张永壮
[3] 《交通世界?》，2020年21期，《隧道软弱围岩超前袖阀管注浆加固技术研究》，作者：孟凡涛