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膨潤土注漿材料在北京地鐵五號線注漿工程中的應用工學論文
摘要: 以北京地鐵 5 號線某區間隧道為例, 介紹了膨潤土注漿材料的性能及其在工程中的注漿施工工藝。
關鍵詞: 膨潤土; 注漿; 地鐵隧道
1 工程概況
北京地鐵五號線 04 標段包括一個車站和一個區間工程, 即天壇東門站—磁器口站區間和磁器口車站, 總長度 1 175.19 m, 其中區間施工范圍長 995.19m, 車站施工范圍長 180 m。區間工程主要包括隧道及其所含的聯絡通道、迂回風道、泵房、人防防護段、施工橫通道、豎井、與規劃七號線的聯絡線節點等土建工程。天壇東門至磁器口區間隧道分左右兩線, 采用礦山法施工, 工程防水采用復合式襯砌結構, 全外包防水模式, 不考慮引排二襯外的地下水, 防水層設在初支噴射混凝土與二襯混凝土之間。根據模板臺車的長度, 以每 9 m 長隧道為一段, 依次澆筑; 同時,每段內設不少于 9 根的回填注漿管, 注漿管直徑 25mm。
隧道結構完成后, 最初施工方采用傳統的水泥漿回填, 但由于水泥漿含水量大、易收縮, 完成注漿后對混凝土裂縫和施工縫處的滲漏沒有起到明顯的改善作用, 不得不再次鉆孔進行化學注漿, 因此大大增加了施工成本。在此情況下, 施工方最終選擇用膨潤土注漿粉(Bentogrout)進行注漿。
2 膨潤土注漿材料介紹
膨潤土的主要成分為鈉基蒙脫石, 它是一種由微觀片狀晶體結構組成的礦物; 片狀晶體通常小于 2μm 且呈膠狀, 它們能夠吸收水分子, 從而使得分子間距加大、膨潤土顆粒膨脹; 一旦膨潤土顆粒吸水后,分子內電荷達到飽和即會阻止水分子通過, 這就保證了膨潤土具有極低的透水性, 使之具有優良的防水屏障作用。在國外, 數十年來膨潤土防水材料被廣泛應用于地下建筑防水工程。
鈉基膨潤土漿液作為一種堵漏用注漿材料, 在水合作用下, 一般可以膨脹到干燥時體積的 10～15 倍,防水功能能夠得到保證; 其使用成本也低于聚氨酯等其它化學注漿材料; 注漿時不需要對結構進行過多開鑿, 對已完工建筑的堵漏操作相對簡單; 一旦注漿完成, 膨潤土漿液將凝結在一起, 并會保持一定的柔韌性。膨潤土漿液具有如下特點:
1) 膨潤土漿液注漿后會保持柔性, 不會由于地質沉降和振動引起混凝土開裂而出現裂縫, 同時它還不受凍融循環的影響。
2) 膨潤土漿液注漿后可以形成一層稠密的薄膜,具有良好的膠凝強度和粘著性, 使得漿液穩定地附著在結構的表面, 適用于石砌或混凝土結構裂縫以及內墻濕跡部位的滲漏水封堵。
3) 膨潤土注漿可以通過遇水逐漸膨脹的特性, 進行自我修補、封堵混凝土日后可能產生的裂縫。
4) 膨潤土漿液不會產生熱量, 不會被微生物腐蝕, 用于填充大而空的區域。
5) 膨潤土漿液主要是由惰性的天然材料組成, 因此它的使用壽命可與建筑結構本身等同。
3 膨潤土注漿材料施工工藝
1) 加水攪拌
將每袋 22.6 kg 的膨潤土注漿粉 (Bentogrout) 加入 53 L 清水中, 攪拌 3～5 min, 直至漿液中沒有粉塊且漿液均勻為止。攪拌時, 可以直接用木棒在桶中攪拌, 也可以使用專業的設備進行攪拌, 攪拌均勻后方可開始注漿。
2) 安裝注漿嘴及送漿軟管
送漿軟管應選擇適當的長度, 太短會造成施工速度過慢, 而太長則會損失過多注漿壓力。注漿嘴可以根據現場注漿管內徑的尺寸, 自行焊接制作。準備完畢后, 將送漿軟管兩頭分別連接注漿泵與注漿嘴, 注漿嘴要盡量深入地插入注漿管中, 并務必使兩頭連接牢固。
3) 注漿施工
將注漿嘴插入注漿管內并固定牢固后, 以 0.6～0.8 MPa 的壓力泵送漿液至注漿管內, 直至漿液從鄰近的注漿管中流出(或注漿壓力保持 0.8 MPa 而不回落時)停止注漿。膨潤土漿液注漿不要求過高的注漿壓力, 注漿泵的工作壓力在 0.6～0.8 MPa 即可滿足注漿要求, 但要注意注漿泵需滿足泵送較為粘稠漿液的要求。在立面注漿時, 應按照由低到高的順序對注漿管進行注漿。每根注漿管完成注漿后, 應慢慢將注漿嘴拔出, 并使用塞子將注漿管堵嚴, 防止漿液外漏。接著將注漿嘴移至下一根注漿管, 重復以上的步驟。注漿中斷超過 45 min 時, 需要及時用清水清洗注漿泵,以防止漿液凝固影響下次注漿質量。
一定范圍內的注漿管全部注漿完成后, 移動注漿泵等施工設備至下一區域中, 并重復以上三個步驟繼續注漿。
4 結語
膨潤土漿液注漿施工完成后, 隧道混凝土結構施工縫及裂縫處的濕跡逐日縮小, 最終使混凝土表面完全干燥。膨潤土漿液注漿把回填注漿與堵漏注漿合二為一, 簡化了施工步驟, 縮短了施工時間, 降低了施工費用, 是繼膨潤土防水毯之后膨潤土防水材料在地下防水工程中的又一次技術革新。
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