穩(wěn)定性單一濃漿在弱承載抗力體固結(jié)灌漿中的應(yīng)用

鄒 剛

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司,四川成都 611130)

穩(wěn)定性單一濃漿在弱承載抗力體固結(jié)灌漿中的應(yīng)用

鄒 剛

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司,四川成都 611130)

穩(wěn)定性單一濃漿以其漿液性能優(yōu)越性,在錦屏一級(jí)水電站左岸抗力體固結(jié)灌漿中得到應(yīng)用,特別是控制灌漿中效果明顯,室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行漿液水灰比比選,在生產(chǎn)性試驗(yàn)中得到應(yīng)用及推廣,取得提高巖體整體抗變形能力的理想效果。

穩(wěn)定性漿液;固結(jié)灌漿;控制灌漿;抗力體;錦屏一級(jí)水電站

1 工程概況

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣和鹽源縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上,是雅礱江下游從卡拉至河口河段水電規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)。主要水工建筑物由混凝土雙曲拱壩(包括水墊塘和二道壩)、右岸泄洪洞、左岸導(dǎo)流洞、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)站等組成,Ⅰ等工程,裝機(jī)6臺(tái),單機(jī)容量 600MW,總?cè)萘?3600MW,主要任務(wù)為發(fā)電。

左岸基礎(chǔ)處理工程包括抗力體固結(jié)灌漿、壩基帷幕灌漿及排水孔施工項(xiàng)目,基巖鉆孔量超過(guò) 100萬(wàn)m,是目前最大的基礎(chǔ)處理工程,且其地質(zhì)條件復(fù)雜,主要為大理巖及砂板巖巖層,分布有 F2、F5、F8斷層及煌斑巖脈,Ⅲ2、Ⅳ2、Ⅴ級(jí)巖體及寬大裂隙為抗力體固結(jié)灌漿主要處理對(duì)象。由于巖體裂隙發(fā)育,滲漏通道廣泛分布在抗力體內(nèi),設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行固結(jié)灌漿布置時(shí),將固結(jié)灌漿分為控制灌漿區(qū)和主灌漿區(qū),在進(jìn)行大面積灌漿前完成周邊低灌漿壓力濃漿開(kāi)灌的控制灌漿區(qū),再進(jìn)行 2∶1水灰比的高壓力主灌漿區(qū),以達(dá)到對(duì)灌漿滲漏的控制,降低工程投資。穩(wěn)定性單一濃漿作為控制灌漿最主要的灌漿材料,在室內(nèi)進(jìn)行了漿材試驗(yàn),最終確定了穩(wěn)定性濃漿的配合比,并通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)對(duì)灌漿質(zhì)量及效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)設(shè)計(jì)單位技術(shù)要求,通過(guò)灌漿處理后各類各級(jí)巖體物理力學(xué)技術(shù)指標(biāo)需達(dá)到表 1要求。

表 1 灌漿處理后各類各級(jí)巖體物理力學(xué)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求表

3 穩(wěn)定性單一濃漿室內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)穩(wěn)定性漿液經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)要求,初選配合比采用設(shè)計(jì)建議值。

3.1 水灰比

選用 016、017、018三個(gè)比級(jí);膨潤(rùn)土加量 1%～3%;高效減水劑摻量 015%～1%。

對(duì)所選用膨潤(rùn)土要求其膠質(zhì)價(jià) >100 cm3/15 g,膨脹容 20 cm3/g。為了提高膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià),在試驗(yàn)過(guò)程中采用鈉化處理的方式,根據(jù)漿液組分在試驗(yàn)中采用了 L9(34)即“四因素,三水平”的正交表進(jìn)行選擇。

3.2 配比

在終選試驗(yàn)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比,確定出配比為:水∶水泥∶膨潤(rùn)土∶Na2CO3∶高效減水劑 =017∶1∶010133∶010004667∶0101(室內(nèi)試驗(yàn)配比為:水∶水泥 ∶膨潤(rùn)土 ∶Na2CO3∶高效減水劑 =4200∶6000∶80∶218∶60)。

3.3 性能檢測(cè)

3.3.1 密度

灌漿施工中一般使用“絕對(duì)容積法”計(jì)算漿液密度,上述的配合比穩(wěn)定漿液,按“絕對(duì)容積法”計(jì)算出密度約 11666 g/cm3。

按加料順序和摻加量進(jìn)行加料,使加料誤差在規(guī)定的 5%范圍之內(nèi)。灌漿試驗(yàn)過(guò)程中穩(wěn)定漿液一次性配制完成,不允許在配制漿液過(guò)程中隨意采用加水和加水泥的方法對(duì)漿液密度進(jìn)行調(diào)節(jié),灌漿過(guò)程中使用密度傳感器對(duì)漿液密度進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

漿液密度是漿液性能監(jiān)測(cè)的重點(diǎn),每隔 10 min使用密度秤對(duì)漿液密度進(jìn)行自檢,填寫(xiě)漿液抽檢記錄表,并由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師不定時(shí)進(jìn)行抽檢,現(xiàn)場(chǎng)抽檢漿液密度多在 1165～1167 g/cm3之間。

3.3.2 析水率

現(xiàn)場(chǎng)配備 500 mL量筒,取 500 mL漿液放入量筒內(nèi),用玻璃棒攪勻,將量筒靜放于試驗(yàn)臺(tái)上,隨著時(shí)間增加,水泥顆粒下沉,清水厚度增加,清水體積與總體積之比即為析水率,每隔 20 min記錄一次清水厚度,直至測(cè)定出 2 h時(shí)的析水率。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中不定期對(duì)穩(wěn)定漿液析水率進(jìn)行取樣抽檢,統(tǒng)計(jì)成果如表 2。

表 2 穩(wěn)定漿液析水率抽檢成果表

3.3.3 漏斗粘度

現(xiàn)場(chǎng)配備標(biāo)準(zhǔn)漏斗計(jì)測(cè)量穩(wěn)定漿液的漏斗粘度,結(jié)果見(jiàn)表 3。

表 3 穩(wěn)定漿液與普通漿液漏斗粘度(部分)抽檢對(duì)比表 /s

通過(guò)表 3可以看出:漿液粘度隨屏漿時(shí)間的延長(zhǎng)以及壓力的逐步加大而增大,說(shuō)明屏漿時(shí)間越長(zhǎng)、壓力越高,漿液的粘度損失越大。新鮮水灰比為015的普通漿液漏斗粘度在 28132～32174 s之間,平均 30174 s,在 510MPa壓力下屏漿 20 min以上進(jìn)漿漏斗粘度達(dá)到 39178～41185 s,平均 40124 s;在510MPa壓力下屏漿 20 min以上回漿漏斗粘度達(dá)到41188～42169 s,平均 42130 s,粘度損失較大。而新鮮水灰比為 017的穩(wěn)定漿液漏斗粘度在 21119～23126 s之間,平均 22131 s;在 510 MPa壓力下屏漿20 min以上進(jìn)漿漏斗粘度達(dá)到 28135～28147 s,平均 28140 s;在 510MPa壓力下屏漿 20 min以上回漿漏斗粘度達(dá)到 28189～29141 s,平均 29117 s。

3.3.4 流動(dòng)度

將流動(dòng)度標(biāo)準(zhǔn)鐵環(huán)平放于毛玻璃上,將其中注滿漿液,將漿液刮平,向上迅速提出標(biāo)準(zhǔn)鐵環(huán),測(cè)量漿液的擴(kuò)散直徑。流動(dòng)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 4。

表 4 穩(wěn)定漿液流動(dòng)度檢測(cè)表

3.3.5 抗壓強(qiáng)度

在穩(wěn)定濃漿試驗(yàn)區(qū)施工過(guò)程中,取穩(wěn)定漿液進(jìn)漿和回漿制作試模送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn),試塊抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表 5。

表 5 穩(wěn)定漿液抗壓強(qiáng)度抽檢表

4 抗力體固結(jié)灌漿施工工藝

4.1 穩(wěn)定漿液配制工藝

在配制穩(wěn)定漿液前,先將新制膨潤(rùn)土原漿送入鈉化池進(jìn)行鈉化 24 h以上,即在膨潤(rùn)土中加入碳酸鈉 (Na2CO3)和拌和用水,使其充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),然后,再按照加料順序?yàn)榕驖?rùn)土→減水劑→水泥進(jìn)行穩(wěn)定漿液配制,加料順序必須按穩(wěn)定漿液配制流程圖 (見(jiàn)圖 1)進(jìn)行,以避免產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的先后順序不同而影響漿液的設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖 1 穩(wěn)定漿液配制流程圖

由于膨潤(rùn)土鈉化時(shí)間較長(zhǎng) (室內(nèi)試驗(yàn)人員推薦12 h,在施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師要求膨潤(rùn)土的鈉化時(shí)間需 24 h以上),為使膨潤(rùn)土有充分的鈉化時(shí)間和保證制漿時(shí)膨潤(rùn)土供應(yīng)不間斷,施工現(xiàn)場(chǎng)專門(mén)修建了 3個(gè)并列 2 m×2 m×112 m的膨潤(rùn)土鈉化池,3個(gè)鈉化池的膨潤(rùn)土輪換使用。

4.2 固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)

試驗(yàn)區(qū)采取全斷面布置灌漿孔,如圖 2所示。

圖 2 試驗(yàn)區(qū)斷面地層巖性分布剖面

穩(wěn)定性單一濃漿試驗(yàn)區(qū)共計(jì)完成底板抬動(dòng)觀測(cè)孔 1個(gè),3510 m;灌前測(cè)試孔 12個(gè),33611 m;灌后檢查孔 12個(gè),36012 m;固結(jié)灌漿鉆孔 198個(gè),500211 m;基巖灌漿鉆孔 198個(gè),476413 m;灌注水泥16801552 t(含外加劑);灌前測(cè)試孔壓水 82個(gè)試段,灌后檢查孔壓水 64個(gè)試段。

4.3 施工程序及方法

生產(chǎn)性試驗(yàn)區(qū)按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求,按環(huán)間分 2序,環(huán)內(nèi)分 3序進(jìn)行施工,即按抬動(dòng)孔→灌前測(cè)試孔(壓水試驗(yàn)及物探檢測(cè))→Ⅰ序環(huán) (Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔)→Ⅱ序環(huán) (Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔)→灌后檢查孔 (壓水試驗(yàn)及物探檢測(cè)),最后進(jìn)行質(zhì)量評(píng)審及驗(yàn)收。

試驗(yàn)區(qū)全部采用孔口封閉法進(jìn)行灌漿,段長(zhǎng)按2、3、5、5 m……進(jìn)行劃分 ,最大灌漿壓力 5 MPa,水灰比為 017的單一穩(wěn)定性漿液,屏漿時(shí)間為 30 min。

5 灌漿效果質(zhì)量檢查

5.1 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 6。

表 6 透水率頻率分布表

在穩(wěn)定性單一濃漿試驗(yàn)區(qū)共進(jìn)行了 82段灌前測(cè)試孔壓水試驗(yàn),平均透水率為 17314 Lu,最大透水率 128110 Lu,最小透水率為 6190 Lu,透水率 >50 Lu的試段為 68段,占比 8219%;灌后檢查孔壓水試驗(yàn)情況來(lái)看,平均透水率為 0129 Lu,最大透水率1165 Lu,最小透水率為 0 Lu,無(wú)大于 3 Lu的孔段,說(shuō)明穩(wěn)定性單一濃漿試驗(yàn)區(qū)灌后檢查孔透水率均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 聲波測(cè)試成果分析

試驗(yàn)區(qū)Ⅲ1級(jí)大理巖灌前巖體平均聲波波速為5485 m/s,灌后平均聲波波速為 5912 m/s,較灌前提高 7178%;灌后巖體聲波波速 <4200 m/s的測(cè)點(diǎn)占0%,聲波波速 >5000 m/s的測(cè)點(diǎn)占 99106%。Ⅳ2級(jí)大理巖灌前平均聲波波速為 5450 m/s,灌后平均聲波波速為 5658 m/s,較灌前提高 3182%;灌后巖體聲波波速 <3900 m/s的測(cè)點(diǎn)占 0%,聲波波速 >4600 m/s的測(cè)點(diǎn)占 96151%。

5.3 鉆孔變模測(cè)試成果分析

試驗(yàn)區(qū)Ⅲ1級(jí)大理巖巖體灌前巖體平均變模值為 9174 GPa,灌后巖體平均變模值為 14147 GPa,較灌前提高 4815%;Ⅳ2級(jí)大理巖灌前巖體平均變模值為 8162 GPa,灌后巖體平均變模值為 12118 GPa,較灌前提高 4112%。

5.4 小結(jié)

依據(jù)固結(jié)灌漿灌后巖體物理力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求,穩(wěn)定性單一濃漿試驗(yàn)區(qū)Ⅲ1、Ⅳ2級(jí)大理巖灌后巖體聲波波速、灌后巖體鉆孔平均變模值均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

(1)穩(wěn)定性單一濃漿試驗(yàn)區(qū)灌前壓水透水率及單位注漿量所反映灌漿規(guī)律性較強(qiáng),灌漿效果明顯。灌后透水率全部滿足設(shè)計(jì)要求,試驗(yàn)區(qū)Ⅲ1級(jí)、Ⅳ2級(jí)大理巖灌后巖體聲波波速、灌后巖體鉆孔平均變模值均滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)從穩(wěn)定漿液所反映的各項(xiàng)性能指標(biāo)及成果統(tǒng)計(jì)來(lái)看,穩(wěn)定漿液的灌漿效果顯著。無(wú)論從灌前及灌后透水率、單位注入率、物探檢測(cè)結(jié)果,還是漿液的各項(xiàng)性能指標(biāo)都反映出穩(wěn)定漿液較強(qiáng)的適用性,特別針對(duì)錦屏一級(jí)水電站左岸基礎(chǔ)處理工程復(fù)雜地質(zhì)條件下,尤其針對(duì)Ⅲ1、Ⅳ2級(jí)大理巖巖體,更值得研究、應(yīng)用以及推廣。

(3)試驗(yàn)證明,穩(wěn)定漿液是一種性能較優(yōu)越的漿液,進(jìn)、回漿流動(dòng)度好,防鑄鉆桿,防回漿返濃。具有析水少、裂隙充填密實(shí)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)是一種具有良好的穩(wěn)定性、可灌性、較低塑性粘度和屈服強(qiáng)度,以及能滿足受灌巖體的強(qiáng)度與彈模的穩(wěn)定性漿液。

(4)試驗(yàn)結(jié)果證明,穩(wěn)定漿液不用變換漿液配比,不僅可以節(jié)約一定灌漿時(shí)間,還可以開(kāi)展穩(wěn)定漿液采用“純壓式”灌漿研究和探索。

(5)與普通水泥漿液相比,穩(wěn)定濃漿雖然有上述優(yōu)點(diǎn),但也有一定的局限性,由于穩(wěn)定濃漿試驗(yàn)區(qū)規(guī)模相對(duì)較小,就目前的制漿工藝來(lái)看,制漿效率偏低,制漿工藝、程序也相對(duì)比較復(fù)雜,若有條件,還可以在后續(xù)試驗(yàn)中探索和完善。

[1] 劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:新潮出版社,2001.

[2] DL/T 5148-2001,水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

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Application of Stable S ingle Dense Slurry in Consolidation Grout ing for the Weak Resisting Rock

ZOU Gang(Chengdu Hydropower Construction Co.,Ltd.,Sinohydro Bureau 7,Chengdu Sichuan 611130,China)

By the superiorperfor mance,the stable single dense slurrywas applied in the consolidation grouting for theweak resisting rock of left bank of Jinping-Ⅰhydropower station with obvious effects in control grouting.Comparing and selec-tion ofwater2cement ratiomade by indoor tests has been applied and popularized in the productive test,which also has ideal effects in increasing holistic resistance to rock deformation.

stable slurry;consolidation grouting;control grouting;resisting rock;Jinping-Ⅰhydropower station

TV543

A

1672-7428(2011)06-0043-04

2010-12-16

鄒剛 (1970-),男 (漢族),四川成都人,中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司主任、高級(jí)工程師,水工專業(yè),從事水電施工技術(shù)與管理工作,四川省成都市溫江區(qū)公平鎮(zhèn)正陽(yáng)街 10號(hào),gcglbgs@126.com。