硫鋁酸鹽水泥速凝漿液在錨索鉆孔固壁中的試驗(yàn)與應(yīng)用

趙啟強(qiáng)

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

硫鋁酸鹽水泥速凝漿液在錨索鉆孔固壁中的試驗(yàn)與應(yīng)用

趙啟強(qiáng)

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 610072)

為解決福堂水電站廠區(qū)高邊坡錨索鉆孔施工中成孔困難的問題，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)研究，采用以硫鋁酸鹽水泥為主劑，摻加專用早強(qiáng)劑和專用緩凝劑配制而成的速凝漿液，大大縮短固壁灌漿后掃孔待凝時(shí)間，提高錨索造孔施工工效。詳細(xì)介紹了試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)果、工程應(yīng)用情況及效果。

硫鋁酸鹽水泥;速凝漿液;固壁灌漿;邊坡加固

1 概述

福堂水電站在汶川“5.12”地震后，廠區(qū)工程邊坡局部松動(dòng)變形和開裂，廠區(qū)自然邊坡淺表風(fēng)化、卸荷巖體普遍發(fā)生崩塌，特別是邊坡中上部巖體多松弛變形，崩塌破壞。為保證廠房、調(diào)壓井等建筑物及下方人員安全，對(duì)邊坡危石進(jìn)行清理后，采用噴錨支護(hù)方式進(jìn)行處理，并在高程1230 m以上部位設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固。

福堂水電站廠區(qū)邊坡加固處理工程為震后處理工程，由于邊坡地質(zhì)條件差，地層復(fù)雜，巖體松散、破碎，且存在大量山體裂隙(縫)。該工程錨索造孔，直接鉆進(jìn)無法成孔;由于巖層為硬質(zhì)粗顆?；◢弾r破碎塊體，常規(guī)跟管鉆進(jìn)方法也難以實(shí)施。前期施工采用普通水泥漿液或水泥砂漿+速凝劑進(jìn)行固壁，孔(段)漿液注入量相當(dāng)大，有時(shí)一天都無法完成一個(gè)塌孔段的灌注，必需采取多種技術(shù)措施才能減少漿液流失量，且灌注后要等24～36 h才能掃孔(孔越深，待凝時(shí)間越長(zhǎng))，施工進(jìn)度緩慢，施工成本也較高。

針對(duì)此情況，項(xiàng)目部成立了預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔固壁漿液快速凝固技術(shù)與工藝研究課題組，通過反復(fù)試驗(yàn)，最終配制出了適用于本工程的快速凝固漿液——硫鋁酸鹽水泥+專用外加劑漿液，采用此漿液進(jìn)行塌孔段固壁灌漿或頂漿，在灌漿結(jié)束后一般只需待凝3～5 h就可以掃孔，使得錨索鉆孔工效得到了大大提高。

2 速凝漿液試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)采用普通水泥漿液進(jìn)行錨索鉆孔固壁灌漿待凝時(shí)間較長(zhǎng)，一般在24～36 h后才能掃孔，施工進(jìn)度緩慢。針對(duì)此情況，試驗(yàn)配制出快速凝固漿液，以縮短掃孔待凝時(shí)間(爭(zhēng)取在灌漿結(jié)束5 h內(nèi)能夠掃孔)，以提高錨索鉆孔工效。

(2)該邊坡存在大量的山體裂縫和擠壓破碎帶，前期錨索鉆孔固壁灌漿采用普通水泥漿液灌注時(shí)，漿液流失量較大。擬通過灌注速凝漿液達(dá)到快速堵漏的效果，減少漿液流失，從而降低施工成本。

2.2 漿液試驗(yàn)

快速凝固漿液以硫鋁酸鹽水泥為主劑，并按照一定的比例添加專用外加劑和水拌制而成。前期，在試驗(yàn)室完成了3組快速凝固漿液配比試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 快速凝固漿液試驗(yàn)配合比

根據(jù)表1配比，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了進(jìn)一步試驗(yàn)，但發(fā)現(xiàn)按照該配合比拌制而成的漿液在3～8 h內(nèi)就變成膏狀，超過此時(shí)間范圍，漿液的輸送和灌注均較困難甚至無法實(shí)施。由于施工條件限制，按表1配比拌制的速凝漿液在本工程中不具備施工實(shí)用性，施工中無法投入使用。

為了進(jìn)一步配制適合于本工程實(shí)際施工應(yīng)用的快速凝固漿液，研究決定利用硫鋁酸鹽水泥為主劑，調(diào)整專用早強(qiáng)劑摻量，并摻加專用緩凝劑。通過多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并與前面做的室內(nèi)漿液試驗(yàn)進(jìn)行比較分析，選取了4種實(shí)用性較強(qiáng)的速凝漿液進(jìn)行了3 h強(qiáng)度抗壓試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)如表2所列。

表2 通過試驗(yàn)選定的速凝漿液配比及其3 h強(qiáng)度情況

根據(jù)抗壓試驗(yàn)結(jié)果分析，表2中的4種漿液抗壓強(qiáng)度和凝固時(shí)間均能夠達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工要求，但配比1和配比2兩種漿液的3 h抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，漿液變成膏狀時(shí)間在20～30 min范圍內(nèi)，這兩種漿液更適合于本工程錨索鉆孔固壁灌漿的實(shí)際施工應(yīng)用。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過室內(nèi)速凝漿液配比試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)合本工程實(shí)際施工條件，錨索孔灌漿固壁采用快速凝固漿液的水灰比宜為0.5，硫鋁酸鹽水泥漿液摻加專用早強(qiáng)劑控制在1%～1.5%即可。為避免凝固過快，還應(yīng)按照0.5% ～1%的比例摻加專用緩凝劑。按照漿液試驗(yàn)所提供的上述4種配比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌注試驗(yàn)，漿液均能在3～5 h達(dá)到掃孔強(qiáng)度，配比1和配比2兩種漿液更適合于福堂水電站廠區(qū)高邊坡錨索鉆孔固壁灌漿的實(shí)際施工應(yīng)用。

由于此種漿液凝固時(shí)間快，在固壁灌漿施工中遇巖層裂縫(隙)張開度不大時(shí)，可起到快速堵漏的作用，但對(duì)張開度特別大的裂縫(隙)，堵漏效果不明顯。

3 速凝漿液的施工應(yīng)用

3.1 基本情況

福堂水電站廠區(qū)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索布置在邊坡1230 m高程以上，錨索鉆孔作業(yè)全部在施工腳手架上進(jìn)行。錨索加固區(qū)范圍邊坡巖層處于斷層破碎帶和裂隙擠壓密集帶，巖層受斷層破碎帶應(yīng)力影響，巖體普遍極松弛、破碎，呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)。本工程預(yù)應(yīng)力錨索孔深度為30～50 m，設(shè)計(jì)荷載1000 kN，錨索結(jié)構(gòu)形式為壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索。

錨索孔遇巖體破碎，鉆孔中卡鉆、坍孔等地質(zhì)缺陷無法成孔時(shí)，立即停鉆進(jìn)行固壁灌漿，灌漿段長(zhǎng)視地層情況而定。

3.2 固壁灌漿

3.2.1 漿液配制

本工程錨索鉆孔固壁灌漿速凝漿液的主劑為硫鋁酸鹽水泥，并同時(shí)摻加專用早強(qiáng)劑和專用緩凝劑，實(shí)際施工應(yīng)用選定了2種速凝漿液配比，硫鋁酸鹽水泥∶專用早強(qiáng)劑∶專用緩凝劑=100∶1.5∶0.5和100∶1∶0.5，漿液水灰比均為0.5。

根據(jù)本工程施工條件，硫鋁酸鹽水泥漿液在邊坡下方1230 m高程平臺(tái)的制漿站進(jìn)行拌制，采用高壓注漿泵輸送至灌漿作業(yè)面的低速攪拌機(jī)后，再按配比加入專用早強(qiáng)劑和專用緩凝劑，拌和均勻后注入灌漿孔內(nèi)。

3.2.2 漿液灌注

在巖體裂縫(隙)張開度不大時(shí)，錨索孔固壁灌漿直接采用硫鋁酸鹽水泥摻加專用外加劑配制的速凝漿液進(jìn)行灌注，既可縮短掃孔待凝時(shí)間，又可起到快速堵漏的作用;在遇到巖體裂縫(隙)張開度較大時(shí)，考慮到硫鋁酸鹽水泥價(jià)格相對(duì)較高，錨索孔固壁灌漿時(shí)，先不加壓灌注普通水泥漿液或水泥砂漿，必要時(shí)采取相應(yīng)堵漏技術(shù)措施，待孔(段)不吸漿或吸漿量較小時(shí)，改用硫鋁酸鹽水泥摻專用外加劑速凝漿液進(jìn)行頂漿，使孔內(nèi)漿液全被速凝漿液充填，以縮短固壁灌漿孔的孔內(nèi)漿液掃孔待凝時(shí)間。

由于以硫鋁酸鹽水泥為主劑的速凝漿液凝結(jié)時(shí)間很快，遇特殊情況和灌漿結(jié)束時(shí)，必須立刻對(duì)灌漿管路和灌漿機(jī)進(jìn)行清洗。

3.3 固壁效果及掃孔情況

錨索孔固壁灌漿待凝后采用全液壓錨固鉆機(jī)或地質(zhì)鉆機(jī)配氣動(dòng)潛孔錘掃孔。根據(jù)孔內(nèi)漿液凝固情況和現(xiàn)場(chǎng)取樣，在固壁灌漿結(jié)束3 h后，漿液強(qiáng)度可達(dá)到5～7 MPa，漿液凝結(jié)時(shí)間快慢與外部溫度有直接關(guān)系。但在孔深20 m以后，漿液凝固時(shí)間相對(duì)稍慢，一般在4～5 h后漿液強(qiáng)度才能達(dá)到5～7 MPa，才能進(jìn)行掃孔作業(yè)。

實(shí)踐表明，采用以硫鋁酸鹽水泥為主劑的速凝漿液對(duì)錨索孔塌孔段進(jìn)行固壁灌漿，在灌漿結(jié)束3～5 h內(nèi)就可進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)，使得錨索鉆孔工效得到大大提高，工程施工進(jìn)度大大加快。從掃孔情況看，錨索孔通過固壁灌漿后，孔壁穩(wěn)定，掃孔中未出現(xiàn)固壁段再次塌孔、卡鉆等現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)在不適宜采用跟管鉆進(jìn)的破碎巖層(如深層破碎帶、硬質(zhì)塊碎石層)中鉆孔，采用以硫鋁酸鹽水泥為主劑的速凝漿液進(jìn)行固壁灌漿，能有效地保證孔壁穩(wěn)定，特別是可以大大縮短掃孔待凝時(shí)間，一般在灌漿結(jié)束3～5 h內(nèi)就可達(dá)到掃孔條件。

(2)本工程鉆孔固壁灌漿的漿液配比，選用硫鋁酸鹽水泥∶專用早強(qiáng)劑∶專用緩凝劑=100∶1.5∶0.5和100∶1∶0.5兩種，漿液水灰比均為0.5，灌注效果較好。同時(shí)，根據(jù)外部氣溫、孔內(nèi)溫度的變化情況和實(shí)際施工條件，可適當(dāng)調(diào)整外加劑用量。

(3)快速凝固漿液在遇巖體中裂縫(隙)張開度不太大時(shí)，能夠達(dá)到快速堵漏的效果，可減少漿液流失。

(4)福堂水電站廠區(qū)高邊坡處理工程錨索鉆孔中，采用以硫鋁酸鹽水泥為主劑的速凝漿液進(jìn)行固壁灌漿，大大提高了錨索鉆孔施工工效，加快了工程施工進(jìn)度，降低了施工成本，取得了較好的效果，今后在類似工程中可進(jìn)行推廣應(yīng)用。

［1］符平，趙衛(wèi)全，鄭亞平，等.水泥基速凝灌漿材料研究［J］.水利水電技術(shù)，2004，35(4).

［2］侯文萍，付興華，黃世峰，等.外加劑在硫鋁酸鹽水泥系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，16(1).

［3］陳娟，盧亦炎.硫鋁酸鹽水泥性能的調(diào)整與應(yīng)用［J］.混凝土，2007，(9).

［4］葉正茂，蘆令超，常均，等.水泥基防滲堵漏材料凝結(jié)機(jī)制的研究［J］.中國建筑防水，2005，(8).

［5］YJGF 37－2002，硫鋁酸鹽水泥粘結(jié)注漿施工工法［S］.

［6］GB 20472 －2006，硫鋁酸鹽水泥(標(biāo)準(zhǔn))［S］.

Test and Application of Sulpho-aluminate Cement Quick Setting Slurry in Anchor Cable Boring for Wall Consolidation

ZHAO Qi-qiang(Sinohydro Bureau 10 Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610072，China)

To solve the difficulties of borehole completion in high slope anchor cable drilling construction for Futang hydropower plant，by the laboratory experimental study，the quick setting slurry with sulpho-aluminate cement as main agent adding special early strength agent and retarder was taken，which greatly shortened the hole cleaning and stay setting time after grouting for wall consolidation，improved the construction efficiency of anchor cable boring.The paper introduced the testing process，testing results，engineering application and the effects in detail.

sulpho-aluminate cement;quick setting slurry;grouting for wall consolidation;slope reinforcement

P642

A

1672－7428(2011)10－0074－03

2011－02－18

趙啟強(qiáng)(1975－)，男(漢族)，四川巴中人，中國水利水電第十工程局有限公司工程師，水工專業(yè)，從事水利水電工程施工與管理工作，四川省都江堰市蒲陽路164號(hào)中國水利水電第十工程局有限公司基礎(chǔ)分局(611830)，dzhuangfen@163.com。