鄒 剛

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司,四川成都 611130)

穩(wěn)定性單一濃漿在弱承載抗力體固結灌漿中的應用

鄒 剛

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司,四川成都 611130)

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

穩(wěn)定性漿液;固結灌漿;控制灌漿;抗力體;錦屏一級水電站

1 工程概況

錦屏一級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)劃梯級開發(fā)的龍頭水庫。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、左岸導流洞、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)及開關站等組成,Ⅰ等工程,裝機6臺,單機容量 600MW,總容量 3600MW,主要任務為發(fā)電。

左岸基礎處理工程包括抗力體固結灌漿、壩基帷幕灌漿及排水孔施工項目,基巖鉆孔量超過 100萬m,是目前最大的基礎處理工程,且其地質條件復雜,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級巖體及寬大裂隙為抗力體固結灌漿主要處理對象。由于巖體裂隙發(fā)育,滲漏通道廣泛分布在抗力體內,設計單位在進行固結灌漿布置時,將固結灌漿分為控制灌漿區(qū)和主灌漿區(qū),在進行大面積灌漿前完成周邊低灌漿壓力濃漿開灌的控制灌漿區(qū),再進行 2∶1水灰比的高壓力主灌漿區(qū),以達到對灌漿滲漏的控制,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,在室內進行了漿材試驗,最終確定了穩(wěn)定性濃漿的配合比,并通過生產(chǎn)性試驗對灌漿質量及效果進行了驗證。

2 設計質量標準

根據(jù)設計單位技術要求,通過灌漿處理后各類各級巖體物理力學技術指標需達到表 1要求。

表 1 灌漿處理后各類各級巖體物理力學技術指標設計要求表

3 穩(wěn)定性單一濃漿室內試驗

根據(jù)穩(wěn)定性漿液經(jīng)驗及相關要求,初選配合比采用設計建議值。

3.1 水灰比

選用 016、017、018三個比級;膨潤土加量 1%～3%;高效減水劑摻量 015%～1%。

對所選用膨潤土要求其膠質價 >100 cm3/15 g,膨脹容 20 cm3/g。為了提高膨潤土的膠質價,在試驗過程中采用鈉化處理的方式,根據(jù)漿液組分在試驗中采用了 L9(34)即“四因素,三水平”的正交表進行選擇。

3.2 配比

在終選試驗中進行實驗對比,確定出配比為:水∶水泥∶膨潤土∶Na2CO3∶高效減水劑 =017∶1∶010133∶010004667∶0101(室內試驗配比為:水∶水泥 ∶膨潤土 ∶Na2CO3∶高效減水劑 =4200∶6000∶80∶218∶60)。

3.3 性能檢測

3.3.1 密度

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

按加料順序和摻加量進行加料,使加料誤差在規(guī)定的 5%范圍之內。灌漿試驗過程中穩(wěn)定漿液一次性配制完成,不允許在配制漿液過程中隨意采用加水和加水泥的方法對漿液密度進行調節(jié),灌漿過程中使用密度傳感器對漿液密度進行實時自動監(jiān)測。

漿液密度是漿液性能監(jiān)測的重點,每隔 10 min使用密度秤對漿液密度進行自檢,填寫漿液抽檢記錄表,并由現(xiàn)場監(jiān)理工程師不定時進行抽檢,現(xiàn)場抽檢漿液密度多在 1165～1167 g/cm3之間。

3.3.2 析水率

現(xiàn)場配備 500 mL量筒,取 500 mL漿液放入量筒內,用玻璃棒攪勻,將量筒靜放于試驗臺上,隨著時間增加,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,直至測定出 2 h時的析水率。在現(xiàn)場施工過程中不定期對穩(wěn)定漿液析水率進行取樣抽檢,統(tǒng)計成果如表 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)場配備標準漏斗計測量穩(wěn)定漿液的漏斗粘度,結果見表 3。

表 3 穩(wěn)定漿液與普通漿液漏斗粘度(部分)抽檢對比表 /s

通過表 3可以看出:漿液粘度隨屏漿時間的延長以及壓力的逐步加大而增大,說明屏漿時間越長、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以上進漿漏斗粘度達到 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以上進漿漏斗粘度達到 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到 28189～29141 s,平均 29117 s。

3.3.4 流動度

將流動度標準鐵環(huán)平放于毛玻璃上,將其中注滿漿液,將漿液刮平,向上迅速提出標準鐵環(huán),測量漿液的擴散直徑。流動度檢測結果見表 4。

表 4 穩(wěn)定漿液流動度檢測表

3.3.5 抗壓強度

在穩(wěn)定濃漿試驗區(qū)施工過程中,取穩(wěn)定漿液進漿和回漿制作試模送往實驗室進行抗壓強度對比試驗,試塊抗壓強度值見表 5。

表 5 穩(wěn)定漿液抗壓強度抽檢表

4 抗力體固結灌漿施工工藝

4.1 穩(wěn)定漿液配制工藝

在配制穩(wěn)定漿液前,先將新制膨潤土原漿送入鈉化池進行鈉化 24 h以上,即在膨潤土中加入碳酸鈉 (Na2CO3)和拌和用水,使其充分進行化學反應,然后,再按照加料順序為膨潤土→減水劑→水泥進行穩(wěn)定漿液配制,加料順序必須按穩(wěn)定漿液配制流程圖 (見圖 1)進行,以避免產(chǎn)生化學反應的先后順序不同而影響漿液的設計參數(shù)。

圖 1 穩(wěn)定漿液配制流程圖

由于膨潤土鈉化時間較長 (室內試驗人員推薦12 h,在施工現(xiàn)場監(jiān)理工程師要求膨潤土的鈉化時間需 24 h以上),為使膨潤土有充分的鈉化時間和保證制漿時膨潤土供應不間斷,施工現(xiàn)場專門修建了 3個并列 2 m×2 m×112 m的膨潤土鈉化池,3個鈉化池的膨潤土輪換使用。

4.2 固結灌漿生產(chǎn)性試驗

試驗區(qū)采取全斷面布置灌漿孔,如圖 2所示。

圖 2 試驗區(qū)斷面地層巖性分布剖面

穩(wěn)定性單一濃漿試驗區(qū)共計完成底板抬動觀測孔 1個,3510 m;灌前測試孔 12個,33611 m;灌后檢查孔 12個,36012 m;固結灌漿鉆孔 198個,500211 m;基巖灌漿鉆孔 198個,476413 m;灌注水泥16801552 t(含外加劑);灌前測試孔壓水 82個試段,灌后檢查孔壓水 64個試段。

4.3 施工程序及方法

生產(chǎn)性試驗區(qū)按照設計技術要求,按環(huán)間分 2序,環(huán)內分 3序進行施工,即按抬動孔→灌前測試孔(壓水試驗及物探檢測)→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 (壓水試驗及物探檢測),最后進行質量評審及驗收。

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

5 灌漿效果質量檢查

5.1 壓水試驗

壓水試驗測試結果見表 6。

表 6 透水率頻率分布表

在穩(wěn)定性單一濃漿試驗區(qū)共進行了 82段灌前測試孔壓水試驗,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情況來看,平均透水率為 0129 Lu,最大透水率1165 Lu,最小透水率為 0 Lu,無大于 3 Lu的孔段,說明穩(wěn)定性單一濃漿試驗區(qū)灌后檢查孔透水率均滿足設計要求。

5.2 聲波測試成果分析

試驗區(qū)Ⅲ1級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的測點占0%,聲波波速 >5000 m/s的測點占 99106%。Ⅳ2級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的測點占 0%,聲波波速 >4600 m/s的測點占 96151%。

5.3 鉆孔變模測試成果分析

試驗區(qū)Ⅲ1級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

依據(jù)固結灌漿灌后巖體物理力學參數(shù)設計技術指標要求,穩(wěn)定性單一濃漿試驗區(qū)Ⅲ1、Ⅳ2級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計要求。

6 結論

(1)穩(wěn)定性單一濃漿試驗區(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,灌漿效果明顯。灌后透水率全部滿足設計要求,試驗區(qū)Ⅲ1級、Ⅳ2級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計要求。

(2)從穩(wěn)定漿液所反映的各項性能指標及成果統(tǒng)計來看,穩(wěn)定漿液的灌漿效果顯著。無論從灌前及灌后透水率、單位注入率、物探檢測結果,還是漿液的各項性能指標都反映出穩(wěn)定漿液較強的適用性,特別針對錦屏一級水電站左岸基礎處理工程復雜地質條件下,尤其針對Ⅲ1、Ⅳ2級大理巖巖體,更值得研究、應用以及推廣。

(3)試驗證明,穩(wěn)定漿液是一種性能較優(yōu)越的漿液,進、回漿流動度好,防鑄鉆桿,防回漿返濃。具有析水少、裂隙充填密實、耐久性好等優(yōu)點,同時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度,以及能滿足受灌巖體的強度與彈模的穩(wěn)定性漿液。

(4)試驗結果證明,穩(wěn)定漿液不用變換漿液配比,不僅可以節(jié)約一定灌漿時間,還可以開展穩(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,但也有一定的局限性,由于穩(wěn)定濃漿試驗區(qū)規(guī)模相對較小,就目前的制漿工藝來看,制漿效率偏低,制漿工藝、程序也相對比較復雜,若有條件,還可以在后續(xù)試驗中探索和完善。

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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,中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司主任、高級工程師,水工專業(yè),從事水電施工技術與管理工作,四川省成都市溫江區(qū)公平鎮(zhèn)正陽街 10號,gcglbgs@126.com。