石 軍

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

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淺談錦屏一級電站f2斷層化學灌漿施工中的質量控制

石 軍

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

目前在處理高壩水庫壩基軟弱巖帶、斷層帶等復雜地層時，化學灌漿已逐步推廣使用。但化學灌漿是一項復雜的技術措施，為獲得有效的處理結果，在施工中應加以質量控制。本文以錦屏一級水電站大壩左岸近壩區(qū)f2斷層化學灌漿處理工程為例，簡述化學灌漿施工中的質量控制。

錦屏一級電站f2斷層 化學灌漿 質量控制

1 概述

化學灌漿在我國經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其灌注工藝、漿材都得以顯著改善，尤其在近幾年，化學灌漿被較為廣泛地用于軟弱巖帶、斷層處理中，且灌注效果顯著，具有廣闊的發(fā)展前景。與此同時，化學灌漿作為一項復雜的工程技術，在施工過程中應如何加以質量控制，目前并無工法可依，故對其在施工過程中的質量控制研究具有重要意義，將對今后類似工程的實施提供質量監(jiān)控借鑒，保證工程的有效實施。

影響化學灌漿灌注效果的主要因素，分別存在于施工準備和施工工程兩個階段中。施工準備階段應主要考慮工程地質、漿材性能和灌注機具的影響；施工過程階段應主要考慮各施工工序的影響，如膠凝時間、孔內(nèi)排水、灌注過程的合理性、漿液返滲等。在灌注施工中，這些因素既相互聯(lián)系又相互制約。本文將結合錦屏一級水電站左岸近壩區(qū)f2斷層化學灌漿施工，對這些影響因素進行分析和探討。

2 施工準備階段的控制

2.1 工程地質的掌握

在錦屏一級水電站f2斷層化學灌漿施工準備階段，考慮到斷層的復雜性，以及準確的地質資料對化學灌漿實施的指導作用，研究組對錦屏一級水電站左岸1670m層4#固結灌漿洞的f2斷層出露的各斷面進行地質情況復查，并會同設計、地質據(jù)物探情況綜合界定其出露部位。錦屏一級水電站f2斷層出露會審情況見表1。

表1 錦屏一級左岸1670m層4#固結灌漿洞f2斷層揭示情況統(tǒng)計

2.2 灌注機具的選擇

化學灌漿在施工準備階段，需要合理、正確地選擇灌漿泵，這對控制施灌過程、保障灌漿質量尤為重要。在錦屏一級f2斷層化學灌漿處理中，由于斷層地質的復雜性，為保證灌注過程“長歷時、慢速率、盡量達到一定的注入量”的原則，保證施工質量，灌漿泵應滿足流量不宜過大、且可調(diào)節(jié)，升壓范圍可調(diào)節(jié)，不易被腐蝕，能長時間不間斷運行，為此，在對比國內(nèi)外多種灌漿泵后，選擇了天津機械廠生產(chǎn)的JDB-1250/1型和深圳帕斯卡公司的DMIX-C300型兩款化學灌漿泵，其性能參數(shù)見表2。

表2 化學灌漿泵性能參數(shù)

在錦屏一級f2斷層施工現(xiàn)場，該類泵的性能優(yōu)勢得以體現(xiàn)，尤其在控制灌漿速率等方面，有效地保證了灌漿質量。

3 灌漿施工階段的控制

3.1 灌注歷時的控制

在化學灌漿過程中，灌漿歷時的合理選擇與控制將在一定程度上影響灌注效果，因此對化學灌漿歷時的控制是化學灌漿施工中的關鍵步驟。

環(huán)氧漿材灌漿歷時的選擇，一般是根據(jù)漿液的η-t曲線而定。而高滲透環(huán)氧漿材之所以能對孔隙率≤10%的巖層進行有效灌注，正是由于其具有低粘度的特點，但隨著灌注時間的增長，其粘度也隨之增大，當達到一定值后，將存在可灌性差、或失去應有的可灌性。因此，在其粘度達到可灌性的臨界點時應停止灌注，不僅能有效保證灌注質量，同時也在一定程度上有效縮短灌注歷時。從起灌至粘度臨界點這段時間，便是化學灌漿的有效灌注歷時。

圖1 PSI-501(6∶1)：η-t曲線

圖1為錦屏一級水電站f2斷層化學灌漿灌注漿液PSI-501(配合比為6∶1)的η-t曲線圖。從該η-t曲線圖中可以看到，該類環(huán)氧漿液粘度達到100mPa.s，歷時28h；粘度達到300mPa.s，歷時48h。同時結合相關室內(nèi)試驗資料，當環(huán)氧漿液粘度達到100mPa.s時，其有效可灌性明顯下降，當達到300mPa.s時，已基本失去其有效可灌性。因此，針對錦屏一級水電站f2斷層，本著“長歷時、盡量達到一定的注入量”的原則，對其化學灌漿歷時控制，不得小于40h。

3.2 孔內(nèi)余水的排除

在化學灌漿中排除孔內(nèi)積水，是施灌前的重要步驟。因為若不排除孔內(nèi)積水，則會有一部分積水與之后灌入的漿液形成乳濁液，另一部分則被壓力擠壓進裂隙中，這些被水稀釋的漿液膠凝后，不僅使附近巖體的物理力學性能提高較低(如聲波值不高、變模不高等)，難以到達相應設計指標，甚者將使純漿液難以充填孔隙率低的被灌體(孔隙率≤10%)，從而嚴重影響灌漿質量。因此，有效控制施灌前的孔內(nèi)排水過程，在很大程度上對于保障施工質量十分重要。

針對錦屏一級水電站左岸近壩區(qū)f2斷層化學灌漿具有孔段深的特點，孔內(nèi)排水采用風、漿聯(lián)合排水，并在開灌一定時間內(nèi)不定時開啟回漿閥排水，以此保證灌注質量。即高壓風通過射漿管將大量水排除后，再以漿排水。由于目前所用的環(huán)氧漿材密度略大于水，而水在漿中的溶解度很小，能乳化，故可以用漿注入孔內(nèi)排除殘余的積水，或靜置一段時間后，使?jié){-水混合物自行分離由回漿閥排出。

3.3 施灌中注入率的控制

在化學灌漿施工中，注入率的控制，將在很大程度上影響整體灌漿質量?；瘜W灌漿在地層基礎處理中，對處理巖層是一種“浸潤式”灌注，即除充填細微裂隙，還需滲透至巖層中，從而達到提高巖層力學性能的目的。

在錦屏一級水電站左岸近壩區(qū)f2斷層化學灌漿過程中，由于斷層復雜的空間走向，為保證化學漿液對巖層的有效浸潤，對施灌過程的注入率采取如下控制方式：一般情況下注入速率應控制在0.05L/min.m～0.1L/min.m之間；當注入率≤0.05L/min.m時，應適當升高灌漿壓力(以設計灌漿壓力為參考)；當注入率≥0.1L/min.m時，需適當降低灌漿壓力(以設計灌漿壓力為參考)或控制注入量。即控制好灌漿壓力和注入速率的協(xié)調(diào)關系，使灌漿過程達到長歷時、慢速率、盡量達到一定的注入量，從而保證灌漿質量。

3.4 漿液返滲的控制

在化學灌漿施工過程中，最后施工步驟為閉漿、待凝，目的在于防止已灌漿液出現(xiàn)返滲現(xiàn)象，確保漿液在巖層裂隙及巖石縫隙中充分膠凝固化。

錦屏一級水電站f2斷層化學灌漿施工，由于其處理難度大、施工周期緊，按DL/T5406-2010化學灌漿規(guī)范中所述的閉漿方式處理，即待漿液膠凝后再鉆灌下一段是不可行的，無法保證施工節(jié)點。為此，我部結合錦屏化學灌漿特點和工期要求，針對f2斷層化灌后的閉漿采取一定措施，防止?jié){液的返滲。即閉漿完成后，用水泥濃漿(0.5∶1)對孔內(nèi)化學漿液進行置換，待水泥初凝后進行下一段的鉆灌。由于水泥濃漿的密度大于化學漿液，同時水泥漿液初凝時間一般為4h～8h，能對孔內(nèi)裂隙起到封閉、阻斷的作用，進而達到了防止?jié){液返滲、加快施工進度、保障灌漿質量的目的。

4 f2斷層帶化灌效果

在錦屏一級水電站左岸1670m近壩區(qū)f2斷層帶化灌過程中，通過對地質情況的分析和掌握、灌漿機具的合理選擇，以及在灌漿過程中對關鍵、重要的工序步驟的合理控制，使得錦屏一級水電站左岸1670m近壩區(qū)f2斷層帶化灌后其透水率均小于0.5Lu，單孔聲波波速4600m/s～4900m/s，巖體變形模量在5.1GPa～7.7GPa，巖體抗剪強度(c值)在3.6MPa～4.9MPa。這些數(shù)據(jù)表明，選用PSI系列環(huán)氧漿材對f2斷層帶進行化學灌漿，巖體的滲透性、物理力學參數(shù)都得以較大改善。

〔1〕欄玉坤.化學灌漿在軟弱地基中的質量控制[J].廣西工學院學報，2001,12(4)∶46～49.

〔2〕劉安榮，陳秋華等.復雜地基處理中化學灌漿及質量控制的研究[J].水利與建筑工程學報，2010,8(1)∶60～61,83.

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