劉超，李俊濤

（中國(guó)水電第七工程局有限公司成都水電工程建設(shè)有限公司，成都611730）

1 引言

在我國(guó)，化學(xué)灌漿技術(shù)已經(jīng)走過了幾十年的發(fā)展歷史，其中的灌注工藝和漿材也隨著不斷地發(fā)展而得以逐步改善[1]。近年來，化學(xué)灌漿在軟弱巖帶、斷層處理中的應(yīng)用越來越廣泛，灌注效果也十分顯著，發(fā)展前景十分廣闊。作為一項(xiàng)復(fù)雜的工程技術(shù)，目前并無有關(guān)化學(xué)灌漿在施工過程中如何有效控制質(zhì)量的工法[2]。

不管是施工準(zhǔn)備階段還是施工階段，均存在影響化學(xué)灌漿灌注效果的因素。在施工準(zhǔn)備階段，工程項(xiàng)目所處的地質(zhì)環(huán)境、所選漿材的性能、即將應(yīng)用的灌注機(jī)具均會(huì)影響化學(xué)灌漿灌注效果，因此，技術(shù)人員和施工人員需在此階段重點(diǎn)考慮上述問題。而在施工過程中，各施工工序相互聯(lián)系、相互制約，相互之間的影響也會(huì)改變化學(xué)灌漿的最終灌注效果[3]。通過實(shí)地調(diào)查了解到，施工人員在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)密切關(guān)注化學(xué)灌漿時(shí)的孔內(nèi)排水情況與漿液膠凝時(shí)間。此外，在化學(xué)灌漿施工時(shí)，漿液返滲情況較易出現(xiàn)，因此，施工人員應(yīng)確保灌注過程具有合理性。

2 施工準(zhǔn)備階段的控制

2.1 工程地質(zhì)的掌握

在施工準(zhǔn)備階段，施工方對(duì)工程地質(zhì)資料的掌握非常關(guān)鍵，因?yàn)榛鶐r的結(jié)構(gòu)、走向與分布的狀況是施工的重要依據(jù)。對(duì)于化學(xué)灌漿施工階段而言，漿液的凝固很大程度上取決于基巖的成分、顆粒、含水狀況與化學(xué)成分。工程施工的推進(jìn)也必須參照巖層的實(shí)際走向。因此，在進(jìn)行化學(xué)灌漿之前，必須要首先做好巖體地質(zhì)資料的處理工作[4]。

在錦屏一級(jí)水電站f2斷層的化學(xué)灌漿施工開始之前，經(jīng)過初步勘察，斷層具有一定的復(fù)雜性，因此，研究組擬以其為研究工程，準(zhǔn)確勘察該層出露的各斷面的地質(zhì)情況，依據(jù)這些勘察文件，同設(shè)計(jì)人員、物探人員展開綜合討論，由此完成對(duì)該工程地質(zhì)狀況的界定工作。表1 為本次會(huì)審的結(jié)果。

上述數(shù)據(jù)是對(duì)于該處地質(zhì)情況的概括，令斷層露出的情況更為明晰，能夠作為現(xiàn)場(chǎng)施工的有力指導(dǎo)依據(jù)，保障施工的質(zhì)量與安全性。對(duì)于化學(xué)灌漿施工而言，地質(zhì)資料是極為重要的，在勘測(cè)分析階段就必須嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地進(jìn)行，確保資料的準(zhǔn)確性。

表1 錦屏一級(jí)水電站左岸1670m 層4#固結(jié)灌漿洞的f2斷層揭示情況統(tǒng)計(jì)

2.2 灌注機(jī)具的選擇

化學(xué)灌漿過程中的原則就是以較緩的速率、較長(zhǎng)的歷時(shí)周期，確保達(dá)到既定注入量。因此，為了保證灌漿工程質(zhì)量，灌漿泵的選擇也非常重要。灌漿泵的性能參數(shù)也是決定工程質(zhì)量和工期的關(guān)鍵。在錦屏一級(jí)f2斷層進(jìn)行化學(xué)灌漿時(shí)，由于該處斷層地質(zhì)狀況非常復(fù)雜，所以灌漿泵始終要處于較低流量的狀態(tài)，并且流量也應(yīng)視工程推進(jìn)情況而不斷調(diào)節(jié)。灌漿泵還需要具有較強(qiáng)的抗腐蝕性和能夠做到長(zhǎng)時(shí)間無故障運(yùn)行。在對(duì)多款國(guó)內(nèi)外品牌型號(hào)的灌漿泵產(chǎn)品進(jìn)行分析對(duì)比之后，本次工程選擇了以下兩款灌漿泵。第一是深圳帕斯卡公司的DMIX-C300 型；第二是天津機(jī)械廠生產(chǎn)的JDB-1250/1 型[5]。表2 列出了上述兩款產(chǎn)品的具體參數(shù)。

表2 化學(xué)灌漿泵性能參數(shù)表

灌漿泵的選擇對(duì)于化學(xué)灌漿工程的質(zhì)量與工期也有著顯著的影響。上述兩款灌漿泵產(chǎn)品在性能方面的優(yōu)勢(shì)就是對(duì)灌漿速率的控制較好，能夠比較理想地滿足本次工程的灌注要求，是對(duì)灌漿質(zhì)量的有力保障。上述兩款產(chǎn)品在工作的故障率、持久性方面也不低于國(guó)外同類產(chǎn)品，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)性也較為理想。因此，對(duì)于本次錦屏一級(jí)f2斷層化學(xué)灌漿施工而言是理想的選擇。

3 灌漿施工階段的控制

3.1 灌注歷時(shí)的控制

在化學(xué)灌漿的實(shí)踐操作中，需要嚴(yán)格把控好灌漿歷時(shí)設(shè)置。如果歷時(shí)設(shè)置不合理可能直接導(dǎo)致灌漿施工失敗或者質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期效果。

圖1 PSI-501（6:1）：η-t 曲線

從圖1 的錦屏一級(jí)水電站f2斷層化學(xué)灌漿灌注漿液PSI（配合比為6：1）的η-t 曲線中可以看出，具有低粘度特點(diǎn)的環(huán)氧漿材的粘度與其灌漿歷時(shí)呈正相關(guān)。這意味著灌注時(shí)間越長(zhǎng)，其粘度也會(huì)逐漸增大。一旦其粘度達(dá)到一定數(shù)值，漿材必然會(huì)出現(xiàn)可灌性差乃至失去可灌性等問題?；诖?，可在漿材粘度達(dá)到可灌性的臨界點(diǎn)時(shí)及時(shí)停止灌注，這一操作可起到有效縮短灌注歷時(shí)、保證灌注質(zhì)量的目的。在化學(xué)灌漿中，有效灌注歷時(shí)就是從起灌至粘度達(dá)到臨界點(diǎn)的時(shí)間段。從圖1 的η-t 曲線圖來看，本次化學(xué)灌漿施工中的環(huán)氧漿液粘度達(dá)到100MPa·s 時(shí)，灌注歷時(shí)為28h；當(dāng)粘度達(dá)到300MPa·s 時(shí)，灌注歷時(shí)則高達(dá)48h。這些數(shù)據(jù)證明，環(huán)氧漿液粘度達(dá)到100MPa·s 時(shí)，其有效可灌性呈明顯下降趨勢(shì)，而達(dá)到300MPa·s 時(shí)，漿液有效可灌性基本失去，灌注歷時(shí)越來越長(zhǎng)，化學(xué)灌漿質(zhì)量難以保證[6]。

3.2 孔內(nèi)余水的排除

施灌前，施工人員首先需將孔內(nèi)積水排除，這樣才能避免后灌入的漿液同積水融合而形成乳濁液。除此以外，不及時(shí)排除孔內(nèi)積水還會(huì)遭壓力擠壓并停留于裂隙中，導(dǎo)致漿液被水稀釋。被水稀釋后的漿液在進(jìn)行膠凝操作后，附近巖體的物理力學(xué)性能將大大降低，具體表現(xiàn)為聲波值和變模降低?？傊?，不排除積水后的漿液難以達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，甚至還會(huì)導(dǎo)致孔隙率低的被灌體尤其是孔隙率≤10%的被灌體無法進(jìn)行純漿液填充，化學(xué)灌漿質(zhì)量也將受到嚴(yán)重影響。因此，有效控制施灌前的孔內(nèi)排水過程，在很大程度上有力地保障了施工質(zhì)量[7]。

在本項(xiàng)目中，施工人員主要采用風(fēng)、漿聯(lián)合排水進(jìn)

行孔內(nèi)排水操作。為確保灌注質(zhì)量，開灌一定時(shí)間內(nèi)還應(yīng)不定時(shí)開啟回漿閥進(jìn)行排水，具體操作如下：通過射漿管，應(yīng)用高壓風(fēng)排除大部分的水，然后再以漿排水。

圖2 孔內(nèi)余水的排除

3.3 施灌中注入率的控制

在化學(xué)灌漿施工過程中，控制注入率是重要的施工步驟，能否實(shí)現(xiàn)控制注入率對(duì)工程整體灌漿質(zhì)量有著很大影響。為提高巖層力學(xué)性能，施工人員在處理地層基礎(chǔ)時(shí)不僅要對(duì)細(xì)微的裂隙進(jìn)行填充，還需滲透進(jìn)巖層中，因此，通常在化學(xué)灌漿的地層基礎(chǔ)處理時(shí)會(huì)使用一種“浸潤(rùn)式”灌注的巖層處理方法。此外，為保證化學(xué)漿液對(duì)巖層的有效滲透，在“浸潤(rùn)式”灌注過程中還應(yīng)遵循“低速率、慢浸潤(rùn)”的原則。錦屏一級(jí)水電站左岸近壩區(qū)f2斷層的空間走向十分復(fù)雜，因此，施工人員在進(jìn)行化學(xué)灌漿時(shí)需采取一定的措施來控制施灌過程中的注入率，如此才能確?；瘜W(xué)漿液對(duì)巖層的有效浸潤(rùn)。一般而言，注入率應(yīng)控制在0.05～0.1L/min·m。當(dāng)注入率≤0.05L/min·m 時(shí)，應(yīng)適當(dāng)升高灌漿壓力（以設(shè)計(jì)灌漿壓力為參考），當(dāng)注入率≥0.1L/min·m 時(shí)，需適當(dāng)降低灌漿壓力（以設(shè)計(jì)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(guān)系，使灌漿過程達(dá)到長(zhǎng)歷時(shí)、慢速率的目的，盡量達(dá)到一定的注入量，從而保證灌漿質(zhì)量[8]。

3.4 漿液返滲的控制

作為施工過程中至關(guān)重要的一環(huán)，閉漿、待凝可避免已灌漿液出現(xiàn)返滲，同時(shí)，還可確保漿液的充分膠凝與固化，避免漿液在巖層裂隙與縫隙中出現(xiàn)灌注不飽滿的現(xiàn)象，并達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)防滲的目的。

在具體施工過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，錦屏一級(jí)水電站f2斷層化學(xué)灌漿施工的處理難度極大，施工周期也比較緊張。如果按照上述DL/T 5406—2010 化學(xué)灌漿規(guī)范中所提出的閉漿方式來施工顯然是不可行的，這樣是無法有效保證施工節(jié)點(diǎn)的[9]。在此背景下，施工部門具體分析了錦屏化學(xué)灌漿的特點(diǎn)和工期要求，針對(duì)情況相對(duì)特殊的f2斷層化學(xué)灌漿后的閉漿操作采取了如下處理措施，即閉漿完成后，使用0.5：1 的水泥濃漿來置換孔內(nèi)的化學(xué)漿液[10]，待其初凝后再實(shí)施下一段的鉆灌。這一操作的原理主要是基于水泥濃漿密度大于化學(xué)漿液，而水泥漿液的初凝時(shí)間通常為4～8h，如此也就可發(fā)揮封閉、阻斷孔內(nèi)裂隙的作用。通過上述一系列施工步驟，f2斷層灌漿施工工程按期完工，并有效避免了漿液返滲，灌漿質(zhì)量也得到了保障。

圖3 漿液返滲的控制

4 錦屏一級(jí)水電站左岸1670m 近壩區(qū)f2斷層帶化學(xué)灌注效果

從錦屏一級(jí)水電站左岸1670m 近壩區(qū)f2斷層帶化學(xué)灌注效果來看，其透水率均小于0.5Lu，單孔聲波波速在4600～4900m/s，巖體變形模量在5.1～7.7GPa，巖體抗剪強(qiáng)度在3.6～4.9MPa。之所以能夠達(dá)到這些效果，與技術(shù)人員科學(xué)分析地質(zhì)情況、合理選擇灌漿機(jī)具以及合理控制灌漿過程中的關(guān)鍵工序有關(guān)。而在對(duì)f2斷層帶進(jìn)行灌漿施工中所使用的PSI 系列環(huán)氧漿材，還起到了改善巖體滲透性和物理力學(xué)參數(shù)的重要作用。

圖4 不同巖層灌后化學(xué)漿液充填情況偏光檢測(cè)影像

5 結(jié)語

本研究以錦屏一級(jí)水電站左岸1670m 近壩區(qū)f2斷層帶為例，探究了化學(xué)灌漿施工中的質(zhì)量控制問題[12]。在化學(xué)灌漿施工過程中，施工人員必須盡最大可能避開影響灌漿質(zhì)量的因素，加強(qiáng)對(duì)施工過程的管控，這樣才能有力保障最終的灌注質(zhì)量。