石 軍

(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，成都，611130)

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淺談錦屏一級(jí)電站f2斷層化學(xué)灌漿施工中的質(zhì)量控制

石 軍

(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，成都，611130)

目前在處理高壩水庫(kù)壩基軟弱巖帶、斷層帶等復(fù)雜地層時(shí)，化學(xué)灌漿已逐步推廣使用。但化學(xué)灌漿是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)措施，為獲得有效的處理結(jié)果，在施工中應(yīng)加以質(zhì)量控制。本文以錦屏一級(jí)水電站大壩左岸近壩區(qū)f2斷層化學(xué)灌漿處理工程為例，簡(jiǎn)述化學(xué)灌漿施工中的質(zhì)量控制。

錦屏一級(jí)電站f2斷層 化學(xué)灌漿 質(zhì)量控制

1 概述

化學(xué)灌漿在我國(guó)經(jīng)過(guò)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(xué)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(shí)，化學(xué)灌漿作為一項(xiàng)復(fù)雜的工程技術(shù)，在施工過(guò)程中應(yīng)如何加以質(zhì)量控制，目前并無(wú)工法可依，故對(duì)其在施工過(guò)程中的質(zhì)量控制研究具有重要意義，將對(duì)今后類(lèi)似工程的實(shí)施提供質(zhì)量監(jiān)控借鑒，保證工程的有效實(shí)施。

影響化學(xué)灌漿灌注效果的主要因素，分別存在于施工準(zhǔn)備和施工工程兩個(gè)階段中。施工準(zhǔn)備階段應(yīng)主要考慮工程地質(zhì)、漿材性能和灌注機(jī)具的影響；施工過(guò)程階段應(yīng)主要考慮各施工工序的影響，如膠凝時(shí)間、孔內(nèi)排水、灌注過(guò)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(jié)合錦屏一級(jí)水電站左岸近壩區(qū)f2斷層化學(xué)灌漿施工，對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析和探討。

2 施工準(zhǔn)備階段的控制

2.1 工程地質(zhì)的掌握

在錦屏一級(jí)水電站f2斷層化學(xué)灌漿施工準(zhǔn)備階段，考慮到斷層的復(fù)雜性，以及準(zhǔn)確的地質(zhì)資料對(duì)化學(xué)灌漿實(shí)施的指導(dǎo)作用，研究組對(duì)錦屏一級(jí)水電站左岸1670m層4#固結(jié)灌漿洞的f2斷層出露的各斷面進(jìn)行地質(zhì)情況復(fù)查，并會(huì)同設(shè)計(jì)、地質(zhì)據(jù)物探情況綜合界定其出露部位。錦屏一級(jí)水電站f2斷層出露會(huì)審情況見(jiàn)表1。

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

2.2 灌注機(jī)具的選擇

化學(xué)灌漿在施工準(zhǔn)備階段，需要合理、正確地選擇灌漿泵，這對(duì)控制施灌過(guò)程、保障灌漿質(zhì)量尤為重要。在錦屏一級(jí)f2斷層化學(xué)灌漿處理中，由于斷層地質(zhì)的復(fù)雜性，為保證灌注過(guò)程“長(zhǎng)歷時(shí)、慢速率、盡量達(dá)到一定的注入量”的原則，保證施工質(zhì)量，灌漿泵應(yīng)滿足流量不宜過(guò)大、且可調(diào)節(jié)，升壓范圍可調(diào)節(jié)，不易被腐蝕，能長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，為此，在對(duì)比國(guó)內(nèi)外多種灌漿泵后，選擇了天津機(jī)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(xué)灌漿泵，其性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 化學(xué)灌漿泵性能參數(shù)

在錦屏一級(jí)f2斷層施工現(xiàn)場(chǎng)，該類(lèi)泵的性能優(yōu)勢(shì)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(zhì)量。

3 灌漿施工階段的控制

3.1 灌注歷時(shí)的控制

在化學(xué)灌漿過(guò)程中，灌漿歷時(shí)的合理選擇與控制將在一定程度上影響灌注效果，因此對(duì)化學(xué)灌漿歷時(shí)的控制是化學(xué)灌漿施工中的關(guān)鍵步驟。

環(huán)氧漿材灌漿歷時(shí)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(duì)孔隙率≤10%的巖層進(jìn)行有效灌注，正是由于其具有低粘度的特點(diǎn)，但隨著灌注時(shí)間的增長(zhǎng)，其粘度也隨之增大，當(dāng)達(dá)到一定值后，將存在可灌性差、或失去應(yīng)有的可灌性。因此，在其粘度達(dá)到可灌性的臨界點(diǎn)時(shí)應(yīng)停止灌注，不僅能有效保證灌注質(zhì)量，同時(shí)也在一定程度上有效縮短灌注歷時(shí)。從起灌至粘度臨界點(diǎn)這段時(shí)間，便是化學(xué)灌漿的有效灌注歷時(shí)。

圖1 PSI-501(6∶1)：η-t曲線

圖1為錦屏一級(jí)水電站f2斷層化學(xué)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(lèi)環(huán)氧漿液粘度達(dá)到100mPa.s，歷時(shí)28h；粘度達(dá)到300mPa.s，歷時(shí)48h。同時(shí)結(jié)合相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)資料，當(dāng)環(huán)氧漿液粘度達(dá)到100mPa.s時(shí)，其有效可灌性明顯下降，當(dāng)達(dá)到300mPa.s時(shí)，已基本失去其有效可灌性。因此，針對(duì)錦屏一級(jí)水電站f2斷層，本著“長(zhǎng)歷時(shí)、盡量達(dá)到一定的注入量”的原則，對(duì)其化學(xué)灌漿歷時(shí)控制，不得小于40h。

3.2 孔內(nèi)余水的排除

在化學(xué)灌漿中排除孔內(nèi)積水，是施灌前的重要步驟。因?yàn)槿舨慌懦變?nèi)積水，則會(huì)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(jìn)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(xué)性能提高較低(如聲波值不高、變模不高等)，難以到達(dá)相應(yīng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，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(yán)重影響灌漿質(zhì)量。因此，有效控制施灌前的孔內(nèi)排水過(guò)程，在很大程度上對(duì)于保障施工質(zhì)量十分重要。

針對(duì)錦屏一級(jí)水電站左岸近壩區(qū)f2斷層化學(xué)灌漿具有孔段深的特點(diǎn)，孔內(nèi)排水采用風(fēng)、漿聯(lián)合排水，并在開(kāi)灌一定時(shí)間內(nèi)不定時(shí)開(kāi)啟回漿閥排水，以此保證灌注質(zhì)量。即高壓風(fēng)通過(guò)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(shí)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(xué)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(zhì)量?；瘜W(xué)灌漿在地層基礎(chǔ)處理中，對(duì)處理巖層是一種“浸潤(rùn)式”灌注，即除充填細(xì)微裂隙，還需滲透至巖層中，從而達(dá)到提高巖層力學(xué)性能的目的。

在錦屏一級(jí)水電站左岸近壩區(qū)f2斷層化學(xué)灌漿過(guò)程中，由于斷層復(fù)雜的空間走向，為保證化學(xué)漿液對(duì)巖層的有效浸潤(rùn)，對(duì)施灌過(guò)程的注入率采取如下控制方式：一般情況下注入速率應(yīng)控制在0.05L/min.m～0.1L/min.m之間；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(guò)程達(dá)到長(zhǎng)歷時(shí)、慢速率、盡量達(dá)到一定的注入量，從而保證灌漿質(zhì)量。

3.4 漿液返滲的控制

在化學(xué)灌漿施工過(guò)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(jí)水電站f2斷層化學(xué)灌漿施工，由于其處理難度大、施工周期緊，按DL/T5406-2010化學(xué)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(wú)法保證施工節(jié)點(diǎn)。為此，我部結(jié)合錦屏化學(xué)灌漿特點(diǎn)和工期要求，針對(duì)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(duì)孔內(nèi)化學(xué)漿液進(jìn)行置換，待水泥初凝后進(jìn)行下一段的鉆灌。由于水泥濃漿的密度大于化學(xué)漿液，同時(shí)水泥漿液初凝時(shí)間一般為4h～8h，能對(duì)孔內(nèi)裂隙起到封閉、阻斷的作用，進(jìn)而達(dá)到了防止?jié){液返滲、加快施工進(jìn)度、保障灌漿質(zhì)量的目的。

4 f2斷層帶化灌效果

在錦屏一級(jí)水電站左岸1670m近壩區(qū)f2斷層帶化灌過(guò)程中，通過(guò)對(duì)地質(zhì)情況的分析和掌握、灌漿機(jī)具的合理選擇，以及在灌漿過(guò)程中對(duì)關(guān)鍵、重要的工序步驟的合理控制，使得錦屏一級(jí)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(qiáng)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(duì)f2斷層帶進(jìn)行化學(xué)灌漿，巖體的滲透性、物理力學(xué)參數(shù)都得以較大改善。

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

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

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