粘土固化劑灌漿技術(shù)在水庫除險加固中的應(yīng)用

1、粘土固化劑灌漿技術(shù)在水庫除險加固中的應(yīng)用摘要：粘土固化劑作為一種新型灌漿材料，具有良好的流動性和可灌性，水泥結(jié)石體防滲性可靠，被廣泛用于水庫的除險加固。通過分析介紹粘土固化漿液的主要技術(shù)性能和特點，并以*水庫為例，通過對壩體特種粘土固化劑灌漿前后的對比分析可知，不僅灌漿質(zhì)量滿足技術(shù)規(guī)范要求，而且灌漿后的滲透性能明顯低于灌漿前；節(jié)約了工程投資，縮短了工期，具有良好的社會經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：粘土固化劑；防滲灌漿技術(shù)；*水庫；除險加固0引言灌漿技術(shù)是大壩壩體壩基防滲中常用的技術(shù)手段和重要的工程處理措施。目前國內(nèi)灌漿主要采用的材料為純水泥、水泥砂漿、充填級配料、水泥漿和速凝劑、化學(xué)灌漿材料，采用這些灌漿

2、材料共同的特點是水泥等材料消耗大，成本高，受施工場地和電力約束，特別是遇到壩身壩基滲漏嚴(yán)重的情況，灌漿中的漿液比例、灌漿壓力、灌漿流量等施工參數(shù)均需要通過現(xiàn)場試驗來確定，使得施工工期較長、工程投資較大且防滲效果難以保障。因此，需要一種施工簡單、防滲效果好、工程成本較低的新防滲方法。粘土固化劑灌漿技術(shù)就是在充分分析利用傳統(tǒng)灌漿材料和灌漿技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)的一種簡便、高效、經(jīng)濟的防滲處理方法?？蓮V泛應(yīng)用于病險水庫的防滲處理。1粘土固化劑加固土體機理粘土固化劑基本物理特性特種粘土固化劑是一種灰白色、無氣味、粉末狀固態(tài)體，由多種無機化學(xué)材料按一定配比混合而成，非易燃、易爆、有毒危險品，呈灰白色輕體狀，無

3、氣味，堆積密度約為590kg/m，細(xì)度mm篩余不大于8%,含水率不大于2%,比表面積大于或等于500m2/kg。粘土固化漿液的主要特性特種粘土固化漿液是由粘土固化劑、粘土、水泥和水按一定比例混合組成的漿液。與傳統(tǒng)水泥粘土漿液相比，具有以下特點：漿液的穩(wěn)定性及析水性特種粘土固化漿液是一種穩(wěn)定性極高的懸濁型漿液，粘聚性、保水性較好，漿液中的水分不易泌出，顆粒漿材不易下沉，且能夠穩(wěn)定地分布在溶液中，不易分層離析。在水料比小于2:1的范圍內(nèi)，漿液2h析水率皆小于5%,尤其是水料比小于：1時，漿液基本不析水。流變性特種粘土固化漿液的流動性好，漿液在流動過程中的壓力損失較小、在地層中擴散也較遠(yuǎn)。初始粘度特

4、種固化劑摻量為水泥用量的15%時初始粘度較大，初始粘度變化幅度在20s50s之間，即漿液的可灌性較好。凝膠時間水料比為:1:1不同固化劑摻量的漿液膠凝時間變化幅度在十幾秒到幾十分鐘之間，由此說明此特種粘土固化漿液的膠凝時間可調(diào)空間大，可以通過調(diào)節(jié)漿液的水料比及特種粘土固化劑的摻量來控制初凝粘度和凝膠時間，保證漿液在注漿管內(nèi)的輸送和在地層中的擴散，從而達到設(shè)計擴散半徑。抗壓強度及軟化系數(shù)特種粘土固化漿液結(jié)石體抗壓強度比普通粘土漿液結(jié)石體抗壓強度有大幅度的提高，最大可達到6MPa隨著水料比的增大而減小，隨著固化劑用量的增大而增大，隨水泥用量的增大而增大。用于試驗的兩種水料比的特種粘土固化漿液結(jié)石體

5、軟化系數(shù)分別為和，由此可知，特種粘土固化漿液結(jié)石體抗軟化性能較好?？?jié)B性在水料比為:1:1時，結(jié)石體的滲透系數(shù)都很小，小于nX1CT7cm/s,且結(jié)石體強度越高其滲透系數(shù)越小。1. 2.7環(huán)保型特種粘土固化漿液不會造成任何環(huán)境、土壤及地下水的水質(zhì)污染。特種粘土固化漿液固結(jié)機理粘土水泥漿中加入一定量的特種粘土固化劑，固化劑中的無機鹽會形成大量的鋁酸根、硅酸跟、硫酸根，三者與水泥反應(yīng)生成的Ca(OH)奴與水化鋁酸三鈣反應(yīng)，生成均質(zhì)絨毛狀的水化鋁酸三鈣、無定型水化硅酸二鈣和具有較大膨脹性的硫鋁酸鈣，反應(yīng)過程中大量的拌合水被消耗，加速了水泥的水化反應(yīng)，生成具有一定強度的結(jié)晶水化物(結(jié)石體)，該膠凝體充

6、填在空隙中，能有效的堵塞滲流通道，從而降低滲透系數(shù)。鋁酸根、硅酸根與粘土中的堿金屬反應(yīng)，生成的明磯石在Ca(OH)2、CaS0鈉激發(fā)下緩慢膨脹，生成膠凝鈣磯石和具有一定強度的無定型膠凝體，由此改善了水泥集料界面的微區(qū)結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)等，提高了結(jié)石體的密實度、抗壓強度和抗?jié)B能力。水化鋁酸三鈣、水化硅酸二鈣、水化硫鋁酸鈣，又是后續(xù)反應(yīng)晶體的生長核，可加快漿液中的各種水化反應(yīng)，生成更多的水化結(jié)晶體和膠凝體，使膠凝速度加快、時間縮短，結(jié)石體強度也快速增長，從而大幅度降低滲透系數(shù)。2*水庫粘土固化劑灌漿分析工程簡介*水庫位于*省*市*縣*鎮(zhèn)*村，水庫大壩距*鎮(zhèn)15kF距*縣城65kni是一座以灌溉

7、為主水利工程。大壩為粘土心墻壩，最大壩高m,總庫容為萬m3。建于1971年，由于受當(dāng)時施工、經(jīng)濟、技術(shù)水平的限制，水庫又年久失修，致使水庫壩體滲漏嚴(yán)重、壩體與壩基的接觸帶存在嚴(yán)重滲漏問題，給水庫運行和管理過程中帶來嚴(yán)重的安全隱患。大壩滲漏病害現(xiàn)狀大壩運行至今壩坡腳大面積出現(xiàn)浸水潮濕現(xiàn)象，當(dāng)水位升至正常蓄水位（相對高程系統(tǒng)）時，在壩體外坡腳浸水潮濕面積約5m2,壩腳干砌石棱體處見股狀水流現(xiàn)象，最大一股水量約/s,總浸水量L/s。建壩時由于填土來源較少，將耕植土、含碎石土放在一起填筑，填土質(zhì)量較差，且當(dāng)時施工條件有限，缺乏技術(shù)和設(shè)備，多采用木夯及石夯，夯實質(zhì)量較差，土體的密實度不均一。通過現(xiàn)場對壩

8、體心墻的注水試驗查明，滲透系數(shù)K=x10-5cm/s,透水性較強，屬中等透水土體；大壩清基至基巖，未進行深挖，上部填土與壩基接觸部位未經(jīng)過處理，導(dǎo)致壩體與接觸帶部位接觸不緊密，透水性較強。針對壩體碾壓質(zhì)量較差，壩體滲漏較為嚴(yán)重，壩腳處有集中漏水點和大面積的散浸等病害，壩體的除險加固重點是壩體和壩基接觸帶的防滲處理。防滲處理措施采取粘土固化劑灌漿方案。灌漿材料和施工工藝灌漿材料壩體和基巖段均采用特種粘土固化漿液灌注，灌漿材料為粘土、水泥、固化劑和水。水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥；粘土固化劑為HXNY90也特種粘土固化劑，粘土采用當(dāng)?shù)靥烊患t黃色粘土（粘粒含量%、粉粒含量%、液限47.9%、

9、塑性指數(shù)17）,水為水庫水。水泥粘土比l:4（重量比），粘土固化劑為水泥用量的15%,水料比依次為：1、：1、1:1三檔。施工工藝粘土固化劑灌漿孔為雙排孔，沿壩軸線布置，孔距為，分三序施灌，一序孔距，二序孔距，三序孔距，終孔距，成樁直徑，防滲墻的有效厚度為（圖1）。采用循環(huán)式和純壓式相結(jié)合的綜合灌漿法，土層灌漿壓力（回漿壓力表值）為，巖層灌漿壓力為；灌漿時盡快達到設(shè)計壓力，灌漿采用稀灌開灌，漿液濃度由稀到濃，逐級變換，最后以濃漿收灌。施工工藝如圖2所示。卜丁力一0十一丁中卜M十二工十叫圖1灌漿孑置圖工獷圖2灌漿施工工藝圖粘土固化劑灌漿效果分析粘土固化劑灌漿范圍為整個壩段并向兩岸坡延伸，頂部高程

10、為n防滲范圍為樁號N0+00AN0+059粘土固化劑灌漿中心線全長59m粘土固化劑灌漿底界¥入相對不透水層（q<10Lu）以下13壩基粘土固化劑灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為qw10Lu,心墻部位為K<1x10_5cm/so灌漿試驗效果檢查主要以打檢查孔采取巖芯、自上而下逐段進行壓（注）水試驗、觀察巖芯有無水泥結(jié)石、裂隙充填及其密實性和強度，以及灌漿時壓入漿量的多少等進行綜合評定，但以壓（注）水試驗為主。灌漿施工完成14d后按施工孔總數(shù)的10%進行檢查，計6個孔，現(xiàn)取4個孔的壓（注）水試驗進行分析，如表1所示。表1檢查孔滲透系數(shù)（cm/s）及透水率（1u）統(tǒng)計表孔號ZK1ZK2ZK3ZK

11、4壩體土X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6X10-6基巖粘土固化劑灌漿施工結(jié)束后，現(xiàn)場觀察壩體外坡腳浸水潮濕及壩腳干砌石棱體股狀流水現(xiàn)象消失，通過檢查孔巖芯編錄發(fā)現(xiàn)特種粘土固化漿液結(jié)石體膠結(jié)密實，常見呈塊狀、片狀充填于巖（土）體孔隙中，漿液影響半徑能滿足設(shè)計孔距要求，充填度明顯好于常規(guī)純水泥漿液及水泥粘土漿液。灌漿后壩體滲透系數(shù)一般為7.80X10-61.90X10-6cm/s,特別是壩基的透水率一般為0.86Lu,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計要求（q<10Lu）o3結(jié)語粘土固化漿液進行粘土固化劑灌漿，能減少水泥的使用量，減輕對水體的污染；粘土固化漿液對粘粒含量的要求低，能就近采取灌漿土料，減少運距，避免征用優(yōu)良的旱地；特種粘土固化漿液結(jié)石率高，具有膨脹性，減少漿液被動力水流稀釋、破壞、帶走，保證漿液使用率；和巖（土）體膠結(jié)好，強度較高，耐久性好，能保證水庫長期正常蓄水，阻止壩體、壩基出現(xiàn)滲透破壞。所有這些節(jié)省了投資，防止水土流失，促進社會和諧，減少工程投資，發(fā)揮了水庫的最大社會和經(jīng)濟效益。參考文獻:1林繼鋪.水工建筑物M.5版.北京：中國水利水電出版社，2009.2凌賢長，杜紹安，蔡得新.特種粘土固化漿液研制