可控灌漿在項目應用建議書

可控灌漿在項目應用建議書****項目位于*****流域開闊、平坦的河谷中，堰區(qū)河谷山坡由碎石、巖屑等堆積物組成，河谷沖積物覆蓋較厚；特別是左岸和中間壩基覆蓋層深度超過35米。河谷兩岸巖體主要表現(xiàn)為頻繁的褶皺和斷層，地形條件較差。其中河床堆積物及覆蓋層和沖積臺等多由細粉沙、砂、砂礫、小卵石及直徑達2～3米的具體項目的專用性和特殊性，這一灌漿施工原理正在被 可控灌漿試驗流程圖更增添了可控灌漿的可控性，使可控灌漿真正膏狀漿液灌漿：這是由基礎工程局從工程實踐中總結研制出的一種新型漿液，膏狀漿液就是在水泥漿液中通過填加增塑劑、速凝劑等復合材料，使?jié){液具有很大的屈服強度和塑性粘度，在灌漿過程中不僅具有很好的可控性，而且具有較好的抗水沖性能，適合于大孔隙和有地下水流的地層灌漿。水泥基漿液配合比配比編號水泥膨潤土粉煤灰（kg）外加劑（%）備注#0～53602#2500～53#300600～52504#5000～5210膏狀漿液3000～5膏狀漿液水泥基漿液物理力學性能指標度散度水率數(shù)(pa)#0 0————4——#0——（1）普通水泥水泥灌漿采用P.O32.5級普通硅酸鹽水泥，其主要物理化學性能指標見表。（2）膨潤土膨潤土采用鈣質(zhì)膨潤土。32.5級普通硅酸鹽水泥主要物理化學性能指標目篩余量)(%)初凝(h:min)終凝(h:min)定性28d抗折強度(MPa)28d抗壓強度(MPa)標1.4~3.22:282:53合格8.652.2（3）粉煤灰粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，其主要技術指標見下表。粉煤灰主要技術指標項目細度(%)需水量比(%)燒失量(%)含水量SO3(%)指標985.60.20.2采用SH型速凝劑，性能指標見表5-3。表5-3SH產(chǎn)品性能指標摻量凝結時間（min）28d抗壓強度比初凝終凝4～69我局最早在1987年了可控性膏狀漿液帷幕灌漿的施工方案，該項目從實施完工至今已經(jīng)良好運了膏狀可控灌漿的質(zhì)量和效果。右圖為當時所生產(chǎn)的膏漿圖片，下面是有關***電站堆石壩體中的防滲帷幕灌漿嚴重，水下部分修理更換十分困難，如放空水庫處理，僅因缺水小口徑金剛石清水鉆進效果好，用螺桿泵灌注膏狀漿液使大孔驗，采取的措施有：嚴格控制灌漿材料粒徑，縮短孔距和灌漿抗壓強度≥5MPa；抗?jié)B標號≥S4；密度≥1國際先進水平，其中在大孔隙堆石壩中的灌漿成幕防滲技術具有國好的可控性。灌注材料大量利用工業(yè)廢渣——粉煤灰和赤泥，液參數(shù)進行了新的調(diào)整和優(yōu)化；最初設計為整個下游圍堰采用可控防滲帷幕灌程施工中的重要作用。下圖為我局為XX附件為我局總工***及高工****共同撰寫的“XX電站下游圍堰防滲帷幕灌XX水電站位于XX中游河段，工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合效益，水庫庫容為149億m3，系XX中下游河段的“龍頭水庫”。電站由混凝土雙曲拱壩（最大壩高292m）、壩后水墊塘及二道壩、左岸瀉洪洞及右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。電站裝機容量4200MW，屬大（1）型一等工程。工程施工采用隧洞導流，基坑上、下游圍堰為土工膜心墻堆石圍堰，上游圍堰堰基防滲采用混凝土防滲墻方案。下游圍堰所在河床基巖面高程約960m，堰頂高程為1012m，堰前計算水位為1010m，圍堰最大高度38m。地段出露的基巖為黑云花崗片麻巖。第四系地層主要分布有沖積層（厚度為10m～17m）、坡積層（厚度為3m~10m）。河床堆碴層厚度約14m～20m。沖積層滲透系數(shù)k=78.7m/d～108.3m/d，坡積層具有強透水性。下游圍堰防滲施工軸線長度134.6m，平均孔深27.29m，最大深度40m，防滲面積約3674m2，計劃工期100天。防滲設計原擬采用混凝土防滲墻方案，由于河床在兩岸山體崩塌及山體開挖時掉入了較多的大塊石，給混凝土防滲墻施工造成了很大的困難，施工工期難以滿足整體要求。如何在下游圍堰快速建造一道防滲帷幕成為XX電站工程的問題之一，為此曾經(jīng)進行了兩次灌漿試驗，第一次試驗實施方案為：在圍堰上部填筑部位、坡積層和崩積層采用“可控漿液”灌漿、下部沖積層采用高噴灌漿，于2004年5月至8月進行，試驗未能取得預期的效果。第二次試驗采用防沖膏狀漿液等多種灌漿材料和有針對性的灌漿的方法，于2004年9月至10月進行，取得了較好的效果。本文介紹第二次試驗的情況。2圍堰的地質(zhì)條件下游圍堰的地層大致分為三層，由上至下分別為：（1）石渣料Ⅱ?qū)?，石料最大粒徑不大?0cm。（2）河床堆渣層。河床堆渣層主要修路和邊坡治理及山體滑坡時產(chǎn)生的塊石堆積而成，粒徑極大，從現(xiàn)場觀察，最大粒徑超過十米，預計厚度大于20m。（3）第四系地層。按成因類型分為沖積層、坡積層、和崩積層。沖積層由卵石、礫石及少量漂石和砂組成，卵石直徑一般為2～30cm，次圓至圓狀。分選和成層狀差，中等密實，具強至極強透水性，主要分布于河床及河漫灘地段，厚度為10～22m，顆分資料顯示D10=0.045mm，D15=0.075mm，D60=10mm。坡積層由塊石、碎石質(zhì)粉土組成，稍密至中密，塊石直徑為0.2～0.8m，含量5%～10%，碎石直徑為3~15cm，含量占10%～30%。與基巖的接觸面起伏不平，厚度0.5m～23m不等。結構一般較松散，主要分布于兩岸坡及坡腳地帶。崩積層崩積物以黑云花崗片麻巖塊石為主，并以其為骨架，間隙一般被碎石質(zhì)粉土填塞。另外由于施工期兩岸工程邊坡開挖造成部分棄渣堆積或被沖刷至岸坡及江中，使得岸坡及江中堆積有人工堆積層，主要由含孤石的塊石、碎石質(zhì)粉土組成，稍密至中密，孤石直徑大于2m，含量約為1%～5%，塊石直徑為0.2～0.8m，含量約10%～20%，碎石直徑為3～15cm，含量占20%～50%。其厚度5m左右。3試驗要求和工程量3．1試驗要求（1）帷幕厚度大于3m、帷幕透水率小于7Lu。（2）確定灌漿孔的布置（排距、孔距）。（3）確定灌漿材料、漿液配比。（4）確定灌漿壓力及灌漿段長等工藝參數(shù)。（5）在可能的條件下，盡量降低工程成本。（6）根據(jù)灌漿試驗成果，分析灌漿帷幕的可靠性。3．2試驗工程量本次防滲帷幕灌漿試驗包括室內(nèi)漿液試驗、現(xiàn)場灌漿試驗、灌后效果檢測等。共完成灌漿孔鉆進217.5m，水泥漿液灌漿198m，水玻璃系化學灌漿72m，檢查孔施工34.8m。3．3本試驗的施工難點（1）地質(zhì)條件復雜。堰基堆石層有很多很大的架空空洞，有的又充填有粉土，造成孔隙極不均勻。沖積層顆粒中D15約為0.075mm，而水泥顆粒中d85也約為0.075mm，D15/d85=1小于D15/d85≥15的可灌指標；而且，顆粒組成中小于0.1mm的顆粒占17%，遠大于不超過5%的可灌指標；另外，顆粒不均勻D60/D10=222，三個可灌指標均表明，水泥對沖積層不具可灌性。崩積層和坡積層組成中均含有碎石質(zhì)粉土，其可灌性較沖積層更差。灌漿試驗既要封堵大孔隙解決漿液的可控性問題，又要解決細顆粒地層的可灌性差的難題。（2）工期緊。安排試驗工期僅30天，除去設備和場地準備時間，施工時間不足20天。（3）外部施工干擾大。整個試驗區(qū)面積僅9.6m2，在如此狹小的區(qū)域，同時由4臺鉆機造孔和灌漿，互相干擾，給施工造成嚴重影響。4試區(qū)選擇與鉆孔布置4.1試區(qū)選擇根據(jù)試區(qū)地質(zhì)條件應具有代表性和便于施工的考慮，確定灌漿試驗區(qū)布置在XX左岸下游圍堰防滲軸線上，試區(qū)高程為1004.24m。試區(qū)場地面積為5m×8m。試驗區(qū)地面澆筑0.2m厚蓋板混凝土。4.2鉆孔布置試驗孔分三排布置，排距1m，孔距1.2m，共13個灌漿孔和2個檢查孔，鉆孔孔深為13.8m～20.7m。水流方向5灌漿材料及漿液5．1主要灌漿材料本次試驗采用了多種灌漿材料和漿液。主要灌漿材料有P.O32.5級普通硅酸鹽水泥；鈣質(zhì)膨潤土；Ⅱ級粉煤灰；水玻璃；SHLC型復合增塑劑；SH型速凝劑（性能指標見表1）等。表1SH產(chǎn)品性能指標95．2水泥基漿液根據(jù)地層條件，上部孔隙大的回填層、崩積層，選用基本不流動的防沖膏漿（可控性漿液）進行灌注；下部坡積層和沖積層孔隙較小，灌注較稀級的水泥膨潤土漿液，分2:1、1:1、0.7:1、0.4:1及0.45:1五個比級，其中0.4:1和0.45:1兩級為防沖膏漿。中排后序孔蓋板段以下為了趕工期，縮短待凝時間，使用了0.8:1和0.5:1的普通水泥漿液，其物理力學性能指標見表2。表2水泥基漿液物理力學性能指標比號散度率#400#0為了確切評價防沖膏漿的抗水流沖刷能力，我們對膏漿進行了室內(nèi)抗沖模擬試驗，觀測漿材在一定流速的水中堆積、凝固，并逐步截斷水流的全過程。抗沖試驗結果表明，防沖膏漿的抗沖流速可達1.0m/s。5．3水玻璃系化學灌漿材料水玻璃系化學漿液，系以水玻璃為主要材料，摻加改性助劑的漿液，漿液的粘度為2.5mPa·s,膠凝時間數(shù)分鐘～數(shù)十分鐘，固砂體強度0.3～0.5MPa。6現(xiàn)場灌漿試驗6.1鉆孔灌漿孔和檢查孔均采用XY-2型回轉(zhuǎn)鉆機、金剛石鉆頭清水鉆進，掃孔時使用了部分合金鉆頭和全斷面合金鉆頭。對于易塌孔段，淤砂較多，采用了膨潤土漿護壁鉆進。檢查孔全部采用雙管單動鉆具鉆取巖芯。為了保證檢查孔的巖芯采取率，施工中采取了多項提高巖芯采取率措施。6.2水泥基漿液灌漿本次試驗采取分排分序、孔口封閉、自上而下、純壓式和孔內(nèi)循環(huán)式并用的灌漿方法施工，其工藝流程見否封灌漿漿鉆孔沖洗鉆封灌漿漿鉆孔沖洗鉆是是否達到結束標準鑲鑄孔口管移至下一孔位6.2.1灌漿段長邊排Ⅰ、Ⅱ序孔采用2m的段長，中排Ⅱ、Ⅲ序孔灌漿段長為2.5m～3.0m。6.2.2灌漿壓力經(jīng)過探索調(diào)整，試驗采用的壓力見表3。0.5~0.5~0.5~6.2.3漿液變換本次試驗采用了四級濃度的漿液，即水固比為2:1、1:1、0.7:1水泥基漿液及0.4:1（或0.45:1）的膏狀漿液，變換標準為：(1)當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或當注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水固比；(2)當某一比級漿液的注入量已達300L以上或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級；中排Ⅱ、Ⅲ序孔在灌漿過程中適當增加注入量標準。(3)當注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃；(4)當灌漿段干料注入量累計達到5t/m時，停止該孔段的灌注，待凝2h～4h后再掃孔復灌。6.2.4灌漿結束標準根據(jù)灌漿采用的漿液的漿液類型，采用不同的結束標準。膏狀漿液灌注時，在設計壓力下，達到基本不吸漿時結束本段灌漿。采用較稀級漿液灌注時，在設計壓力下，當注入率小于1L/min時，繼續(xù)灌注30min，結束本段灌漿。6.3水玻璃系化學灌漿由于水玻璃具有廉價、無毒、粘度小、滲透性好的優(yōu)點，在Ⅱ、Ⅲ序孔中使用了水玻璃為主劑的漿液作為細顆粒地層的灌注材料。7灌漿效果的檢查及分析7．1材料注入量分析7．1．1單位水泥注入量分析灌漿試區(qū)各次序孔的水泥灌漿成果見表4，各次序孔單位注灰量頻率曲線見圖3。率I------"------"10080604020累頻率Ⅰ110100100010000Ⅲ單位注灰量(kg/m)Ⅲ 從表4和圖3中可看出：灌漿試驗區(qū)各次序孔的單位注入量次序遞減顯著，說明灌漿效果較好。隨著灌漿次序的增進，地層逐漸被灌注密實。7．1．2水玻璃漿液注入量分析水玻璃系漿材在Ⅱ序孔的S3、X2水泥灌漿后全孔灌注，采用0.1MPa～0.4MPa灌漿壓力，注入率仍達到20L/min以上，在中排Z2、Z3、Z4孔中采用分段灌漿，注入量比較大，比如在Z3孔7.5m～10.5m灌漿段中，注入量達到1500L，吸漿量仍沒有減小的跡象，說明地層中的細顆粒地層水泥基漿液只是劈裂和擠密的作用，不能有效注入，水玻璃系漿材能有效滲透細顆粒地層，對提高帷幕的防滲能力具有重要作用。7．2壓水試驗因為工期緊，灌漿結束20h以后開始進行檢查孔壓水試驗，采用單點法。試驗壓力采取靜水頭，水箱放置在1020m高程平臺上，水頭16m。每2min～5min測讀一次壓入流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，本階段試驗結束，取最終值作為計算值。為了解試區(qū)地層經(jīng)灌漿后所能承受的水力極限破壞壓力，在試區(qū)檢查孔中選擇了1個孔段進行破壞性壓水試驗，根據(jù)試驗成果分析灌漿帷幕的比例滲透極限與壓水壓力相關關系。壓水試驗采用逐漸加壓方式，每次升壓0.1MPa，延續(xù)4min，直至帷幕劈裂，流量突然增大為止，記錄壓力、流量、時間等數(shù)據(jù)。7．3地層透水率分析Ⅰ序孔鉆進過程中基本不返水，可見地層中的滲漏通道通暢；邊排Ⅱ序孔鉆進過程中基本返水，但有的地層返水較小，而且存在局部地段不返水的情況，說明通過第一序孔的灌注后，大的孔隙已基本被充填，中小孔隙仍存在，并成為主要滲水通道。中間排鉆孔時，返水已經(jīng)很正常，說明中等以上孔隙已被充填，土層被部分擠密，透水率隨著灌漿次序的增加正逐漸減小。灌后檢查孔各段透水率見表5。號10.0~14.0~4.44×10-5 4.46×10-512.8~4—從表5可以看出：灌漿處理后，灌漿試驗區(qū)檢查孔的平均透水率(q)為3.37Lu，最大值為6.88Lu，均小于7Lu。試驗區(qū)地層透水性大幅減小，可以滿足設計要求。破壞性壓水試驗為測驗防滲帷幕幕體抗?jié)B透破壞的能力，在J2號孔1.5m～10m孔段進行了破壞性壓水試驗，試驗結果見圖4。從圖中可看出該孔在0.53MPa壓力下發(fā)生了水力破壞。如以帷幕厚度為3m計，可算得幕體破壞比降為35.4，幕體的抗?jié)B透破壞能力是很高的。由此可見，經(jīng)灌漿處理后，堰體及地基的滲透性能得到明顯改善，透水率和滲透比降均可以滿足設計要求。7．4鉆孔灌漿工效分析本次試驗采用二鉆一灌的機組配置方式，純鉆灌工效為9.71m/臺班，平均