偏鋁酸鈉膏漿在托口電站地灣防滲灌漿中的應(yīng)用

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

偏鋁酸鈉膏漿在托口電站地灣防滲灌漿中的應(yīng)用

劉桃紅

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

本文重點(diǎn)介紹了湖南托口水電站河灣地塊主壩側(cè)防滲帷幕灌漿施工中采用的摻偏鋁酸鈉膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿法施工工藝。

托口水電站；偏鋁酸鈉；膏漿封閉；自下而上；高壓脈動(dòng)劈裂灌漿

1 工程簡(jiǎn)況

托口水電站壩址位于湖南省洪江市境內(nèi)，距懷化市74km，上距托口鎮(zhèn)3.5km，下距江市鎮(zhèn)11km。托口水電站正常蓄水位250.00m，相應(yīng)庫(kù)容12.49億m3，裝機(jī)容量830MW。樞紐建筑物由東游祠主壩、王麻溪引水壩、電站廠房、引水系統(tǒng)、通航建筑物、生態(tài)放水機(jī)組和河灣地塊防滲工程等組成。

由于托口項(xiàng)目部河灣地塊主壩側(cè)防滲帷幕灌漿紅層厚度大，紅層中幾十厘米到幾米就會(huì)變換一種巖層，有泥砂質(zhì)紅巖、角礫巖、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化角礫巖，細(xì)砂層等，完整灰?guī)r中容易遇到發(fā)生掉鉆、失水的溶蝕帶或溶洞。砂層中夾雜破碎礫巖,鉆孔過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔，埋鉆現(xiàn)象。經(jīng)多次試驗(yàn)，采取常規(guī)工藝不但嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度，且灌漿質(zhì)量無(wú)法得到有效保證。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)“膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿”灌漿工藝能較好的解決該地層鉆孔困難、無(wú)效灌注問(wèn)題突出，灌漿不均一，以及深部灰?guī)r巖溶段不能實(shí)施高壓擠密灌注等技術(shù)難題。

2 新工藝灌漿基本原理

“膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿法”為一種全新的灌漿工藝，灌漿前先對(duì)灌漿孔段內(nèi)灌漿管與鉆孔間環(huán)狀間隙灌入一種低強(qiáng)度快凝塑性材料（膏漿）進(jìn)行封閉，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的灌漿膠塞， 封閉漿體即要能在設(shè)計(jì)最大灌漿壓力下不被擠出孔外，同時(shí)又要保證鉆桿能夠順利提升而不被抱死。在封閉漿體達(dá)到一定強(qiáng)度后開始灌漿和提升，灌漿時(shí)灌漿管在孔段內(nèi)自下而上提升灌注，并采用高壓脈動(dòng)灌漿泵，借助脈動(dòng)瞬間高壓促使灌漿漿液自下而上連續(xù)對(duì)灌漿段實(shí)施均勻有效的灌漿。

施工工藝流程：接觸段鉆孔→接觸段灌漿、灌注孔口管→自上而下分段鉆孔→下入灌漿管、清孔→灌注封閉漿體（膏漿）、待凝→自下而上間隔段提升灌漿。

3 穩(wěn)定漿液配比控制

因托口河灣地塊多種復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，因此研究出了穩(wěn)定漿液、膏漿等不同性能的系列配套漿液，可滿足托口電站河灣地塊地層軟硬不均、裂隙發(fā)育、節(jié)理密集、溶蝕疏松、巖溶發(fā)育、中等透水等多種不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)體灌漿需要。一般情況下采用穩(wěn)定漿液灌注，當(dāng)灌注量較大或遇到溶洞時(shí)采用膏漿灌注。

穩(wěn)定漿液是由水、水泥和粘土三種材料組成的混合漿液，按1.6∶1∶1進(jìn)行配比，比重在1.47g/cm3～1.49g/cm3 之間。

膏漿漿液采用在穩(wěn)定漿液中加入外加劑，即水：水泥：粘土漿：偏鋁酸鈉進(jìn)行配比，配比為1.6∶1∶1∶0.01。

粘土漿比重按1.22～1.24g/cm3控制，穩(wěn)定漿液和膏漿比重按1.48～1.50g/cm3控制。

4 封閉漿體的配比確定

封閉用漿體是一種低強(qiáng)度快凝塑性材料，其目的是充填封閉注漿管與鉆孔間的間隙，保證在灌漿過(guò)程中能夠有效的封閉灌漿漿液不從孔口返出。 在施工過(guò)程中，封閉漿體的配比又成為該工藝施工的制約環(huán)節(jié)。封閉漿體配置的成功與否將是灌漿能否順利進(jìn)行的決定性因素。 要求封閉漿體：

表1 漿液試驗(yàn)參數(shù)

（1）須有一定的柔性且終凝后強(qiáng)度不宜過(guò)高，以便于起拔和提升灌漿管；

（2）封閉漿體的初凝、終凝時(shí)間要求能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分別在8-30min、20min-7h可調(diào)。

在試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)外加劑的不斷優(yōu)化（三種方案），最終確定采用“偏鋁酸鈉” 作為外加劑所配成的封閉漿體可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

優(yōu)化方案如下：

方案（一）選用粘土漿液、穩(wěn)定漿液中加入石膏的方法進(jìn)行封閉漿體的配制，但初凝時(shí)間過(guò)短容易發(fā)生堵管，減少加入量便達(dá)不到預(yù)期的封孔效果，漿體封閉不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。方案（二）選用在穩(wěn)定漿液（水、水泥、粘土按0.8∶0.5∶0.5進(jìn)行配比）加入50%（水泥用量）的高水速凝固化充填料和3%（水泥用量）的水玻璃的方法進(jìn)行封閉漿體的配制。該方法在投入現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可以達(dá)到預(yù)期的封閉效果，但此方法所配成的封孔材料配漿工序繁瑣摻合料數(shù)量控制嚴(yán)格，摻合料過(guò)少會(huì)造成封孔失敗，摻合料過(guò)多會(huì)造成后期強(qiáng)度大抱鉆桿現(xiàn)象，導(dǎo)致拔管機(jī)無(wú)法拔起，發(fā)生孔內(nèi)事故。并且該封孔材料塑性低，在起拔灌漿過(guò)程中容易造成封孔材料損壞從而導(dǎo)致封孔失敗。方案（三）在穩(wěn)定漿液中添加2%（水泥用量）的偏氯酸鈉，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工得知該方法適應(yīng)于新工藝灌漿封孔，不易發(fā)生孔內(nèi)事故且配漿工序單一，便于現(xiàn)場(chǎng)施工。通過(guò)對(duì)封閉漿體的不斷優(yōu)化，最終尋找到了適合該類新技術(shù)的漿液配

方，施工進(jìn)度也得到了明顯提高。

通過(guò)比較分析，在確保封閉漿體和滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的前提下，充分考慮施工、二次倒運(yùn)難度、施工進(jìn)度，成本控制后，推薦方案（三）“偏鋁酸鈉作為外加劑” 所配成的封閉漿體方案為最佳方案。

最終選定的各類漿液試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

5 膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿施工

膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿在灌注過(guò)程中采用BWH100/7脈動(dòng)灌漿泵，具有排漿量大、泵壓高（最大7Mpa）、灌漿壓力可調(diào)節(jié)控制的優(yōu)點(diǎn)，能滿足新工藝灌漿要求的脈動(dòng)壓力灌漿。

膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿工藝中要求封閉漿體塑性達(dá)到強(qiáng)度要求后進(jìn)行拔管灌漿。

（1）將穩(wěn)定漿液中加入2%偏鋁酸鈉混合攪拌后制成封閉漿體，通過(guò)攪拌、泵送至灌漿孔內(nèi)，然后泵送穩(wěn)定漿液將封閉漿體趕出灌漿管外，防止灌漿管內(nèi)多余的封閉漿體堵塞灌漿管，封閉漿體達(dá)到強(qiáng)度后開始灌漿。封閉漿體強(qiáng)度及凝固時(shí)間結(jié)合灌入時(shí)取樣進(jìn)行，約25～40min。

（2）采用拔管機(jī)進(jìn)行分段提升鉆桿，純壓式灌漿，段長(zhǎng)一般控制在0.5m。

（3）采用高壓脈動(dòng)灌漿泵，借助脈動(dòng)瞬間的高壓促使灌漿漿液自下而上連續(xù)對(duì)灌漿段實(shí)施均勻有效的灌漿。

（4）根據(jù)孔深及巖性的不同采用不同的灌漿壓力及注入量。

（5）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)控制

a）該灌漿間隔提升段達(dá)到設(shè)計(jì)最大單位灌入量時(shí)，且脈動(dòng)灌漿壓力大于該灌漿段最小設(shè)計(jì)脈動(dòng)壓力時(shí)，可結(jié)束該間隔提升段灌漿。

b）該灌漿間隔提升段達(dá)到最大設(shè)計(jì)脈動(dòng)灌漿壓力，且灌入量大于該灌漿段最小設(shè)計(jì)單位灌入量時(shí)，可結(jié)束該間隔提升段灌漿。

c）該灌漿段提升灌注至上一灌漿段內(nèi)并搭接1.0m后，方可結(jié)束本段灌漿。

結(jié)語(yǔ)

在湖南托口水電站河灣地塊主壩側(cè)防滲帷幕灌漿施工中，通過(guò)采用的摻偏鋁酸鈉膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿法施工工藝，順利的按期完成所有施工任務(wù)。通過(guò)質(zhì)量檢查，灌漿質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，膏漿封閉、自下而上、高壓脈動(dòng)劈裂灌漿效果良好。

[1]李亞武．巖溶地基處理技術(shù)[J]．鐵道工程學(xué)報(bào)，2002（12）．

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