復(fù)雜地層溶蝕孔段化學(xué)灌漿試驗(yàn)研究與探討

王占軍 濮振波 徐 瓊

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041)

?

復(fù)雜地層溶蝕孔段化學(xué)灌漿試驗(yàn)研究與探討

王占軍 濮振波 徐 瓊

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041)

針對(duì)某工程復(fù)雜地層溶蝕孔段水泥灌漿效果不佳的現(xiàn)象，提出了化學(xué)灌漿方法，并進(jìn)行了化學(xué)灌漿施工試驗(yàn)，結(jié)果表明采用化學(xué)灌漿處理溶蝕孔段是可行且有效的。

溶蝕巖體，化學(xué)灌漿，漿液，壓水試驗(yàn)

1 工程概況

金沙江某水電站位于云南省麗江市(左岸)與四川省攀枝花市(右岸)交界的金沙江中游河段，壩址位于塘壩河河口上游河段，長(zhǎng)約2 km。河谷為斜向谷，兩岸地形不對(duì)稱(chēng)，出露的主要地層主要為侏羅系中統(tǒng)蛇店組。壩基鈣質(zhì)礫巖、鈣質(zhì)砂巖中，溶蝕發(fā)育較多，巖體溶蝕后，殘留砂土或砂糖狀巖體。水泥灌漿對(duì)溶蝕巖體有一定的效果，可充填大的空腔和裂隙，但不能侵入砂土將砂土膠結(jié)，也不能進(jìn)入砂糖狀巖體，形成有效的帷幕體。針對(duì)礫巖鈣質(zhì)溶蝕形成的規(guī)模較大的囊狀空腔或孔洞，通過(guò)水泥灌漿和加密水泥灌漿后，能比較好地解決大的空腔或溶蝕孔洞等溶蝕形成的滲漏問(wèn)題。而對(duì)鈣質(zhì)流失形成的砂土狀或砂糖狀溶蝕，水泥灌漿無(wú)法灌入溶蝕巖層中，出現(xiàn)“吃水不吃漿”“回漿返濃”現(xiàn)象，成為電站滲控工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

為摸索合適的施工工藝參數(shù)，驗(yàn)證化學(xué)灌漿對(duì)溶蝕殘留的砂層以及砂糖狀巖體的效果，以及推廣使用化學(xué)灌漿進(jìn)行溶蝕孔段處理的可行性。為驗(yàn)證化學(xué)漿材對(duì)砂糖狀巖體和砂土的灌漿效果，實(shí)施了本次化學(xué)灌漿試驗(yàn)。

2 地質(zhì)情況

試驗(yàn)區(qū)地層為侏羅系中統(tǒng)蛇店組沉積巖，巖性為鈣質(zhì)細(xì)砂巖，夾鈣質(zhì)粗砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。在酸性地下動(dòng)水環(huán)境中，巖體中的鈣質(zhì)成分發(fā)生溶蝕，溶蝕后的巖體質(zhì)量變輕，呈砂糖狀或松散的砂土，透水性為中等透水～強(qiáng)透水。溶蝕沿地下水流動(dòng)的層面和節(jié)理裂隙向巖體內(nèi)部發(fā)育。

3 化學(xué)灌漿材料的選擇及性能測(cè)試

因工程實(shí)施部位下游有城市供水取水口，要求化學(xué)灌漿材料及固化物均無(wú)毒。本次試驗(yàn)選用的漿材為某種改性環(huán)氧樹(shù)脂，由A液與B液兩種組分混合后固化。經(jīng)省級(jí)疾控中心檢測(cè)，A液，B液、混合物及固化物均無(wú)毒，達(dá)到環(huán)保要求。漿液性能要求為：外觀均勻、無(wú)分層；漿液密度大于1.00；起始粘度小于20；可操作時(shí)間大于25 h。固化物性能詳見(jiàn)表1，其他符合設(shè)計(jì)要求。

表1 固化物性能

4 化學(xué)灌漿施工主要工藝控制技術(shù)

4.1 試驗(yàn)孔、試驗(yàn)段布置

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)孔擬布置在下游帷幕17號(hào)壩段，化學(xué)灌漿孔布置在加密孔的孔間，單孔孔深64 m。自上而下分段鉆孔，按檢查孔要求進(jìn)行壓水，透水率小于1 Lu的孔段，則按照普通灌漿孔進(jìn)行灌漿，若遇到溶蝕段，且透水率小于3 Lu，則采用化學(xué)灌漿，透水率若大于3 Lu，則先進(jìn)行水泥灌漿，灌后立即掃孔進(jìn)行化學(xué)灌漿。化灌孔采用雙管取芯鉆進(jìn)，保留巖芯，根據(jù)鉆進(jìn)情況和巖芯判斷是否為溶蝕段。必要時(shí)采用全孔壁成像進(jìn)行判斷。根據(jù)灌漿情況，檢查孔布置在灌漿孔附近0.5 m～1 m處。

4.2 鉆孔

化灌孔開(kāi)孔孔徑為91 mm，終孔孔徑為60 mm。采用雙管鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，認(rèn)真采取巖芯并保留，根據(jù)鉆進(jìn)情況和巖芯判斷是否有溶蝕發(fā)育。必要時(shí)采用孔壁成像進(jìn)行判斷。

灌漿孔孔深20 m以?xún)?nèi)每5 m測(cè)量一次孔斜，孔深20 m以上每10 m～15 m測(cè)量一次孔斜。終孔時(shí)孔底偏差不大于設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的規(guī)定。

鉆孔時(shí)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)平，加地錨，保證立軸鉆桿垂直。已鉆好的鉆孔若不能及時(shí)施灌時(shí)，進(jìn)行保護(hù)，防止孔內(nèi)落入異物、污水。為保證取芯質(zhì)量，鉆孔遇到溶蝕段時(shí)采取如下措施：

1)采取輕壓慢鉆；

2)盡量縮短段長(zhǎng)，控制回次進(jìn)尺在1 m范圍內(nèi)。

4.3 化學(xué)灌漿

融資平臺(tái)與政府部門(mén)、機(jī)關(guān)單位間存在資金拆借，資金拆借到政府部門(mén)后，基本無(wú)收回可能，長(zhǎng)期掛往來(lái)，資金管理效率低，回收速度慢。

1)漿液配制。

a.漿液配制由材料員進(jìn)行計(jì)量配制，采取少量多次的方法，避免浪費(fèi)。地質(zhì)工程師根據(jù)不同地質(zhì)條件、需進(jìn)行化灌的鉆孔的孔體積、吃漿數(shù)量、化灌壓力、注漿時(shí)間和合灌鉆孔的數(shù)量等各種因素，有針對(duì)性的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整配制。

b.配制漿液和儲(chǔ)存漿液均采用專(zhuān)用容器，并配制冷卻循環(huán)桶。漿液配制拌合A液、B液時(shí)應(yīng)在冷卻桶中進(jìn)行，固化劑的添加應(yīng)使用較低的速度和自落式的方法加入化灌材料中，邊加入邊攪拌，配制攪拌時(shí)間按2 min/100 L來(lái)控制。每次制漿數(shù)量要與化灌速度相應(yīng)，避免造成配制好的漿液停放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而粘度增大以致難以注入，影響漿液的擴(kuò)散。

c.配制化灌液和灌注過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員要進(jìn)行監(jiān)控，每隔5 min對(duì)化灌復(fù)合液的溫度進(jìn)行記錄。灌注過(guò)程中，嚴(yán)格控制復(fù)合液的粘度，避免粘度增大影響漿液的擴(kuò)散。每次漿液配制詳細(xì)填寫(xiě)配漿記錄單。

2)灌注壓力。

灌漿時(shí)在升壓過(guò)程中，當(dāng)壓力達(dá)到1.0 MPa后，按0.5 MPa一個(gè)級(jí)分級(jí)升壓，若某一級(jí)連續(xù)灌注10 h未達(dá)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，則結(jié)束灌漿?；瘜W(xué)灌漿應(yīng)該遵循“穩(wěn)壓力、長(zhǎng)歷時(shí)、小流量”的化學(xué)灌漿原則。

3)化灌方法。

根據(jù)地層各斷層巖性的不同，采用不同的方式進(jìn)行施工。孔口封閉法操作方便，孔內(nèi)事故少，但漿材浪費(fèi)較多?？變?nèi)卡塞法施工的試段中，30%的試段發(fā)生了繞塞返漿，且繞塞返漿后難以處理，只能強(qiáng)行結(jié)束。故本工程一般化學(xué)灌漿孔選擇自上而下分段卡塞灌漿的方式，灌漿塞為液壓式灌漿塞。在溶蝕發(fā)育地段，因裂隙內(nèi)充填物遇水易軟化，采用了小口徑鉆孔、孔口封閉法。

化灌采用純壓式灌漿。灌注持續(xù)時(shí)間為30 h，其他要求按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求執(zhí)行。

5)施工時(shí)特殊情況處理。

a.串漿的處理:當(dāng)灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)，采取下列措施處理:如被鉆孔正在鉆進(jìn)，立即停鉆；串漿孔具備灌漿條件，采用一泵灌一孔同時(shí)灌漿；同時(shí)施灌時(shí)，封閉被串孔。灌漿結(jié)束后，封閉孔再進(jìn)行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌注。如效果不明顯，應(yīng)停止灌漿，待漿液凝固后重新掃孔復(fù)灌。

b.施工過(guò)程中斷的處理:灌注工作必須連續(xù)進(jìn)行，若因特殊事故被迫中斷，必須在漿液膠凝以前且不影響灌漿質(zhì)量時(shí)恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)進(jìn)行沖孔或掃孔，再恢復(fù)灌漿。恢復(fù)灌漿后，若吸漿量變化不大，可繼續(xù)灌漿，若吸漿量明顯減少，則采取重新開(kāi)孔等補(bǔ)救措施。

c.孔口有涌水的處理:孔口有涌水的灌漿孔段，在灌漿前測(cè)記涌水壓力和涌水量，根據(jù)數(shù)據(jù)情況，選用下列措施綜合處理:縮短段長(zhǎng)、提高灌漿壓力、縮短漿液膠凝時(shí)間、屏漿、閉漿、待凝、化學(xué)漿液和水泥漿液混合使用、壓力灌漿封孔等。

d.大吸漿量段的處理:當(dāng)灌注段注入量大難以結(jié)束時(shí)，為防止?jié){液擴(kuò)散至不需處理的范圍，在采取低壓、更換漿液配比、限流、限量、間歇灌漿等措施后，還應(yīng)控制灌入總量。

5 化學(xué)灌漿效果

化學(xué)灌漿完成28 d以后，布置了3個(gè)檢查孔，進(jìn)行了全孔取芯和壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)共24段次，小于1 Lu的有23段次，占95.8%，有1段為1.33 Lu?？傮w達(dá)到小于1 Lu的設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)。3個(gè)檢查孔，檢查孔巖芯中均取出了水泥結(jié)石和化學(xué)漿材結(jié)石?；瘜W(xué)漿材在裂隙中、砂糖狀巖體孔隙中均有充填，還有少量與泥砂膠結(jié)的情況，表明化學(xué)材料可滲入到溶蝕巖體中，進(jìn)行膠結(jié)，形成防滲體。

檢查孔巖芯中也存在溶蝕孔段未充填或充填不密實(shí)的情況，表明化學(xué)材料是否充填孔隙和裂隙，還受施工工藝、地質(zhì)條件的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

本次化學(xué)灌漿試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的目的，驗(yàn)證了化學(xué)灌漿材料可以浸入到巖體細(xì)小裂隙和孔隙中形成防滲體，達(dá)到了試驗(yàn)的目的。

Chemical grouting test research and exploration of karstic rock segment in complex stratum

Wang Zhanjun Pu Zhenbo Xu Qiong

(KunmingSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,ChinaElectricityConstructionGroup,Kunming650041,China)

In light of poor cement grouting effect of the engineering at karstic rock segment in complex stratum, the paper puts forward chemical grouting methods, and carries out chemical grouting construction test. Results show that: applying chemical grouting processing karstic segment is feasible and effective.

karstic rock, chemical grouting, slurry, water-pressure test

1009-6825(2016)26-0063-03

2016-07-04

王占軍(1976- )，男，高級(jí)工程師

TU458.1

A