水庫壩基帷幕灌漿用水泥粉煤灰混合漿液性能分析

劉常新

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概述

隘口水庫位于重慶秀山土家族苗族自治區境內，該水庫是一座以發電、防洪、灌溉兼顧的中型水庫，該水庫所處的地質條件較為復雜，巖溶發育豐富，屬典型的喀斯特地貌。，大壩的防滲帷幕采用懸掛式帷幕，工程量為15萬m3，由于灌漿的工作量較大、施工條件復雜、施工所耗時較長，使得造價較高。為了有效降低工程造價，提高施工進度，經專家討論，可在該水庫壩基帷幕灌漿大耗漿孔段采用水泥粉煤灰混合漿液對其進行灌漿處理，現對水泥粉煤灰混合漿液性能進行試驗分析。

2 混合料配比試驗

2.1 原材料選擇

在室內試驗開始前，對擬采用的貴州松桃高力水泥廠生產的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥和貴州大龍天成生產的Ⅱ級粉煤灰進行取樣試驗，檢測結果表明兩者均符合相關質量標準。

2.2 不同粉煤灰摻量對比試驗

將原材料取樣，以粉煤灰摻量為0(純水泥漿)、30%、40%、50%，分別配制水膠比為0.5∶1、0.6∶1、0.7∶1、0.8∶1的水泥粉煤灰漿液共16組，水泥粉煤灰漿液試拌方案表，見表1。

表1 水泥粉煤灰漿液試拌方案表

根據表1所擬定的方案進行試拌，并對水泥粉煤灰漿液性能指標及硬化后的結石密度、結石強度、彈性模量、耐久性指標進行檢測。各漿液比級摻不同粉煤灰量時的性能成果，見表2。

表2 各漿液比級摻不同粉煤灰量時的性能成果表

根據以上試驗資料分析可知：①漿液的密度隨粉煤灰摻量的增加而降低；②漿液的析水率隨粉煤灰摻量的增加而增大；③漿液的流動性隨粉煤灰摻量的增加，初始黏度(s)減小，流動性增大；④漿液的凝結時間隨粉煤灰摻量的增加而延長；⑤在水灰比和齡期相同的情況下，漿液的結石強度和水膠比與粉煤灰摻量成反比。

2.3 推薦配比

根據該工程所用原材料、試驗成果并結合施工的可灌性以及其它工程應用實例，本著保證質量、經濟合理又便于施工的原則，現推薦兩種合適本工程的配合比：水膠比0.6:1，粉煤灰摻量為30%；水膠比0.7:1，粉煤灰摻量為30%。該兩種配合比漿液的拌合物性能滿足了該工程灌漿材料所要求的低析水率、較好的穩定性、良好的流動性；硬化后的性能滿足了較高的結石強度、良好的防滲性能等指標。

3 現場試驗

在強巖溶發育地層段右下廊道選取一個帷幕灌漿單元采用水泥粉煤灰混合漿液進行灌注，該單元帷幕灌漿孔布設二排孔，最大孔深為約201m，共20個孔，均為鉛直孔。

3.1 灌漿施工順序

先導孔施工→抬動觀測埋設→帷幕Ⅰ序孔鉆灌→帷幕Ⅱ序孔鉆灌→帷幕Ⅲ序鉆灌→檢查孔孔芯、單點法壓水檢查→灌后彈性波和動彈性模量測試及孔壁錄像→檢查孔耐久性壓水試驗(壓水時間持續72h)。

3.2 灌漿施工工藝

1)鉆孔。采用XY-2型地質鉆機清水回轉鉆孔，金剛石鉆頭配合巖芯管鉆進取芯。終孔偏斜率符合規范要求[1-2]。

2)漿液配置和輸送。漿液配置采用集中制漿系統統一配置和輸送。

為了有效解決證書造假的情況，可以從以下幾方面著手：①相關部門做好許可證書比對工作。對已發證檔案進行查閱，根據工程建設許可證書進行真偽判斷和鑒別。②發現證書造假或相關部門并未對證書留檔，需要將證書及有關資料一并移交司法鑒定機構。③有關人員必須不斷提升自身的專業水平，尤其是提高對集體土地相關知識的掌握，加強學習，提高法律認識，對虛假證書做到快速辨別。

3)灌漿。灌漿的過程中采用先下游，后上游的順序。確定最大的灌漿壓力不超過3.5MPa，長度為5m以內。在該段最大灌漿壓力下，注入率<1L/min，延續灌注60min[3]。根據上文試驗獲得的試驗數據，并結合該項目現場的實際情況，選用水膠比為0.7:1，0.6:1的配比進行灌漿試驗，防滲帷幕灌漿現場試驗推薦施工漿液配合比，見表3。

表3 防滲帷幕灌漿現場試驗推薦施工漿液配合比

3.3 灌漿成果分析

3.3.1 灌漿前后壓水透水率對比統計分析

進行試驗段施灌前的物探孔各段壓水數據和灌后檢查孔壓水結果統計，試驗單元灌漿前后壓水透水率成果統計表，見表4。

表4 試驗單元灌漿前后壓水透水率成果統計表

從表4可知，在灌漿前所有段數的透水率都>5Lu，在灌漿后所有段數的透水率都<5Lu。表明灌漿對于透水率的影響明顯，可減低透水率。

3.3.2 耐久性壓水試驗分析

對J2檢查孔進行檢查后，進行耐久性壓水試驗，壓力為3.5MPa，而且持續壓水72h均為出現任何異常，表明耐久性能滿足試驗研究。

根據試驗單元灌漿原始漿的注入量數據(水泥+粉煤灰)，按分排分序統計單位注入灰量的區間段次及其頻率，統計0.7∶1、0.6∶1(水膠比)注入灰量及其占總注入量的比例，試驗單元注入灰量統計表，見表5。

表5 試驗單元注入灰量統計表

表5統計結果說明：

1)下游排注入量高于上游排，各排中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注入量依次呈遞減規律，說明漿液的可灌性較好，符合灌漿規律。

2)該單元注入灰量以0.7∶1的漿液為主(占67%)，在下游排的Ⅰ序孔，0.6∶1的漿液注入量占(43.2%)，以后Ⅱ、Ⅲ序和上游排Ⅰ、Ⅱ序明顯遞減，上游排Ⅲ序孔基本沒有0.6∶1的漿液注入。

3)該單元注入灰量在100kg/m的占18.3%，200kg/m-1000kg/m的占25.6%，其余區間注入較少，可看出水泥粉煤灰漿液在強巖溶地層可灌性的分布特點。

從灌漿前后的壓水試驗透水率、耐久性壓水試驗、試驗單元的注入量的統計分析，說明采用摻30%粉煤灰的漿液配比和灌注工藝均可滿足設計防滲要求。

4 經濟效益分析

摻入一定量的水泥粉煤灰后的混合漿液，其漿液成本分析表，見表6。

表6 漿液成本分析表

從表6可以看出，每灌注1m30.7∶1的水泥粉煤灰漿液可節約漿液成本58.69元，灌注1m30.6∶1的水泥粉煤灰漿液可節約漿液成本71.18元。整個水庫基礎防滲帷幕工程注入0.7∶1和0.6∶1的水泥粉煤灰漿液分別為4.55萬m3和2.81萬m3，總共可節約成本467.05萬元以上。

5 結 語

在強巖溶發育地層中，采用水泥粉煤灰混合漿液，進行大規模防滲灌漿可行的，既能保證工程質量，又能降低工程成本，減少環境污染，具有顯著的經濟效益和社會效益。