可控灌浆在项目应用建议书

可控灌浆在项目应用建议书****项目位于*****流域开阔、平坦的河谷中，堰区河谷山坡由碎石、岩屑等堆积物组成，河谷冲积物覆盖较厚；特别是左岸和中间坝基覆盖层深度超过35米。河谷两岸岩体主要表现为频繁的褶皱和断层，地形条件较差。其中河床堆积物及覆盖层和冲积台等多由细粉沙、砂、砂砾、小卵石及直径达2～3米的具体项目的专用性和特殊性，这一灌浆施工原理正在被 可控灌浆试验流程图更增添了可控灌浆的可控性，使可控灌浆真正膏状浆液灌浆：这是由基础工程局从工程实践中总结研制出的一种新型浆液，膏状浆液就是在水泥浆液中通过填加增塑剂、速凝剂等复合材料，使浆液具有很大的屈服强度和塑性粘度，在灌浆过程中不仅具有很好的可控性，而且具有较好的抗水冲性能，适合于大孔隙和有地下水流的地层灌浆。水泥基浆液配合比配比编号水泥膨润土粉煤灰（kg）外加剂（%）备注#0～53602#2500～53#300600～52504#5000～5210膏状浆液3000～5膏状浆液水泥基浆液物理力学性能指标度散度水率数(pa)#0 0————4——#0——（1）普通水泥水泥灌浆采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥，其主要物理化学性能指标见表。（2）膨润土膨润土采用钙质膨润土。32.5级普通硅酸盐水泥主要物理化学性能指标目筛余量)(%)初凝(h:min)终凝(h:min)定性28d抗折强度(MPa)28d抗压强度(MPa)标1.4~3.22:282:53合格8.652.2（3）粉煤灰粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，其主要技术指标见下表。粉煤灰主要技术指标项目细度(%)需水量比(%)烧失量(%)含水量SO3(%)指标985.60.20.2采用SH型速凝剂，性能指标见表5-3。表5-3SH产品性能指标掺量凝结时间（min）28d抗压强度比初凝终凝4～69我局最早在1987年了可控性膏状浆液帷幕灌浆的施工方案，该项目从实施完工至今已经良好运了膏状可控灌浆的质量和效果。右图为当时所生产的膏浆图片，下面是有关***电站堆石坝体中的防渗帷幕灌浆严重，水下部分修理更换十分困难，如放空水库处理，仅因缺水小口径金刚石清水钻进效果好，用螺杆泵灌注膏状浆液使大孔验，采取的措施有：严格控制灌浆材料粒径，缩短孔距和灌浆抗压强度≥5MPa；抗渗标号≥S4；密度≥1国际先进水平，其中在大孔隙堆石坝中的灌浆成幕防渗技术具有国好的可控性。灌注材料大量利用工业废渣——粉煤灰和赤泥，液参数进行了新的调整和优化；最初设计为整个下游围堰采用可控防渗帷幕灌程施工中的重要作用。下图为我局为XX附件为我局总工***及高工****共同撰写的“XX电站下游围堰防渗帷幕灌XX水电站位于XX中游河段，工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综合效益，水库库容为149亿m3，系XX中下游河段的“龙头水库”。电站由混凝土双曲拱坝（最大坝高292m）、坝后水垫塘及二道坝、左岸泻洪洞及右岸地下引水发电系统组成。电站装机容量4200MW，属大（1）型一等工程。工程施工采用隧洞导流，基坑上、下游围堰为土工膜心墙堆石围堰，上游围堰堰基防渗采用混凝土防渗墙方案。下游围堰所在河床基岩面高程约960m，堰顶高程为1012m，堰前计算水位为1010m，围堰最大高度38m。地段出露的基岩为黑云花岗片麻岩。第四系地层主要分布有冲积层（厚度为10m～17m）、坡积层（厚度为3m~10m）。河床堆碴层厚度约14m～20m。冲积层渗透系数k=78.7m/d～108.3m/d，坡积层具有强透水性。下游围堰防渗施工轴线长度134.6m，平均孔深27.29m，最大深度40m，防渗面积约3674m2，计划工期100天。防渗设计原拟采用混凝土防渗墙方案，由于河床在两岸山体崩塌及山体开挖时掉入了较多的大块石，给混凝土防渗墙施工造成了很大的困难，施工工期难以满足整体要求。如何在下游围堰快速建造一道防渗帷幕成为XX电站工程的问题之一，为此曾经进行了两次灌浆试验，第一次试验实施方案为：在围堰上部填筑部位、坡积层和崩积层采用“可控浆液”灌浆、下部冲积层采用高喷灌浆，于2004年5月至8月进行，试验未能取得预期的效果。第二次试验采用防冲膏状浆液等多种灌浆材料和有针对性的灌浆的方法，于2004年9月至10月进行，取得了较好的效果。本文介绍第二次试验的情况。2围堰的地质条件下游围堰的地层大致分为三层，由上至下分别为：（1）石渣料Ⅱ层，石料最大粒径不大于30cm。（2）河床堆渣层。河床堆渣层主要修路和边坡治理及山体滑坡时产生的块石堆积而成，粒径极大，从现场观察，最大粒径超过十米，预计厚度大于20m。（3）第四系地层。按成因类型分为冲积层、坡积层、和崩积层。冲积层由卵石、砾石及少量漂石和砂组成，卵石直径一般为2～30cm，次圆至圆状。分选和成层状差，中等密实，具强至极强透水性，主要分布于河床及河漫滩地段，厚度为10～22m，颗分资料显示D10=0.045mm，D15=0.075mm，D60=10mm。坡积层由块石、碎石质粉土组成，稍密至中密，块石直径为0.2～0.8m，含量5%～10%，碎石直径为3~15cm，含量占10%～30%。与基岩的接触面起伏不平，厚度0.5m～23m不等。结构一般较松散，主要分布于两岸坡及坡脚地带。崩积层崩积物以黑云花岗片麻岩块石为主，并以其为骨架，间隙一般被碎石质粉土填塞。另外由于施工期两岸工程边坡开挖造成部分弃渣堆积或被冲刷至岸坡及江中，使得岸坡及江中堆积有人工堆积层，主要由含孤石的块石、碎石质粉土组成，稍密至中密，孤石直径大于2m，含量约为1%～5%，块石直径为0.2～0.8m，含量约10%～20%，碎石直径为3～15cm，含量占20%～50%。其厚度5m左右。3试验要求和工程量3．1试验要求（1）帷幕厚度大于3m、帷幕透水率小于7Lu。（2）确定灌浆孔的布置（排距、孔距）。（3）确定灌浆材料、浆液配比。（4）确定灌浆压力及灌浆段长等工艺参数。（5）在可能的条件下，尽量降低工程成本。（6）根据灌浆试验成果，分析灌浆帷幕的可靠性。3．2试验工程量本次防渗帷幕灌浆试验包括室内浆液试验、现场灌浆试验、灌后效果检测等。共完成灌浆孔钻进217.5m，水泥浆液灌浆198m，水玻璃系化学灌浆72m，检查孔施工34.8m。3．3本试验的施工难点（1）地质条件复杂。堰基堆石层有很多很大的架空空洞，有的又充填有粉土，造成孔隙极不均匀。冲积层颗粒中D15约为0.075mm，而水泥颗粒中d85也约为0.075mm，D15/d85=1小于D15/d85≥15的可灌指标；而且，颗粒组成中小于0.1mm的颗粒占17%，远大于不超过5%的可灌指标；另外，颗粒不均匀D60/D10=222，三个可灌指标均表明，水泥对冲积层不具可灌性。崩积层和坡积层组成中均含有碎石质粉土，其可灌性较冲积层更差。灌浆试验既要封堵大孔隙解决浆液的可控性问题，又要解决细颗粒地层的可灌性差的难题。（2）工期紧。安排试验工期仅30天，除去设备和场地准备时间，施工时间不足20天。（3）外部施工干扰大。整个试验区面积仅9.6m2，在如此狭小的区域，同时由4台钻机造孔和灌浆，互相干扰，给施工造成严重影响。4试区选择与钻孔布置4.1试区选择根据试区地质条件应具有代表性和便于施工的考虑，确定灌浆试验区布置在XX左岸下游围堰防渗轴线上，试区高程为1004.24m。试区场地面积为5m×8m。试验区地面浇筑0.2m厚盖板混凝土。4.2钻孔布置试验孔分三排布置，排距1m，孔距1.2m，共13个灌浆孔和2个检查孔，钻孔孔深为13.8m～20.7m。水流方向5灌浆材料及浆液5．1主要灌浆材料本次试验采用了多种灌浆材料和浆液。主要灌浆材料有P.O32.5级普通硅酸盐水泥；钙质膨润土；Ⅱ级粉煤灰；水玻璃；SHLC型复合增塑剂；SH型速凝剂（性能指标见表1）等。表1SH产品性能指标95．2水泥基浆液根据地层条件，上部孔隙大的回填层、崩积层，选用基本不流动的防冲膏浆（可控性浆液）进行灌注；下部坡积层和冲积层孔隙较小，灌注较稀级的水泥膨润土浆液，分2:1、1:1、0.7:1、0.4:1及0.45:1五个比级，其中0.4:1和0.45:1两级为防冲膏浆。中排后序孔盖板段以下为了赶工期，缩短待凝时间，使用了0.8:1和0.5:1的普通水泥浆液，其物理力学性能指标见表2。表2水泥基浆液物理力学性能指标比号散度率#400#0为了确切评价防冲膏浆的抗水流冲刷能力，我们对膏浆进行了室内抗冲模拟试验，观测浆材在一定流速的水中堆积、凝固，并逐步截断水流的全过程。抗冲试验结果表明，防冲膏浆的抗冲流速可达1.0m/s。5．3水玻璃系化学灌浆材料水玻璃系化学浆液，系以水玻璃为主要材料，掺加改性助剂的浆液，浆液的粘度为2.5mPa·s,胶凝时间数分钟～数十分钟，固砂体强度0.3～0.5MPa。6现场灌浆试验6.1钻孔灌浆孔和检查孔均采用XY-2型回转钻机、金刚石钻头清水钻进，扫孔时使用了部分合金钻头和全断面合金钻头。对于易塌孔段，淤砂较多，采用了膨润土浆护壁钻进。检查孔全部采用双管单动钻具钻取岩芯。为了保证检查孔的岩芯采取率，施工中采取了多项提高岩芯采取率措施。6.2水泥基浆液灌浆本次试验采取分排分序、孔口封闭、自上而下、纯压式和孔内循环式并用的灌浆方法施工，其工艺流程见否封灌浆浆钻孔冲洗钻封灌浆浆钻孔冲洗钻是是否达到结束标准镶铸孔口管移至下一孔位6.2.1灌浆段长边排Ⅰ、Ⅱ序孔采用2m的段长，中排Ⅱ、Ⅲ序孔灌浆段长为2.5m～3.0m。6.2.2灌浆压力经过探索调整，试验采用的压力见表3。0.5~0.5~0.5~6.2.3浆液变换本次试验采用了四级浓度的浆液，即水固比为2:1、1:1、0.7:1水泥基浆液及0.4:1（或0.45:1）的膏状浆液，变换标准为：(1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水固比；(2)当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级；中排Ⅱ、Ⅲ序孔在灌浆过程中适当增加注入量标准。(3)当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓；(4)当灌浆段干料注入量累计达到5t/m时，停止该孔段的灌注，待凝2h～4h后再扫孔复灌。6.2.4灌浆结束标准根据灌浆采用的浆液的浆液类型，采用不同的结束标准。膏状浆液灌注时，在设计压力下，达到基本不吸浆时结束本段灌浆。采用较稀级浆液灌注时，在设计压力下，当注入率小于1L/min时，继续灌注30min，结束本段灌浆。6.3水玻璃系化学灌浆由于水玻璃具有廉价、无毒、粘度小、渗透性好的优点，在Ⅱ、Ⅲ序孔中使用了水玻璃为主剂的浆液作为细颗粒地层的灌注材料。7灌浆效果的检查及分析7．1材料注入量分析7．1．1单位水泥注入量分析灌浆试区各次序孔的水泥灌浆成果见表4，各次序孔单位注灰量频率曲线见图3。率I------"------"10080604020累频率Ⅰ110100100010000Ⅲ单位注灰量(kg/m)Ⅲ 从表4和图3中可看出：灌浆试验区各次序孔的单位注入量次序递减显著，说明灌浆效果较好。随着灌浆次序的增进，地层逐渐被灌注密实。7．1．2水玻璃浆液注入量分析水玻璃系浆材在Ⅱ序孔的S3、X2水泥灌浆后全孔灌注，采用0.1MPa～0.4MPa灌浆压力，注入率仍达到20L/min以上，在中排Z2、Z3、Z4孔中采用分段灌浆，注入量比较大，比如在Z3孔7.5m～10.5m灌浆段中，注入量达到1500L，吸浆量仍没有减小的迹象，说明地层中的细颗粒地层水泥基浆液只是劈裂和挤密的作用，不能有效注入，水玻璃系浆材能有效渗透细颗粒地层，对提高帷幕的防渗能力具有重要作用。7．2压水试验因为工期紧，灌浆结束20h以后开始进行检查孔压水试验，采用单点法。试验压力采取静水头，水箱放置在1020m高程平台上，水头16m。每2min～5min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验结束，取最终值作为计算值。为了解试区地层经灌浆后所能承受的水力极限破坏压力，在试区检查孔中选择了1个孔段进行破坏性压水试验，根据试验成果分析灌浆帷幕的比例渗透极限与压水压力相关关系。压水试验采用逐渐加压方式，每次升压0.1MPa，延续4min，直至帷幕劈裂，流量突然增大为止，记录压力、流量、时间等数据。7．3地层透水率分析Ⅰ序孔钻进过程中基本不返水，可见地层中的渗漏通道通畅；边排Ⅱ序孔钻进过程中基本返水，但有的地层返水较小，而且存在局部地段不返水的情况，说明通过第一序孔的灌注后，大的孔隙已基本被充填，中小孔隙仍存在，并成为主要渗水通道。中间排钻孔时，返水已经很正常，说明中等以上孔隙已被充填，土层被部分挤密，透水率随着灌浆次序的增加正逐渐减小。灌后检查孔各段透水率见表5。号10.0~14.0~4.44×10-5 4.46×10-512.8~4—从表5可以看出：灌浆处理后，灌浆试验区检查孔的平均透水率(q)为3.37Lu，最大值为6.88Lu，均小于7Lu。试验区地层透水性大幅减小，可以满足设计要求。破坏性压水试验为测验防渗帷幕幕体抗渗透破坏的能力，在J2号孔1.5m～10m孔段进行了破坏性压水试验，试验结果见图4。从图中可看出该孔在0.53MPa压力下发生了水力破坏。如以帷幕厚度为3m计，可算得幕体破坏比降为35.4，幕体的抗渗透破坏能力是很高的。由此可见，经灌浆处理后，堰体及地基的渗透性能得到明显改善，透水率和渗透比降均可以满足设计要求。7．4钻孔灌浆工效分析本次试验采用二钻一灌的机组配置方式，纯钻灌工效为9.71m/台班，平均