復(fù)雜地質(zhì)條件下丙烯酸鹽帷幕灌漿試驗(yàn)研究

1、復(fù)雜地質(zhì)條件下丙烯酸鹽帷幕灌漿試驗(yàn)研究李建偉（中國水電三局有限公司勘測設(shè)計(jì)研究院）【摘 要】 本文介紹了土卡河水電站丙烯酸鹽帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿試驗(yàn)研究的施工工藝，實(shí)踐證明復(fù)雜地質(zhì)條件下，丙烯酸鹽灌漿技術(shù)，使巖層夾層中填充密實(shí)，并使砂礫與丙烯酸鹽膠體結(jié)為一體。彌補(bǔ)了水泥灌漿材料的不足，為相關(guān)施工積累了經(jīng)驗(yàn)?！娟P(guān)鍵詞】 帷幕灌漿 丙烯酸鹽 1 前言土卡河水電站位于云南省思茅地區(qū)江城縣和紅河州綠春縣之間的界河李仙江上，江城縣土卡河村上游約8km的紐沙壩址，是李仙江干流河段規(guī)劃中的第七個(gè)梯級(jí)電站，壩址上游30km處為戈蘭灘水電站，下游約13km處為中、越兩國邊界。壩址基巖主要為砂質(zhì)頁巖和炭質(zhì)頁巖，地質(zhì)條件復(fù)

2、雜、裂隙發(fā)育、巖層軟弱，原設(shè)計(jì)為單排帷幕防滲，后經(jīng)設(shè)計(jì)修改，對(duì)表孔9#13#壩段壩基帷幕加密、加厚灌漿處理，加密、加厚灌漿完成后，壩基帷幕后揚(yáng)壓力觀測值為0.18MPa（9#壩段），仍然超過設(shè)計(jì)值（設(shè)計(jì)值為0.05MPa左右），滲漏量為17L/s，滲漏量偏大。參考土卡河水電站溢流表孔壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿專家咨詢會(huì)咨詢意見對(duì)10#壩段在前期磨細(xì)水泥補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行丙烯酸鹽化學(xué)灌漿試驗(yàn)。2 施工布置布置5個(gè)灌漿試驗(yàn)孔，帷幕線樁號(hào)為壩下0+000.7，孔距用2m，孔深控制為30m，采用垂直孔。沿用前此磨細(xì)水泥灌漿區(qū)所布置的抬動(dòng)觀測孔，以監(jiān)控灌漿過程中的壩體抬動(dòng)，確保工程安全。隨灌漿施工的結(jié)束依據(jù)

3、實(shí)際由業(yè)主方布置2個(gè)檢查孔。具體布置見圖1 。圖1 第二階段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿試驗(yàn)化學(xué)灌漿試驗(yàn)區(qū)孔位平面布置圖3 主要施工工藝 化學(xué)灌漿孔施工工藝流程：鉆孔沖洗涌水流量及壓力觀測壓水試驗(yàn)灌漿下一段鉆孔沖洗涌水流量及壓力觀測壓水試驗(yàn)灌漿后繼續(xù)鉆進(jìn)，直至孔底（采用“自上而下分段灌漿法”進(jìn)行施工）。3.1 鉆孔 壩基帷幕體加強(qiáng)處理化學(xué)灌漿孔、質(zhì)量檢查孔采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)金剛石鉆進(jìn)方式造孔?；瘜W(xué)灌漿孔孔徑為76mm；質(zhì)量檢查孔孔徑為110mm。初步設(shè)計(jì)為45度傾角的斜孔，這樣可以解決巖層順河道走向，有利于漿材擴(kuò)散，但由于地質(zhì)條件復(fù)雜很難成孔，所以最后決定為垂直孔。3.2 沖洗 孔段鉆孔結(jié)束后，將鉆桿下入孔底，通

4、入大流量水流進(jìn)行鉆孔沖洗，直至無粉回水澄清10min且總沖洗時(shí)間不少于30min時(shí)為止，孔底沉積厚度不得超過20cm。3.3 涌水流量及壓力觀測 為詳盡掌握化學(xué)灌漿孔灌前涌水情況，各孔段鉆孔沖洗結(jié)束后，進(jìn)行涌水流量及壓力觀測。涌水流量采用200ml或500ml量杯觀測，觀測時(shí)間為510min；涌水壓力采用0.4MPa量程的壓力表封閉觀測，閉壓穩(wěn)定觀測時(shí)間為20min。3.4 壓水試驗(yàn) 各孔段灌前的壓水試驗(yàn)是確定配漿量及選擇配比的重要依據(jù)。可采用簡易壓水試驗(yàn)，在穩(wěn)定設(shè)計(jì)壓力下，每5min測讀一次壓入流量，在穩(wěn)定流量下連續(xù)兩次取平均值，且兩者讀數(shù)之差小于1L/min即結(jié)束，最終值為壓水試驗(yàn)采用值。

5、 丙烯酸鹽漿液通過改變外加劑及其摻加量控制膠凝時(shí)間。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，按灌漿孔段壓水時(shí)的壓入流量值來控制漿液的膠凝時(shí)間。當(dāng)Q5L/min時(shí)，膠凝時(shí)間采用3545min；當(dāng)5L/minQ10L/min時(shí)，膠凝時(shí)間采用2535min；當(dāng)10L/minQ時(shí)，膠凝時(shí)間采用1525min；正式配漿前應(yīng)通過反復(fù)試驗(yàn)找出不同漿液濃度、不同膠凝時(shí)間的多組配方，以滿足不同前提條件的灌漿需要。試驗(yàn)得出的配方僅適用于施工所在地的水質(zhì)條件和當(dāng)時(shí)的氣溫條件。當(dāng)水質(zhì)及氣溫等外部條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新試驗(yàn)配方，且不可以不變的配方應(yīng)萬變的外部條件。3.5 抬動(dòng)觀測帷幕灌漿時(shí)抬動(dòng)變位應(yīng)有專人觀測和記錄，應(yīng)加強(qiáng)底板的抬動(dòng)監(jiān)測。若發(fā)現(xiàn)

6、抬動(dòng)大于0.2mm，應(yīng)立即減小灌漿壓力，保持30min內(nèi)抬動(dòng)不再增加，方可恢復(fù)原灌漿壓力。若降壓無效，則應(yīng)停止灌漿待凝24小時(shí)后，再掃孔復(fù)灌。 如果灌漿時(shí)抬動(dòng)發(fā)生在第五段以上（距地表10m范圍內(nèi)）且按上述方式不能控制時(shí)，可在10m范圍內(nèi)采用自上而下分段卡塞灌漿法，同時(shí)適當(dāng)縮短段長。在一個(gè)單元施工完畢后，必須再采用分段卡塞灌漿法的灌漿孔兩邊布置兩個(gè)補(bǔ)強(qiáng)孔，用孔口封閉法進(jìn)行施工，灌漿過程中每段均需達(dá)到設(shè)計(jì)的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。3.6 灌漿3.6.1 丙烯酸鹽材料與性能灌漿材料選用中科院廣州化灌工程有限公司生產(chǎn)的XT-丙烯酸鹽灌漿材料。XT-丙烯酸鹽灌漿材料是一種以丙烯酸鹽類單體為主劑，以水為稀釋劑，在一定的

7、引發(fā)劑與促進(jìn)劑作用下形成的一種高彈性凝膠體。產(chǎn)品不含有丙凝中的有毒成分，屬于環(huán)保型堵水防滲的化學(xué)灌漿材料，其粘度低、可灌性好、滲透能力強(qiáng)；凝膠體具有很好的抗?jié)B性、粘彈性、水中膨脹性及耐老化性能等。主要優(yōu)點(diǎn)如下：1）丙烯酸鹽粘度極低，滲透性好，能夠確保漿液滲透到寬度為0.1mm 的縫隙中； 2）固化時(shí)間可調(diào)，快速固化的只需30s2min，慢速固化的可以大于10min；3）凝膠體具有較高的彈性，延伸率可達(dá)100%以上，有效的解決了結(jié)構(gòu)縫的伸縮問題； 4）無須與水持續(xù)接觸，添加的膨脹組分遇水膨脹率大于50%，解決了凝膠體干-濕循環(huán)收縮問題； 5）與混凝土面具有極佳的粘接性能，粘接強(qiáng)度大于自身凝膠體的

8、強(qiáng)度，即使凝膠體本身遭到破壞，粘接面仍保持完好；6）對(duì)絕大部分酸、堿具有良好的耐化學(xué)性，不受生物侵害的影響；7）環(huán)保無毒，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。3.6.2 化學(xué)灌漿 灌漿采用自上而下分段純壓式灌漿。灌漿塞應(yīng)盡量阻塞在該灌漿段段頂以上0.5m處，確因孔壁軟弱破碎導(dǎo)致灌漿塞無法有效阻塞時(shí)，可采用預(yù)埋管法，進(jìn)漿管距孔底不宜大于0.5m。根據(jù)專家咨詢意見及現(xiàn)場情況，確定灌漿壓力不超過1MPa，并注意觀測抬動(dòng)情況。由于地質(zhì)條件較差，適當(dāng)縮短段長?？咨?0m，第一段2m，灌漿壓力0.5MPa，第一段灌漿完成后，待強(qiáng)5天；第二段3m，灌漿壓力0.8MPa；第三段5m，灌漿壓力0.8MPa；第四段5m，灌漿壓力

9、0.8MPa；以下各段均為5m，灌漿壓力1MPa。3.7 封孔 化學(xué)灌漿在全孔灌漿結(jié)束后，應(yīng)通過掃孔的辦法將孔內(nèi)的凝膠清除并沖洗干凈，然后用水泥進(jìn)行壓力灌漿封孔。4 主要灌漿成果分析（1）各次序孔灌前透水率值總注入量與單位注入量情況根據(jù)灌漿成果資料統(tǒng)計(jì)，各次序孔灌前透水率值和單位注入量情況見表1：表1 灌漿綜合統(tǒng)計(jì)表灌漿次序總段數(shù)總注入量kg單位注入量(kg/m)平均透水率(Lu)122993.1458.352.556954.9636.311.0112680.7412.840.72合計(jì)304628.8335.831.43各次序孔灌前透水率情況為：經(jīng)過水泥帷幕灌漿后，巖層的透水率值仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)

10、要求；序孔平均透水率值（2.55Lu）大于序孔平均透水率值（1.01Lu）大于序孔平均透水率值（0.72Lu）。各次序孔漿液單位注入量情況為：序孔單位注入量為58.35L/m，序孔單位注入量為36.31L/m，序孔相對(duì)序孔減小了37.75%；序孔單位注入量為12.84L/m，序孔相對(duì)序孔減小了64.64%。從上述情況分析：本次化學(xué)灌漿各次序孔灌前透水率值和漿液單位注入量隨灌漿孔序的遞增均呈現(xiàn)出遞減趨勢，符合正常的灌漿變化規(guī)律，說明化學(xué)灌漿的孔距、灌漿壓力、段長劃分是適宜的。（2）聲波檢測資料分析為進(jìn)一步掌握細(xì)微裂隙巖體內(nèi)化學(xué)漿材充填情況，本次化學(xué)灌漿施工中全部檢查孔進(jìn)行聲波檢測。該區(qū)聲波測試曲線起伏不大，各孔全孔平均波速值分別是(5.483km/s、5.443km/s、4.9