偏鋁酸鈉膏漿在托口電站地灣防滲灌漿中的應用

劉桃紅

摘 要：本文重點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、高壓脈動劈裂灌漿法施工工藝。

關鍵詞：托口水電站；偏鋁酸鈉；膏漿封閉；自下而上；高壓脈動劈裂灌漿

中圖分類號：TV54 文獻標識碼：A

1 工程簡況

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，相應庫容12.49億m3，裝機容量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)放水機組和河灣地塊防滲工程等組成。

由于托口項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變換一種巖層，有泥砂質(zhì)紅巖、角礫巖、全風化和強風化角礫巖，細砂層等，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，鉆孔過程中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔，埋鉆現(xiàn)象。經(jīng)多次試驗，采取常規(guī)工藝不但嚴重影響了施工進度，且灌漿質(zhì)量無法得到有效保證。

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

2 新工藝灌漿基本原理

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

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，當灌注量較大或遇到溶洞時采用膏漿灌注。

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，保證在灌漿過程中能夠有效的封閉灌漿漿液不從孔口返出。 在施工過程中，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行的決定性因素。 要求封閉漿體：

（1）須有一定的柔性且終凝后強度不宜過高，以便于起拔和提升灌漿管；

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

在試驗過程中通過對外加劑的不斷優(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行封閉漿體的配制，但初凝時間過短容易發(fā)生堵管，減少加入量便達不到預期的封孔效果，漿體封閉不能滿足現(xiàn)場施工要求。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）的水玻璃的方法進行封閉漿體的配制。該方法在投入現(xiàn)場施工時可以達到預期的封閉效果，但此方法所配成的封孔材料配漿工序繁瑣摻合料數(shù)量控制嚴格，摻合料過少會造成封孔失敗，摻合料過多會造成后期強度大抱鉆桿現(xiàn)象，導致拔管機無法拔起，發(fā)生孔內(nèi)事故。并且該封孔材料塑性低，在起拔灌漿過程中容易造成封孔材料損壞從而導致封孔失敗。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)場施工得知該方法適應于新工藝灌漿封孔，不易發(fā)生孔內(nèi)事故且配漿工序單一，便于現(xiàn)場施工。通過對封閉漿體的不斷優(yōu)化，最終尋找到了適合該類新技術的漿液配方，施工進度也得到了明顯提高。

通過比較分析，在確保封閉漿體和滿足現(xiàn)場施工的前提下，充分考慮施工、二次倒運難度、施工進度，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參數(shù)見表1。

5 膏漿封閉、自下而上、高壓脈動劈裂灌漿施工

膏漿封閉、自下而上、高壓脈動劈裂灌漿在灌注過程中采用BWH100/7脈動灌漿泵，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，能滿足新工藝灌漿要求的脈動壓力灌漿。

膏漿封閉、自下而上、高壓脈動劈裂灌漿工藝中要求封閉漿體塑性達到強度要求后進行拔管灌漿。

（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，封閉漿體達到強度后開始灌漿。封閉漿體強度及凝固時間結(jié)合灌入時取樣進行，約25～40min。

（2）采用拔管機進行分段提升鉆桿，純壓式灌漿，段長一般控制在0.5m。

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

（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)束標準控制

a）該灌漿間隔提升段達到設計最大單位灌入量時，且脈動灌漿壓力大于該灌漿段最小設計脈動壓力時，可結(jié)束該間隔提升段灌漿。

b）該灌漿間隔提升段達到最大設計脈動灌漿壓力，且灌入量大于該灌漿段最小設計單位灌入量時，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

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，通過采用的摻偏鋁酸鈉膏漿封閉、自下而上、高壓脈動劈裂灌漿法施工工藝，順利的按期完成所有施工任務。通過質(zhì)量檢查，灌漿質(zhì)量完全滿足設計及技術要求，膏漿封閉、自下而上、高壓脈動劈裂灌漿效果良好。

參考文獻

[1]李亞武.巖溶地基處理技術[J].鐵道工程學報，2002（12）.endprint