復雜地層溶蝕孔段化學灌漿試驗研究與探討

王占軍 濮振波 徐 瓊

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041)

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復雜地層溶蝕孔段化學灌漿試驗研究與探討

王占軍 濮振波 徐 瓊

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041)

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

溶蝕巖體，化學灌漿，漿液，壓水試驗

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，長約2 km。河谷為斜向谷，兩岸地形不對稱，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)，也不能進入砂糖狀巖體，形成有效的帷幕體。針對礫巖鈣質(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題。而對鈣質(zhì)流失形成的砂土狀或砂糖狀溶蝕，水泥灌漿無法灌入溶蝕巖層中，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和難點。

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

2 地質(zhì)情況

試驗區(qū)地層為侏羅系中統(tǒng)蛇店組沉積巖，巖性為鈣質(zhì)細砂巖，夾鈣質(zhì)粗砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。在酸性地下動水環(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～強透水。溶蝕沿地下水流動的層面和節(jié)理裂隙向巖體內(nèi)部發(fā)育。

3 化學灌漿材料的選擇及性能測試

因工程實施部位下游有城市供水取水口，要求化學灌漿材料及固化物均無毒。本次試驗選用的漿材為某種改性環(huán)氧樹脂，由A液與B液兩種組分混合后固化。經(jīng)省級疾控中心檢測，A液，B液、混合物及固化物均無毒，達到環(huán)保要求。漿液性能要求為：外觀均勻、無分層；漿液密度大于1.00；起始粘度小于20；可操作時間大于25 h。固化物性能詳見表1，其他符合設計要求。

表1 固化物性能

4 化學灌漿施工主要工藝控制技術(shù)

4.1 試驗孔、試驗段布置

現(xiàn)場試驗孔擬布置在下游帷幕17號壩段，化學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，按檢查孔要求進行壓水，透水率小于1 Lu的孔段，則按照普通灌漿孔進行灌漿，若遇到溶蝕段，且透水率小于3 Lu，則采用化學灌漿，透水率若大于3 Lu，則先進行水泥灌漿，灌后立即掃孔進行化學灌漿。化灌孔采用雙管取芯鉆進，保留巖芯，根據(jù)鉆進情況和巖芯判斷是否為溶蝕段。必要時采用全孔壁成像進行判斷。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

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

灌漿孔孔深20 m以內(nèi)每5 m測量一次孔斜，孔深20 m以上每10 m～15 m測量一次孔斜。終孔時孔底偏差不大于設計及規(guī)范要求的規(guī)定。

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

1)采取輕壓慢鉆；

2)盡量縮短段長，控制回次進尺在1 m范圍內(nèi)。

4.3 化學灌漿

融資平臺與政府部門、機關(guān)單位間存在資金拆借，資金拆借到政府部門后，基本無收回可能，長期掛往來，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行計量配制，采取少量多次的方法，避免浪費。地質(zhì)工程師根據(jù)不同地質(zhì)條件、需進行化灌的鉆孔的孔體積、吃漿數(shù)量、化灌壓力、注漿時間和合灌鉆孔的數(shù)量等各種因素，有針對性的進行現(xiàn)場調(diào)整配制。

b.配制漿液和儲存漿液均采用專用容器，并配制冷卻循環(huán)桶。漿液配制拌合A液、B液時應在冷卻桶中進行，固化劑的添加應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，配制攪拌時間按2 min/100 L來控制。每次制漿數(shù)量要與化灌速度相應，避免造成配制好的漿液停放時間過長而粘度增大以致難以注入，影響漿液的擴散。

c.配制化灌液和灌注過程中，現(xiàn)場質(zhì)檢員要進行監(jiān)控，每隔5 min對化灌復合液的溫度進行記錄。灌注過程中，嚴格控制復合液的粘度，避免粘度增大影響漿液的擴散。每次漿液配制詳細填寫配漿記錄單。

2)灌注壓力。

灌漿時在升壓過程中，當壓力達到1.0 MPa后，按0.5 MPa一個級分級升壓，若某一級連續(xù)灌注10 h未達結(jié)束標準，則結(jié)束灌漿。化學灌漿應該遵循“穩(wěn)壓力、長歷時、小流量”的化學灌漿原則。

3)化灌方法。

根據(jù)地層各斷層巖性的不同，采用不同的方式進行施工。孔口封閉法操作方便，孔內(nèi)事故少，但漿材浪費較多。孔內(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，只能強行結(jié)束。故本工程一般化學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)時間為30 h，其他要求按照設計及規(guī)范要求執(zhí)行。

5)施工時特殊情況處理。

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

b.施工過程中斷的處理:灌注工作必須連續(xù)進行，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)量時恢復灌漿，否則應進行沖孔或掃孔，再恢復灌漿。恢復灌漿后，若吸漿量變化不大，可繼續(xù)灌漿，若吸漿量明顯減少，則采取重新開孔等補救措施。

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、提高灌漿壓力、縮短漿液膠凝時間、屏漿、閉漿、待凝、化學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:當灌注段注入量大難以結(jié)束時，為防止?jié){液擴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，還應控制灌入總量。

5 化學灌漿效果

化學灌漿完成28 d以后，布置了3個檢查孔，進行了全孔取芯和壓水試驗，壓水試驗共24段次，小于1 Lu的有23段次，占95.8%，有1段為1.33 Lu。總體達到小于1 Lu的設計防滲標準。3個檢查孔，檢查孔巖芯中均取出了水泥結(jié)石和化學漿材結(jié)石。化學漿材在裂隙中、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，表明化學材料可滲入到溶蝕巖體中，進行膠結(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的情況，表明化學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

本次化學灌漿試驗達到了預期的目的，驗證了化學灌漿材料可以浸入到巖體細小裂隙和孔隙中形成防滲體，達到了試驗的目的。

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，高級工程師

TU458.1

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