全風化花崗巖替代砂土材料灌漿應用效益分析

劉 坪 林 飛2 賓 斌

(1.湖南宏禹工程集團有限公司，湖南 長沙 410007；2.湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007)

全風化花崗巖廣泛分布于我國的華東、華南以及中南地區，風化殼深厚。風化巖土體具有黏結力小、結構松散、承載力低、液塑限高、抗變形穩定性及水穩性差等工程特性?；◢弾r風化殼表層一般呈砂礫狀、砂礫含黏土狀、黏土含砂礫石狀，其物理性質與第四系形成的砂、土相似但又不盡相同[1]。在某些道路工程建設中，已有關于全風化花崗巖巖土體改良后的應用實例[2-3]，但在灌漿工程中，目前尚未能查詢到已公開的應用經驗分享。本文介紹了在莽山水庫工程副壩防滲灌漿施工時，率先應用全風化花崗巖原巖顆粒替代須外購的中細砂及部分膨潤土作為灌漿材料的成功案例，替代應用大大節省了施工材料成本，取得了良好的經濟效益，且最終施工效果經檢驗滿足設計要求。

1 工程概要

2 全風化花崗巖材料應用

2.1 材料優化與應用過程

生產性灌漿試驗時，初始設計灌注材料為水泥黏土膏漿，配合比見表1。

表1 水泥黏土膏漿配比 單位：kg

在灌漿施工過程中，遇到地層吃漿量較大的情況時，使用較濃一級配比仍須灌注大量的漿液，且有時仍難以起壓。此時為控制成本同時改善施工效果，須添加較粗的骨料顆粒并相應增加膨潤土的用量，配制成本相對較低的水泥黏土砂石膏漿，以控制漿液擴散半徑和灌注量，避免無效灌漿造成材料浪費。設計材料配合比為水∶水泥∶中細砂∶膨潤土∶外加劑=200∶100∶180∶120∶3，由于施工區所在地附近無合適的砂料廠，外購砂料運距遠代價較大，施工成本仍然較高。

考慮到全風化花崗巖具有砂土材料的特性，對現場全風化巖土體進行了取樣送檢，其組成成分見表2。

表2 全風化花崗巖巖土體組成成分

通過取樣檢測，施工場地附近全風化花崗巖主要組成成分中粒徑0.075～5mm的細砂礫含量為73%～80%，黏粉粒含量10%左右。分析討論后決定采用45°斜架10mm方孔篩篩選粒徑大約7mm以內的砂土體作為灌漿材料，先應用在生產性灌漿試驗中。添加全風化花崗巖砂土后的水泥黏土砂石膏漿材料配比(質量比)為水泥∶全風化砂土∶膨潤土∶水∶外加劑=1∶2∶1∶2∶0.03，見表3。

表3 水泥黏土砂石膏漿配比 單位:kg

2.2 應用效果

添加全風化花崗巖砂土材料后形成一種較特殊的離析型漿液，即灌注后漿液上下分層，其中漿液上部以細顆粒水泥黏土漿為主，下部以較大顆粒的水泥砂漿為主。這種離析型漿液上部的黏土水泥細顆粒物質可以滲入到花崗巖的小孔隙中，漿液下部的水泥砂漿，可對全風化花崗巖產生強烈的壓密效應，降低全風化花崗巖的孔隙率[5]。生產性灌漿試驗后的鉆孔取芯和注水、壓水試驗結果表明，采用添加全風化花崗巖砂土材料改進后的漿液進行防滲處理，能夠滿足透水率小于5Lu的防滲性能要求，且相比之前漿材有更好的施工效果和經濟效益，因此后續防滲帷幕施工時主要采用改進后的水泥黏土砂石膏漿作為灌漿材料。

3 經濟效益分析

3.1 每立方米漿液成本分析

原設計較濃一級水泥黏土膏漿配比為水∶水泥∶膨潤土∶外加劑=250∶150∶150∶5；設計水泥黏土砂石膏漿的配合比為水∶水泥∶中細砂∶膨潤土∶外加劑=200∶100∶180∶120∶3；添加全風化花崗巖砂土后的水泥黏土砂石膏漿配比為水∶水泥∶全風化砂土∶膨潤土∶外加劑=200∶100∶200∶100∶3。

根據全風化花崗巖取樣成分檢測結果，45°斜置的10mm方孔篩過篩后的可用成分中，粗粒成分約占88%，黏粉粒成分約占12%，根據此比例與添加外購砂料的水泥黏土砂石膏漿進行材料用量和成本的對比計算。灌漿采用的水泥為P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，單價450元/t；膨潤土單價280元/t；外加劑單價4800元/t；施工區外購中細砂含運單價為190元/m3，約合127元/t。依此進行各情況下的每立方米漿液成本分析如下：

a.根據原設計較濃一級漿液配比計算，配制1m3漿液時材料用量約為：水715L、水泥430kg、膨潤土430kg、外加劑15kg，則1m3漿液成本為385.9元。

b.優化后的漿液配比，如采用外購砂料配制，則1m3漿液材料用量約為：水500L、水泥250kg、膨潤土310kg、中細砂440kg、外加劑7.5kg，則1m3漿液成本為291.2元。

c.改用全風化花崗巖材料替代砂土材料后，配制1m3漿液時材料用量約為：水500L、水泥250kg、膨潤土250kg、全風化砂土500kg、外加劑7.5kg，則1m3漿液成本為218.5元。

由以上計算結果可以看出，水泥黏土砂石膏漿采用外購砂料時漿液成本比水泥黏土膏漿低94.7元/m3，采用全風化花崗巖砂土替代外購砂料時漿液成本再降低72.7元/m3，即每立方米漿液比原水泥黏土膏漿成本低167.4元。

(注：計算漿液體積時，細顆粒體積折合質量的1/3，粗顆粒體積折合質量的2/3。)

3.2 灌漿量節省分析

莽山水庫副壩防滲處理長度約171m，采用單排1.5m孔間距布置，共設計鉆孔115個，總孔深約4200m，灌漿處理深度約3600m。根據生產性灌漿試驗的統計數據，采用水泥黏土膏漿進行防滲處理時，平均每米灌注量約為0.30m3，采用添加砂土材料后的水泥黏土砂石膏漿進行防滲處理，平均每米灌注量約為0.24m3，相比節省0.06m3每米。

如不進行制漿材料優化，則本工程需灌注漿液量至少應為1080m3；而添加砂料后，計算灌注量應為864m3左右，漿液擴散半徑較為可控，減少了漿液重復劈裂的材料浪費情況。根據最終完成的灌漿統計資料，工程實際施工灌注量為905.72m3，與生產性試驗平均單耗計算灌注量接近，說明數據基本可靠，因此實際節省灌漿量至少174.28m3，工作量節省了16%以上。

3.3 灌漿材料總成本分析

綜合上述兩小節的分析結果，計算本工程灌漿施工材料總成本，見表4。

a.如采用水泥黏土膏漿較濃一級配比，每立方米漿液單價為385.9元，灌漿量1080.0m3，灌漿材料總成本為416772.0元。

b.水泥黏土砂石膏漿如采用外購砂料，每立方米漿液單價為291.2元，灌漿量905.72m3，灌漿材料總成本為263745.66元。

c.采用過篩全風化花崗巖砂土材料后，每立方米漿液單價為218.5元，灌漿量905.72m3，灌漿材料總成本為197899.82元。

表4 經濟效益分析計算

可以看出，采用外購砂料配制水泥黏土砂石膏漿的灌漿材料總成本較采用濃配比的水泥黏土膏漿節省153026.34元；采用全風化花崗巖砂土配制水泥黏土砂石膏漿的灌漿材料總成本較外購砂料制漿節省65845.84元，較濃配比的水泥黏土膏漿節省218872.18元，最高節省率超過50%。

4 結 語

在固定合同總價或固定每米單價的灌漿工程中，基于灌漿施工效果滿足要求的前提下，尋求降低灌漿成本的途徑意義重大。本工程通過漿液配比的改進，節省了16%以上的灌漿工作量，并進一步尋求更優的施工材料，經過檢測分析就地取材，選用山脊全風化花崗巖砂土替代本須外購的中細砂和部分膨潤土材料制漿，在配比改進節省材料成本36.72%的基礎上，又進一步節省成本24.96%，且最終施工效果通過第三方檢測，達到設計要求的防滲標準。本灌漿工程雖規模不大，但材料優化所產生的資源節約和經濟效益十分明顯，可作為施工項目管理中較為典型的成本節約成功案例。