偏铝酸钠膏浆在托口电站地湾防渗灌浆中的应用

刘桃红

摘 要：本文重点介绍了湖南托口水电站河湾地块主坝侧防渗帷幕灌浆施工中采用的掺偏铝酸钠膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆法施工工艺。

关键词：托口水电站；偏铝酸钠；膏浆封闭；自下而上；高压脉动劈裂灌浆

中图分类号：TV54 文献标识码：A

1 工程简况

托口水电站坝址位于湖南省洪江市境内，距怀化市74km，上距托口镇3.5km，下距江市镇11km。托口水电站正常蓄水位250.00m，相应库容12.49亿m3，装机容量830MW。枢纽建筑物由东游祠主坝、王麻溪引水坝、电站厂房、引水系统、通航建筑物、生态放水机组和河湾地块防渗工程等组成。

由于托口项目部河湾地块主坝侧防渗帷幕灌浆红层厚度大，红层中几十厘米到几米就会变换一种岩层，有泥砂质红岩、角砾岩、全风化和强风化角砾岩，细砂层等，完整灰岩中容易遇到发生掉钻、失水的溶蚀带或溶洞。砂层中夹杂破碎砾岩，钻孔过程中经常出现塌孔，埋钻现象。经多次试验，采取常规工艺不但严重影响了施工进度，且灌浆质量无法得到有效保证。

经现场试验“膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆”灌浆工艺能较好的解决该地层钻孔困难、无效灌注问题突出，灌浆不均一，以及深部灰岩岩溶段不能实施高压挤密灌注等技术难题。

2 新工艺灌浆基本原理

“膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆法”为一种全新的灌浆工艺，灌浆前先对灌浆孔段内灌浆管与钻孔间环状间隙灌入一种低强度快凝塑性材料（膏浆）进行封闭，以代替传统的灌浆胶塞， 封闭浆体即要能在设计最大灌浆压力下不被挤出孔外，同时又要保证钻杆能够顺利提升而不被抱死。在封闭浆体达到一定强度后开始灌浆和提升，灌浆时灌浆管在孔段内自下而上提升灌注，并采用高压脉动灌浆泵，借助脉动瞬间高压促使灌浆浆液自下而上连续对灌浆段实施均匀有效的灌浆。

施工工艺流程：接触段钻孔→接触段灌浆、灌注孔口管→自上而下分段钻孔→下入灌浆管、清孔→灌注封闭浆体（膏浆）、待凝→自下而上间隔段提升灌浆。

3 稳定浆液配比控制

因托口河湾地块多种复杂地质结构特征，因此研究出了稳定浆液、膏浆等不同性能的系列配套浆液，可满足托口电站河湾地块地层软硬不均、裂隙发育、节理密集、溶蚀疏松、岩溶发育、中等透水等多种不良地质结构体灌浆需要。一般情况下采用稳定浆液灌注，当灌注量较大或遇到溶洞时采用膏浆灌注。

稳定浆液是由水、水泥和粘土三种材料组成的混合浆液，按1.6：1：1进行配比，比重在1.47g/cm3～1.49g/cm3 之间。

膏浆浆液采用在稳定浆液中加入外加剂，即水：水泥：粘土浆：偏铝酸钠进行配比，配比为1.6：1：1：0.01。

粘土浆比重按1.22～1.24g/cm3控制，稳定浆液和膏浆比重按1.48～1.50g/cm3控制。

4 封闭浆体的配比确定

封闭用浆体是一种低强度快凝塑性材料，其目的是充填封闭注浆管与钻孔间的间隙，保证在灌浆过程中能够有效的封闭灌浆浆液不从孔口返出。 在施工过程中，封闭浆体的配比又成为该工艺施工的制约环节。封闭浆体配置的成功与否将是灌浆能否顺利进行的决定性因素。 要求封闭浆体：

（1）须有一定的柔性且终凝后强度不宜过高，以便于起拔和提升灌浆管；

（2）封闭浆体的初凝、终凝时间要求能根据现场情况分别在8-30min、20min-7h可调。

在试验过程中通过对外加剂的不断优化（三种方案），最终确定采用“偏铝酸钠” 作为外加剂所配成的封闭浆体可以满足现场施工要求。

优化方案如下：

方案（一）选用粘土浆液、稳定浆液中加入石膏的方法进行封闭浆体的配制，但初凝时间过短容易发生堵管，减少加入量便达不到预期的封孔效果，浆体封闭不能满足现场施工要求。方案（二）选用在稳定浆液（水、水泥、粘土按0.8：0.5：0.5进行配比）加入50%（水泥用量）的高水速凝固化充填料和3%（水泥用量）的水玻璃的方法进行封闭浆体的配制。该方法在投入现场施工时可以达到预期的封闭效果，但此方法所配成的封孔材料配浆工序繁琐掺合料数量控制严格，掺合料过少会造成封孔失败，掺合料过多会造成后期强度大抱钻杆现象，导致拔管机无法拔起，发生孔内事故。并且该封孔材料塑性低，在起拔灌浆过程中容易造成封孔材料损坏从而导致封孔失败。方案（三）在稳定浆液中添加2%（水泥用量）的偏氯酸钠，经现场施工得知该方法适应于新工艺灌浆封孔，不易发生孔内事故且配浆工序单一，便于现场施工。通过对封闭浆体的不断优化，最终寻找到了适合该类新技术的浆液配方，施工进度也得到了明显提高。

通过比较分析，在确保封闭浆体和满足现场施工的前提下，充分考虑施工、二次倒运难度、施工进度，成本控制后，推荐方案（三）“偏铝酸钠作为外加剂 ” 所配成的封闭浆体方案为最佳方案。

最终选定的各类浆液试验参数见表1。

5 膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆施工

膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆在灌注过程中采用BWH100/7脉动灌浆泵，具有排浆量大、泵压高（最大7Mpa）、灌浆压力可调节控制的优点，能满足新工艺灌浆要求的脉动压力灌浆。

膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆工艺中要求封闭浆体塑性达到强度要求后进行拔管灌浆。

（1）将稳定浆液中加入2%偏铝酸钠混合搅拌后制成封闭浆体，通过搅拌、泵送至灌浆孔内，然后泵送稳定浆液将封闭浆体赶出灌浆管外，防止灌浆管内多余的封闭浆体堵塞灌浆管，封闭浆体达到强度后开始灌浆。封闭浆体强度及凝固时间结合灌入时取样进行，约25～40min。

（2）采用拔管机进行分段提升钻杆，纯压式灌浆，段长一般控制在0.5m。

（3）采用高压脉动灌浆泵，借助脉动瞬间的高压促使灌浆浆液自下而上连续对灌浆段实施均匀有效的灌浆。

（4）根据孔深及岩性的不同采用不同的灌浆压力及注入量。

（5）灌浆结束标准控制

a）该灌浆间隔提升段达到设计最大单位灌入量时，且脉动灌浆压力大于该灌浆段最小设计脉动压力时，可结束该间隔提升段灌浆。

b）该灌浆间隔提升段达到最大设计脉动灌浆压力，且灌入量大于该灌浆段最小设计单位灌入量时，可结束该间隔提升段灌浆。

c）该灌浆段提升灌注至上一灌浆段内并搭接1.0m后，方可结束本段灌浆。

结语

在湖南托口水电站河湾地块主坝侧防渗帷幕灌浆施工中，通过采用的掺偏铝酸钠膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆法施工工艺，顺利的按期完成所有施工任务。通过质量检查，灌浆质量完全满足设计及技术要求，膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆效果良好。

参考文献

[1]李亚武.岩溶地基处理技术[J].铁道工程学报，2002（12）.endprint