厄瓜多尔CCS项目调蓄水库浩林地层灌浆试验探讨

习 书 田， 王 勇， 高 强

(中国水利水电第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

1 工程地质情况

该调蓄水库库区位于Sinclair构造带。Sinclair构造带呈三角形，受NE和SN向垂直断裂的影响，库区内的构造裂隙多呈NW～SN向。库区岩层在高程1 233 m以下以浩林地层为主。浩林地层的特点是：页岩层与砂岩层交替出现且厚度较大。页岩层属微透水层，砂岩层属强透水层。

取芯情况表明：试验区岩层质量呈现出整体质量偏差、下部岩石质量略好于上部岩石质量的特点。试验区岩石以透水性好的砂岩和渗透性差的页岩为主，岩石破碎。高程1 233.5～1 218.5 m之间以黑色页岩为主；高程1 218.5～1 190 m之间以灰白色的砂岩为主。

2 灌浆方法

帷幕灌浆试验中，三种方法均采用自下而上分段卡塞的纯压式灌浆。该方法较孔口封闭自上而下分段循环式灌浆具有以下优点：

(1) 钻孔快，效率高。避免因自上而下分段灌浆所造成的频繁起钻、下钻和灌浆结束后待凝时间长的问题。但是，对于钻孔过程中由于地质原因引起的塌孔、掉块、漏水等造成无法继续钻进的情况则要求起钻并对该段进行灌浆处理。

(2) 孔口封闭循环灌浆会对灌浆段以上的部位重复进行灌注，势必会造成该孔耗灰量较自下而上分段灌浆法的耗灰量稍大。

2.1 GIN法

GIN法是指运用单一配合比的稳定浆液，由低压逐渐升高压力进行灌浆。灌浆强度值GIN值=压力P×单位灌浆段长度的注浆量V，该值反映出单位灌浆段所消耗能量的大小。GIN法的优点是：工艺简单，节约水泥；缺点为：对浆液的性能要求高，对灌浆过程的控制要求严格，GIN法灌浆不适于单纯地对土壤层和岩溶层进行灌浆处理。

灌浆前确定GIN值及最大压力P和最大每m注浆量V，根据GIN包络线图对灌浆过程进行控制。

GIN法灌浆采取逐级升压、降压的方法进行控制。灌浆开始后，立即将压力升至0.3 MPa，然后进行监测，每3 min记录一个读数。一旦出现流量小于3l L/min时则升压，如此重复该过程。当压力升至最大设计压力或GIN值达到要求的GIN值(此时每m注浆量小于要求的每m最大注浆量)，但仍未达到结束条件时开始降压过程，每次降压0.3 MPa，直至出现结束条件。

2.2 国内传统灌浆法

本试验中的国内传统灌浆法采用5种水灰比：5∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1，根据变浆原则进行变换。要求灌浆开始后，若无特殊情况(如漏浆、串浆等)发生，应尽快达到设计压力，直到到达结束标准。

2.3 综合法

在调蓄水库的帷幕灌浆试验中，根据GIN法灌浆和国内传统灌浆法的成果分析及施工工艺优缺点的比较，我们研究出一种结合GIN法灌浆和国内传统灌浆优点的综合法。该方法结合了GIN法灌浆工序简单、节约水泥和国内传统灌浆法灌浆过程控制简单的优点。灌浆所需浆液与GIN灌浆浆液一致，采用稳定浆液。灌浆过程中的控制及结束标准以传统灌浆法为准进行控制和优化。

灌浆开始后即升压。当注入率超过40 L/min时不允许加压，维持该压力；当注入率小于40 L/min时则升压。压力达到设计灌浆压力后，维持该压力，直至达到灌浆结束条件。

3 施工工艺

帷幕灌浆试验区选择在库区左岸1 233.5 m高程平台区位置，采用原位灌浆试验，帷幕灌浆底高程为1 190 m。试验区由2块构成，第一块位于L0+197.54～L0+215.54段间，共计13个生产孔，3个检查孔；第二块位于L0+182.54～L0+176.54段间，共计6个生产孔，1个检查孔。该区域为单排帷幕，所有孔分布在帷幕轴线上。笔者主要对综合法进行探讨。

3.1 钻 孔

钻孔采用重庆探矿机械厂生产的XY-2钻机，生产孔均为垂直钻进，严格控制孔深、孔位偏差和孔斜。检查孔均为斜孔，以求尽可能穿过生产孔吃浆量大的孔段。

3.2 洗 孔

钻孔采用风水联合冲洗的方法洗孔。

3.3 地下水位测量

洗孔完成后，对钻孔进行地下水位测量。

3.4 压 水

压水采用“五点法”标准压水。

3.5 饱 和

灌浆开始前，对地下水位线以上的孔段要求进行压水饱和。压水饱和按最大20 m的段长进行控制，压力为灌浆压力的80%且不大于1 MPa。

3.6 灌 浆

3.6.1 浆液的选取

浆液的选取对灌浆施工起到至关重要的作用，它是影响灌浆效果好坏的重要因素。综合灌浆法采用稳定的浆液。稳定浆液是指具有宾汉流体特性的浆液。该浆液具有较小的析水率、较低的凝聚力、较好的流动性和中等稠度等特性。通常，稳定浆液中都要求加入高效减水剂和膨润土。加减水剂可以增强浆液的流动性、减小粘度，而加膨润土的作用则是提高浆液的稳定性，减小析水。稳定浆液的性能要求见表1。

根据设计要求的浆液性能，经过大量室内和现场的试验，最终选取的浆液配合比及其性能参数见表2。

表1 稳定浆液性能参数要求表

表2 现场实际应用配合比及其性能参数表

由表2可知，该配合比下的浆液满足稳定浆液所要求的性能。浆液自身有内部结构，不会很快沉淀、过早凝结；具有良好的流动性，渗透性强，能够满足浆液扩散的要求；析水小，对裂隙的填充更加饱满；凝固后强度高。

3.6.2 浆液的制备及性能控制

浆液的制备对浆液性能具有重要的作用。

膨润土浆液由膨润土干料和水按1∶3的比例混合均匀配制，要求混合12 h后方可用于浆液的拌制。

浆液拌制好后，按要求进行浆液的粘度、浆液比重、析水率、温度的测试并取样，待28 d后进行抗压试验。将不满足性能要求的浆液弃掉、拒用。

浆液在输送过程中，管路暴露在外，由于阳光照射会引起浆液温度的升高，从而影响浆液的性能。故要求不定时对灌浆管路进行淋水降温处理。

3.6.3 灌浆结束标准

当压力达到设计压力，同时注入率小于1 L/min，持续灌注10 min即可结束。

4 不同灌浆方法的成果对比

4.1 生产孔灌浆对比

生产孔灌浆对比情况见表3。

表3 试验区生产孔灌浆成果统计表

从表3可以看出，三种方法的单位耗灰量大小关系为：传统灌浆法>综合法>GIN法。GIN法较国内传统灌浆法和综合法每m耗灰量可节省33.83 kg和13.6 kg，经济效益显著。

4.2 检查孔成果对比

灌浆试验中的先导孔和检查孔各段压水情况见表4。

表4 试验区先导孔和检查孔各段压水情况统计表

从表4可以看出：采用传统灌浆法和综合法灌浆的检查孔压水吕荣值小于5的孔段达到100%。其中综合法小于3的孔段为33.33%，小于5的孔段为66.67%。传统法小于3的孔段为44.44%，小于5的孔段为55.56%。GIN法灌浆的检查孔压水吕荣值小于5的孔段为72.22%，大于5的孔段为27.78%，未达到设计对防渗帷幕压水吕荣值的要求。另外，从先导孔和检查孔透水频率区间看，以上三种灌浆方法的灌浆效果均很明显。上述三种方法在灌前所有孔段的压水吕荣值均大于5。灌浆后，透水率大于5的频率变为：0、27.78%和0。

4.3 工效对比

不同灌浆方法的工效对比情况见表5。

表5 不同灌浆法的工效对比表

从表5可知，三种灌浆方法的工效对比情况为：GIN法>综合法>国内传统灌浆法。GIN法灌浆每m所用时间分别为国内传统灌浆法和综合法的56.29%和77.05%。综合法每m所用时间为国内传统灌浆法每m所用时间的73.05%。

从表3、4、5可知：传统灌浆法在水泥用量和功效方面均为最差，但压水结果理想；GIN法在水泥用量和功效方面占有优势，但检查孔压水结果不甚理想；综合法在水泥用量和功效方面均处在中等位置，但检查孔压水结果理想。按照灌浆质量要求，首先将GIN法予以排除。在传统灌浆法和综合法中，综合讨论采用综合法。首先，采用综合法可节约大量的水泥和工期(表6)；其次，综合法采用单一水灰比灌浆，较传统灌浆法的多级浆液灌浆具有工艺简单、操作简便等优点；最后，综合法采用的灌浆过程和结束标准较GIN法简单易懂、便于操作。在现场实际施工过程中发现，由于GIN选用的浆液虽然是性能较好的稳定浆液，但同国内常规方法的浆液比较也算是较浓的浆液。但是，GIN的升压过程太呆板且升压较慢，对于灌浆效果来说较差于国内常规方法中提倡的尽快达到设计压力，所以，我们改进创新的综合法在这个方面更优于GIN法。

表6 综合法及传统灌浆法水泥及灌浆工效对比表

注：灌浆时间按一套灌浆设备计算。

5 结 语

通过本工程采用的GIN法，我们进一步认识到GIN法灌浆节约水泥、高效率、制浆工艺简化的优点，了解到影响GIN灌浆效果的几个重要参数：GIN值、Pmax、Vmax及浆液的性能要求和GIN法灌浆的过程控制和结束条件。同时，通过对GIN法和国内传统灌浆法进行大胆改进、发展出本工程中采用的综合法，该综合法吸取了GIN法和国内传统灌浆法各自的优点，灌浆效果较好、施工工艺简单、成本更低，值得推广，可供类似工程参考。