浅谈锦屏一级电站f2断层化学灌浆施工中的质量控制

石 军

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



浅谈锦屏一级电站f2断层化学灌浆施工中的质量控制

石 军

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

目前在处理高坝水库坝基软弱岩带、断层带等复杂地层时，化学灌浆已逐步推广使用。但化学灌浆是一项复杂的技术措施，为获得有效的处理结果，在施工中应加以质量控制。本文以锦屏一级水电站大坝左岸近坝区f2断层化学灌浆处理工程为例，简述化学灌浆施工中的质量控制。

锦屏一级电站f2断层 化学灌浆 质量控制

1 概述

化学灌浆在我国经过几十年的发展，其灌注工艺、浆材都得以显著改善，尤其在近几年，化学灌浆被较为广泛地用于软弱岩带、断层处理中，且灌注效果显著，具有广阔的发展前景。与此同时，化学灌浆作为一项复杂的工程技术，在施工过程中应如何加以质量控制，目前并无工法可依，故对其在施工过程中的质量控制研究具有重要意义，将对今后类似工程的实施提供质量监控借鉴，保证工程的有效实施。

影响化学灌浆灌注效果的主要因素，分别存在于施工准备和施工工程两个阶段中。施工准备阶段应主要考虑工程地质、浆材性能和灌注机具的影响；施工过程阶段应主要考虑各施工工序的影响，如胶凝时间、孔内排水、灌注过程的合理性、浆液返渗等。在灌注施工中，这些因素既相互联系又相互制约。本文将结合锦屏一级水电站左岸近坝区f2断层化学灌浆施工，对这些影响因素进行分析和探讨。

2 施工准备阶段的控制

2.1 工程地质的掌握

在锦屏一级水电站f2断层化学灌浆施工准备阶段，考虑到断层的复杂性，以及准确的地质资料对化学灌浆实施的指导作用，研究组对锦屏一级水电站左岸1670m层4#固结灌浆洞的f2断层出露的各断面进行地质情况复查，并会同设计、地质据物探情况综合界定其出露部位。锦屏一级水电站f2断层出露会审情况见表1。

表1 锦屏一级左岸1670m层4#固结灌浆洞f2断层揭示情况统计

2.2 灌注机具的选择

化学灌浆在施工准备阶段，需要合理、正确地选择灌浆泵，这对控制施灌过程、保障灌浆质量尤为重要。在锦屏一级f2断层化学灌浆处理中，由于断层地质的复杂性，为保证灌注过程“长历时、慢速率、尽量达到一定的注入量”的原则，保证施工质量，灌浆泵应满足流量不宜过大、且可调节，升压范围可调节，不易被腐蚀，能长时间不间断运行，为此，在对比国内外多种灌浆泵后，选择了天津机械厂生产的JDB-1250/1型和深圳帕斯卡公司的DMIX-C300型两款化学灌浆泵，其性能参数见表2。

表2 化学灌浆泵性能参数

在锦屏一级f2断层施工现场，该类泵的性能优势得以体现，尤其在控制灌浆速率等方面，有效地保证了灌浆质量。

3 灌浆施工阶段的控制

3.1 灌注历时的控制

在化学灌浆过程中，灌浆历时的合理选择与控制将在一定程度上影响灌注效果，因此对化学灌浆历时的控制是化学灌浆施工中的关键步骤。

环氧浆材灌浆历时的选择，一般是根据浆液的η-t曲线而定。而高渗透环氧浆材之所以能对孔隙率≤10%的岩层进行有效灌注，正是由于其具有低粘度的特点，但随着灌注时间的增长，其粘度也随之增大，当达到一定值后，将存在可灌性差、或失去应有的可灌性。因此，在其粘度达到可灌性的临界点时应停止灌注，不仅能有效保证灌注质量，同时也在一定程度上有效缩短灌注历时。从起灌至粘度临界点这段时间，便是化学灌浆的有效灌注历时。

图1 PSI-501(6∶1)：η-t曲线

图1为锦屏一级水电站f2断层化学灌浆灌注浆液PSI-501(配合比为6∶1)的η-t曲线图。从该η-t曲线图中可以看到，该类环氧浆液粘度达到100mPa.s，历时28h；粘度达到300mPa.s，历时48h。同时结合相关室内试验资料，当环氧浆液粘度达到100mPa.s时，其有效可灌性明显下降，当达到300mPa.s时，已基本失去其有效可灌性。因此，针对锦屏一级水电站f2断层，本着“长历时、尽量达到一定的注入量”的原则，对其化学灌浆历时控制，不得小于40h。

3.2 孔内余水的排除

在化学灌浆中排除孔内积水，是施灌前的重要步骤。因为若不排除孔内积水，则会有一部分积水与之后灌入的浆液形成乳浊液，另一部分则被压力挤压进裂隙中，这些被水稀释的浆液胶凝后，不仅使附近岩体的物理力学性能提高较低(如声波值不高、变模不高等)，难以到达相应设计指标，甚者将使纯浆液难以充填孔隙率低的被灌体(孔隙率≤10%)，从而严重影响灌浆质量。因此，有效控制施灌前的孔内排水过程，在很大程度上对于保障施工质量十分重要。

针对锦屏一级水电站左岸近坝区f2断层化学灌浆具有孔段深的特点，孔内排水采用风、浆联合排水，并在开灌一定时间内不定时开启回浆阀排水，以此保证灌注质量。即高压风通过射浆管将大量水排除后，再以浆排水。由于目前所用的环氧浆材密度略大于水，而水在浆中的溶解度很小，能乳化，故可以用浆注入孔内排除残余的积水，或静置一段时间后，使浆-水混合物自行分离由回浆阀排出。

3.3 施灌中注入率的控制

在化学灌浆施工中，注入率的控制，将在很大程度上影响整体灌浆质量。化学灌浆在地层基础处理中，对处理岩层是一种“浸润式”灌注，即除充填细微裂隙，还需渗透至岩层中，从而达到提高岩层力学性能的目的。

在锦屏一级水电站左岸近坝区f2断层化学灌浆过程中，由于断层复杂的空间走向，为保证化学浆液对岩层的有效浸润，对施灌过程的注入率采取如下控制方式：一般情况下注入速率应控制在0.05L/min.m～0.1L/min.m之间；当注入率≤0.05L/min.m时，应适当升高灌浆压力(以设计灌浆压力为参考)；当注入率≥0.1L/min.m时，需适当降低灌浆压力(以设计灌浆压力为参考)或控制注入量。即控制好灌浆压力和注入速率的协调关系，使灌浆过程达到长历时、慢速率、尽量达到一定的注入量，从而保证灌浆质量。

3.4 浆液返渗的控制

在化学灌浆施工过程中，最后施工步骤为闭浆、待凝，目的在于防止已灌浆液出现返渗现象，确保浆液在岩层裂隙及岩石缝隙中充分胶凝固化。

锦屏一级水电站f2断层化学灌浆施工，由于其处理难度大、施工周期紧，按DL/T5406-2010化学灌浆规范中所述的闭浆方式处理，即待浆液胶凝后再钻灌下一段是不可行的，无法保证施工节点。为此，我部结合锦屏化学灌浆特点和工期要求，针对f2断层化灌后的闭浆采取一定措施，防止浆液的返渗。即闭浆完成后，用水泥浓浆(0.5∶1)对孔内化学浆液进行置换，待水泥初凝后进行下一段的钻灌。由于水泥浓浆的密度大于化学浆液，同时水泥浆液初凝时间一般为4h～8h，能对孔内裂隙起到封闭、阻断的作用，进而达到了防止浆液返渗、加快施工进度、保障灌浆质量的目的。

4 f2断层带化灌效果

在锦屏一级水电站左岸1670m近坝区f2断层带化灌过程中，通过对地质情况的分析和掌握、灌浆机具的合理选择，以及在灌浆过程中对关键、重要的工序步骤的合理控制，使得锦屏一级水电站左岸1670m近坝区f2断层带化灌后其透水率均小于0.5Lu，单孔声波波速4600m/s～4900m/s，岩体变形模量在5.1GPa～7.7GPa，岩体抗剪强度(c值)在3.6MPa～4.9MPa。这些数据表明，选用PSI系列环氧浆材对f2断层带进行化学灌浆，岩体的渗透性、物理力学参数都得以较大改善。

〔1〕栏玉坤.化学灌浆在软弱地基中的质量控制[J].广西工学院学报，2001,12(4)∶46～49.

〔2〕刘安荣，陈秋华等.复杂地基处理中化学灌浆及质量控制的研究[J].水利与建筑工程学报，2010,8(1)∶60～61,83.

■

TV543.2：TV

B

2095-1809(2015)05-0076-03