高边坡锚索固壁灌浆液快凝配合比试验及应用

乔小龙，罗 鹏，王福托

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 前言

巴塘水电站C2标工程左岸厂区边坡开挖开口线高程约2709m，依据工程分标安排本标段承担高程2669m以下170.5m高度的边坡开挖支护施工，导流洞、泄洪放空洞进水口边坡开挖支护高度134m，计有预应力锚索2935束。受地形条件、施工道路、材料运输、锚索成孔及施工安全等多因素限制，高边坡支护施工难度大，是制约边坡开挖施工的关键项目。由于左岸高边坡岩体破碎，条带状分布残积块碎石土，结构松散，节理裂隙发育特征大多为IV、V类岩体。在左岸高程2654m～2669m第四级边坡和高程2654m～2639m第五级边坡预应力锚索成孔过程中，由于因岩体破碎频繁出现管靴被打断、拔管时跟管被拔断等现象，造成锚索成孔效率低下且产生大量废孔，废孔率一度高达90%，导致预应力锚索施工进展缓慢，因此，解决预应力锚索成孔慢的问题成了左岸高边坡支护进度中的重点和难点。

目前，国内水电站高边坡支护预应力锚索施工早已成为常态，地质条件差、边坡岩体破碎等不良地质均会造成预应力锚索成孔困难，为确保成孔质量均采用固壁灌浆工艺。现有规范均未单独提及固壁灌浆的施工工艺以及固壁灌浆液的配比问题，只是参考水工建筑物水泥灌浆施工技术规范中固结灌浆工艺。由于固结灌浆注重加强岩石整体稳定性，而固壁灌浆主要服务于缩短成孔时间，两者目的不同，故而在固壁灌浆液配合比设计过程中应加强与施工现场的联系，本文就配制出满足预应力锚索造孔过程需求的固壁灌浆液快凝配合比展开试验。

2 原材料试验

(1)水泥采用本标段使用的散装P.O42.5水泥作为此次配比水泥，水泥所检各项指标均满足规范[1]对P.O42.5水泥的要求。

(2)骨料选用巴塘县国有资产砂石厂生产的天然砂，细度模数1.55，含泥量0.6%。细骨料所检项目均符合规范要求。

(4)速凝剂采用粉状速凝剂，水泥净浆初凝时间3′08″，终凝时间5′55″，水泥砂浆1d抗压强度11.2MPa，28d抗压强度比89%，所检指标满足速凝剂规程[2]的要求。

(5)膨胀剂采用Ⅰ型膨胀剂，水中7d限制膨胀率0.047%，空气中21d限制膨胀率-0.007%，7d抗压强度26.7MPa、28d抗压强度46.1MPa，所检指标满足膨胀剂规程的要求。

(6)早强剂凝结时间之差+10min，1d抗压强度比141%、3d抗压强度比134%、7d抗压强度比114%、28d抗压强度比104%，所检指标满足外加剂规程的要求。

(7)拌和水采用与制浆站同一水源的水，其中碱含量269.52mg/L，氯化物(以Cl-计)206.48mg/L，硫酸根离子含量266.61mg/L，检测结果符合施工规范[3]对水质的要求。

3 固壁灌浆液配合比设计

3.1 固壁灌浆液配合比设计要求

根据《金沙江上游巴塘水电站引水发电及导流泄洪系统工程》施工技术条款[4]、相关规范要求，结合现场施工需求，巴塘左岸边坡呈梯形开挖，无法随马道设立临时注浆站，导致注浆站距施工部位较远，管道过长，采用设计要求的灰砂比1∶1～1∶2注浆时经常性出现堵管，无法满足现场施工需求，结合实际情况调整灰砂率，固结灌浆液配合比设计要求见表1。

表1 喷射混凝土配合比设计要求

3.2 制定固壁灌浆液配合比试拌计划

根据不同外加剂的性能，结合施工所需制定固壁灌浆液配合比计划见表2。

表2 固壁灌浆液配合比试拌计划

3.3 固壁灌浆液配合比性能检测

为了验证固壁灌浆液配合比各品种外加剂掺量、组合方式对浆液性能的影响，通过室内试拌，检测浆液比重、流动度、3h泌水率、24h泌水、凝结时间、7d抗折抗压等性能，检测结果见表3。

我国官府文书中第一次正式采用“图书馆”一词的是《奏定大学堂章程》。光绪二十九年（1903年），清政府颁布由管学大臣张百熙主持制订的《奏定大学堂章程》。其中，规定“大学堂当附属图书馆一所，广罗中外古今图书，以资考证”，并规定主管人为“图书馆经理官”。

表3 固壁灌浆液配合比检测结果

根据表3检测结果分析得出：

(1)为了提高早期强度，在配比中加入早强剂，试验表明添加了早强剂的浆液7d强度均高于未掺加早强剂的浆液，随着水灰比的增大浆液7d抗折强度降低、7d抗压强度降低，3h泌水率比增大、24h泌水均完全吸收，凝结时间在增加不利于下一步扫孔工作的快速开展。

(2)为了缩短凝结时间，在配比中加入速凝剂，试验表明添加了速凝剂的浆液相比未掺加速凝剂的浆液凝结时间均有不同程度的缩短，但是在添加了早强剂的浆液中掺入速凝剂后，出现假凝现象，浆液失去流动性，再次搅拌后浆液具有流动性，但是流动性低。相较于未掺加速凝剂的浆液7d抗折抗压强度也是大幅度降低，随着水灰比的变大，损失越大。

(3)为了减少浆液收缩，在配比中加入膨胀剂，试验表明在不添加速凝剂时，添加了膨胀剂的浆液7d抗压强度、比重均高于未掺加膨胀剂的浆液，流动度、3h泌水率比、凝结时间低于未掺加膨胀剂的浆液；添加速凝剂时，添加了膨胀剂的浆液强度与未添加膨胀剂的浆液7d抗压强度基本一致无较大变化，比重均略高于未掺加膨胀剂的浆液，流动度、3h泌水率比、凝结时间低于未掺加膨胀剂的浆液。

(4)配比中减水剂的加入，满足配比要求的同时保持水灰比不变，降低用水量，减少胶凝材料用量、控制浆液收缩、有助于降低成本。

3.4 固壁灌浆液配合比确定

根据上述固结灌浆液配合比中浆液比重、流动度、3h泌水率、24h泌水吸收、凝结时间、7d抗折抗压强度等性能检测得出：

(1)在试验编号GJ①-3、GJ①-4、GJ②-3、GJ②-4、GJ③-3、GJ③-4中，0.4、0.45、0.50水灰比浆液7d强度、凝结时间均满足设计要求，但是无流动性，无法在现场进行使用；

(2)在试验编号GJ①-6、GJ②-6、GJ③-6中，0.4、0.45、0.5水灰比凝结时间均满足要求，0.4、0.45水灰比7d强度满足要求但是流动度均低于技术指标，0.5水灰比流动度满足要求但是7d强度却无法满足技术指标；

(3)在试验编号GJ①-1、GJ①-2、GJ②-1、GJ②-2、GJ③-1、GJ③-2中，0.4、0.45、0.50水灰比浆液7d抗压强度均高于其他外加剂组合7d抗压强度且满足设计要求，0.4水灰比流动度、凝结时间均不满足技术指标，0.45、0.50水灰比流动度均满足设计要求但是凝结时间均超出设计指标，0.5水灰比3h泌水率比远高于技术指标；

(4)在试验编号GJ①-5、GJ②-5、GJ③-5中，0.4、0.45、0.50水灰比浆液流动度、3h泌水率均符合技术指标，0.45、0.5水灰比凝结时间不满足设计要求、0.50水灰比7d抗压强度不符合设计要求。

据上述多种外加剂组合配置的浆液性能试验结果来看，其中大多都存在一项或多项结果无法满足技术指标的情况，唯有水灰比0.4时，掺了减水剂和速凝剂的浆液各项指标均满足设计及技术指标要求，故推荐锚索固壁灌浆快凝配合比见表4。

表4 锚索固壁灌浆快凝配合比

4 工程应用情况及效果

采用固壁灌浆液快凝配合比进行现场生产性试验，速凝剂在准备灌浆前1min～2min掺加，用黑旋风3SNS三缸泵进行固壁灌浆液拌制并搅拌均匀，孔内采用花眼钻杆旋喷法进行固壁，固壁过程中钻杆匀速转动，并沿孔内外方向来回移动，过程中连续制浆连续灌浆，保持灌浆的连续性。灌浆设备采用灌浆自动记录仪，注浆结束后，应立即清洗干净注浆设备、管路等。

固壁结束后开始待凝，在前期试验过程中发现由于孔内温度偏低，空气流通差，凝结时间过长超过18h，远远高于室内试验室时的7h，因此，为加快凝结时间，采用美国寿力750E中风压空压机通过花眼钻杆向孔内送风，缩短凝结时间，最终通过试验凝结时间最短可缩短至4.5h。待浆液凝结后进行扫孔，扫孔后再次进行钻孔，钻进过程中因岩层破碎、漏风、塌孔、卡钻而使裸钻无法进行时，再次进行固壁灌浆，反复多次直至达到设计深度成孔。

根据上述固壁灌浆液快凝配合比进行施工，大大加快了施工进度，减小了废孔率，同时提高成孔率普遍在90%以上，施工过程中对浆液相应性能进行检测，固壁灌浆液拌合物性能及力学性能检测结果分别见表5、表6，锚索固结灌浆液施工的左岸边坡见图1。

表5 固壁灌浆液拌合物性能检测结果

表6 固壁灌浆液力学性能检测结果

图1 锚索固结灌浆液施工的左岸边坡

5 结语

通过在左岸边坡锚索成孔过程中使用固壁灌浆液快凝配合比，在确保浆液质量的同时，解决了固壁灌浆液凝结时间长的问题，减少了开孔到终孔的时间，降低锚索施工进入下一道扫孔工序的时间间隔，从而提升了施工进度。在历次检查中，锚索施工质量、进度得到质监站、业主、监理的充分肯定，为巴塘水电站导截流目标的达成提供了保障。