全風(fēng)化花崗巖替代砂土材料灌漿應(yīng)用效益分析

劉 坪 林 飛2 賓 斌

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

全風(fēng)化花崗巖廣泛分布于我國的華東、華南以及中南地區(qū)，風(fēng)化殼深厚。風(fēng)化巖土體具有黏結(jié)力小、結(jié)構(gòu)松散、承載力低、液塑限高、抗變形穩(wěn)定性及水穩(wěn)性差等工程特性?；◢弾r風(fēng)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(zhì)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(shè)中，已有關(guān)于全風(fēng)化花崗巖巖土體改良后的應(yīng)用實(shí)例[2-3]，但在灌漿工程中，目前尚未能查詢到已公開的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)分享。本文介紹了在莽山水庫工程副壩防滲灌漿施工時(shí)，率先應(yīng)用全風(fēng)化花崗巖原巖顆粒替代須外購的中細(xì)砂及部分膨潤土作為灌漿材料的成功案例，替代應(yīng)用大大節(jié)省了施工材料成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，且最終施工效果經(jīng)檢驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。

1 工程概要

2 全風(fēng)化花崗巖材料應(yīng)用

2.1 材料優(yōu)化與應(yīng)用過程

生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)時(shí)，初始設(shè)計(jì)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(shí)，使用較濃一級配比仍須灌注大量的漿液，且有時(shí)仍難以起壓。此時(shí)為控制成本同時(shí)改善施工效果，須添加較粗的骨料顆粒并相應(yīng)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(kuò)散半徑和灌注量，避免無效灌漿造成材料浪費(fèi)。設(shè)計(jì)材料配合比為水∶水泥∶中細(xì)砂∶膨潤土∶外加劑=200∶100∶180∶120∶3，由于施工區(qū)所在地附近無合適的砂料廠，外購砂料運(yùn)距遠(yuǎn)代價(jià)較大，施工成本仍然較高。

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

表2 全風(fēng)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(fēng)化花崗巖主要組成成分中粒徑0.075～5mm的細(xì)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(nèi)的砂土體作為灌漿材料，先應(yīng)用在生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)中。添加全風(fēng)化花崗巖砂土后的水泥黏土砂石膏漿材料配比(質(zhì)量比)為水泥∶全風(fēng)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(yīng)用效果

添加全風(fēng)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(xì)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(xì)顆粒物質(zhì)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(fēng)化花崗巖產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓密效應(yīng)，降低全風(fēng)化花崗巖的孔隙率[5]。生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)后的鉆孔取芯和注水、壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，采用添加全風(fēng)化花崗巖砂土材料改進(jìn)后的漿液進(jìn)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(jīng)濟(jì)效益，因此后續(xù)防滲帷幕施工時(shí)主要采用改進(jìn)后的水泥黏土砂石膏漿作為灌漿材料。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 每立方米漿液成本分析

原設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)水泥黏土砂石膏漿的配合比為水∶水泥∶中細(xì)砂∶膨潤土∶外加劑=200∶100∶180∶120∶3；添加全風(fēng)化花崗巖砂土后的水泥黏土砂石膏漿配比為水∶水泥∶全風(fēng)化砂土∶膨潤土∶外加劑=200∶100∶200∶100∶3。

根據(jù)全風(fēng)化花崗巖取樣成分檢測結(jié)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(jù)此比例與添加外購砂料的水泥黏土砂石膏漿進(jìn)行材料用量和成本的對比計(jì)算。灌漿采用的水泥為P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，單價(jià)450元/t；膨潤土單價(jià)280元/t；外加劑單價(jià)4800元/t；施工區(qū)外購中細(xì)砂含運(yùn)單價(jià)為190元/m3，約合127元/t。依此進(jìn)行各情況下的每立方米漿液成本分析如下：

a.根據(jù)原設(shè)計(jì)較濃一級漿液配比計(jì)算，配制1m3漿液時(shí)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(yōu)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(xì)砂440kg、外加劑7.5kg，則1m3漿液成本為291.2元。

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

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，水泥黏土砂石膏漿采用外購砂料時(shí)漿液成本比水泥黏土膏漿低94.7元/m3，采用全風(fēng)化花崗巖砂土替代外購砂料時(shí)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(jì)算漿液體積時(shí)，細(xì)顆粒體積折合質(zhì)量的1/3，粗顆粒體積折合質(zhì)量的2/3。)

3.2 灌漿量節(jié)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(shè)計(jì)鉆孔115個(gè)，總孔深約4200m，灌漿處理深度約3600m。根據(jù)生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用水泥黏土膏漿進(jìn)行防滲處理時(shí)，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(jìn)行防滲處理，平均每米灌注量約為0.24m3，相比節(jié)省0.06m3每米。

如不進(jìn)行制漿材料優(yōu)化，則本工程需灌注漿液量至少應(yīng)為1080m3；而添加砂料后，計(jì)算灌注量應(yīng)為864m3左右，漿液擴(kuò)散半徑較為可控，減少了漿液重復(fù)劈裂的材料浪費(fèi)情況。根據(jù)最終完成的灌漿統(tǒng)計(jì)資料，工程實(shí)際施工灌注量為905.72m3，與生產(chǎn)性試驗(yàn)平均單耗計(jì)算灌注量接近，說明數(shù)據(jù)基本可靠，因此實(shí)際節(jié)省灌漿量至少174.28m3，工作量節(jié)省了16%以上。

3.3 灌漿材料總成本分析

綜合上述兩小節(jié)的分析結(jié)果，計(jì)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(jià)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(jià)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(fēng)化花崗巖砂土材料后，每立方米漿液單價(jià)為218.5元，灌漿量905.72m3，灌漿材料總成本為197899.82元。

表4 經(jīng)濟(jì)效益分析計(jì)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(jié)省153026.34元；采用全風(fēng)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(jié)省65845.84元，較濃配比的水泥黏土膏漿節(jié)省218872.18元，最高節(jié)省率超過50%。

4 結(jié) 語

在固定合同總價(jià)或固定每米單價(jià)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(jìn)，節(jié)省了16%以上的灌漿工作量，并進(jìn)一步尋求更優(yōu)的施工材料，經(jīng)過檢測分析就地取材，選用山脊全風(fēng)化花崗巖砂土替代本須外購的中細(xì)砂和部分膨潤土材料制漿，在配比改進(jìn)節(jié)省材料成本36.72%的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步節(jié)省成本24.96%，且最終施工效果通過第三方檢測，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防滲標(biāo)準(zhǔn)。本灌漿工程雖規(guī)模不大，但材料優(yōu)化所產(chǎn)生的資源節(jié)約和經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，可作為施工項(xiàng)目管理中較為典型的成本節(jié)約成功案例。