水庫(kù)壩基帷幕灌漿用水泥粉煤灰混合漿液性能分析

劉常新

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概述

隘口水庫(kù)位于重慶秀山土家族苗族自治區(qū)境內(nèi)，該水庫(kù)是一座以發(fā)電、防洪、灌溉兼顧的中型水庫(kù)，該水庫(kù)所處的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巖溶發(fā)育豐富，屬典型的喀斯特地貌。，大壩的防滲帷幕采用懸掛式帷幕，工程量為15萬(wàn)m3，由于灌漿的工作量較大、施工條件復(fù)雜、施工所耗時(shí)較長(zhǎng)，使得造價(jià)較高。為了有效降低工程造價(jià)，提高施工進(jìn)度，經(jīng)專(zhuān)家討論，可在該水庫(kù)壩基帷幕灌漿大耗漿孔段采用水泥粉煤灰混合漿液對(duì)其進(jìn)行灌漿處理，現(xiàn)對(duì)水泥粉煤灰混合漿液性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2 混合料配比試驗(yàn)

2.1 原材料選擇

在室內(nèi)試驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)擬采用的貴州松桃高力水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥和貴州大龍?zhí)斐缮a(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰進(jìn)行取樣試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表明兩者均符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 不同粉煤灰摻量對(duì)比試驗(yàn)

將原材料取樣，以粉煤灰摻量為0(純水泥漿)、30%、40%、50%，分別配制水膠比為0.5∶1、0.6∶1、0.7∶1、0.8∶1的水泥粉煤灰漿液共16組，水泥粉煤灰漿液試拌方案表，見(jiàn)表1。

表1 水泥粉煤灰漿液試拌方案表

根據(jù)表1所擬定的方案進(jìn)行試拌，并對(duì)水泥粉煤灰漿液性能指標(biāo)及硬化后的結(jié)石密度、結(jié)石強(qiáng)度、彈性模量、耐久性指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。各漿液比級(jí)摻不同粉煤灰量時(shí)的性能成果，見(jiàn)表2。

表2 各漿液比級(jí)摻不同粉煤灰量時(shí)的性能成果表

根據(jù)以上試驗(yàn)資料分析可知：①漿液的密度隨粉煤灰摻量的增加而降低；②漿液的析水率隨粉煤灰摻量的增加而增大；③漿液的流動(dòng)性隨粉煤灰摻量的增加，初始黏度(s)減小，流動(dòng)性增大；④漿液的凝結(jié)時(shí)間隨粉煤灰摻量的增加而延長(zhǎng)；⑤在水灰比和齡期相同的情況下，漿液的結(jié)石強(qiáng)度和水膠比與粉煤灰摻量成反比。

2.3 推薦配比

根據(jù)該工程所用原材料、試驗(yàn)成果并結(jié)合施工的可灌性以及其它工程應(yīng)用實(shí)例，本著保證質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)合理又便于施工的原則，現(xiàn)推薦兩種合適本工程的配合比：水膠比0.6:1，粉煤灰摻量為30%；水膠比0.7:1，粉煤灰摻量為30%。該兩種配合比漿液的拌合物性能滿(mǎn)足了該工程灌漿材料所要求的低析水率、較好的穩(wěn)定性、良好的流動(dòng)性；硬化后的性能滿(mǎn)足了較高的結(jié)石強(qiáng)度、良好的防滲性能等指標(biāo)。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在強(qiáng)巖溶發(fā)育地層段右下廊道選取一個(gè)帷幕灌漿單元采用水泥粉煤灰混合漿液進(jìn)行灌注，該單元帷幕灌漿孔布設(shè)二排孔，最大孔深為約201m，共20個(gè)孔，均為鉛直孔。

3.1 灌漿施工順序

先導(dǎo)孔施工→抬動(dòng)觀(guān)測(cè)埋設(shè)→帷幕Ⅰ序孔鉆灌→帷幕Ⅱ序孔鉆灌→帷幕Ⅲ序鉆灌→檢查孔孔芯、單點(diǎn)法壓水檢查→灌后彈性波和動(dòng)彈性模量測(cè)試及孔壁錄像→檢查孔耐久性壓水試驗(yàn)(壓水時(shí)間持續(xù)72h)。

3.2 灌漿施工工藝

1)鉆孔。采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)清水回轉(zhuǎn)鉆孔，金剛石鉆頭配合巖芯管鉆進(jìn)取芯。終孔偏斜率符合規(guī)范要求[1-2]。

2)漿液配置和輸送。漿液配置采用集中制漿系統(tǒng)統(tǒng)一配置和輸送。

為了有效解決證書(shū)造假的情況，可以從以下幾方面著手：①相關(guān)部門(mén)做好許可證書(shū)比對(duì)工作。對(duì)已發(fā)證檔案進(jìn)行查閱，根據(jù)工程建設(shè)許可證書(shū)進(jìn)行真?zhèn)闻袛嗪丸b別。②發(fā)現(xiàn)證書(shū)造假或相關(guān)部門(mén)并未對(duì)證書(shū)留檔，需要將證書(shū)及有關(guān)資料一并移交司法鑒定機(jī)構(gòu)。③有關(guān)人員必須不斷提升自身的專(zhuān)業(yè)水平，尤其是提高對(duì)集體土地相關(guān)知識(shí)的掌握，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高法律認(rèn)識(shí)，對(duì)虛假證書(shū)做到快速辨別。

3)灌漿。灌漿的過(guò)程中采用先下游，后上游的順序。確定最大的灌漿壓力不超過(guò)3.5MPa，長(zhǎng)度為5m以?xún)?nèi)。在該段最大灌漿壓力下，注入率<1L/min，延續(xù)灌注60min[3]。根據(jù)上文試驗(yàn)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選用水膠比為0.7:1，0.6:1的配比進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，防滲帷幕灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)推薦施工漿液配合比，見(jiàn)表3。

表3 防滲帷幕灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)推薦施工漿液配合比

3.3 灌漿成果分析

3.3.1 灌漿前后壓水透水率對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析

進(jìn)行試驗(yàn)段施灌前的物探孔各段壓水?dāng)?shù)據(jù)和灌后檢查孔壓水結(jié)果統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)單元灌漿前后壓水透水率成果統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)單元灌漿前后壓水透水率成果統(tǒng)計(jì)表

從表4可知，在灌漿前所有段數(shù)的透水率都>5Lu，在灌漿后所有段數(shù)的透水率都<5Lu。表明灌漿對(duì)于透水率的影響明顯，可減低透水率。

3.3.2 耐久性壓水試驗(yàn)分析

對(duì)J2檢查孔進(jìn)行檢查后，進(jìn)行耐久性壓水試驗(yàn)，壓力為3.5MPa，而且持續(xù)壓水72h均為出現(xiàn)任何異常，表明耐久性能滿(mǎn)足試驗(yàn)研究。

根據(jù)試驗(yàn)單元灌漿原始漿的注入量數(shù)據(jù)(水泥+粉煤灰)，按分排分序統(tǒng)計(jì)單位注入灰量的區(qū)間段次及其頻率，統(tǒng)計(jì)0.7∶1、0.6∶1(水膠比)注入灰量及其占總注入量的比例，試驗(yàn)單元注入灰量統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)表5。

表5 試驗(yàn)單元注入灰量統(tǒng)計(jì)表

表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明：

1)下游排注入量高于上游排，各排中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注入量依次呈遞減規(guī)律，說(shuō)明漿液的可灌性較好，符合灌漿規(guī)律。

2)該單元注入灰量以0.7∶1的漿液為主(占67%)，在下游排的Ⅰ序孔，0.6∶1的漿液注入量占(43.2%)，以后Ⅱ、Ⅲ序和上游排Ⅰ、Ⅱ序明顯遞減，上游排Ⅲ序孔基本沒(méi)有0.6∶1的漿液注入。

3)該單元注入灰量在100kg/m的占18.3%，200kg/m-1000kg/m的占25.6%，其余區(qū)間注入較少，可看出水泥粉煤灰漿液在強(qiáng)巖溶地層可灌性的分布特點(diǎn)。

從灌漿前后的壓水試驗(yàn)透水率、耐久性壓水試驗(yàn)、試驗(yàn)單元的注入量的統(tǒng)計(jì)分析，說(shuō)明采用摻30%粉煤灰的漿液配比和灌注工藝均可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)防滲要求。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

摻入一定量的水泥粉煤灰后的混合漿液，其漿液成本分析表，見(jiàn)表6。

表6 漿液成本分析表

從表6可以看出，每灌注1m30.7∶1的水泥粉煤灰漿液可節(jié)約漿液成本58.69元，灌注1m30.6∶1的水泥粉煤灰漿液可節(jié)約漿液成本71.18元。整個(gè)水庫(kù)基礎(chǔ)防滲帷幕工程注入0.7∶1和0.6∶1的水泥粉煤灰漿液分別為4.55萬(wàn)m3和2.81萬(wàn)m3，總共可節(jié)約成本467.05萬(wàn)元以上。

5 結(jié) 語(yǔ)

在強(qiáng)巖溶發(fā)育地層中，采用水泥粉煤灰混合漿液，進(jìn)行大規(guī)模防滲灌漿可行的，既能保證工程質(zhì)量，又能降低工程成本，減少環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。