高邊坡錨索固壁灌漿液快凝配合比試驗(yàn)及應(yīng)用

喬小龍，羅 鵬，王福托

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 前言

巴塘水電站C2標(biāo)工程左岸廠區(qū)邊坡開挖開口線高程約2709m，依據(jù)工程分標(biāo)安排本標(biāo)段承擔(dān)高程2669m以下170.5m高度的邊坡開挖支護(hù)施工，導(dǎo)流洞、泄洪放空洞進(jìn)水口邊坡開挖支護(hù)高度134m，計有預(yù)應(yīng)力錨索2935束。受地形條件、施工道路、材料運(yùn)輸、錨索成孔及施工安全等多因素限制，高邊坡支護(hù)施工難度大，是制約邊坡開挖施工的關(guān)鍵項(xiàng)目。由于左岸高邊坡巖體破碎，條帶狀分布?xì)埛e塊碎石土，結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理裂隙發(fā)育特征大多為IV、V類巖體。在左岸高程2654m～2669m第四級邊坡和高程2654m～2639m第五級邊坡預(yù)應(yīng)力錨索成孔過程中，由于因巖體破碎頻繁出現(xiàn)管靴被打斷、拔管時跟管被拔斷等現(xiàn)象，造成錨索成孔效率低下且產(chǎn)生大量廢孔，廢孔率一度高達(dá)90%，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索施工進(jìn)展緩慢，因此，解決預(yù)應(yīng)力錨索成孔慢的問題成了左岸高邊坡支護(hù)進(jìn)度中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前，國內(nèi)水電站高邊坡支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索施工早已成為常態(tài)，地質(zhì)條件差、邊坡巖體破碎等不良地質(zhì)均會造成預(yù)應(yīng)力錨索成孔困難，為確保成孔質(zhì)量均采用固壁灌漿工藝?，F(xiàn)有規(guī)范均未單獨(dú)提及固壁灌漿的施工工藝以及固壁灌漿液的配比問題，只是參考水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范中固結(jié)灌漿工藝。由于固結(jié)灌漿注重加強(qiáng)巖石整體穩(wěn)定性，而固壁灌漿主要服務(wù)于縮短成孔時間，兩者目的不同，故而在固壁灌漿液配合比設(shè)計過程中應(yīng)加強(qiáng)與施工現(xiàn)場的聯(lián)系，本文就配制出滿足預(yù)應(yīng)力錨索造孔過程需求的固壁灌漿液快凝配合比展開試驗(yàn)。

2 原材料試驗(yàn)

(1)水泥采用本標(biāo)段使用的散裝P.O42.5水泥作為此次配比水泥，水泥所檢各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范[1]對P.O42.5水泥的要求。

(2)骨料選用巴塘縣國有資產(chǎn)砂石廠生產(chǎn)的天然砂，細(xì)度模數(shù)1.55，含泥量0.6%。細(xì)骨料所檢項(xiàng)目均符合規(guī)范要求。

(4)速凝劑采用粉狀速凝劑，水泥凈漿初凝時間3′08″，終凝時間5′55″，水泥砂漿1d抗壓強(qiáng)度11.2MPa，28d抗壓強(qiáng)度比89%，所檢指標(biāo)滿足速凝劑規(guī)程[2]的要求。

(5)膨脹劑采用Ⅰ型膨脹劑，水中7d限制膨脹率0.047%，空氣中21d限制膨脹率-0.007%，7d抗壓強(qiáng)度26.7MPa、28d抗壓強(qiáng)度46.1MPa，所檢指標(biāo)滿足膨脹劑規(guī)程的要求。

(6)早強(qiáng)劑凝結(jié)時間之差+10min，1d抗壓強(qiáng)度比141%、3d抗壓強(qiáng)度比134%、7d抗壓強(qiáng)度比114%、28d抗壓強(qiáng)度比104%，所檢指標(biāo)滿足外加劑規(guī)程的要求。

(7)拌和水采用與制漿站同一水源的水，其中堿含量269.52mg/L，氯化物(以Cl-計)206.48mg/L，硫酸根離子含量266.61mg/L，檢測結(jié)果符合施工規(guī)范[3]對水質(zhì)的要求。

3 固壁灌漿液配合比設(shè)計

3.1 固壁灌漿液配合比設(shè)計要求

根據(jù)《金沙江上游巴塘水電站引水發(fā)電及導(dǎo)流泄洪系統(tǒng)工程》施工技術(shù)條款[4]、相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)場施工需求，巴塘左岸邊坡呈梯形開挖，無法隨馬道設(shè)立臨時注漿站，導(dǎo)致注漿站距施工部位較遠(yuǎn)，管道過長，采用設(shè)計要求的灰砂比1∶1～1∶2注漿時經(jīng)常性出現(xiàn)堵管，無法滿足現(xiàn)場施工需求，結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整灰砂率，固結(jié)灌漿液配合比設(shè)計要求見表1。

表1 噴射混凝土配合比設(shè)計要求

3.2 制定固壁灌漿液配合比試拌計劃

根據(jù)不同外加劑的性能，結(jié)合施工所需制定固壁灌漿液配合比計劃見表2。

表2 固壁灌漿液配合比試拌計劃

3.3 固壁灌漿液配合比性能檢測

為了驗(yàn)證固壁灌漿液配合比各品種外加劑摻量、組合方式對漿液性能的影響，通過室內(nèi)試拌，檢測漿液比重、流動度、3h泌水率、24h泌水、凝結(jié)時間、7d抗折抗壓等性能，檢測結(jié)果見表3。

我國官府文書中第一次正式采用“圖書館”一詞的是《奏定大學(xué)堂章程》。光緒二十九年（1903年），清政府頒布由管學(xué)大臣張百熙主持制訂的《奏定大學(xué)堂章程》。其中，規(guī)定“大學(xué)堂當(dāng)附屬圖書館一所，廣羅中外古今圖書，以資考證”，并規(guī)定主管人為“圖書館經(jīng)理官”。

表3 固壁灌漿液配合比檢測結(jié)果

根據(jù)表3檢測結(jié)果分析得出：

(1)為了提高早期強(qiáng)度，在配比中加入早強(qiáng)劑，試驗(yàn)表明添加了早強(qiáng)劑的漿液7d強(qiáng)度均高于未摻加早強(qiáng)劑的漿液，隨著水灰比的增大漿液7d抗折強(qiáng)度降低、7d抗壓強(qiáng)度降低，3h泌水率比增大、24h泌水均完全吸收，凝結(jié)時間在增加不利于下一步掃孔工作的快速開展。

(2)為了縮短凝結(jié)時間，在配比中加入速凝劑，試驗(yàn)表明添加了速凝劑的漿液相比未摻加速凝劑的漿液凝結(jié)時間均有不同程度的縮短，但是在添加了早強(qiáng)劑的漿液中摻入速凝劑后，出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，漿液失去流動性，再次攪拌后漿液具有流動性，但是流動性低。相較于未摻加速凝劑的漿液7d抗折抗壓強(qiáng)度也是大幅度降低，隨著水灰比的變大，損失越大。

(3)為了減少漿液收縮，在配比中加入膨脹劑，試驗(yàn)表明在不添加速凝劑時，添加了膨脹劑的漿液7d抗壓強(qiáng)度、比重均高于未摻加膨脹劑的漿液，流動度、3h泌水率比、凝結(jié)時間低于未摻加膨脹劑的漿液；添加速凝劑時，添加了膨脹劑的漿液強(qiáng)度與未添加膨脹劑的漿液7d抗壓強(qiáng)度基本一致無較大變化，比重均略高于未摻加膨脹劑的漿液，流動度、3h泌水率比、凝結(jié)時間低于未摻加膨脹劑的漿液。

(4)配比中減水劑的加入，滿足配比要求的同時保持水灰比不變，降低用水量，減少膠凝材料用量、控制漿液收縮、有助于降低成本。

3.4 固壁灌漿液配合比確定

根據(jù)上述固結(jié)灌漿液配合比中漿液比重、流動度、3h泌水率、24h泌水吸收、凝結(jié)時間、7d抗折抗壓強(qiáng)度等性能檢測得出：

(1)在試驗(yàn)編號GJ①-3、GJ①-4、GJ②-3、GJ②-4、GJ③-3、GJ③-4中，0.4、0.45、0.50水灰比漿液7d強(qiáng)度、凝結(jié)時間均滿足設(shè)計要求，但是無流動性，無法在現(xiàn)場進(jìn)行使用；

(2)在試驗(yàn)編號GJ①-6、GJ②-6、GJ③-6中，0.4、0.45、0.5水灰比凝結(jié)時間均滿足要求，0.4、0.45水灰比7d強(qiáng)度滿足要求但是流動度均低于技術(shù)指標(biāo)，0.5水灰比流動度滿足要求但是7d強(qiáng)度卻無法滿足技術(shù)指標(biāo)；

(3)在試驗(yàn)編號GJ①-1、GJ①-2、GJ②-1、GJ②-2、GJ③-1、GJ③-2中，0.4、0.45、0.50水灰比漿液7d抗壓強(qiáng)度均高于其他外加劑組合7d抗壓強(qiáng)度且滿足設(shè)計要求，0.4水灰比流動度、凝結(jié)時間均不滿足技術(shù)指標(biāo)，0.45、0.50水灰比流動度均滿足設(shè)計要求但是凝結(jié)時間均超出設(shè)計指標(biāo)，0.5水灰比3h泌水率比遠(yuǎn)高于技術(shù)指標(biāo)；

(4)在試驗(yàn)編號GJ①-5、GJ②-5、GJ③-5中，0.4、0.45、0.50水灰比漿液流動度、3h泌水率均符合技術(shù)指標(biāo)，0.45、0.5水灰比凝結(jié)時間不滿足設(shè)計要求、0.50水灰比7d抗壓強(qiáng)度不符合設(shè)計要求。

據(jù)上述多種外加劑組合配置的漿液性能試驗(yàn)結(jié)果來看，其中大多都存在一項(xiàng)或多項(xiàng)結(jié)果無法滿足技術(shù)指標(biāo)的情況，唯有水灰比0.4時，摻了減水劑和速凝劑的漿液各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計及技術(shù)指標(biāo)要求，故推薦錨索固壁灌漿快凝配合比見表4。

表4 錨索固壁灌漿快凝配合比

4 工程應(yīng)用情況及效果

采用固壁灌漿液快凝配合比進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)，速凝劑在準(zhǔn)備灌漿前1min～2min摻加，用黑旋風(fēng)3SNS三缸泵進(jìn)行固壁灌漿液拌制并攪拌均勻，孔內(nèi)采用花眼鉆桿旋噴法進(jìn)行固壁，固壁過程中鉆桿勻速轉(zhuǎn)動，并沿孔內(nèi)外方向來回移動，過程中連續(xù)制漿連續(xù)灌漿，保持灌漿的連續(xù)性。灌漿設(shè)備采用灌漿自動記錄儀，注漿結(jié)束后，應(yīng)立即清洗干凈注漿設(shè)備、管路等。

固壁結(jié)束后開始待凝，在前期試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)由于孔內(nèi)溫度偏低，空氣流通差，凝結(jié)時間過長超過18h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)試驗(yàn)室時的7h，因此，為加快凝結(jié)時間，采用美國壽力750E中風(fēng)壓空壓機(jī)通過花眼鉆桿向孔內(nèi)送風(fēng)，縮短凝結(jié)時間，最終通過試驗(yàn)?zāi)Y(jié)時間最短可縮短至4.5h。待漿液凝結(jié)后進(jìn)行掃孔，掃孔后再次進(jìn)行鉆孔，鉆進(jìn)過程中因巖層破碎、漏風(fēng)、塌孔、卡鉆而使裸鉆無法進(jìn)行時，再次進(jìn)行固壁灌漿，反復(fù)多次直至達(dá)到設(shè)計深度成孔。

根據(jù)上述固壁灌漿液快凝配合比進(jìn)行施工，大大加快了施工進(jìn)度，減小了廢孔率，同時提高成孔率普遍在90%以上，施工過程中對漿液相應(yīng)性能進(jìn)行檢測，固壁灌漿液拌合物性能及力學(xué)性能檢測結(jié)果分別見表5、表6，錨索固結(jié)灌漿液施工的左岸邊坡見圖1。

表5 固壁灌漿液拌合物性能檢測結(jié)果

表6 固壁灌漿液力學(xué)性能檢測結(jié)果

圖1 錨索固結(jié)灌漿液施工的左岸邊坡

5 結(jié)語

通過在左岸邊坡錨索成孔過程中使用固壁灌漿液快凝配合比，在確保漿液質(zhì)量的同時，解決了固壁灌漿液凝結(jié)時間長的問題，減少了開孔到終孔的時間，降低錨索施工進(jìn)入下一道掃孔工序的時間間隔，從而提升了施工進(jìn)度。在歷次檢查中，錨索施工質(zhì)量、進(jìn)度得到質(zhì)監(jiān)站、業(yè)主、監(jiān)理的充分肯定，為巴塘水電站導(dǎo)截流目標(biāo)的達(dá)成提供了保障。