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

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

巴塘水電站C2標(biāo)工程左岸廠區(qū)邊坡開挖開口線位于2 709 m高程，依據(jù)工程分標(biāo)安排，該標(biāo)段承擔(dān)其2 669 m高程以下高度為170.5 m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)高度為134 m，計(jì)有預(yù)應(yīng)力錨索2 935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[1]。由于左岸高邊坡巖體破碎，呈條帶狀分布?xì)埛e塊碎石土，其結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理裂隙大多發(fā)育在Ⅳ、Ⅴ類巖體，在左岸高程2 654～2 669 m第四級(jí)邊坡和高程2 654～2 639 m第五級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索成孔過程中，因巖體破碎，頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致管靴被打斷、拔管時(shí)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，如何解決預(yù)應(yīng)力錨索成孔慢的問題已成為左岸高邊坡支護(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)條件均會(huì)造成預(yù)應(yīng)力錨索成孔困難，而為確保成孔質(zhì)量均采用固壁灌漿工藝。但現(xiàn)有規(guī)范均未單獨(dú)提及固壁灌漿施工工藝以及固壁灌漿液的配合比問題，只是參考水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范中的固結(jié)灌漿工藝。由于固結(jié)灌漿注重的是加強(qiáng)巖石的整體穩(wěn)定性，永久性地提高巖體承載能力[2]，而固壁灌漿主要服務(wù)于縮短成孔的時(shí)間，兩者目的不同，故應(yīng)在固壁灌漿液配合比設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)與施工現(xiàn)場的聯(lián)系。闡述了為配制出滿足預(yù)應(yīng)力錨索造孔過程需求的固壁灌漿液快凝配合比開展的試驗(yàn)。

2 固壁灌漿液配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料試驗(yàn)

(1)水泥采用該標(biāo)段使用的散裝P.O42.5水泥作為此次配合比試驗(yàn)用水泥，水泥所檢各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范[3]對(duì)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)為1.55，含泥量為0.6%。細(xì)骨料所檢項(xiàng)目均符合相關(guān)規(guī)范[4]要求。

(3)減水劑采用石家莊長安育才建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑，減水率為26.4%。其凝結(jié)時(shí)間之差：初凝時(shí)間為+30 min，終凝時(shí)間為+55 min。1 d抗壓強(qiáng)度比為181%，3 d抗壓強(qiáng)度比為168%，7 d抗壓強(qiáng)度比為156%，28 d抗壓強(qiáng)度比為142%,所檢指標(biāo)均滿足外加劑規(guī)程[5]的要求。

(4)速凝劑采用粉狀速凝劑，水泥凈漿初凝時(shí)間為3′08″，終凝時(shí)間為5′55″，水泥砂漿的1 d抗壓強(qiáng)度為11.2 MPa,28 d抗壓強(qiáng)度比為89%，所檢指標(biāo)滿足速凝劑規(guī)程[6]的要求。

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

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

(7)拌和水采用與制漿站同一水源的拌和用水，其堿含量為269.52 mg/L，氯化物(以Cl-計(jì))為206.48 mg/L，硫酸根離子含量為266.61 mg/L，檢測結(jié)果符合施工規(guī)范[7，8]對(duì)水質(zhì)的要求。

2.2 固壁灌漿液配合比設(shè)計(jì)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、相關(guān)規(guī)范要求并結(jié)合現(xiàn)場施工需求，巴塘水電站左岸邊坡呈梯形開挖，無法隨馬道設(shè)立臨時(shí)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(jì)要求的灰砂比(1∶1～1∶2)注漿時(shí)經(jīng)常性出現(xiàn)堵管而無法滿足現(xiàn)場施工需求。項(xiàng)目部技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整了灰砂率，所采用的噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)要求見表1。

表1 噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)要求表

2.3 制定固壁灌漿液配合比試拌計(jì)劃

根據(jù)不同外加劑的性能，結(jié)合施工所需制定出的固壁灌漿液配合比試拌計(jì)劃見表2。

2.4 固壁灌漿液配合比性能檢測

表2 固壁灌漿液配合比試拌計(jì)劃表

為驗(yàn)證固壁灌漿液配合比各品種外加劑摻量、組合方式對(duì)漿液性能檢測的影響，通過室內(nèi)試拌檢測了漿液比重、流動(dòng)度、3 h泌水率、24 h泌水吸收、凝結(jié)時(shí)間、7 d抗折抗壓等性能。固壁灌漿液配合比檢測結(jié)果見表3。

對(duì)表3中的檢測結(jié)果進(jìn)行分析得出：

(1)為了提高混凝土的早期強(qiáng)度，在配合比中加入了早強(qiáng)劑，試驗(yàn)結(jié)果表明：添加了早強(qiáng)劑的漿液其7 d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7 d抗折強(qiáng)度降低、7 d抗壓強(qiáng)度降低、3 h泌水率比增大、24 h泌水均完全吸收，凝結(jié)時(shí)間的延長不利于下一步掃孔工作的快速開展。

表3 固壁灌漿液配合比檢測結(jié)果表

(2)為了縮短凝結(jié)時(shí)間，在配合比中加入了速凝劑，試驗(yàn)結(jié)果表明：添加了速凝劑的漿液比未摻加速凝劑的漿液凝結(jié)時(shí)間均有不同程度的縮短，但在添加了早強(qiáng)劑的漿液中摻入速凝劑后出現(xiàn)了假凝現(xiàn)象，漿液失去流動(dòng)性，雖然再次攪拌后漿液具有流動(dòng)性，但其流動(dòng)性低。相較于未摻加速凝劑的漿液，其7 d抗折抗壓強(qiáng)度也呈大幅度降低，隨著水灰比的變大，其損失越大。

(3)為減少漿液收縮，在配合比中加入了膨脹劑，試驗(yàn)結(jié)果表明：在不添加速凝劑時(shí)，添加了膨脹劑的漿液7 d抗壓強(qiáng)度、比重均高于未摻加膨脹劑的漿液，流動(dòng)度、3 h泌水率比、凝結(jié)時(shí)間低于未摻加膨脹劑的漿液。添加速凝劑時(shí)，添加了膨脹劑的漿液強(qiáng)度與未添加膨脹劑的漿液其7 d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(dòng)度、3 h泌水率比、凝結(jié)時(shí)間低于未摻加膨脹劑的漿液。

(4)配合比中減水劑的加入在滿足配合比要求的同時(shí)保持了水灰比不變，降低了用水量，減少了膠凝材料的用量，控制了漿液收縮，有助于降低成本。

2.5 固壁灌漿液配合比的確定

在對(duì)上述固結(jié)灌漿液配合比中的漿液比重、流動(dòng)度、3 h泌水率、24 h泌水吸收、凝結(jié)時(shí)間、7 d抗折抗壓強(qiáng)度等性能進(jìn)行檢測得出：

(1)在試驗(yàn)編號(hào)GJ①-3、GJ①-4、GJ②-3、GJ②-4、GJ③-3、GJ③-4中，0.4、0.45、0.5水灰比漿液的7 d強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間均滿足設(shè)計(jì)要求，但其無流動(dòng)性，故無法在現(xiàn)場使用；

(2)在試驗(yàn)編號(hào)GJ①-6、GJ②-6、GJ③-6中，0.4、0.45、0.5水灰比的凝結(jié)時(shí)間均滿足要求，0.4、0.45水灰比的7 d強(qiáng)度滿足要求，但其流動(dòng)度均低于技術(shù)指標(biāo)；0.5水灰比的流動(dòng)度滿足要求，但其7 d強(qiáng)度無法滿足技術(shù)指標(biāo)；

(3)在試驗(yàn)編號(hào)GJ①-1、GJ①-2、GJ②-1、GJ②-2、GJ③-1、GJ③-2中，0.4、0.45、0.5水灰比漿液的7 d抗壓強(qiáng)度均高于其他外加劑組合7 d抗壓強(qiáng)度且滿足設(shè)計(jì)要求，0.4水灰比的流動(dòng)度、凝結(jié)時(shí)間均不滿足技術(shù)指標(biāo)，0.45、0.5水灰比的流動(dòng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，但其凝結(jié)時(shí)間均超出設(shè)計(jì)指標(biāo)，0.5水灰比3 h泌水率比遠(yuǎn)高于技術(shù)指標(biāo)；

(4)在試驗(yàn)編號(hào)GJ①-5、GJ②-5、GJ③-5中，0.4、0.45、0.5水灰比漿液流動(dòng)度、3 h泌水率均符合技術(shù)指標(biāo)，0.45、0.5水灰比的凝結(jié)時(shí)間不滿足設(shè)計(jì)要求、0.5水灰比的7 d抗壓強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)上述多種外加劑組合配置的漿液性能試驗(yàn)結(jié)果看，其中大多數(shù)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，唯有水灰比為0.4時(shí)，摻加了減水劑和速凝劑的漿液各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，故最終推薦的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表

3 工程應(yīng)用情況及取得的效果

采用固壁灌漿液快凝配合比進(jìn)行了現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)。速凝劑在準(zhǔn)備灌漿前1～2 min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固壁。固壁過程中，鉆桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并由孔外向孔內(nèi)/孔內(nèi)向孔外來回移動(dòng)，在該過程中連續(xù)制漿并連續(xù)灌漿以保持灌漿的連續(xù)性。灌漿設(shè)備配備了灌漿自動(dòng)記錄儀，灌漿結(jié)束后，應(yīng)立即清洗注漿設(shè)備、管路等直至干凈。

固壁結(jié)束后待凝。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(shí)間過長(超過18 h)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)試驗(yàn)室時(shí)的7 h。因此，為加快凝結(jié)時(shí)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)以縮短凝結(jié)時(shí)間，最終通過試驗(yàn)將凝結(jié)時(shí)間最短縮短至4.5 h。待漿液凝結(jié)后掃孔，掃孔后再次鉆孔，鉆進(jìn)過程中若因巖層破碎、漏風(fēng)、塌孔、卡鉆而使裸鉆無法進(jìn)行時(shí)再次進(jìn)行固壁灌漿，往復(fù)多次直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度成孔。

采用上述固壁灌漿液快凝配合比施工，大大加快了施工進(jìn)度，減小了廢孔率，同時(shí)普遍提高成孔率達(dá)90%以上。施工過程中，對(duì)漿液的相應(yīng)性能進(jìn)行了檢測，固壁灌漿液拌合物性能檢測情況見表5，固壁灌漿液力學(xué)性能檢測結(jié)果見表6，采用錨索固結(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表

表6 固壁灌漿液力學(xué)性能檢測表

圖1 錨索固結(jié)灌漿液施工的左岸邊坡示意圖

4 結(jié) 語

通過在巴塘水電站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(shí)，解決了固壁灌漿液凝結(jié)時(shí)間長的問題，減少了開孔至終孔的時(shí)間，降低了錨索施工進(jìn)入下一道掃孔工序的時(shí)間間隔，加快了施工進(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)的實(shí)現(xiàn)提供了保障。