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对基础灌浆工程的一些认识与思考
陈珙新

我是从接受再教育的年代,以钻探灌浆工人的身份开始从事基础灌浆工程这一行当的,这一干就是一辈子。在若干工程的基础灌浆施工—试验—设计研究中,逐步认识到:采用化学浆液治理和改造岩土基础的疑难问题,使之达到设计要求,是必不可少的;基础灌浆工程还有不少问题需要我们去研究解决。
1 关于化学灌浆
(1)以三峡工程为例,工程开工后,三峡工程开发总公司安排了大型的基础灌浆现场试验,长江委设计院组织了专门人员负责试验研究工作。大量的地勘资料显示,三峡工程具有“上帝赐予的优良地基”,试验计划中未预列化学灌浆现场试验研究的具体项目,仅以水泥和超细水泥作为试验的基本浆材。但在实际施工过程中却遇上了性状很差的断层破碎带,尽管我们在水泥浆的细度及粘度等方面下了很大功夫,甚至采用了价格很高的新型水泥浆材—改性灌浆水泥,仍然未能解决灌浆过程中的可灌性差、失水回浓等问题。无论是固结或帷幕灌浆都不能满足设计要求,因而又针对断层破碎带进行旨在改善基础力学指标和降低透水率及提高帷幕体渗透稳定性,大型水泥/化学复合灌浆现场试验研究,最终圆满的解决了三峡工程大坝和船闸基础疑难问题。实践证明,水泥与改性环氧树脂浆液(cw),高压复合灌浆能使夹有大量豆腐渣状的糜棱岩和疏松、半疏松物的断层破碎带的变形模量由0.2GPa提高到8GPa以上,透水率由q>7Lu降低到q≤0.06Lu,声波测试值提高了15%,三峡工程F215、f1096、f548、f1050等多个断层采用水泥/化学复合灌浆技术,均获得了理想的效果,其中F215断层现场试验被专家评审为具有“国际先进”水平。永久船闸南五阀门井f1096断层,水泥/化学复合灌浆,水泥灌浆钻灌进尺4950m、cw环氧树脂灌浆钻灌进尺3410m。为永久船闸如期通航创造了条件,获得了省部级“科技进步奖”。永久船闸主帷幕线上的f1050断层部位,灌后尽管透水率q≤1Lu,但检查孔取芯和孔内电视却表明水泥灌浆后该部位仍呈疏松状态,经补充灌注cw环氧树脂浆液后,确保了幕体的渗透稳定性。
三峡工程基础帷幕灌浆防渗标准q≤1Lu,基本上采用湿磨水泥浆灌注,但对于微细裂隙发育、检查孔压水达不到设计防渗的标准部位,透水率大吸浆交小的部位,幕后扬压力偏高的部位,还有坝基全强风化不能挖除、水泥浆无法灌入的部位,都经丙烯酸盐化学灌浆达到了设计防渗标准。工程实践证明,丙烯酸盐浆液粘度小(接近水)不含颗粒成分,可以灌入细微裂隙,凝胶时间可控制,凝胶的渗透系数低,抗挤能力强等优点,现已研制出第二代实际无毒的配方(AC—II),是一种很理想的环保型防渗灌浆材料。
(2)湖南省江垭水电站大坝7、8坝段坝基溶蚀带,历经普通水泥、超细水泥、改性灌浆水泥等数年多次灌浆,透水率(q)仍大于1Lu,最大达到5.1Lu,最大漏水压力达到0.5MPa,最大涌水流量Q=26L/min。为解决水库已蓄水至水头90余米、溶蚀带存在着压力涌水条件的基础防渗问题,一直未找出一个有效的处理方案。为此有关部门组织了专家进行咨询,我们根据三峡工程水泥/化学复合灌浆的经验,提出了采用复合灌浆的方案,解决江垭大坝坝基7、8坝段高水头、高渗压大涌水条件下的溶蚀带技术防渗帷幕灌浆疑难问题。经小型水泥/cw浆液生产性试验后,在较短的施工期内,成功的完成了困扰该工程的卡关项目任务,经检查孔取芯压水,全面满足了设计要求,透水率为0.172Lu~0.616Lu,芯样中cw浆材充填密实、饱满,并于当年顺利通过了工程验收。
2 近几年来,我有幸参加多个水电工程的技术咨询或评审工作
国家水电建设大发展,西部、西南部相继开工了很多大中型水电工程,有些是当今世界第一大或第一流的工程,遇到了一些较大的基础地质问题,需认真研究,慎重处理,现仅粗略的列举以下几个工程实例:
(1)在建的当今世界第一高薄拱坝—锦屏一级拱坝,左坝肩
却遇上了较大范围、相当规模的煌斑岩脉和大断层,对拱坝受力条件极为不利,成为了该工程关键性的技术难题,不仅洞挖及混凝土回填和锚筋锚索量大,而且还必须进行数十万米的固结灌浆,除采用水泥浆外,还必须进行水泥/化学复合灌浆。
(2)建于强地震区的大岗山高拱坝,坝基存在着大范围的灰
绿岩脉,具有遇水软化弱点,直接影响着大坝承载能力和应力状态,坝基设计了相当数量的传力柱和阻滑键(洞挖并回填混凝土),还必须进行大规模的固结灌浆,两次固结灌浆和一次大型的帷幕灌浆试验表明,除采用超细水泥灌浆外,尚必须进行水泥/化学复合灌浆,以满足工程基础承载力及应力要求和防渗及渗透稳定性要求。
(3)向家坝工程坝基岩层较平缓,分布有软弱夹层及零煤块,特别令人头痛的是坝基中存在着较大规模的挠曲破碎带,具有遇水崩解的问题,能否处理好将直接影响大坝的安全稳定和防渗效能,固结灌浆不仅工程量大、孔深、钻灌难度大、成本高,其效果如何尚待验证,该部位的帷幕灌浆经专家咨询,提出了以防渗墙取代之。
(4)锦屏二级引水洞施工中遭遇到大压力大水量的涌水和岩爆问题,还有洞周近百万米计的固结灌浆。
3 几个值得认真探讨研究的问题
(1) 深覆盖层的防渗问题,水电基础局已经打出了154米的深墙,目前在西藏旁多施工的防渗墙深度更大,深墙施工中的小墙和接头问题都有一定的难度。无论围堰或坝基墙体材料,有采用高强混凝土(C40-C45)也有用塑性混凝土的,到底何种材料配比恰当,值得研究。
(2)固结灌浆,孔深量大,钻孔设备的选定不仅影响功效,而且直接影响工程质量,溪洛渡工程当初基础固结灌浆钻孔施工就曾经经历了一段曲折。
在固结灌浆施工水灰比问题上,已经有适合我国灌浆工艺和质量要求的成熟的经验,而且历经几十年实践成功验证,并有规范可循,现行水泥灌浆规范是几代人数次修改完善形成的,并且还在修改完善之中。但是近几年来却有人套用国外的理论计算公式、片面的室内试验资料,把水泥浆自然沉淀与有压滤条件下的结石强度混为一团,误认为只有浓水泥浆灌浆才能获得高的水泥结石强度,因此一味强求一些工程固结灌浆施工以浓浆(0.8:1或0.6:1甚至0.35:1)或采用单一浓浆配比灌注,造成了有的工程在孔距缩小到0.75m的情况下仍然达不到设计要求。拨乱反正,经按规范要求的水灰比返工后方才达到合格标准。试问没有一定的可灌性,哪里谈的上增大强度!规范是科学和经验的总结,是同行的共识,必须维护其严肃性。
此外,有些工程的水泥/化学复合灌浆中采用的改性环氧树脂浆液掺有过多的稀释剂,成本低了可灌性提高了,环氧主剂却越掺越少,其结果就是环氧树脂强度和粘接强度值大为降低,使复合灌浆的效果大打折扣,这是一个值得关注的问题。
(3)帷幕灌浆,相继出现了170米左右的深孔和帷幕灌浆深度范围内高温地下水及侵蚀性问题,这也是一个要认真对待的问题。在采用干磨细水泥或湿磨细水泥问题上尚有不同看法。实践证明,有些基岩仅用细水泥浆是无法达到设计防渗要求的,必须采用丙烯酸盐化学浆液。此种浆材,目前国内已经开发出了第二代—AC—II,实际无毒,其防渗性、强度值、弹性、微膨胀指标均较第一代丙烯酸盐有较大的改善。从丹江口加高工程对原帷幕灌浆进行钻孔检查情况看,取芯中丙凝结石经过几十年的运行考验,其稳定耐久性优于水泥结石,该工程项目,现正在采用细水泥和AC—II进行帷幕补强灌浆施工。


[发布日期:2010/12/10] [关闭窗口]