双液灌浆在斜卡水电站帷幕灌浆中的应用

【摘 要】 双液灌浆以其减少浆液凝结时间及控制浆液扩散范围的性能，在斜卡水电站高寒地区宽大、贯通裂隙控制灌浆得到应用，效果明显，通过室内试验进行掺和比例比选，在现场对施工工艺进行改进、优化，最终得到应用及推广，并取得理想效果。

【关键词】 斜卡水电站 高寒地区 宽大贯通裂隙 双液灌浆 应用

1 前言

斜卡水电站地质条件复杂，尤其是右岸浅部贯通性裂隙极其发育，辅助帷幕耗浆量大、复灌次数多，考虑帷幕幕体耐久性，设计不允许采用水玻璃灌浆。为解决浆液凝结时间长，扩散过远的问题，通过现场探索与试验，对速凝剂进行比选，对灌浆施工工艺进行优化，最终确定采用速凝剂（2#外加剂）溶液与在孔口段喷射，与水泥浆液混合的双液灌注法，解决了浆液凝结时间与可泵时间等矛盾，浆液扩散范围得以有效控制，在斜卡电站高寒地区宽大、贯通裂隙辅助帷幕控制灌浆应用中取得理想效果。

2 概述

斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境内，是九龙河左岸支流踏卡河上规划的龙头水库电站。电站地处高寒地区，海拨3100多米，最低气温达到-15.6℃。坝址所在区域地质条件复杂，岩体卸荷强烈，强卸荷带内裂隙多张开；多因素组合导致右岸岩体卸荷后出现了不同程度的松驰、滑移、拉裂，并在局部表浅部发生了溃曲现象。

针对复杂的地质条件和宽大贯通裂隙灌浆的特性，通过现场帷幕灌浆试验，设计确定采用“辅助帷幕+主、副帷幕”的布孔方式，先采用低压力、限量灌注等控制性灌浆措施，进行边排辅助帷幕的施工，待形成相对封闭区域后，再采用较高压力的普通水泥灌浆进行主体帷幕施工，以起到围挤压的挤密作用，确保幕体质量。

3 施工中存在的问题

（1）地质条件复杂：斜卡水电站地质条件复杂，贯通性裂隙极其发育，特别是大坝右岸30～70m属于崩积坡、堆石体，贯通性裂隙极其发育，辅助帷幕孔灌注过程中，耗浆量大、复灌次数多；浆液扩散过远，造成不必要的浪费。

（2）环境温度低：电站地处雪域高原，冬季环境温度低，最低温度达到-15.6℃，昼夜温差大，普通水泥浆液凝结时间长，0.5：1浓浆凝结时间16～20h以上，大耗浆量孔段复灌次数多，反复复灌待凝造成人员设备闲置，施工进度缓慢。

4 室内实验成果

通过在水泥浆液中掺加多种速凝剂的室内对比试验，选取适合高寒、复杂地层帷幕灌浆施工及便于现场操作的2#外加剂，利用2#外加剂的速凝作用，解决凝结时间长及浆液扩散过远的问题，同时，利用2#外加剂与水泥混合后浆液的粘度时变性，使得可泵时间延长。

根据2#外加剂与水泥浆液凝结试验成果，结合现场施工工艺流程分析，选取两组适便于现场实施的混合比例1.5%、2.0%。

4.1 凝结时间

在相同养护条件下，2#外加剂掺加越大凝结时间越短，且初凝时间与终凝时间间隔越短。（见表1）

4.2 抗压强度

委托成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室进行浆液抗压强度检测，结果如表2：

与同比级普通水泥浆液相比，双液结石3d、7d、28d抗压强度均提高10%以上。

4.3 粘度

（1）采用2#外加剂掺加比例为1.5%时，浆液立即变稀，初始流动性好于普通水泥浆液，10～13min后浆液粘度增大，13～15min即可成为膏状，15～18min失去流动性，18～20min达到初凝状态。

（2）采用2#外加剂掺加比例为2%时，初始流动性好于普通水泥浆液，3～5min后浆液粘度增大，5～8min即可成为膏状，8～10min失去流动性，10～15min达到初凝状态。

掺加2#外加剂后的混合浆液，初始流动性较好，增加初期浆液的可灌性，中期为膏状体，后期强度迅速提高为塑性体硬塑性体的特点，适合宽大、贯通裂隙的控制性灌浆。

5 现场施工工艺改进与优化

双液灌浆法仅适合控制灌浆，双液灌浆前均按照技术要求逐级进行一次普通水泥浆液灌注，根据普通水泥浆液浓浆灌注情况决定是否进行双液灌浆。当普通浆液浓浆灌注时无返浆或灌浆压力小、流量大的孔段，达到设计待凝条件后，直接采用双液进行灌注，双液灌浆采用浓浆（0.5：1浆液）纯压式进行。

5.1 灌浆方式

灌浆采用纯压式、孔内混合双液灌浆法，利用两台灌浆泵，按照预先设定的比例，一台灌注纯水泥浆液，一台灌注外加剂溶液，使得两种浆液在孔内混合，通过对常规双液灌浆塞进行改进，利用水泥浆液与外加剂单独搅拌及高喷中定喷的原理，解决外加剂与水泥浆液混合不均匀的问题，改进后的双液灌浆塞如下图2所示。

5.2 外加剂溶液配制

双液灌浆灌注时需要将外加剂配制成溶液后，才能投入使用。2#外加剂溶液按照水：外加剂为9：1进行配制。待搅拌均匀后即可投入使用。

5.3 双液灌浆流量控制

（1）2#外加剂掺量的不同，将对浆液的凝结时间造成严重的影响，因此灌浆过程中应严格控制灌浆流量。

（2）采用2#外加剂掺加比例为2.0%时，水泥浆液的流量：2#外加剂的流量=28：6。

5.4 变浆原则

（1）采用双液灌浆时首先采用2#外加剂掺加比例为1.5%进行灌注；

（2）当采用2#外加剂掺加比例为1.5%时，0.5：1的浆液灌注量达到2000L时，仍无结束趋势，可更换下一比级，即采用2#外加剂掺加比例为2.0%进行灌注。

5.5 结束条件

当观测孔出现返浆或灌浆压力升高，则应停止双液法灌注，待凝4～6h后复灌纯水泥浆液。

5.6 双液灌浆法待凝条件

当采用双液灌浆法，单段0.5：1的浆液灌注量达到5000L时，仍无结束趋势，即可结束灌浆，采取待凝措施。根据前期试验成果，待凝时间按4～6h控制。

6 灌后检查

利用双液+普通水泥浆液复合灌浆对关门孔宽大、贯通裂隙封堵、填充；松弛拉裂、结构松散、部分细小裂隙、小断层，在中间排主、副帷幕普通水泥分序加密的灌浆原则下逐渐得到了充分的充填。根据已完成单元灌后检查压水试验成果分析，情况如表3所示。

已完成单元灌后检查共进行了490段压水试验，484段满足设计要求，最大透水率7.4Lu，合格率为98.78%，不合格段不集中，满足设计检测指标；各单元合格率为100%。说明双液灌浆在斜卡高寒地区宽大、贯通裂隙控制灌浆中是可行的。

7 方案优化前后对比

7.1 工期比较

采用双液灌浆后，减少了复灌次数及待凝时间，施工进度明显加快，整体工期提前3个月以上，挽回因工作面移交滞后，水泥供应不及时造成的工期滞后，确保施工总进度目标的实现。在项目部施工资源不变的情况下，采用双液灌注前，每天完成456m，采用双液灌注后，每天完成874m，其施工进度提升92%。

7.2 经济效益

根据灌浆成果统计，采用双液灌浆后，帷幕灌浆整体平均单位注灰量从1453.78Kg/m降至372.54Kg/m，降低了74.37%，有效的减少了复灌次数，避免浆液扩散较远造成浪费，直接为业主节约投资约2534万元。部分单元双液灌浆前、后平均单位注灰量对比见表4。

8 结论

鉴于2#外加剂与水泥浆液的双液灌浆具有宾汉流体的各向均质同性；同时浆液在流动过程中不沉淀、不析水；在一定浆液自重或灌浆压力、裂隙开度等条件下，沿水平、缓倾和陡倾结构面的扩散，初始流动性很好，初始距离较大，使得浆液有一定的扩散范围；浆液扩散一定时间后粘度变大，流动性降低，结构面内产生塞流，裂隙能够被快速充填，适合于灌注、充填、胶结开度较大、贯通性好、延伸长的结构面发育的岩体；不仅能够控制浆液在宽度、贯通裂隙中的扩散范围，而且对一定范围内的中小裂隙具有良好的可灌性，有效的减少投资，缩短灌浆工期等，适合高寒、贯通宽大裂隙控制性灌浆。鉴于斜卡水电站，地质条件非常复杂、环境恶劣，宽大、贯通裂隙发育，此施工工艺得到业主久隆公司一致好评并要求在灌浆中积极推广。