化学灌浆在抗震救灾应急工程中的应用

张良秀  肖恩尚  王黎  韩立强
(中国水电基础局有限公司  天津  301700)
 
摘要:本文介绍了为保证位于四川汶川特大地震带的某建筑物的安全和保护环境,化学灌浆在抗震应急抢险工程中的应用。施工质量表明为灾后应急,在复杂地基处理中,必须采用非常规手段,才能满足各项经济技术指标的要求。
关键词:抗震救灾  水泥—化学复合灌浆  复杂地基  应急工程

1  工程概况

2008年5月12日,四川汶川发生了里氏8.0级特大地震,震中烈度达10度以上,震中及周边地区震灾十分严重,人民生命财产遭受巨大损失,基础设施受到严重破坏。
为保证位于这次强地震带的某重要建筑物的安全和保护环境,防止发生次生灾害的风险,根据现场抗震抢险救灾指挥部应急会议精神,拟在该区建设封闭的安全屏障坝,主要包括抗震防渗墙和防渗帷幕。
因为抢险工作刻不容缓,工期紧、任务重,根据中央有关部委的要求,指定该项重要工程的设计与施工任务由中国水电基础局有限公司在2008年底前务必完成。

工程地质条件

施工区内覆盖层一般厚6~15m,局部可达27m, 结构复杂,均一性较差。根据勘探孔揭露的资料来分析,由上至下大致可分为四层。第一层:素填土层,厚度变化较大,一般厚2~9m。第二层:含粘性土碎石层,一般厚3~14m。第三层:强风化页岩,一般厚1~4m。第四层:中等风化页岩,一般厚4~19m,局部厚度可达28m。第五层:微风化页岩,主要由粘土矿物组成,泥质结构,泥钙质胶结,层状构造,裂隙少数微张,多闭合或有钙质充填,裂隙面光滑,岩芯
 
3  工程设计

3.1  构筑物组成

安全屏障体系由混凝土防渗墙、灌浆帷幕和降水系统组成。根据不同部位的防渗要求,灌浆帷幕又分为四种类型:(1)覆盖层水泥灌浆帷幕;(2)覆盖层化学灌浆帷幕;(3)基岩水泥灌浆帷幕;(4)基岩化学灌浆帷幕。

3.2  灌浆帷幕主要设计技术指标

(1)帷幕灌浆共布设三排孔,排距0.8m,孔距1.5m,三排孔呈梅花形布置,其中两边排孔为水泥灌浆;中间排EL513m以上为水泥灌浆,H1-H2临河侧为全孔化学灌浆,H1-H2临山侧覆盖层为化学灌浆、基岩为水泥灌浆;
(2)帷幕灌浆深度控制:临河一侧(轴线长294.95m)水泥灌浆帷幕深度达到466m高程,化学灌浆帷幕达到468m高程;临山体一侧(轴线长286.63m)水泥灌浆帷幕深度达到476m高程,化学灌浆帷幕底端至强风化岩和中风化岩交界面上;
(3)帷幕灌浆检查孔压水试验合格标准为:EL513m以上渗透系数小于10-4cm/s,有化学灌浆的部位q≤1Lu,无化学灌浆的部位q≤3Lu;
(4)灌浆材料:灌浆用水泥的强度等级为42.5;化学灌浆采用 JX系列改性环氧浆材;
(5)灌浆段长与灌浆压力:
 
3—1                   墙下帷幕灌浆段长与压力
·
第一段
第二段
第三段
以下各段
段长(m)
压力(MPa)
段长(m)
压力(MPa)
段长(m)
压力(MPa)
段长(m)
压力(MPa)
外排水泥灌浆
2
1.5
5
2
5
2.5
5
2.5
中排化学灌浆
2
0.5
5
1
5
1.5
5
1.5
内排水泥灌浆
1
1
2
1.5
5
2
5
2.5
 
 
 
3—2                  无墙部位帷幕灌浆段与压力
部   位
第一段
第二段
第三段
以下各段
段长(m)
压力(MPa)
段长(m)
压力(MPa)
段长(m)
压力(MPa)
段长(m)
压力(MPa)
水泥
灌浆
2
0.2
5
0.3
5
0.5
5
0.5
化学
灌浆
2
0.1
5
0.2
5
0.3
5
0.3
水泥
灌浆
2
1.5
5
2
5
2.5
5
2.5
化学
灌浆
2
0.5
5
1
5
1.5
5
1.5
 

4  化学灌浆

4.1  化学灌浆试验

由于工期紧迫,本工程不能进行专门的化学灌浆现场试验。在水泥灌浆结束后,选择该区域中间排的五个化学灌浆孔进行生产性化学灌浆试验。
通过生产性试验得出如下主要结论:
(1)选择的化学灌浆工艺参数基本合理;
(2)本次化学灌浆所选用的JX-1和JX-3两种浆液的配比是适宜的,其技术指标、制备方法等适合本工程;
(3)根据本次试验的工效考虑,施工现场总投入50台JD400/6.3化学灌浆泵、25台化学灌浆二次搅拌机、50台电子称等主要化学灌浆设备(不包括钻孔、水泥灌浆和化学浆液制浆设备)是能够满足施工进度要求的。

4.2  化学灌浆施工

4.2.1  化灌前的水泥灌浆

为了避免化学浆材在灌浆时发生集中渗流漏失,充分发挥其均匀渗透的特性,保证化学灌浆的效果;同时减少化学浆材用量,节约成本,拟定覆盖层各化学灌浆段和灌前压水透水率大于5Lu的基岩化学灌浆段在进行化学灌浆前,先进行水灰比3:1的水泥灌浆。水泥灌浆采用“孔口封闭、孔内循环、自上而下”灌浆法施工。

4.2.2  覆盖层化学灌浆施工

(1) 施工工艺
覆盖层化学灌浆采用孔口封闭、自上而下分段、纯压式灌浆法施工。
灌浆孔分三序进行施工,先施工Ⅰ序孔、后施工Ⅱ序孔,最后施工Ⅲ序孔。灌浆段长度划分与采用的化学灌浆压力,见表3-1、表3-2。
(2) 化学灌浆浆液配比
覆盖层化学灌浆采用JX-1浆液。浆液的凝结时间根据现场实际情况酌情调整。
(3) 化学灌浆结束条件
当灌浆满足下列条件之一时,即可结束灌浆:
①在设计灌浆压力下,注入率小于或等于0.02L/min.m后持续灌浆60min;
②在设计灌浆压力下,连续灌浆达20h;
③孔段注入量达到100L/m。

4.2.3  基岩化学灌浆施工

(1)施工工艺
为加快施工进度,基岩部分化学灌浆采用孔内卡塞、自下而上、分段纯压式的施工工艺。
灌浆孔分三序进行施工,先施工Ⅰ序孔、后施工Ⅱ序孔,最后施工Ⅲ序孔。灌浆段长度划分与采用的化学灌浆压力,见表3-1、表3-2。
(2)化学灌浆浆液配比
基岩化学灌浆采用JX-3浆液。浆液的凝结时间根据现场实际情况酌情调整。
(3)化学灌浆结束标准
要求与覆盖层化学灌浆相同。

4.2.4  锚筋

为加强无墙部位防渗体的稳定性,布置防震锚筋,即封孔灌浆前向孔内插入9m长的φ28螺纹钢作为防震锚筋,锚筋在孔口管内3m,孔口管以下6m,在封孔灌浆时与孔口管铸为一体。锚筋下设前,在筋体的上部和中段焊设定位筋,用钻杆压入指定位置。

5  完成的主要工程量

安全屏障坝工程实际完成的主要工程量见表5-1。
 
5-1            安全屏障坝工程实际完成的主要工程量表
编号
项目名称
单位
工程量
砼防渗墙工程
 
 
1.1
防渗墙混凝土浇筑
m3
1626.37
1.2
防渗墙中预埋灌浆管
m
2019.18
帷幕灌浆工程
 
 
2.1
水泥灌浆(覆盖层)
m
11797.84
2.2
水泥灌浆(岩石层)
m
30176.36
2.3
化学灌浆(覆盖层)
m
3737.44
2.4
化学灌浆(岩石层)
m
6256.01
质量检查
 
 
3.1
压水试验
试段
993
 

6  灌浆成果分析

6.1  帷幕灌浆分序单位注入量变化情况

(1)水泥灌浆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位平均注灰量分别为562.49 kg/m、348.83kg/m、175.96 kg/m,单位注灰量平均值344.99 kg/m。
(2)化学灌浆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位平均注浆量分别为74.5kg/m、71.0kg/m、66.8 kg/m,单位注浆量平均值69.76kg/m。
从上述分序单位注入量的变化情况来看,帷幕灌浆随着灌浆孔序的增加,单耗呈明显的递减趋势,符合正常的灌浆规律。
本工程局部部位出现单位注浆量并没有按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序逐级递减的趋势的原因:
(1)地质条件原因。根据地质钻探资料揭露,覆盖层中含粘性土碎石层中存在孤石群,孤石最大粒径可达2m,且分布极不均匀,这样就可能导致部分Ⅰ序孔在灌浆过程中,受渗透通道的限制,浆液并不能在地层中均匀扩散,从而导致局部部位Ⅰ序孔单位注灰量较小;
(2)地震原因。据不完全统计,在进行帷幕灌浆施工过程中共发生余震100余次,其中震中位于施工区附近的余震达35次,震级最高达6.0级。地震对已灌注完成的帷幕具有较大的破坏性,并形成新的渗漏通道,从而导致局部位置的单位注灰量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序无逐级递减的趋势。

6.2  帷幕灌浆前透水率变化情况

(1)水泥灌浆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌前透水率平均值分别为48.32Lu、33.66Lu、19.95Lu,透水率平均值34.15Lu。
(2)化学灌浆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔灌前透水率平均值分别为17.86Lu、12.56Lu、5.14Lu,透水率平均值11.85Lu。
上述统计数据表明,帷幕灌浆随着灌浆孔序的增加,透水率呈明显的递减趋势,符合正常的灌浆规律。

6.3  帷幕灌浆施工质量检查

帷幕灌浆质量检查主要通过检查孔取芯和压水试验进行,本工程共完成了117个帷幕灌浆检查孔施工,压水试验993试段,检查孔压水试验结果均满足设计技术要求,灌浆质量优良。

7  结语

(1)应用水泥-化学复合灌浆技术成功地解决了地震灾害后重要建筑物的应急处理,有效的避免了发生次生灾害和环境污染。
(2)针对复杂地基基础工程的抗震救灾应急处理,必须采取特殊的工艺措施、浆液配比和非常规的灌浆参数,方能满足工程的具体要求。
(3)承担抗震救灾应急工程,工期紧、任务重,因此施工单位必须有较强的技术经济实力,才能在灾后第一时间迅速组织足够的人员、设备、物资、材料到达现场,并在要求的期限内保质保量完成预定的任务。
(4)对灾后应急、修复工程应进一步加强研究,做好技术储备,打造出一支强有力的抗震救灾队伍。
 
参考文献
[1]蒋硕忠,汪在芹.科技创新与我国的化学灌浆[J].科技创新与化学灌浆,2008(8).
[2]张良秀.化学灌浆在复杂地基基础工程中的应用[J]. 科技创新与化学灌浆,2008(8).
[3]张良秀,扈竹芳.JX浆液在加固软弱破碎岩体中的应用研究 [J].水力发电,1994(3).
[4]蒋硕中,谭日升,薛希亮.化学灌浆与环境保护[J].长江科学院院报,2000(6).

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