高压水泥-化学浆材复合灌浆的原位补强加固的施工方法

摘要

本发明公开了一种高压水泥-化学浆材复合灌浆的原位补强加固的施工方法，其特征在于包括以下步骤：先对待处理基础的软弱部位进行高压水泥灌浆，然后进行磨细水泥灌浆，磨细水泥灌浆后压水检测孔段透水率小于或等于1Lu时，再灌注高渗透环氧化学浆材。本发明的施工方法能改善被灌地层渗透系数的不均匀性，使化学浆液只能向<0.1mm的微细裂隙或岩土粘粒间隙中渗透，达到泥土岩性化，软岩改性的目的。通过本发明的施工方法能形成连续的水泥浆脉，在软基中成为“骨架”，对提高被处理地层的变形模量效果显著，对深埋的低渗透性软弱、破碎基础做原位固结、补强，满足大型水电站大坝对基础的力学要求。

说明书

技术领域

本发明属于软弱破碎地基加固技术领域，具体涉及一种适用于大型水电工 程软弱破碎地基的高压水泥-化学浆材复合灌浆的原位补强加固的施工方法。

背景技术

在我国水力资源丰富的西南部地区，在建或计划建设不少大库高坝，其坝 基一般都存在断层、破碎带和软弱岩层，它们将影响大坝的安全，所以必须进 行处理。

目前，国内外对断层、破碎带和软弱岩层的处理一般采用挖除、用混凝土 置换和预应力锚固等工程措施，这些处理方法施工难度大、费用高、工期长， 特别是对于深埋的软弱基础，在洞室开挖时会引起地应力释放，使周边岩体受 到不同程度的损伤、破坏，就算回填混凝土也难以满足大坝对基础的抗剪、抗 拉要求，所以迫切希望以原位补强加固技术取代之。

以往化学灌浆界普遍认为：渗透系数K≤10^-6cm/s的低渗透性软弱地层是化 学浆液无法灌入的化灌“禁区”，在高渗透性环氧化学灌浆材料研发成功后才得 以打破“禁区”，实现泥土岩性化、软岩改性的目的。

发明内容

为了克服现有的针对断层、破碎带和软弱岩层的加固方法的不足，本发明 的目的在于提供一种高压水泥-化学浆材复合灌浆的原位补强加固的施工方法； 该方法可对水电大坝基础中的断层、破碎带和软弱岩层进行原位固结、补强， 提高该处理部位的力学性能以满足大型水电站大坝对基础的各项要求。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高压水泥-化学浆材复合灌浆的原位补强加固的施工方法，是先对待处 理基础的软弱部位进行高压水泥灌浆，然后进行磨细水泥灌浆，磨细水泥灌浆 后压水检测孔段透水率小于或等于1Lu时，再灌注高渗透环氧化学浆材。

上述的高压水泥-化学浆材复合灌浆的原位补强加固的施工方法，具体包括 以下步骤：

（1）布孔

在待处理基础的软弱部位上分三排布孔，上下两排为水泥灌浆孔，中间一 排为高渗透环氧化学浆材灌浆孔，相邻排错开布孔，孔深度为穿越软弱部位中 的待处理断层及其影响带；

所述的水泥灌浆孔交替设置高压水泥灌浆孔和磨细水泥灌浆孔；

所述的高渗透环氧化学浆材灌浆孔交替设置化学灌浆I序孔和化学灌浆II 序孔；高渗透环氧化学浆材灌浆孔的最末段不钻孔不灌注（比水泥灌浆少灌最 末一段），以免高渗透环氧化学浆材窜出水泥灌浆所围闭的区间。

（2）钻孔灌浆

对于全部的灌浆孔而言，钻孔灌浆的先后顺序是：高压水泥灌浆孔、磨细 水泥灌浆孔、化学灌浆I序孔、化学灌浆II序孔；在前一顺序孔的全部操作（钻 孔、洗孔、压水试验、灌浆、待凝）完成后才开始下一顺序孔的操作；

对于单个的灌浆孔而言，钻孔灌浆的操作顺序是：分段次自上而下地钻孔、 洗孔、压水试验、灌浆、待凝；在前一段次的全部操作完成后才开始下一段次 的操作；

高渗透环氧化学浆材灌浆孔要做压水试验（水泥灌浆孔不需要做压水试 验），当透水率＞1Lu时要补灌磨细水泥灌浆，凝结后把孔段内的水泥固结体钻 开，重新进行洗孔和压水试验，直至透水率≤1Lu，才进行化学灌浆。

步骤（1）中，排距为1~2m，排内孔距为0.7~2m，各灌浆孔的孔径为56~91mm。

步骤（2）中，各个段次的段长为：第一段2m，第二段3m，第三段及第三 段之后的段次均为5m，最后一段为4~8m。

步骤（2）中，各个灌浆孔各个段次的灌浆压力为：高压水泥灌浆孔第一段 2MPa，第二段2~2.5MPa，第三段3~3.5MPa，第四段4~5MPa，之后的段次是 5MPa；磨细水泥灌浆孔第一段2MPa，第二段2.5~3MPa，第三段3.5~4MPa， 第四段4.5~5MPa，之后的段次是5MPa；高渗透环氧化学浆材灌浆孔第一段1~2 MPa，第二段2~2.5MPa，第三段2~3MPa，之后的段次是2~4MPa。

上述施工方法中使用的高渗透环氧化学浆材由下列重量份数的成分制成：

环氧树脂：  45份

活化剂：    8份

羰基化合物：50份

活性稀释剂：10份

多元胺：    10份

硅烷偶联剂：1份

表面活性剂：1份

促进剂：    5份。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂或双酚F型环氧树 脂中的一种以上，优选双酚A型环氧树脂；

所述的双酚A型环氧树脂为环氧树脂E-35、环氧树脂E-44或环氧树脂E-51 中的一种以上。

所述的活化剂为中国发明专利CN 1151204C（申请号为01107590.2，申请 日为2001-02-28）中所述的线型中间体。

所述的羰基化合物为酮和醛的混合物；所述的酮优选环己酮、丙酮或丁酮 中的一种以上；所述的醛优选苯甲醛和/或糠醛。

所述的活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水 甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油 醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或甲苯基缩水甘油醚中的一种以上。

所述的多元胺为脂肪胺、脂环胺、改性酰胺或芳胺中的一种以上。

所述的硅烷偶联剂为能够与环氧基团或多元胺反应的硅氧烷类偶联剂，优 选γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基 二甲氧基硅烷或苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种以上。

所述的表面活性剂为二(辛基磷酰氧基)钛酸乙二酯和/或三(二辛基焦磷酰氧 基)钛酸异丙酯。

所述的促进剂为N,N-二甲基苯胺、二甲基对甲基苯胺、2,4,6-三(二甲基氨 基甲基)苯酚、1-乙基咪唑、三乙醇胺、咪唑、乙酰苯肼或二苯基甲酰肼中的一 种以上。

上述高渗透环氧化学浆材的制备方法，包括以下步骤：

（1）将环氧树脂、活化剂、羰基化合物、活性稀释剂和表面活性剂混合， 得到A液；

（2）将多元胺、促进剂和硅烷偶联剂混合，得到B液；

（3）将A液和B液混合，得到高渗透环氧化学浆材。

本发明施工方法的原理是：

首先进行高压水泥灌浆，然后进行磨细水泥灌浆，其作用是充填、封闭一 切属于水泥、磨细水泥可灌入的裂隙中，以改善被处理地层的不均匀性，为高 渗环氧浆液向低渗透性介质渗透、固结提供良好的条件，并使磨细水泥灌浆后 压水检测孔段透水率小于等于1Lu为止。在进行化学灌浆前首先要做压水试验， 当透水率＞1Lu时要补灌磨细水泥，待凝后重新扫开此段，再进行洗孔和压水试 验，直至透水率≤1Lu，才能开始进行化学灌浆（所灌注的化学浆材是高渗透环 氧化学浆材）。由于水泥灌浆的作用，使化学浆液被控制在指定的围封区间内渗 透固结，因此能显著提高软弱基础的力学性能，满足大坝对基础的技术要求。

以往对含水裂缝或饱水软弱基础灌注环氧类浆材前都要先灌点丙酮起排 水、开路作用。由于高渗透环氧化灌浆材自身就具有排水功能，无需以丙酮开 路；从渗透机理考虑，对于低渗透性软弱基础的处理，化灌前先灌丙酮实为有 害无利的步骤，因此必须取消。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明的施工方法用廉价的水泥、磨细水泥灌入它们能进入的裂隙（≥ 0.1mm）中，可节省后序施工所用的昂贵化灌材料，节约施工成本。

（2）通过本发明的施工方法能形成连续的水泥浆脉，在软基中成为“骨架”， 对提高被处理地层的变形模量效果显著。

（3）本发明的施工方法能改善被灌地层渗透系数的不均匀性，使化学浆液 只能向<0.1mm的微细裂隙或岩土粘粒间隙中渗透，达到泥土岩性化，软岩改性 的目的。

（4）本发明的施工方法取消了化灌前灌丙酮步骤，不但省工、省时、节省 投资，更为重要的是避免环氧化灌浆材被丙酮稀释，保证灌浆效果。

（5）本发明的施工方法能省工、省时、省投资地对深埋的低渗透性软弱、 破碎基础做原位固结、补强，满足大型水电站大坝对基础的力学要求。

附图说明

图1是本发明施工方法的布孔示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式 不限于此。

实施例

一种对某水电站大坝基础的软弱部位进行高压水泥-化学浆材复合灌浆的原 位补强加固的施工方法，包括以下步骤：

（1）布孔

首先在待处理水电站大坝基础的软弱部位上分三排布孔（见图1），上下两 排为水泥灌浆孔，中间一排为高渗透环氧化学浆材灌浆孔。排距为2m，相邻排 错开布孔，孔距为2m。孔深度为穿越软弱部位中的待处理断层及其影响带。水 泥灌浆孔交替设置高压水泥灌浆孔和磨细水泥灌浆孔，高渗透环氧化学浆材灌 浆孔交替设置化学灌浆I序孔和化学灌浆II序孔。

（2）钻孔灌浆

对于全部的灌浆孔而言，钻孔灌浆的先后顺序是：高压水泥灌浆孔、磨细 水泥灌浆孔、化学灌浆I序孔、化学灌浆II序孔；在前一顺序孔的全部操作（钻 孔、洗孔、压水试验、灌浆、待凝）完成后才开始下一顺序孔的操作；

对于单个的灌浆孔而言，钻孔灌浆的操作顺序是：分段次自上而下地钻孔、 洗孔、压水试验、灌浆、待凝；在前一段次的全部操作完成后才开始下一段次 的操作；

洗孔、压水试验：钻孔后按常规方法进行洗孔，然后进行压水试验。高渗 透环氧化学浆材灌浆孔要做压水试验（水泥灌浆孔不需要做压水试验），压水试 验的结果是判别能否进行化学灌浆的依据，当透水率＞1Lu时要补灌磨细水泥灌 浆，凝结后把孔段内的水泥固结体钻开，重新进行洗孔和压水试验，直至透水 率≤1Lu，才进行化学灌浆。

各个灌浆孔的孔径、分段段长和灌浆压力等具体数据请见表1-2。其中，各 孔的第一段为孔口段，孔径为91mm，此段灌浆完成后进行孔口镶铸，再依次进 行下一段次的钻孔灌浆，孔径改为56~76mm。

表1 水泥灌浆孔的段长及灌浆压力

表2 化学灌浆段长及灌浆压力

 灌浆段次   1   2   3   4   5   6  孔径（mm）   91   56   56   56   56   56  段长（m）   2   3   4   5   5   6.0  灌浆压力(MPa)   1.6   2.0   3.0   3.0   3.0   3.0

所用的高渗透环氧化学浆材的制备方法如下：

（1）将45重量份的环氧树脂E-44、8重量份的活化剂（即按照中国发明 专利01107590.2实施例1的方法制备的线型中间体）、20重量份丙酮、30重量 份糠醛、10重量份辛基缩水甘油醚和1重量份二（辛基磷酰氧基）钛酸乙二酯 混合，得到A液。

（2）将10重量份二乙烯三胺、5重量份2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚和1 重量份γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，得到B液。

（3）将A液和B液混合，得到高渗透环氧化学浆材。

所用的高压水泥浆液是用42.5硅酸盐水泥与水配制而成，其水灰比（水与 水泥的质量比）为(0.6-3):1。

磨细水泥灌浆液是用42.5硅酸盐水泥与水配制成水泥浓浆，然后经过湿磨 机湿磨制成的，水泥浆湿磨后要求其粒径D₉₅≤30μm，水灰比（水与水泥的质量 比）为(0.6-2):1。

该水电站大坝基础的软弱部位的断层经过高压水泥-化学浆材复合灌浆后， 钻取其岩样，发现断层中灰白色泥状物已被化灌浆材粘结成固结体，因此能钻 取到完整的岩芯，岩芯胶结良好，高渗透环氧化学浆材脉络清晰。同时，检测 了该软弱部位在施工前后的孔透水率及声波变化，数据见表3。

表3 化学灌浆前后孔透水率及声波变化对比

由表3可以看出，经过水泥-化学复合灌浆后，被灌对象的渗漏通道被充填堵 塞，其透水率降低，透水率越低，灌浆效果越好。同理，被灌对象的渗漏通道被 充填堵塞后，其密实性好，纵波波速提高。由表中数据可见，该软弱部位在化学 灌浆前后的孔透水率显著降低，而声波纵波波速显著提高，即采用本发明的灌浆 方法，使软弱部位得到有效的加固补强。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施 例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。