宜良县水务局 云南昆明 652100
摘要：主要研究特种黏土固化浆液方式灌浆技术在小型水库除险加固中的应用，介绍了特种黏土固化剂的物化性质以及固结机理，并以中坝水库除险加固帷幕灌浆施工实际为例，对特种黏土固化浆液性灌浆技术进行了讨论。
关键词：特种黏土；固化浆液；防渗灌浆
灌浆施工技术水利工程坝体防渗工作的常见工程技术处理措施，现阶段国内水利工程坝体坝基防渗灌浆材料主要有水泥、水泥砂浆、水泥浆速凝剂、化学灌浆材料等，其中水泥基防渗灌浆材料用量大成本高，受到施工场地地质条件的影响，在坝体、坝基出现严重渗漏时，需要进行现场实验来确定灌浆比例、灌浆压力、灌浆流量以及其它施工参数，导致施工工期较长和成本投入增加而且防水效果难以保障。小型水库除险加固工作急需一种施工成本低、防水效果好、施工方便的新型防渗灌浆材料和技术，在这种情况下，特种黏土固化浆液防身灌浆技术显现出了自身的技术优势。
一、特种黏土固化剂
（一）物理特性
黏土固化剂是一种粉末状固态体，灰白色、无气味，是多种无机化学材料根据一定比例调配而来，化学性质稳定，无毒，堆积密度不超过600kg/m3，细度0.08mm，含水量在2%左右，比表面积500m3/kg。
（二）化学性质
特种黏土固化剂浆液是由黏土固化剂、黏土、水泥、水按照一定比例调配而成的浆液，与传统的防渗灌浆材料相比有着较大不同。
1、稳定性析水性
特种黏土固化剂浆液稳定性很高，是一种浑浊型浆液，保水性能和凝聚性能良好，浆液颗粒分布，材料不易下沉，能够在溶液中稳定的均匀分布，不会出现严重的分层离析现象。水料比2：1以下，桨液2小时析水率不足5%，化学性质十分优异。
2、流变特性
特种黏土固化剂浆液有着比较理想的流动性，浆液流动过程中不会产生较大的压力损失，能够在地层中比较广泛的扩散。
3、初始粘度
特种黏土固化剂浆液水泥用量15%时能够获得最大的初始粘度，变化幅度在20s-50s之间，表示浆液有着理想的可灌性能。
4、凝胶时间
不同调配方案的特种黏土固化剂浆液凝固时间变化幅度在十几秒到几十分钟之间，可见特种黏土固化济浆液的凝胶时间有着较大的变化范围，能够适用于各种不同的工程要求，改变浆液的水料比，调整特种黏土固化剂的用量，就能够比较精确的控制初始粘度和凝胶时间，从而获得合适的扩散半径。
5、抗压强度、软化系数
和普通黏土浆液结石体相比，特种黏土固化浆液抗压强度更高，水料比以及固化剂用量对特种黏土固化剂浆液的抗压强度影响最大，其软化系数也优于普通黏土浆液结石体。
（三）固结机理
特种黏土固化浆液能够很好地解决水泥和黏土互不相容的问题，从而进一步提高了帷幕灌浆防渗加固的基础性，从而在不改变施工工艺的情况下有效降低了水泥用量，在一定程度上降低了施工成本，并获得了更好的防渗性能。将一定量特种黏土固化剂掺入黏土水泥浆中，特种黏土固化剂中的无机盐溶解释放大量的铝酸根、硫酸根、硅酸根，和水泥发生复杂的水化反应，生成氢氧化钙，氢氧化钙进一步和水化铝酸三钙发生反应，生成均匀绒毛状水化铝酸三钙、膨胀性硫铝酸钙和定型水化硅酸二钙，消耗了大量的拌合水，加速水泥的水化反应，生成了强度很高的结石体，填充在坝体坝基间隙中，堵塞渗流通道，从而提高坝体和坝基的抗渗性能。与此同时，铝酸根、硅酸根能够和黏土中的碱金属发生反应，生成的明矾石在氢氧化钙、硫酸钙在作用下逐渐膨胀，生成胶凝钙矾石和无定形胶凝体，改变了水泥集料微观结构和应力状态，而获得了更高的密实度、抗压强度以及抗渗性能。水化反应生成的水化铝酸三钙、水化硅酸二钙作为后续反应的晶核，从而有效加快了凝胶速度，缩短凝胶时间，结石体强度能够在较短时间内迅速上升，从而在较短时间内恢复坝体和坝基的抗渗性能。
二、小型水库除险加固特种黏土固化浆液防渗灌浆技术
以中坝水库除险加固防渗灌浆施工实际为例，从施工方案设计、灌浆施工和施工检测等方面，对特种黏土固化浆液防渗灌浆施工技术进行了研究。
（一）工程概况
中坝水库位于云南省宜良县城西南部，水库坝址位于南盘江支流，属于珠江流域南盘江水系。水库控制流面积为２.２３km2。水库总库容16万m3，是一座以灌溉为主综合利用效益的小（2）型水库。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水库枢纽工程主要由大坝、输水涵洞及溢洪道等建筑物组成。大坝为心墙坝。水库设计洪水标准为２０年一遇（P=5%），校核洪水标准为200年一遇（P=０.5%）。大坝最大坝高19m，坝顶长146 m，坝顶宽4 m。水库始建于１９９１年，受限于经济条件和技术条件，施工中存在一定的质量隐患，工程竣工之后年久失修，出现严重的渗漏，尤其是坝体和坝基接触带位置，存在着较大的安全隐患，威胁着下游群众的生命财产安全，现已该水库除险加固防渗灌浆工作实际为例，对特种黏土固化浆液防渗灌浆技术进行研究。在坝体运行过程中，正常蓄水位情况下，坝体坡脚存在着一定的浸水潮湿现象，水位继续上升，坡脚位置将出现股状喷水。坝体土方以粉土质砂、液限粉土为主，坝体碾压质量较差，坝体位置大面积浸水，选择帷幕灌浆的方式进行除险加固比较合理。
（二）帷幕灌浆施工方案设计
1、平面布置
结合当地水文工程地质实际情况进行经济技术比较，确认选择特种黏土固化剂防渗墙施工方案。采用单排孔帷幕灌浆施工方式，沿着坝基轴线布置灌浆孔，孔间距1.5米左右，循环灌浆。
2、配合比设计
坝体和坝基均使用特种黏土固化浆液进行灌浆，灌浆材料主要有黏土、水泥、固化剂和水，水泥选择普通硅酸盐水泥即可，黏土为当地天然红黄色黏土，水泥黏土设计比重1：4，黏土固化剂用量为水泥用量的15%。帷幕灌浆所需浆液需要在集中拌制站统一拌制，使用管道运输到灌浆地点。
（三）帷幕灌浆加固施工
1、工艺流程
首先清理施工场地，之后放样划线，确定灌浆孔位，钻机就位之后，开始钻孔，下放灌浆管开始灌浆施工。
2、钻孔施工
钻机就位之后复测钻机位置，要求钻孔孔位和设计孔位之间的偏差不超过10mm，清水钻进，开孔孔径110mm，达到一定深度之后尽快清孔，水流清澈之后停止。布置钻孔时应该对所有钻孔进行明确编号，明确标示出施工顺序，使用经纬仪配合皮尺测量确定钻孔位置，并进行复测。
3、预制浆液
根据设计配合比方案，称量各种需要的灌浆材料，将灌浆材料送入造浆机造浆，过滤之后进行二次搅拌，保证浆液性能符合设计方案。
4、灌浆施工
采用逐层向上的灌浆方式进行施工，每5-6m设置一个灌浆分段，灌浆管距离孔底距离不要超过0.5m，根据现场实验确定灌浆压力，要求开始灌浆之后尽快上升到设计压力，灌浆浓度也要逐渐上升，最后使用浓浆收尾，一般情况下，设计压力下灌浆注入率≤0.4L/min，持续灌浆1h即可，采用分段压力灌浆的方式进行封孔。施工过程中如果有多台钻机同时作业，要求相邻孔位的灌浆施工至少要保持24小时的间隔时间，避免后序灌浆施工对前一个灌浆孔造成影响，出现冒浆。
（四）施工检测
灌浆施工结束之后，需要尽快开始施工检测，组织进行坝体防渗墙钻孔注水试验，了解防渗墙的渗透系数，判断其是否符合设计渗透系数要求，在坝体防渗墙上至少开两个检查孔，分两次进行注水试验，同时在原有的灌浆孔上需要再开一个检测孔，取结石体芯样进行室内渗透试验。
室外渗透试验首先使用φ91mm钻头在预定位置钻孔，钻进至预定深度之后下设套管，持续清水冲孔5-10min，之后在孔内连续灌水24h，确保孔内土层天然饱和。要求渗透实验之前首先测量地下水位，每5min测量一次，连续两次测量水位下降速度小于5cm/min即可结束观测，选择最后一次水位值作为稳定水位。之后开始注水试验，每5min向孔内灌注一次水，连续4次灌注水量最大值和最小值和最终值之间的波动误差小于10%，以该最终值作为观测值。
结语：
在中坝水库除险加固帷幕灌浆施工中用了特种黏土固化浆液，施工检测结果显示，坝体防渗灌浆之后防水性能显著增强，坝体渗漏问题得到了有效解决。特种黏土固化浆液方式灌浆的施工工艺和普通水泥砂浆帷幕灌浆基本相同，无特殊设备要求，不会增加额外成本，施工操作比较简单。
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论文作者:王俊
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/8
标签：黏土论文; 浆液论文; 固化剂论文; 特种论文; 水库论文; 防渗论文; 坝基论文; 《基层建设》2016年7期论文;