先进的灌浆方法.docx

先进的灌浆方法[译文]

[加]道格.赫南亚里克斯.艾.诺德兹

美国大坝安全协会所指定的1999年度的国家修复工程，即宾西法尼亚州的彭福里斯特坝，是密西西比河以东最大的碾压混凝土坝。它取代一座1956～1957年修建的老坝，向伯利恒市供水。

老坝是一座长558米、高44米的分区土石坝，在岩基上设有一道防渗心墙。1960

年由于渗流率高，在邻近水库水面的上游坝坡出现了渗坑。对土石坝进行了修复，但至

1994年渗漏已发展到必须进行大修或重建的程度。

新彭福里斯坝，正好位于原坝的上游。坝高55米，坝长约610米。新坝包括一道3排钻孔的灌浆帷幕。灌浆孔是竖直的，与近竖直的主要节理组不交叉。原坝采用单排灌浆帷幕，这不适合于它的规模和基础情况。

新彭福理斯坝的设计期短，这意味着第一排（A排）灌浆得采用常规的灌浆工艺施工，

包括使用常规的纯水泥浆、人工监测技术、目测压力计记录与用测深杆测量水泥浆馈浆良和吸浆量。然而，在评估利用先进灌浆材料和控制系统的潜在效益后，这些灌浆材料和控制系统已用于后两排孔灌浆。

因此，B排和C排采用平衡稳定的悬浮浆（掺和料增强的配方）施工，悬浮浆具有不

泌水、低粘结力和在灌注时具有较高的抗相变性。灌浆使用先进的计算机监视和评价系统进行，该系统可提供实时的流量、压力和估算的瞬时渗透值的曲线。

由于采用了常规和先进的两种灌浆技术，两者之间可以进行直接比较。先进的灌浆系

统可获得优质的施工质量，给业主带来效益，节省费用约100万美元，施工期缩短了近

8周。

1灌浆材料和掺合料

在水泥基浆液中采用掺和料的目的是改善稳定性（泌水）和流变特性（粘滞性、粘结力和内摩擦力或结合力），以增强灌浆材料的可灌如性和流动特性。流变特性的两种规律可以用纯粘淀性流体（例如水）和即具有粘滞性又具有粘聚性的宾汉流体来说明。

本工程使用的掺和料包括膨润土、粉煤灰、Welan胶和塑化剂。在膨福里斯特坝使用

的增强纯水泥浆的特性（B和C排）与常规纯水泥浆（A排）的比较概述于以下各节。2粘度

粘度按照美国石油学会标准工艺规程用马斯圆锥测量。平衡稳定水泥浆可以配置提供

相似的粘度或马斯圆锥流动时间，与常规纯水泥浆比较。用掺和料获得稍高的粘度。

粘结力

粘结力值按照1985年朗巴迪提出的工艺规程确定。平衡稳定的粘结力由于超塑化剂的散凝作用比纯水泥浆低。稍高的粘度值使灌注速度稍低。然而，对于某些裂缝，采用平衡稳定浆，其较低的粘结力从理论上讲会提供较大的贯入半径。

泌水

泌水用1L量筒量测。两种浆液的稳定性或泌水的差别是很显著的。在达到最终的灌浆压力后，浆液中的泌水积累将使裂缝不能完全填塞。灌浆后可能导致发生显著的第二次渗透，由于泌水通道所形成的流径网络而使耐久性降低。

压力渗透

压力渗透是由流态浆体内的混合料和水与水泥分离而引起的，特别是在压力灌浆作业期间。压力渗透系数根据美国石油学会滤水压试验方法确定。

平衡、稳定的混合料的压力渗透特性明显优于常规纯水泥浆。可以观察到纯水硬性水

泥浆在仅仅2～3分钟后，就冒气，表明大多数水已被挤出。

高压渗透值和泌水明显表明两种不利的影响。首先，纯水泥浆的流变在压力灌浆的过程中是不稳定的，并导致自稠化过程（沉淀）。平衡稳定浆液经过较长的泵送距离而不沉淀或无干填发生。第二个不利影响是大量的水正在注入属于“吸浆”的岩层中。

触变凝结时间

本试验按照1991年威弗叙述的方法进行。正如所料，平衡稳定浆中的搀和料使水化过程放慢，因而使凝结时间较慢。这些结果同样提醒人们，超过2h的纯水泥浆由于开始发生明显的化学结合或内摩擦应当废弃。平衡稳定浆提供了较长的作业时间，由于不需要废弃灌浆材料而可能减少费用。

抗压强度

抗压强度比较表明，平衡稳定浆的总抗压强度比纯水泥浆的低，但大于35kg/cm2（混合料B约为14kg/cm2）。抗压强度超过14kg/cm2的浆足以履行其防渗水的功能，并可提供足够的耐久性。

计算机自动监控和评价系统

A排灌浆帷幕采用常规监控技术灌浆。灌浆的监控、记录和分析基本上用机械仪表和人工方法进行。相对于该控制技术水平所用的工具、方法和设备来说，灌浆工程的实施达到了高标准。

B排和C排灌浆帷幕采用先进的监控系统施工。该系统由压力和磁流量传感器、数据

采集硬件和计算机辅助灌浆评价系统（CAGES）组成。

CAGES是计算机实时数据采集、监视、分析和评价软件。它具有3个主要功能:

以实时图形显示浆液流量、灌浆压力和视吕荣值（视渗透系数）的趋势，监视灌浆作业的进展；

评价初始浆液的适宜性和灌浆岩层的实时吸浆量；

显示其它灌浆数据，诸如灌浆时间、浆液扩散半径和有效灌浆压力。

CAGES具有选择灌浆类型（岩石或土）、灌注孔和灌