CN110083868B - 一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法 - Google Patents

Abstract

一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法，以灌浆系统密度计的施工误差作为判断标准，来判断帷幕灌浆孔段是否正常灌浆；判断帷幕灌浆孔段正常灌浆时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量即为灌浆自动记录仪记录的水泥灌入量，判断帷幕灌浆孔段回浆变浓时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量为灌浆自动记录仪记录的灌入岩体浆液体积所含水泥量扣减灌浆孔段因回浆变浓的影响量；并以灌浆孔段灌浆过程中同级水灰比的灌注过程作为一个计算阶段来计算灌浆孔段各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量，然后累计求和来计算孔段灌浆全过程的实际水泥灌入量。本发明在灌浆孔段水泥灌入量的计量中考虑了回浆变浓影响。

Description

一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法

技术领域

本发明水电施工计量技术领域，具体涉及一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法。

背景技术

桐子林水电站系雅砻江下游最末一个梯级电站，是一座以发电为主的综合利用水利枢纽，属二等大(2)型工程。大坝坝顶轴线长439.73m，坝顶高程1020.00m，最大坝高69.50m；河床式电站共装四台ZZ-LH-1020型水轮发电机组，单机容量150MW，总装机600MW，多年平均发电量29.75亿kw.h。水库正常蓄水位为1015.00m，死水位为1012.00m。坝基防渗采用平行大坝轴线布置的悬挂式帷幕，分别布置于左右岸灌浆平洞及坝基1#灌浆排水廊道；闸坝护坦区域防渗帷幕沿3#灌浆排水廊道及下游2#灌浆排水廊道布置，形成半围合格局。帷幕灌浆设计防渗标准为灌后岩体透水率q≤5Lu；幕后扬压力折减系数α≤0.25。

桐子林水电站坝基帷幕灌浆工程施工中，河床坝基大部分灌浆孔段出现涌水及“吸水不吸浆(回浆变浓)”等现象，后文均用回浆变浓表述，回浆变浓现象的主要原因是岩体中广泛存在细微劈理带、裂隙密集带，浆液中的水分自孔壁的节理裂隙进入岩体，而颗粒较粗的水泥颗粒无法通过细微节理裂隙进入岩体而滞留于灌浆系统内，致使灌浆系统回浆密度随灌注时间增加而逐渐增大，灌注时间越长，浆液变浓越明显。后经多次灌浆试验并采取调整浆材细度(采取湿磨细水泥和干磨细水泥灌注)、提高灌浆压力、缩小孔排距、浆液置换、屏浆待凝等措施后，帷幕灌浆施灌效果满足设计要求。

目前，国内已建或在建的水电站坝基帷幕灌浆工程中出现回浆变浓现象的工程实例不少，如上世纪90年代建成发电的湖南五强溪水电站、皂市水电站、近期建成发电的湖南托口水电站、四川大岗山水电站、锦屏一级水电站、溪洛渡水电站等，业界同仁对出现回浆变浓现象的产生原因、判定标准、施工技术处理措施及其实施效果均有不少研究成果与实践经验，但在灌浆孔段水泥灌入量的计量中如何考虑回浆变浓影响的相应计量方法未见论述。

因此，现阶段急需一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法及其实现方法，灌浆孔段产生回浆变浓现象的主要原因是岩体中广泛存在细微劈理带、裂隙密集带，浆液中的水分自孔壁的节理裂隙进入岩体，而颗粒较粗的水泥颗粒无法通过细微节理裂隙进入岩体而滞留于灌浆系统内，致使灌浆系统回浆密度随灌注时间增加而逐渐增大，灌注时间越长，浆液变浓越明显。目前，国内灌浆自动记录仪记录的水泥灌入量是通过累积单位时间段内浆液密度与注入浆液体积的乘积来计算的，因此，自动记录仪记录到的水泥灌入量不能代表回浆变浓孔段的实际水泥灌入量，但帷幕灌浆过程中同一施灌时段内灌入地层中的水泥量与灌浆系统内水泥量之和是恒定不变的,回浆变浓孔段的实际水泥灌入量可据此进行计算确定，即自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积所含水泥量+开灌时灌浆系统浆液中的水泥量＝实际水泥灌入量+灌浆结束时灌浆系统留存浆液中的水泥量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法，包括以下步骤：

步骤S1：以灌浆系统密度计的施工误差作为判断标准，来判断帷幕灌浆孔段是否正常灌浆；

步骤S2：当判断帷幕灌浆孔段正常灌浆时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量即为灌浆自动记录仪记录的水泥灌入量，当判断帷幕灌浆孔段回浆变浓时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量为灌浆自动记录仪记录的灌入岩体浆液体积所含水泥量扣减灌浆孔段因回浆变浓的影响量；

步骤S3：以灌浆孔段灌浆过程中同级水灰比的灌注过程作为一个计量阶段，在步骤S2的基础上分别计量出灌浆孔段各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量，然后将各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量累计求和，即为灌浆孔段灌浆全过程的实际水泥灌入量。

进一步的，步骤S1的具体内容为：

帷幕灌浆孔段施灌过程中的某一灌浆时段内，当灌浆系统回浆密度增加的变化率小于或等于系统的施工误差时，则判定该孔段属于正常灌浆，当灌浆系统回浆密度增加的变化率大于系统的施工误差时，则判定该孔段属于回浆变浓。

进一步的，在步骤S2中，帷幕灌浆孔段回浆变浓时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量的计算方法为：

设坝基帷幕灌浆某一灌浆孔段钻孔灌浆基本参数为钻孔孔深H，钻孔半径R，灌浆系统采取“小循环”方式布置，灌浆进回浆管路长度L，进回浆管内径r，灌浆用水泥密度为ρ，灌浆施工于T_1i时刻开灌，浆液开灌水灰比N_ai，浆液密度D_ai，灌注至某一时刻T_ix时，系统内浆液密度D_ix，发现浆液回浆变浓很明显，进行新鲜浆液置换一次，灌注至T_2i时灌浆达到水灰比变换条件，变换为下一级水灰比继续灌注；此时T_2i系统内浆液密度D_bi，自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积V_i；则该回浆变浓孔段在同一水灰比级N_i:1灌注过程中实际水泥灌入量W_i＝自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积V_i所含水泥量Q_i+T_1i时灌浆系统中浆液的水泥量G_ai-T_2i时灌浆系统留存浆液的水泥量G_bi+换浆后开始灌浆时系统浆液中的水泥量G_ai-替换浆液产生的废弃浆量中的水泥量G_ix；G_ai、G_ix、G_bi、Q_i均可由水泥浆液的水泥重量与水泥浆液密度的关系计算得到：

其中，灌浆系统留存浆液的水灰比Nix、Nbi可用公式

计算得到，V0为灌浆系统进回浆管与钻孔的体积，V₀＝π×r²×L+π×R²×H，同一级水灰比灌浆过程中系统内灌注浆液密度D_ai、D_ix、D_bi及水灰比N_ai均可在自动记录仪打印的原始记录表中查得，因此，回浆变浓孔段某一级水灰比灌注过程中实际水泥灌入量可以通过如下公式直接计算得到：

/>

其中，m为浆液置换次数，

回浆变浓孔段实际水泥灌入量W则为各级水灰比灌注过程中实际水泥灌入量的累计总量：

其中，n为灌浆施工的水灰比级数。

本发明的有益技术效果是：针对水电站坝基帷幕灌浆工程中出现回浆变浓现象，提供了一种在灌浆孔段水泥灌入量的计量中考虑回浆变浓影响的相应计量方法。

附图说明

图1为本发明的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法，包括以下步骤：

步骤S1：以灌浆系统密度计的施工误差作为判断标准，来判断帷幕灌浆孔段是否正常灌浆；

步骤S2：当判断帷幕灌浆孔段正常灌浆时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量即为灌浆自动记录仪记录的水泥灌入量，当判断帷幕灌浆孔段回浆变浓时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量为灌浆自动记录仪记录的灌入岩体浆液体积所含水泥量扣减灌浆孔段因回浆变浓的影响量；

步骤S3：以灌浆孔段灌浆过程中同级水灰比的灌注过程作为一个计量阶段，在步骤S2的基础上分别计量出灌浆孔段各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量，然后将各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量累计求和，即为灌浆孔段灌浆全过程的实际水泥灌入量。

进一步的，步骤S1的具体内容为：

帷幕灌浆孔段施灌过程中的某一灌浆时段内，当灌浆系统回浆密度增加的变化率小于或等于系统的施工误差时，则判定该孔段属于正常灌浆，当灌浆系统回浆密度增加的变化率大于系统的施工误差时，则判定该孔段属于回浆变浓。

桐子林水电站帷幕灌浆工程自开工之初即形成了灌浆施工设备、计量器具等进行定期校验的质量管理制度，工程监理单位每周定期或在灌浆系统设备进场时组织对灌浆系统中的自动记录仪、流量计、密度计及压力计进行配套校验率定并签字贴封条，以保证灌浆系统施工设备与计量器具施工误差在规程规范规定的允许范围内。全面统计帷幕灌浆工程自开工到施工完成时段内灌浆系统配套校验率定时密度计正误差的统计平均值(负误差不进统计范围)作为灌浆系统密度计的施工误差。

灌浆孔段产生回浆变浓现象的主要原因是岩体中广泛存在细微劈理带、裂隙密集带，浆液中的水分自孔壁的节理裂隙进入岩体，而颗粒较粗的水泥颗粒无法通过细微节理裂隙进入岩体而滞留于灌浆系统内，致使灌浆系统回浆密度随灌注时间增加而逐渐增大，灌注时间越长，浆液变浓越明显。

目前，国内灌浆自动记录仪记录的水泥灌入量是通过累积单位时间段内浆液密度与注入浆液体积的乘积来计算的，因此，自动记录仪记录到的水泥灌入量不能代表回浆变浓孔段的实际水泥灌入量，但帷幕灌浆过程中同一施灌时段内灌入地层中的水泥量与灌浆系统内水泥量之和是恒定不变的,回浆变浓孔段的实际水泥灌入量可据此进行计算确定。即：

自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积所含水泥量+开灌时灌浆系统浆液中的水泥量＝实际水泥灌入量+灌浆结束时灌浆系统留存浆液中的水泥量。

现以坝基帷幕灌浆孔段的一般施工工况来推导回浆变浓孔段水泥灌入量计算公式。

进一步的，在步骤S2中，帷幕灌浆孔段回浆变浓时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量的计算方法为：

设坝基帷幕灌浆某一灌浆孔段钻孔灌浆基本参数为钻孔孔深H，钻孔半径R，灌浆系统采取“小循环”方式布置，灌浆进回浆管路长度L，进回浆管内径r，灌浆用水泥密度为ρ，帷幕灌浆采取孔口封闭、自上而下分段、孔内循环施工工艺。灌浆施工于T_1i时刻开灌，浆液开灌水灰比N_ai，浆液密度D_ai，灌注至某一时刻T_ix时，系统内浆液密度D_ix，发现浆液回浆变浓很明显，进行新鲜浆液置换一次(置换新鲜浆液水灰比与原开灌浆液水灰比一致)，灌注至T_2i时灌浆达到水灰比变换条件，变换为下一级水灰比继续灌注；此时T_2i系统内浆液密度D_bi，自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积V_i；则该回浆变浓孔段在同一水灰比级N_i:1灌注过程中实际水泥灌入量W_i＝自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积V_i所含水泥量Q_i+T_1i时灌浆系统中浆液的水泥量G_ai-T_2i时灌浆系统留存浆液的水泥量G_bi+换浆后开始灌浆时系统浆液中的水泥量G_ai-替换浆液产生的废弃浆量中的水泥量G_ix；G_ai、G_ix、G_bi、Q_i均可由水泥浆液的水泥重量与水泥浆液密度的关系计算得到：

其中，灌浆系统留存浆液的水灰比Nix、Nbi可用公式

计算得到，V0为灌浆系统进回浆管与钻孔的体积，桐子林水电站坝基帷幕灌浆施工时，因河床坝段大量灌浆孔段存在涌水现象而需采取屏浆待凝等措施处理，为减少射浆管堵塞事故并降低事故处理难度，提高施工工效，采取Φ20PVC管替代钻杆作为射浆管，因其管壁很薄(小于0.5mm)射浆管体积占比很少，计算时忽略了射浆管体积的影响：V₀＝π×r²×L+π×R²×H，同一级水灰比灌浆过程中系统内灌注浆液密度D_ai、D_ix、D_bi及水灰比N_ai均可在自动记录仪打印的原始记录表中查得，因此，回浆变浓孔段某一级水灰比灌注过程中实际水泥灌入量可以通过如下公式直接计算得到：

其中，m为浆液置换次数，

回浆变浓孔段实际水泥灌入量W则为各级水灰比灌注过程中实际水泥灌入量的累计总量：

其中，n为灌浆施工的水灰比级数。桐子林水电站坝基帷幕灌浆施工灌浆水灰比一般采用3:1、2:1，1:1、0.8:1、0.5:1共五级，其变化因子i取1、2、3、4、5时，Nai分别对应取值为3、2、1、0.8、0.5，Dix、Dbi、Vi、Dai可在对应的原始灌浆记录表中查得，灌浆系统留存浆液水灰比Nix、Nbi可用公式

计算得到。据现场帷幕灌浆施工经验，每一个灌浆孔段很少采用多级水灰比灌注结束的，一般采取一至二级水灰比即可灌注结束，但浆液置换次数最多达四次。“吸水不吸浆(回浆变浓)”孔段实际水泥灌入量(W)的计算公式看似复杂繁琐，但在现场实际应用时利用Excel表格的计算功能使得计算操作既简单又快捷。只要将灌浆孔段的钻孔及灌浆系统进回浆管的基本参数、每级水灰比灌浆参数、每次浆液置换时的灌浆参数及相应的计算公式分别输入预先定制的Excel表格进行自动计算，即可得到每级水灰比灌注、每次浆液置换因孔段“吸水不吸浆(回浆变浓)”影响的扣减量及灌浆孔段的实际水泥灌入量。

实施例2：

在实施例1的基础上，现以4坝段1单元WM-1-102号孔第3段的灌浆施工记录来计算该孔段的实际水泥灌入量。其钻孔灌浆基本参数为钻孔孔深16.9m，钻孔半径0.028m，灌浆系统采取“小循环”方式布置，管路占浆量为24.8×10^-3m³，灌浆用水泥密度为3.15×10³kg/m³，帷幕灌浆采取孔口封闭、自上而下分段、孔内循环施工工艺。灌浆施工于2014年6月24日9点50分05秒开灌，开灌时水灰比3:1，浆液密度1.20×10³kg/m³，灌注至12点25分15秒时，系统内浆液密度1.51×10³kg/m³，浆液置换一次(置换新鲜浆液水灰比3:1)，继续灌注至13点17分00秒时达到灌浆结束标准条件，结束该孔段灌浆。此时系统内浆液密度1.32×10³kg/m³，自动记录仪录到的灌入岩体浆液体积为506×10^-3m³，自动记录仪记录到的水泥灌入量为179.1kg。该孔段实际水泥灌入量为:

仅占本孔段自动记录仪记录到的水泥灌入量179.1kg的63.4％。

该孔段因回浆变浓的影响而核减的工程量(水泥灌入量)为179.1-113.5＝65.6kg，占实际水泥灌入量的57.7％，占自动记录仪记录到的水泥灌入量的36.6％。

应用结果

桐子林水电站坝基帷幕灌浆工程共施工完成1302个孔，其中灌浆孔1161个，检查孔141个；总计完成混凝土钻孔4865.00m，基岩钻孔33064.09m，水泥灌入总量(钻孔封孔灌浆用水泥量未予统计)3870408.65kg。考虑到水灰比大于2:1的水泥浆液中水泥含量少，浆液因回浆变浓对灌浆孔段实际水泥灌入量的影响更少；帷幕灌浆工程回浆变浓孔段实际水泥灌入量的计算过程中，对于灌浆结束水灰比大于2:1孔段的实际水泥灌入量计算时没有考虑孔段回浆变浓的影响。经统计，帷幕灌浆孔中175个孔的627段因出现回浆变浓现象而进行了工程量(孔段水泥灌入量)核减计算，其各孔段灌浆自动记录仪记录到的水泥灌入量为395869.50kg，其各孔段实际水泥灌入量为178591.60kg，仅占自动记录仪记录到的水泥灌入量的45.1％；因回浆变浓原因核减的工程量为217277.90kg，占自动记录仪记录到的水泥灌入量的54.9％，占桐子林水电站坝基帷幕灌浆工程水泥灌入总量的5.6％。

桐子林水电站坝基帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量时采取核减回浆变浓影响的计算方法符合客观实际与工程合同及现行规程规范要求，在不损害项目承建单位正当利益的同时有利于工程项目计量工作的进一步规范管理，有利于合理减少工程项目业主的工程建设成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种帷幕灌浆工程回浆变浓孔段水泥灌入量计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：以灌浆系统密度计的施工误差作为判断标准，来判断帷幕灌浆孔段是否正常灌浆；

步骤S2：当判断帷幕灌浆孔段正常灌浆时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量即为灌浆自动记录仪记录的水泥灌入量，当判断帷幕灌浆孔段回浆变浓时，则此时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量为灌浆自动记录仪记录的灌入岩体浆液体积所含水泥量扣减灌浆孔段因回浆变浓的影响量；

步骤S3：以灌浆孔段灌浆过程中同级水灰比的灌注过程作为一个计量阶段，在步骤S2的基础上分别计量出灌浆孔段各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量，然后将各级水灰比灌注过程的实际水泥灌入量累计求和，即为灌浆孔段灌浆全过程的实际水泥灌入量；

步骤S1的具体内容为：

帷幕灌浆孔段施灌过程中的某一灌浆时段内，当灌浆系统回浆密度增加的变化率小于或等于系统的施工误差时，则判定该孔段属于正常灌浆，当灌浆系统回浆密度增加的变化率大于系统的施工误差时，则判定该孔段属于回浆变浓；

在步骤S2中，帷幕灌浆孔段回浆变浓时帷幕灌浆孔段的实际水泥灌入量的计算方法为：

设坝基帷幕灌浆某一灌浆孔段钻孔灌浆参数为钻孔孔深H，钻孔半径R，灌浆系统采取小循环方式布置，灌浆进回浆管路长度L，进回浆管内径r，灌浆用水泥密度为ρ，灌浆施工于T_1i时刻开灌，浆液开灌水灰比N_ai，浆液密度D_ai，灌注至某一时刻T_ix时，系统内浆液密度D_ix，发现浆液回浆变浓明显，进行新鲜浆液置换一次，灌注至T_2i时灌浆达到水灰比变换条件，变换为下一级水灰比继续灌注；此时T_2i系统内浆液密度D_bi，自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积V_i；则该回浆变浓孔段在同一级水灰比N_i:1灌注过程中实际水泥灌入量W_i＝自动记录仪记录到的灌入岩体浆液体积V_i所含水泥量Q_i+T_1i时灌浆系统中浆液的水泥量G_ai-T_2i时灌浆系统留存浆液的水泥量G_bi+换浆后开始灌浆时系统浆液中的水泥量G_ai-替换浆液产生的废弃浆量中的水泥量G_ix；G_ai、G_ix、G_bi、Q_i均可由水泥浆液的水泥重量与水泥浆液密度的关系计算得到：

其中，灌浆系统留存浆液的水灰比Nix、Nbi可用公式

计算得到，V0为灌浆系统进回浆管与钻孔的体积，V₀＝π×r²×L+π×R²×H，同一级水灰比灌浆过程中系统内灌注浆液密度D_ai、D_ix、D_bi及水灰比N_ai均可在自动记录仪打印的原始记录表中查得，因此，回浆变浓孔段某一级水灰比灌注过程中实际水泥灌入量可以通过如下公式直接计算得到：

/>

其中，m为浆液置换次数，

回浆变浓孔段实际水泥灌入量W则为各级水灰比灌注过程中实际水泥灌入量的累计总量：

其中，n为灌浆施工的水灰比级数。

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