宽大裂隙灌浆材料的应用与技术

2.2.1　设计思路

由于成本低廉且效果较好，水泥水玻璃双液灌浆材料历来是宽大裂隙涌水处理的首选。其原理是水泥水玻璃双液具有速凝性。但是，如果涌水流量过大，流速过高，则双液在混合过程后会很快稀释，致使速凝效果大打折扣。因此，中国水电基础局有限公司孙亮、肖恩尚小组依托锦屏二级电站项目，提出了防止浆液在高速水流下均匀稀释的新思路。其核心是，浆液在遇到高速水流时，可以被冲散，但冲散后仍能固化，且固化后强度增长越快越好。由此，宽大裂隙灌浆材料分为三种类型，即以水泥水玻璃材料为代表的速凝型，以可控浆液为代表的抗冲型和综合两者优点而形成的速凝抗冲型。这种设计与国内其他有关单位的思路不谋而合。

2.2.2　抗冲型可控灌浆材料

按照传统思想，要提高浆液的抗水流冲击能力，首先提高浆液的初始粘度，使水流无法将浆液冲走；其次是提高浆液的抗水溶解侵蚀能力，使水无法稀释水泥浆，保证水泥的初始粘度不因水的溶解稀释而降低，从而保证水泥的连续堆积和凝固。由此分析，具有速凝特点的膏状浆液应该可以满足上述条件，实现堵漏和控制浆液的扩散距离。可控灌浆材料就是在这种认识基础上形成的，不同外加剂对可控浆液初始粘度和凝结时间的影响见表1。

表1　不同外加剂对可控浆液初始粘度和凝结时间的影响

注　各配比的粘度损失均很快，可泵时间均在15min以下，特别是SY—5，可泵时间不足10min。

由表1可见，外加剂的加入使浆液的初始粘度明显增大，凝结时间显著延长（即使用速凝剂回调也是如此），抗冲性能大大提高，最大可抵抗地下水流速达1m/s左右。(www.xing528.com)

可控浆液的上述特点，造成了两个问题：一是工作性能较差，用常规的灌浆泵难以满足施工要求；二是凝结时间过长，有悖于材料设计的初衷。

2.2.3　速凝抗冲SX型特种灌浆材料

该材料是在综合前两类材料优点基础上提出的。其主要设计指标有三个：可泵时间至少保证20min；可泵期内具有一定的抗水冲能力，越大越好；失去流动性后即很快固化，且强度增长应快，越快越好。

应当指出，这三个指标有着内在的冲突和矛盾。可泵时间长和抗冲，则多意味着缓凝；凝结时间短，强度增长快，又要求材料具有速凝性。在这种情况下，用传统的原材料已经很难达到上述设计目标。在这种情况下，研究小组采用了全新的材料，并设计了多套初步试验方案。2007年初，取得了初步成果。试验结果表明，该材料失去流动性时间多在5～15min，特别是以8～12min段最为集中。该材料的另一特点是，失去流动性的同时即具有一定的抗冲能力，数分钟后抗冲能力急剧上升，强度增长相当迅速，早期强度很高。

该材料目前存在的主要问题有两个：一是工作时间较短；二是失去流动性后虽具有一定抗冲性，但这个时点离强度急剧增长之间有大约几分钟的时间间隔。这两个问题仍待进一步研究解决。相比较基础局的研究进展而言，国内其他行业的有关单位已经成功研制出了速凝膏浆材料，基本解决了SX型工作性能差的问题，但造价较高，约相当于普通水泥的10倍。

2.2.4　宽大裂隙灌浆材料的前景分析

可控灌浆材料由于其自身特点所限，应用前景尚不明朗；速凝抗冲材料如能解决工作时间较短问题，则其前景十分光明。相比较而言，速凝抗冲材料的第二个难题解决起来更困难一些，如能在这方面取得突破，则该材料将成为灌浆史上最具特色的类别之一；即使没有取得明显进展，仅按照现有的抗冲和速凝水平，也可以满足大多数工程的需求。与水泥水玻璃双液相比，这种材料操作比较简便，在高流速涌水下材料损失较少，灌浆效果较好，故虽材料本身成本较高，工程总体成本却并不一定大幅度增加。