湿磨细水泥技术及其在岩石基础处理中的应用

张万计 刘洪利

【摘要】本文主要介绍在仙游抽水蓄能电站引水系统施工中，湿磨细水泥的应用情况，分析了湿磨细水泥的特点和优点，介绍了湿磨细水泥在斜井固结灌浆、厂房排水廊道内帷幕灌浆和化学灌浆中的应用情况。就仙游蓄能电站引水系统基础处理而言，湿磨细水泥灌浆取得了良好的灌浆效果，1#、2#两条引水系统在首次充排水试验中，渗水率平均值仅有6L/s，远低于设计要求50L/s，在国内同等高水头（550米）的工程中，达到领先水平。

【关键词】基础处理；水泥注浆；湿磨细水泥；湿磨机

1、概述

福建仙游抽水蓄能电站位于福建省莆田市仙游县西苑乡，为周调节抽水蓄能电站。电站装机容量为1200MW（4×300MW），安装四台单机容量为300MW的混流可逆式水泵水轮发动机组。本工程属大（1）型一等工程，输水系统由引水系统和尾水系统组成。引水系统采用一洞二机的布置型式，由上库进/出水口、上库事故检修闸门井、引水隧洞上平段、上斜井段、中平段、下斜井段、下平段、引水岔管、高压钢衬支管等组成，其中引水上、下斜井长分别为387.6m和311.1m（包括上、下弯段），引水系统中除部分高压支管采用钢衬外，其余洞段均采用钢筋混凝土衬砌，单条引水隧洞总长约1147.8m，衬砌内径为6.5m～3.8m。

2、湿磨细水泥浆液性能

2.1水泥细度

试验发现，水泥颗粒的最大粒径（d97），随湿磨时间增加而减少，平均粒径（d50）在2min中前逐渐减少 ，3min后趋于稳定，考虑到浆液温度及水泥水化的影响，水泥湿磨的时间以2到4min为宜，为提高湿磨水泥可灌度降低湿磨水泥粘度，应加入适当比例的减水剂，用于灌浆的湿磨水泥勃氏比表面积要求6000～8000c㎡/g，平均粒径D50小于6～10μm，最大粒径为35μm。下表是525#普通水泥，在0.6：1的水灰比時的一组数据。

2.2湿磨细水泥浆液性能分析

从表中可以发现1.浆液温度随湿磨时间延长而快速上升，一般升温速度2度/min；2.湿磨时间对粘度的影响，在掺加减水剂时，有逐步减小的趋势；3.析水和凝结时间随湿磨时间延长而缓慢减少；4.湿磨显著提高了水泥结实的抗压强度，但在4min后则下降；5.湿磨水泥平均粒径在4min时降低明显，以后无明显降低；综合以上，湿磨水泥的湿磨时间应控制在2～4min，不宜超过4min。

对湿磨细水泥而言，湿磨后颗粒显著变小，平局粒径D50小于10um，较普通水泥有较大程度的提高，对于岩石细微裂隙，灌注能力得到加强，浆液的稳定性也得到大幅提高，但流动性有所降低，通过加入适当的减水剂，流动性可以得到改善，为提高湿磨是你性能，普通水泥必须通过高速搅拌机（1200转/min）搅拌（减少发热量），湿磨后的水泥储存在低速搅拌机（100转/min）中备用，因水泥细度提高，水化热加快，超过2h后湿磨细水泥必须弃掉。

3、工程应用

仙游抽水蓄能电站引水系统基础处理采用长江科学院研制的GSW型湿磨机，湿磨细水泥制浆采用：“集中制备，分点湿磨”的方案，在每条斜井的平段选好制浆位置，并铺设送浆管路至斜井施工平台，灌浆作业根据设计图纸要求采用不同水灰比的湿磨细水泥浆液。经室内试验，湿磨细水泥的磨细时间以4min为宜，采用3台湿磨机串联的方式湿磨。

3.1斜井高压固结灌浆

仙游抽水蓄能电站引水隧洞斜洞段有两条，桩号分别为：引Ⅰ0+093.350～引Ⅰ0+731.904、引Ⅱ0+110.000～引Ⅱ713.252，上覆岩体厚约60m～380m。引水隧洞包括上平段、引水上斜井段（包括斜井上下弯段），中平段、引水下斜井段（包括斜井上下弯段）、下平段、高压岔管段、高压支管段。其中上斜井部分采用湿磨水泥灌浆，灌浆压力1.5～3.0Mpa，下斜井全部采用湿磨水泥灌浆，灌浆压力5.0～7.0Mpa，灌浆区域内主要为Ⅱ类围岩，局部为Ⅲ类围岩，其中斜井部位各有两条断层f74-1、f74-2通过，断层部位采用先湿磨水泥灌浆，后化学灌浆的方式，最大灌浆压力7.0Mpa，灌浆检查采用单点法压水试验，合格标准为0.5Lu。通过采用湿磨细水泥进行的高压固结灌浆，提高了围岩的整体力学性能，可灌性较普通水泥有大幅提高，围岩防渗性得到提升，在电站充排水试验中得到体现，1#引水系统的整体渗流量9L/S，2#引水系统的整体渗流量6L/S，远低于设计标准50L/S的设计值，在国内同等高水头的电站中，处于领先水平。

3.2排水廊道帷幕化学复合灌浆

引水高压支管排水廊道，是在引水钢衬顶部布置两条横向排水廊道B1和B2（垂直于引水支管）后接三条平行引水的排水廊道A1～A3与厂房上游侧排水廊道相接，纵向坡度i=3.68～7.0%，整体形成一“日”字形的排水廊道系统。此部位以Ⅱ类围岩为主，局部为Ⅲ类围岩，大部分均为新鲜花岗斑岩，其呈岩株状，岩体比较完整，局部完整性差。设计主帷幕灌浆有三排，上、下游排帷幕灌浆采用湿磨细水泥，中间排采用化学灌浆。最大灌浆压力5.0，最大孔深70米，帷幕灌浆采用孔口封闭法，化学灌浆采用自下而上法，化学灌浆塞采用水塞。灌浆时先施工下游排，然后施工上游排，最后施工中间排，每排帷幕分两序灌浆。

帷幕灌浆共16个单元，Ⅰ序179个孔，灌浆长度9424.12m，注灰量821853.44kg；Ⅱ序175个孔，灌浆长度9154.85m，注灰量447066.82kg。灌后检查孔压水共36个孔368段，平均透水率0.21lu。

化学灌浆共5个单元，Ⅰ序21个孔，灌浆长度567.24m，注灰量11008.61kg；Ⅱ序20个孔，灌浆长度452.18m，注灰量3199.19kg，灌后压水共11个孔122段，平均透水率0.12lu。

此种水泥化学复合灌浆法，能有效的节省化学材料的用量，减少资金浪费，从灌浆后的检查结果看，灌浆效果显著，达到设计要求，检查孔合格率100%，达到预期的效果，并且大大减少了化学材料的用量。

结论

（1）湿磨细水泥在仙游抽水蓄能电站引水系统中的得到了广泛的应用，通过高效湿磨机可在短时间内将普通425#和525#水泥加工细化，生产出最大粒径小于40um，平均粒径小于10um，比表面积大于6000的湿磨细水泥材料，此项工艺简单，现磨现用，成本较低。（2）湿磨细水泥用于灌注微细裂隙发育的岩体的注浆技术，灌浆效果较好，改善了岩层的可灌性，有利于浆液的扩撒和灌浆质量的提高。（3）进行化学灌浆前，宜先采用湿磨细水泥进行灌注，先对相对较宽的裂隙进行充填，已减少化学材料的用量。

作者简介：

张万计，男，1980-02-04，籍贯：吉林，毕业院校：长春工程学院，学历：本科

，单位名称：中国水利水电第一工程局有限公司，工程师，研究方向：水利水电