回浆变浓情况下帷幕灌浆注灰量计算方法研究

李如吴乃文

（1.浙江华东工程咨询有限公司 浙江杭州 310014 2.雅砻江流域水电开发公司桐子林建设管理局 四川攀枝花 617100）

1 概述

通常来说，帷幕灌浆自上而下分段灌浆可采用循环式灌浆或纯压式灌浆[1]。纯压式灌浆在施灌下部孔段时灌浆浆液容易通过岩石的裂隙串至气胀栓塞以上的灌浆孔内形成坚硬的结石，将气胀栓塞牢牢抱死难以拔出形成孔内事故，从而影响施工进度和灌浆质量，目前我国大多数岩石裂隙发育地区一般很少采用。循环式灌浆是指经高压灌浆泵泵出的浆液通过射浆管注入到灌浆孔段底部，在压力作用下，一部分浆液渗入到岩体裂隙中，另一部分浆液通过回浆管返回到盛浆桶或回浆桶中，并与新鲜浆液混合后再用灌浆泵送入灌浆孔，保持灌浆孔段内的浆液呈循环流动状态的一种灌浆方法。循环式灌浆根据灌浆管路布置和参数采集的不同分为两参数小循环灌浆和三参数大循环灌浆，目前我国大多数岩石裂隙发育地区采用循环式灌浆。

桐子林水电站位坝基基岩隐微裂隙发育，节理、裂隙居多且多无充填，小断层、挤压破碎带、裂隙密集带相对分布随机，延伸性较差。在进行坝基帷幕灌浆工程施工过程中，大量孔段出现涌水及“回浆变浓”现象，浆液在较短时间内自动升高一至二级。灌浆过程中吃水不吃浆，在较大灌浆压力下仍有一定流量，实际为浆液水分流失。

本工程采用自上而下分段循环式灌浆，常规的小循环灌浆和大循环灌浆是基于灌浆浆液比重人工调整且基本维持不变的情况下进行的，由于回浆变浓导致浆液浓度自动变化、升高，常规的灌浆自动记录仪记录的流量和比重失真，即注灰量失真，一方面分序加密灌浆成果不正常，另一方面不能按照合同准确计量支付。对此，通过对整套灌浆管路布置及常规的灌浆自动记录仪参数采集原理进行分析，在常规灌浆自动记录仪的基础上探索出了一种回浆变浓情况下帷幕灌浆注灰量计算方法，能够真实准确的反应注灰量。

2 正常情况下帷幕灌浆注灰量计算方法分析

2.1 小循环灌浆情况下自动记录仪注灰量计算方法分析

目前，我国灌浆工程中广泛采用小循环灌浆工艺，这种工艺的参数采集及计量方式是：在进浆管路上安装一个流量传感器（流量计），在回浆管路上安装一个压力传感器及调节灌浆压力的高压阀门，在流量传感器及灌浆孔之间设置一个漏斗状回浆桶，回浆桶部位安装一个水灰比密度传感器。盛浆桶内的浆液依次经过流量计和密度计进行计量，然后经过高压灌浆泵进行升压，再经过射浆管将浆液送入灌浆孔施灌段底部，在高压灌浆泵施加的高压下，一部分浆液渗入到岩体裂隙中，另一部分浆液通过回浆管返回到流量计与灌浆泵之间的漏斗状回浆桶中（未通过流量计，不存在重复计量问题），如此反复循环。

正常灌浆情况下，进浆管与回浆管浆液密度是一致的，水泥注灰量=密度×流量×时间。在回浆变浓情况下，灌浆浆液在灌浆孔内高压情况下失水，导致灌浆孔段及回浆管内密度自动上升，回浆管中的浆液流入漏斗状回浆桶通过水灰比密度传感器后再次循环进入灌浆孔段内，灌浆自动记录仪记录的浆液密度比盛浆桶内配置的浆液密度高，实际灌入基岩裂隙的浆液为水，记录仪显示灌入裂隙的浆液为高浓度浆液，注灰量失真。

2.2 大循环灌浆情况下自动记录仪注灰量计算方法分析

大循环灌浆的钻孔和灌浆施工顺序及施工方法与小循环灌浆工艺的施工过程是一样的，不同的是这两种灌浆工艺的管路布置和参数采集方式不一样。其具体做法是：盛浆桶-灌浆泵泵出的浆液首先进入稳压罐-进浆流量计-水灰比密度计-通过射浆管将浆液送至施灌段底部-在高压下一部分浆液渗透至岩体裂隙中-另一部分浆液经射浆管外壁与孔壁之间的间隙回流至孔外-压力传感器-回浆流量计-高压闸阀-返回的浆液与盛浆桶内的新鲜浆液汇合-重复循环至灌浆结束。

大循环灌浆工艺与小循环灌浆工艺的不同之处是在回浆管路上增加了一个流量计，浆液直接回到盛浆桶，不会因为浆液在孔内循环温度升高而影响浆液质量。其计量原则是整个大循环通道内同一时刻浆液密度是一致的，通过进浆管和回浆管两个流量计流量差计算注灰量，即水泥注灰量=密度×（进浆流量-回浆流量）×时间。如遇回浆变浓，浆液在孔内失水，导致同一时刻灌浆孔段及回浆管路中的浆液密度自动升高大于进浆管路浆液密度，在此情况下自动记录仪记录计算的水泥注灰量失真。

3 回浆变浓情况下帷幕灌浆注灰量计算方法研究

研究思路：

桐子林水电站坝基帷幕灌浆采用的是自上而下分段循环式灌浆，管路按照小循环灌浆布置，在此情况下灌浆自动记录仪在计算灌浆注灰量时使用的是回浆密度乘以注入浆液体积，回浆变浓情况下因孔内浆液失水回浆密度自动升高，其自动记录仪记录的浆液密度及注入浆液体积失真，自动记录仪计算的注灰量数据失真，需要人工再次分析。另外，根据设计及规范要求，灌浆过程中若遇回浆变浓，待注入率足够小时换用相同水灰比的新浆灌注。

正常情况下，灌浆自动记录仪记录的注灰量虽然是回浆密度乘以注入浆液体积，但实质是进灰量减去弃灰量及孔占、管占灰量。假定盛浆桶在一定时段内的浆液密度是恒定不变的，按照进浆密度乘以总的灌入体积减去回浆密度对应的孔占、管占及置换浆液的体积这一计算思路，使实际注灰量的计算变得精准，排除了回浆变浓产生的干扰。

4 结语

目前国内常用的灌浆自动记录仪仅适用用于常规灌浆，回浆变浓情况计算得出的注灰量比实际注灰量偏大，一般工程项目灌浆过程中回浆变浓出现频率不高且不明显，工程师及项目管理人员容易忽视。通过对回浆变浓情况下注灰量计算方法的研究及在桐子林水电站坝基帷幕灌浆成果中的应用，在解决桐子林水电站工程帷幕灌浆计量问题的同时，对国内正在遇到或即将遇到回浆变浓这种特殊情况下的帷幕灌浆工程具有借鉴意义，同时为灌浆自动记录仪的升级改造提供了方向。