一种水电站压力管道灌浆施工方法及凝胶材料
技术领域
本发明涉及一种可用于水库大坝、水电大坝、防洪大坝、大型海港港口码头、桥梁工程大型建筑的凝胶材料以及水电站压力管道灌浆施工方法。
背景技术
化学灌浆(Chemical Grouting)是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固基础，防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。即化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗止水)，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。
目前最常用的化学灌浆材料可分为两大类，六个系列，上百个品牌：一是防渗止水类，有水玻璃、丙烯酸盐、水溶性聚氨酯、弹性聚氨酯和木质素浆等；二是加固补强类，有环氧树脂、甲基丙烯酸甲脂、非水溶性聚氨酯浆等，近年来应用最多的是水玻璃、聚氨酯和环氧树脂浆材。
还有一类是注浆工程中最常用的是普通硅酸盐水泥。纯水泥浆的主要性能如下：(1)材料来源广泛，成本较低，无毒性，施工工艺简单方便。(2)黏度随水灰比而变，可小至16s，大至139s。(3)凝结时间随水灰比的增加而延长，从数小时到数十小时。(4)抗压强度可达22.0MPa。(5)结石率可达99％。(6)稳定性差，易沉淀析水，在地下水流速较大的条件下注浆时，浆液易受水的冲刷和稀释。
为改善水泥浆性能，可掺入掺合料如黏性土、水玻璃、粉煤灰等。例如水泥黏土类浆液。水泥黏土浆液是由水泥黏土按一定比例混合而成。作为加固注浆时，黏土掺量一般为5％～15％。由于黏土的分散性高，亲水性好，因而沉淀析水性较小。水泥黏土浆液的稳定性大大提高。再如水泥水玻璃类浆液。水泥水玻璃浆液亦称CS浆液，是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式流入，必要时加入速凝剂或缓凝剂所组成的注浆材料。它克服了单液水泥浆的凝结时间长且不
能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。
可用于防渗回固。水泥水玻璃浆液的特点：(1)浆液凝胶时间可控制在几秒到几十分钟范围内；(2)波美度越小，胶凝越快；水玻璃掺量越少，胶凝越快；(3)结石体抗压强度较高，可达10～20MPa；结石率可达100％；(4)结石体渗透系数为10-3cm/s；(5)可用于裂隙为0.2mm以上的岩体或粒径为1mm以上的砂层；(6)材料来源丰富，价格较低廉；(7)对环境及地下水无毒性污染。
常规的灌浆堵漏工艺，多采用单孔、单液(混合液)灌浆工艺，主要是利用浆液(化学浆液或水泥-速凝剂双液)的快速凝固作用来完成灌浆堵漏。但因速凝浆液均存在浆液瞬间胶凝体强度较低，遇高压大渗漏水时很容易被高压渗流冲蚀或挤出，而导致堵漏失败。现有技术中也已经公开了实施灌浆堵漏工艺的设备，以及工艺过程。
本发明的目的就是针对现有凝胶材料性能单一的问题，提供一种低环境负荷的高性能凝胶材料。
发明内容
因此，本发明的目的是提供了一种水电站压力管道灌浆凝胶材料；
本发明的另一发明目的是提供了一种水电站压力管道灌浆施工方法；
本发明的另一发明目的是提供了上述隧道防火涂料的施工方法。
本发明的目的是通过下列方法实现的。
一种水电站压力管道灌浆凝胶材料，其由下述重量百分比用量的原料制备而成：2～3份石膏、7.1～8份水泥熟料、3份粉煤灰、7～9份粒化高炉矿渣粉和硅灰粉，其中石膏和水泥熟料的重量百分比为35-40％，粉煤灰与粒化高炉矿渣粉、硅灰粉的重量百分比为50-60％，硅灰粉为2-10％。
上述组份中，根据配制不同类型得胶凝材料，水泥熟料粉中SO3需要在3-20％之间调整；熟料粉得比表面积为380-420m2/kg，熟料成分C3A≤5％，MgO 4-5％，粒化高炉矿渣粉符合GB18046-2000标准中S95以上级别矿渣粉要求；粉煤灰符合GB1596-1991标准中一级品要求，硅灰粉比表面积≥600m2/kg，石膏符合GB5483-85中得一级品要求。
一种水电站压力管道灌浆施工方法，其按如下步骤进行：
步骤一：制作主管、支管和排气管，主管和排气管均采用直径50mm，壁厚3.5mm的镀锌铁管，支管采用直径25mm，壁厚3.5mm的镀锌铁管；
步骤二：在加工场按照埋设长度现场切割主管、编号，并按照各编号管路所控制灌浆段的支管布置位置开孔，开孔孔径为20mm；
步骤三：切割好主管、支管后，将主管直接焊接在外露的锚杆上，主管安装完成后，量出支管口到围岩的距离，根据尺寸现场加工支管并编号，最后将加工好的支管按照量设的位置直接焊接到主管上，并利用锚杆、角钢支撑、定位杆将其固定，焊接完成后，支管管口用两层塑料袋包裹，并用橡胶绳子绑扎牢固；
步骤四：安装好主管、支管后灌浆前，向所有管路依次通风冲开支管出口的塑料袋，以便检查主管和支管是否畅通、灌浆管路通道是否形成；
步骤五：采用权利要求1所述凝胶材料浆液，100～200L为初始灌浆浆液润滑管路，之后用上述凝胶材料浆液继续灌注。
步骤六：施工过程中，在每个单元内钢管内壁布置3组抬动观测装置，灌浆时要抬动观测，防止由于灌浆压力突然增大，对压力钢管产生抬动挤压变形；
步骤七：对单根管路灌浆的时候，当相临的下一次序管路孔口开始反浆，再继续对该管路灌浆10min则灌浆结束，或进浆管处压力已升至0.7mpa，但已停止吸浆且相临下一次序管路孔口无反浆，则继续对该管路灌浆10min后，灌浆结束。
优选地，步骤二中的主管开孔采用手提冲击钻由钢管外向内钻孔。
优选地，步骤二中主管分为主灌浆管和辅助灌浆管，主灌浆管上每隔1.4m布置一根支管接入孔，辅助灌浆管则每隔2.0m布置一根支管接入孔。
优选地，该施工过程中全程采用自动记录仪记录灌浆注入量和灌浆压力。
本发明所述的灌浆凝胶材料，粘度适度、可调、表面张力、接触角低，湿润、浸润性能优异，渗透性好，可操作时间长，适应性广的特点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1：
(1)制备混合料A：取200吨石膏、720吨水泥熟料混合，粉磨至比表面积为380m2/kg，制得水泥熟料粉备用；
(2)制备混合料B：取300吨粉煤灰和已粉磨至比表面积为4500m2/kg的粒化高炉矿渣粉750吨，混合，备用；
(3)取35吨混合料A，56吨混合料B，5吨硅灰粉，混合均匀，即得。
实施例2：
(1)制备混合料A：取260吨石膏、780吨水泥熟料混合，粉磨至比表面积为380m2/kg，制得水泥熟料粉备用；
(2)制备混合料B：取300吨粉煤灰和已粉磨至比表面积为4500m2/kg的粒化高炉矿渣粉800吨，混合，备用；
(3)取38吨混合料A，55吨混合料B，6吨硅灰粉，混合均匀，即得。
实施例3：
根据本发明制备得凝胶材料性能指标如下表所示
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根据上表中得数据可知利用本发明得凝胶材料，其可具有抗裂、抗侵蚀、抗冲击、抗冲刷等耐久的性能大大优于现有技术。