淺析巖溶地區(qū)高壓灌漿“固管”問題

楊曉波，高素麗

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

70年代，我國在巖溶地區(qū)貴州烏江渡電站首次采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、無栓塞自上而下、分段循環(huán)式灌漿（以下簡稱高壓灌漿）”的方式進(jìn)行基礎(chǔ)處理。近年來，通過隔河巖、東風(fēng)電站等大量工程的實(shí)踐證明，這種灌漿方法在巖溶發(fā)育地區(qū)基礎(chǔ)處理中很有發(fā)展前景。其特點(diǎn)是工藝簡單、工效高，形成的帷幕質(zhì)量好。但毋庸諱言，施工中發(fā)生的“固管”，也極大地困擾著該技術(shù)的發(fā)展。以下根據(jù)工作實(shí)踐，對(duì)帷幕灌漿施工中出現(xiàn)的這一問題進(jìn)行了一些研究和探討。

1 造成固管的主要原因

所謂“固管”，是指在帷幕灌漿施工中，由于水泥漿液的不良循環(huán)造成漿液在灌漿孔內(nèi)沉淀、粘聚、凝結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致射漿管與灌漿孔凝固成一體。灌漿中發(fā)生“固管”，既造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，又影響了施工進(jìn)度，而且由于施工者的“恐固”心理，施工中往往會(huì)發(fā)生射漿管的下置深度及使用壓力難以達(dá)到規(guī)定要求，嚴(yán)重地影響了帷幕灌漿的質(zhì)量，因此，施工中發(fā)生“固管”危害極大。那么，“固管”是怎樣發(fā)生的呢？根據(jù)施工實(shí)踐，可以從以下幾方面分析。

1.1 施工工藝

1.1.1 灌漿壓力

灌漿壓力是決定灌漿效果的重要因素之一，它是由灌漿泵活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，并通過連續(xù)前進(jìn)的漿液本身而傳遞，壓力越大，漿液在地基裂縫孔隙中運(yùn)行得越遠(yuǎn)，對(duì)漿液充填裂隙或溶洞效果越佳，也就是說，灌漿質(zhì)量越好。根據(jù)實(shí)際施工情況，高壓易引起“固管”。我們知道，在帷幕灌漿施工中，灌漿孔內(nèi)的壓力隨不斷運(yùn)動(dòng)的漿液向四周傳遞擴(kuò)散，理論上與泵的排漿無關(guān)。由于孔壁及管壁的摩擦系數(shù)μ值是恒定的，因此壓力越大，漿液運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力越大，相對(duì)回漿流動(dòng)越困難，當(dāng)漿液循環(huán)速度減小至0時(shí)，便發(fā)生了漿液沉淀、凝聚，以至產(chǎn)生“固管”。這是高壓引起固管原因之一。其二，雖然在理論上泵的排漿量不隨壓力改變，而在施工實(shí)施中，由于泵體老化，壓蓋活塞破損等原因，漏損漿量隨排出壓力升高而加劇，故泵的排漿量隨壓力升高而減小。一方面高壓孔內(nèi)易進(jìn)漿，而灌漿泵的排漿能力降低，因此導(dǎo)致回漿量減小，難以形成循環(huán)，易“固管”。

1.1.2 漿液濃度

帷幕灌漿施工中大多采用純水泥漿 （水與水泥拌和）做為灌漿材料。根據(jù)規(guī)范要求，施工中采用由稀變濃灌注的灌漿方法。

一般說來，水灰比（W/C）大于2的漿液，它的流動(dòng)性質(zhì)服從于牛頓定律，故稱牛頓流體。而水泥比小于2的漿液，根據(jù)它的流動(dòng)性質(zhì)稱為賓漢流體。牛頓流體的運(yùn)動(dòng)阻力只與漿液的粘度成正比，即在一定的外力下，其流動(dòng)的速度只決定于漿液的粘度。而賓漢流體的流動(dòng)速度不僅取決于漿液的粘度，并且只有在克服流體自身的內(nèi)聚力后，要使其發(fā)生流動(dòng)必須施加更大的外力。所以在同樣的壓力下，濃漿由于受自身材料物理性質(zhì)的影響，流動(dòng)緩慢，水泥顆粒易凝聚，故易發(fā)生“固管”。通過東風(fēng)水電站所做的漿材資料證明，濃漿的塑性粘滯系數(shù)、有效屈服強(qiáng)度、漏斗粘度均高于稀漿。另外，在灌注稀漿時(shí)，由于稀漿的穩(wěn)定性差，水與水泥顆粒易分離，特別是通過較小裂縫，往往發(fā)生回漿變濃情況，漿液由牛頓流體變?yōu)橘e漢流體，如前所述，易發(fā)生“固管”。

1.2 施工器材

1.2.1 灌漿泵

灌漿泵是灌漿用的主要設(shè)備，高壓循環(huán)灌漿大多采用往復(fù)式泥漿泵，它的主要特點(diǎn)是排漿量只取決于泵的活塞直徑、行程以及往復(fù)頻率，理論上不隨壓力而改變。我們知道，高壓灌漿的漿液回漿循環(huán)主要取決于灌漿的往復(fù)排漿循環(huán)，灌漿施工中，泵體所排漿量，一部分灌入巖溶裂隙，另一部分則通過回漿管路返回地面攪拌桶。根據(jù)施工的實(shí)際情況，灌漿泵基本保持連續(xù)工作狀態(tài)，保養(yǎng)維修不及時(shí)，在施工中常常出現(xiàn)“漏漿”或“不排漿”情況，至使灌漿孔內(nèi)漿液無法正常循環(huán)，回漿減小或不回漿，以至發(fā)生“固管”。

1.2.2 射漿管接頭

在實(shí)際施工中，各射漿管于接頭相連，接頭幾何尺寸不規(guī)格，當(dāng)灌注濃漿時(shí)，漿液最易在各接頭處聚集，隨著時(shí)間增長，越聚越多，當(dāng)聚集物與孔壁形成一體時(shí)，產(chǎn)生“固管”。

1.3 地質(zhì)條件

施工實(shí)踐證明，地質(zhì)條件也是影響“固管”重要因素之一。

帷幕灌漿施工中常常會(huì)有這種現(xiàn)象：當(dāng)灌漿壓力小的時(shí)候，孔內(nèi)不進(jìn)漿，而增大壓力后，灌漿流量又陡然增大，這種情況極易發(fā)生“固管”。分析其原因，在一些斷層或破碎帶，當(dāng)灌漿壓力較小時(shí)，漿液無法填充更遠(yuǎn)裂隙，壓力增大后，斷層或破碎帶劈裂增大（沖開斷層），裂隙或溶洞相貫通，致使孔內(nèi)進(jìn)漿量陡然增大。由于進(jìn)漿小時(shí)回漿正常，進(jìn)漿陡然增大后，造成靠近孔口上部的漿液相對(duì)靜止，無法形成回路，加之溶洞短時(shí)期內(nèi)很難填滿，那部分相對(duì)靜止的漿液便產(chǎn)生凝聚，以至“固管”。另外，在黃泥夾層或破碎地帶中，由于高壓作用而導(dǎo)致黃泥及碎石屑“擠”塞灌漿孔，嚴(yán)重地阻礙了漿液的回漿流動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生“固管”。

以上地質(zhì)情況引發(fā)的“固管”多發(fā)生在導(dǎo)孔及I序孔灌漿時(shí)，實(shí)踐證明，當(dāng)灌漿施工進(jìn)入Ⅱ和Ⅲ序孔后，由于孔內(nèi)進(jìn)漿量小，回漿暢通，“固管”的機(jī)率大大減小。

事實(shí)上，“固管”的產(chǎn)生往往是上述原因綜合作用的結(jié)果?！肮坦堋钡陌l(fā)生，既造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，又影響了施工進(jìn)度。因此，在施工中，一定要做到以防為主，使該事故降到最低限度。

2 預(yù)防固管的主要措施

2.1 改進(jìn)孔口封閉器

原有灌漿孔口封閉器，內(nèi)含膠球，通過絲扣與孔口管相聯(lián)。這種孔口封閉器最大缺點(diǎn)是：在灌漿過程中借助鉆機(jī)立軸僅能將灌具旋轉(zhuǎn)，無法提升射漿管。通過改進(jìn)，在原來孔口封閉器加一活動(dòng)壓蓋，這樣可以在灌漿過程中不僅使射漿管能旋轉(zhuǎn)，還能提升。既使發(fā)生“固管”，處理時(shí)也拆卸方便。通過實(shí)踐，采用這種孔口封閉器，對(duì)防止“固管”起了很大作用。

2.2 經(jīng)常提起和旋轉(zhuǎn)射漿管

當(dāng)灌漿時(shí)間持續(xù)較長時(shí)，應(yīng)經(jīng)常的降壓提起和旋轉(zhuǎn)射漿管，這樣可以促進(jìn)孔內(nèi)漿液流動(dòng)，防止水泥漿在射漿管與孔壁間隙中聚結(jié)。一般地說，每隔6～7 min，應(yīng)降壓提起、旋轉(zhuǎn)射漿管一次，只要保持回漿流量為20～30 L/min，從而使?jié){液在孔內(nèi)形成循環(huán)，這樣就不易產(chǎn)生“固管”。

2.3 禁止帶鉆具灌漿

一些施工分隊(duì)在施工中，常常在鉆到段后下鉆具進(jìn)行灌漿，這樣雖節(jié)省時(shí)間，減少人力，但由于鉆具與鉆孔間隙較射漿管與鉆孔間隙小，回漿困難，極易“固管”。

2.4 采用稀漿并漿

在灌漿過程中，漿液濃度一般遵循由稀變濃，濃漿并漿的原則。根據(jù)前面對(duì)漿液濃度的分析，濃漿易引起“固管”。實(shí)際施工中，由于稀漿粘度小、易流動(dòng)，因此稀漿能更好地密實(shí)細(xì)小裂縫和未充填充好的大裂縫，有利于灌漿質(zhì)量，并且采用稀漿并漿“固管”發(fā)生機(jī)率較小。事實(shí)上，國內(nèi)的一些灌漿施工專家近年來也提出了“稀漿并漿益于質(zhì)量”的觀點(diǎn)。

2.5 防止施工設(shè)備“帶病”作業(yè)

在實(shí)際施工中，一些施工隊(duì)伍盲目搶進(jìn)度、抓效益，至使施工設(shè)備常常帶病作業(yè)，這也給“固管”埋下了隱患。比如灌漿泵排漿量很小時(shí)仍舊灌漿施工，至使回漿不循環(huán)而“固管”。鉆機(jī)立軸不能活動(dòng)時(shí)仍舊灌漿，以至不能提鉆自由而“固管”。因此，施工間停時(shí)一定要經(jīng)常檢修設(shè)備，禁止設(shè)備帶病作業(yè)。

2.6 提高施工人員素質(zhì)，加強(qiáng)施工責(zé)任心

“固管”的原因較多，除一些施工技術(shù)、設(shè)備因素外，還有很大部分人為因素，如無專人控制壓力，不注意漿液循環(huán)、回漿情況，不提升旋轉(zhuǎn)射漿管等。要杜絕“固管”的人為因素，首先要提高施工人員業(yè)務(wù)技能，積累施工經(jīng)驗(yàn)，練就一批懂技術(shù)、能干活的隊(duì)伍。其二，加強(qiáng)對(duì)工人責(zé)任心教育，用經(jīng)濟(jì)手段將施工人員與“固管”事故聯(lián)系在一起。

3 處理“固管”常用方法

在灌漿過程中，一旦發(fā)現(xiàn)有“固管”跡象或發(fā)生“固管”，應(yīng)盡快地采取措施。因?yàn)樵趧偘l(fā)生“固管”時(shí)，僅是水泥顆粒的聚結(jié)，水泥漿液未發(fā)生初凝，如果采取適當(dāng)措施，處理及時(shí)，“固管”事故一般應(yīng)能解決。

3.1 高壓水沖洗

在剛發(fā)生“固管”時(shí)，立即用高壓水向孔內(nèi)沖洗，同時(shí)敲擊射漿管，利用鉆機(jī)提升灌具，這種方法對(duì)“固管”發(fā)生的初始階段有一定效果。

3.2 用“鏈砣”或“油壓千斤頂”拔管

在高壓水沖洗無效時(shí)，應(yīng)盡快使用“鏈砣”或“油壓千斤頂”拔管。由于“鏈砣”、“油壓千斤頂”力量強(qiáng)，拉力大，對(duì)處理發(fā)生時(shí)間不長的“固管”事故還是行之有效的。主要缺點(diǎn)是由于這兩種器材瞬間拉力極強(qiáng)，容易造成射漿管絲扣損壞而處理失敗。

3.3 擴(kuò) 孔

當(dāng)“固管”時(shí)間發(fā)生較長，水泥漿液將射漿管與鉆孔凝固一體后，上述處理方法難以達(dá)到良好效果。此時(shí)應(yīng)采用比原鉆孔直徑大一級(jí)別的鉆具擴(kuò)孔，一次擴(kuò)孔深度以兩根射漿管長度為宜。擴(kuò)孔后，使射漿管與孔壁分離，再利用“反向絲錐”逐一取管。該方法實(shí)施時(shí)，常常發(fā)生擴(kuò)孔方向與原射漿管方向不一致，易造成折鉆事故。因此，在進(jìn)行擴(kuò)孔處理時(shí)，一定要謹(jǐn)慎細(xì)致，且鉆進(jìn)速度不宜太快。

3.4 利用“反向絲錐”

所謂“反向絲錐”，是一種與射漿管螺絲方向相反的螺絲絲錐，利用這種工具，在擴(kuò)孔后與射漿管搭合，越擰越緊，另一方向，使兩根射漿管之間逐一松動(dòng)，便可提取射漿管。