孔口封閉灌漿法在祁縣子洪水庫帷幕灌漿中的應(yīng)用

張秀芹

（山西省晉中市水利建筑工程總公司，晉中030600）

1 子洪水庫灌漿工程概況

子洪水庫位于昌源河中下游子洪口，水庫樞紐建筑物由大壩、輸水洞、泄洪洞三部分組成。原庫容2 336萬m3，是一座緩洪蓄清兼顧防洪、灌溉和城市供水的中型水庫，是昌源河上的一座重要控制性工程。

水庫的灌漿工程項目包括：大壩帷幕灌漿、泄洪洞洞身回填與固結(jié)灌漿、輸水洞洞身回填與固結(jié)灌漿。

1）大壩帷幕灌漿

帷幕灌漿軸線位于大壩上游高程約882 m左右馬道處，采用雙排，排距2 m，孔距2.5 m。灌漿底線深入壩基基巖5 m，灌漿頂線上部伸入壩體l m，左側(cè)與原帷幕灌漿體銜接，右側(cè)伸入滑坡體內(nèi)130 m。灌漿范圍為0+034～0+650，鉆灌平臺基本布在上游882.74 m高程的馬道處。

2）泄洪洞洞身回填與固結(jié)灌漿

泄洪洞的改造內(nèi)容為：在泄洪洞洞身0+100～0+266之間進行回填與固結(jié)灌漿。

3）輸水洞洞身回填與固結(jié)灌漿

輸水洞的改造內(nèi)容為：在輸水洞洞身0+100～0+246之間進行回填與固結(jié)灌漿。

2 孔口封閉器的構(gòu)造和工作原理

2.1 孔口封閉器的構(gòu)造

孔口封閉器是采用Ф91 mm鉆頭料和Ф110 mm圓鋼及接頭經(jīng)加工焊接而成，主要由三部分組成：①孔口封閉器基座；②壓蓋；③橡膠圈?？卓诜忾]器高260 mm，上部外徑Ф110 mm，下部外徑Ф91 mm，壓蓋外徑Ф110 mm，內(nèi)徑Ф55 mm；橡膠圈高度50 mm，外徑Ф75 mm，內(nèi)徑Ф50 mm。

2.2 工作原理

孔口封閉器是利用橡膠圈的彈性和韌性在壓蓋壓力作用下膨脹抱緊灌漿管，封閉孔內(nèi)漿液形成孔內(nèi)循環(huán)，并在鉆機動力作用下使灌漿管在孔口封閉器中心靈活轉(zhuǎn)動和升降、且不漏漿。從而使灌漿管像攪拌棒一樣攪擾孔內(nèi)流動漿液，改變漿液流態(tài)，緩解漿液凝結(jié)速度，達到克服固管的目的。升降灌漿管可以降低漿液的內(nèi)聚力，刮涮黏附在孔壁和灌漿管壁上的水泥漿，在攪拌作用下迫使其液化分解參與新漿中循環(huán)，起到克服固管的作用。孔口封閉器的安裝使用很簡單：當(dāng)每灌漿孔段造孔結(jié)束后，在灌漿時下入鉆具和鉆桿，灌漿結(jié)束后直接鉆進。安裝孔口封閉器時，把孔口管護絲冒卸下，再逐個套入孔口封閉器基座、橡膠圈、壓蓋。基座與孔口管上緊后，鉆具提離孔底50 cm，把橡膠圈壓入基座，上緊壓蓋。連接高壓膠管，開動鉆機對好前車，孔口封閉器安裝完畢。連接循環(huán)管路，開泵開始灌漿。

2.3 孔口封閉灌漿法適用的范圍

孔口封閉灌漿法應(yīng)采用較小的孔徑，采用孔口封閉灌漿法時必須埋設(shè)孔口管。由于灌漿壓力大，故要求孔口管必須鑲鑄牢固，絕不允許孔口管四周有漏、冒漿現(xiàn)象。

3 帷幕灌漿

3.1 布孔方式

灌漿試驗根據(jù)圖紙選用與壩基地質(zhì)情況相近的地段，由監(jiān)理工程師指定位置進行，布孔采用兩排，灌漿孔呈梅花狀布置，孔距為2.5 m，排距為2.0 m。檢查孔位于兩排孔的中間和兩孔中間的部位。

3.2 方法及施工順序

帷幕灌漿采用孔口封閉，自上而下不待凝分段循環(huán)灌漿工藝，工藝流程如下：

鑲孔口管——鉆孔——沖孔——洗縫——壓水試驗——灌漿——封孔

帷幕灌漿試驗分三序施工，先施工一序孔，再施工二序孔，然后施工三序孔，最后進行檢查孔的施工。相鄰的兩個次序孔之間，在巖石中鉆孔灌漿的間隔高差不小于15 m。

3.3 程序說明

1）定孔：測量專業(yè)人員進行測定軸線和孔位。

2）鑲鑄孔口管：在孔位處用Φ108 mm鉆機向下鉆進至基巖0.2～0.5 m，投入黏土球夯實，然后把加工好的孔口管下入孔內(nèi)，并用重錘將套管下端黏土球夯實，以防灌漿時水泥漿串入套管壁外側(cè)?？卓诠苌隙烁叱龅孛?0 cm左右。

3）壩基鉆孔：采用XU-300型地質(zhì)鉆機或XU-150型地質(zhì)鉆機鉆孔，孔徑為Φ75 mm.為保證巖基帷幕灌漿的質(zhì)量采用孔口封閉法進行灌漿，鉆孔鉆至風(fēng)化巖頂部時，安設(shè)護口管及護壁

4）沖孔：施工段采用5 m，每段孔鉆畢后，用鉆桿下到孔底，用大流量水進行沖孔，直到回清水后持續(xù)10 min，沉淀物不大于20 cm。

5）裂隙沖洗及壓水試驗：每個灌漿段在壓水前要進行裂隙沖冼，沖冼壓力為灌漿壓力的80%，如該值大于1 MPa時，采用1 MPa。壓水穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定壓力下，每5 min測讀一次壓入水量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時，本階段壓水試驗即可結(jié)束，取最終值作為計算值。

6）灌漿方法及段長：灌漿方法為孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)法。灌漿段長：一般為5 m，最后一段最長不超過10 m。

孔口安設(shè)封閉裝置、鉆桿兼作灌漿管下入孔段內(nèi)，每鉆一段結(jié)束后，即將鉆頭提離孔底，用鉆桿作射漿管，開始灌漿。

7）灌漿材料：強度等級為32.5R普通硅酸鹽水泥。

8）灌漿壓力，按圖紙要求，壩基灌漿最大灌漿壓力控制在：一序0.6 MPa、二序0.65 MPa、三序0.7 MPa以內(nèi)，砂卵石層每加深1 m，壓力增加0.02 MPa，基巖層每加深1 m，壓力增加0.025 MPa，灌漿時，壓力由小到大逐級控制，避免突然增加，當(dāng)吸漿量很小時，盡快達到設(shè)計壓力。

灌漿方式采用循環(huán)式，射漿管距孔底不大于0.5 m。

9）灌漿方式及灌漿方法：試驗采用自上而下分段鉆孔、孔口封閉式灌漿法。自上而下分段灌漿時，灌漿塞阻塞在該灌漿段段頂0.5 m處，防止地層外漏。各段灌漿結(jié)束后一般不需待凝，即可進行下一段的鉆灌。

在灌漿過程中當(dāng)較長時間灌注濃漿時，灌漿管在孔內(nèi)容易被水泥漿凝住。防止的主要辦法，一是灌漿泵一定要保持良好的工作狀態(tài)，有足夠的排漿量，回漿管回漿量宜在15 L/min以上，以保證孔內(nèi)漿液很好地循環(huán)流動。二是在灌漿過程中要經(jīng)常轉(zhuǎn)動和上下活動灌漿管，特別是在灌注濃漿期間，應(yīng)加多轉(zhuǎn)動的次數(shù)。轉(zhuǎn)動灌漿管時應(yīng)降低灌漿壓力，而灌漿泵不停。灌漿管頂部必須安裝能轉(zhuǎn)動的水龍頭。在轉(zhuǎn)動灌漿管時，憑借司鉆的經(jīng)驗若發(fā)現(xiàn)灌漿管活動有阻礙，應(yīng)立即放開回漿管閥門，加大泵入量，加速漿液流動，藉以沖洗孔內(nèi)欲將灌漿管凝住的水泥漿。必要時還可將漿液變稀。待灌漿管能正常活動后，再恢復(fù)原先灌漿狀態(tài)繼續(xù)灌注。若沖洗無效，應(yīng)立即停止灌漿進行專門處理或提升灌漿管。

10）漿液變換：漿液濃度由稀到濃，逐級變換。漿液水灰比采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 等 7 個比級，開灌水灰比為 5∶1。

灌漿過程中灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)的措施處理。

11）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計壓力下，當(dāng)注入量不大于0.4 L/min時，繼續(xù)灌注60 min；或不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注90 min，灌漿可以結(jié)束。

12）封孔：灌漿孔封孔采用分段壓力灌漿封孔法。每個孔最后一段灌漿完畢后，自下而上分段進行灌漿封孔，每段段長15～20 m，灌注水灰比為0.5∶1的濃漿，當(dāng)注入率不大于1 L/min時，延續(xù)30 min停止，在孔口段延續(xù)60 min停止，灌注結(jié)束后閉漿24 h。待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余部分，大于3 m時，采用機械壓漿法繼續(xù)封孔；小于3 m時，可使用更濃的水泥漿或砂漿人工封填密實。對孔口不灌漿的土壩部分，采用人工填泥球搗實的方法封孔。

4 帷幕灌漿檢查

帷幕灌漿試驗結(jié)束后，待凝14天后對灌漿效果進行鉆孔取芯和壓水試驗檢查。按試驗方案檢查孔布置兩個。

4.1 取芯

巖樣長度15～20 cm，由于機械和金鋼石鉆頭的研磨壓縮，砂卵石和基巖接觸部分的巖體以擠壓成砂狀。但被灌入裂隙中水泥漿結(jié)石成碎片同時取出其最大長度2 cm，厚度3 cm，可推斷該巖層裂隙發(fā)育，洗孔良好，裂隙灌漿效果好。

4.2 壓水試驗

壓水試驗采用五點法進行，透水率值灌漿前三序孔平均值9 Lu，灌漿后透水率平均值為1.68 Lu，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

1）孔口封閉灌漿法克服了用卡栓塞灌漿法的許多缺點:

（1）防止灌漿時繞滲發(fā)生掩埋栓塞的施工事故，避免了經(jīng)濟浪費和工期延誤；例如：1997年任莊水庫除險加固工程中，采用栓塞卡位進行帷幕灌漿，由于上部巖石嚴(yán)重風(fēng)化破碎，在右壩肩下游排45號孔第一段灌漿時發(fā)生澆滲，埋住了栓塞，不得不進行向設(shè)計院打報告，請求重新布孔，造成了工期的延誤，而且灌漿管和栓塞在孔內(nèi)無法取出，造成了經(jīng)濟浪費。

（2）避免了漏灌現(xiàn)象。采用栓塞卡位進行帷幕灌漿，遇到巖石嚴(yán)重風(fēng)化破碎，必然卡不住，這就不得不進行上下移動，也許會造成漏灌。孔口封閉法不會漏灌。

（3）對砂卵石灌漿特別適用，因為砂卵石中不能用卡栓塞灌漿法。

（4）孔口封閉灌漿法使整孔灌漿進行多次重復(fù)進行，提高了灌漿質(zhì)量。

（5）每段灌漿結(jié)束后，不需待凝，即可開始下一段的鉆進，加快了進度。

（6）可以使用大的灌漿壓力。

2）灌漿壓力是提高灌漿質(zhì)量的重要因素之一，一般地層結(jié)構(gòu)良好的情況下，使用較高壓力是有利的，但是灌漿壓力的選擇必須結(jié)合地層實際情況，使用壓力過大會產(chǎn)生如下問題：

（1）使巖石裂隙擴寬、甚至產(chǎn)生新的裂隙。

（2）使原來的地質(zhì)條件惡化或使巖石抬動變形。

（3）擴大灌漿范圍，使?jié){液在高壓作用下延伸到擴散區(qū)域以外，形成浪費。

因此，提出不同深度的巖層在灌漿時采用與此相匹配的壓力值。

3）特殊問題的處理

在灌漿過程中，在下游排43號第一段灌漿和第二段灌漿都出現(xiàn)了低壓開灌時注入量很大的情況，為做到盡快達到灌漿壓力的灌漿原則，我們采取了低壓、濃漿、限量、間歇灌漿的方法進行處理，從而減少了工程造價。