南水北調(diào)穿漳工程圍堰深厚砂卵石層防滲施工

金良智，劉其森

（中國人民武裝警察部隊水電第一總隊第一支隊，河北 唐山 063004）

1 南水北調(diào)穿漳工程概況

1.1 工程概況

南水北調(diào)中線穿漳工程位于河南省安陽市施家河村東北、河北邯鄲市講武城以南，工程主要建筑物包括南北兩岸渠道連接段和過河建筑物，總長1 081.81 m，由南向北分別由南岸連接渠道、進口漸變段、進口檢修閘段、倒虹吸管身段、出口節(jié)制閘段、出口漸變段、北岸連接渠道7段組成，在南岸連接渠道右側(cè)設(shè)有退水排冰閘。倒虹吸管身段長619.18 m（水平投影），為鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，3孔一聯(lián)，單孔尺寸6.9 m×6.9 m（高×寬），水平段管頂面高程71.30～71.50 m，管底建基面高程61.80～62.00 m，頂板、底板、中隔墻及邊墻厚均為1.3 m。進口斜管段長66.91 m（水平投影），沿軸向分為5節(jié)；進口斜管段后接15.41 m長進口加強段，進口加強段之后接平管段，平管段長451.58 m，縱向分為25節(jié)；出口加強段長17.01 m（水平投影）；出口斜管段長68.27 m（水平投影），沿軸向分為5節(jié)。工程采用分期導(dǎo)流方案，一期圍右岸，二期圍左岸，均為明渠過流，待一期圍堰內(nèi)建筑物施工完成后再進行二期圍堰防滲施工。

1.2 地質(zhì)水文條件

工程區(qū)內(nèi)主要由上第三系（N）及第四系（Q）地層組成，其中第三系（N）上部為礫巖，多無膠結(jié)，局部鈣質(zhì)膠結(jié)，厚4.0～20.0 m不等；下部為粘土巖，厚度大于3.0 m。第四系（Q）下部為卵石，厚18.0～40.0 m，頂部局部分布有灰黃、灰褐色粘土及砂壤土、粉細砂、中砂、礫砂薄層或透鏡體。中部砂卵石層厚1.5～15.0 m，局部夾礫砂透鏡體及薄層粉細砂、中砂。上部為粉質(zhì)壤土、砂壤土、粉細砂、中砂，總厚度3.0～12.0 m，分布于漫灘及河床。

地下水類型為潛水，砂層、礫巖及卵石層為透水層，總厚度約70.0 m，其中砂層具中等透水性，礫巖、砂卵石及卵石具強透水性，滲透系數(shù)為7×10-2～1×10-1cm/s，隔水粘土層位于 58.0～72.0 m 高程之間。地下水埋深淺，水位在76.0 m左右，并隨季節(jié)變化而變化，變幅一般為1.0～2.0 m，受大氣降水及洪水期河水補給，向下游排泄及補給下部含水層。地下水流速為0.56 m/d，流向SE45°，與漳河主流向一致。

南水北調(diào)穿漳圍堰為臨時性工程，所處位置砂卵石層深厚，對于其防滲施工咨詢基礎(chǔ)處理專家提出了多種方案，主要有以抽排為主的群井強降水方案、強封堵的地下連續(xù)墻方案、以防為主防排結(jié)合的帷幕灌漿方案，綜合電力、工期、環(huán)境影響、效果與投資考慮，最終選擇了以防為主防排結(jié)合的帷幕灌漿施工方案。

2 帷幕灌漿施工工藝

（1）施工次序。灌漿遵照分排分序逐漸加密的原則進行，每排分兩個次序，先鉆灌Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，設(shè)計三排孔，孔排距為2.0 m，梅花形布置。為盡快在圍堰上形成一道封閉的、單排防滲灌漿帷幕，先對各單元下游排孔進行施工（縱向圍堰施工靠近開挖面的排孔），再對上游排孔進行施工（縱向圍堰施工遠離開挖面的排孔），中間排孔作為檢查補充灌漿孔，檢查不合格時繼續(xù)灌漿。

（2）鉆孔深度。所有鉆孔須鉆穿礫巖，深入粘土巖0.5～1.0 m，一般孔深約為45.0～72.0 m，孔深超過55.0 m的孔先使用潛孔錘套管跟進鉆至礫巖，然后換巖芯鉆機鉆至粘土巖成孔，孔深小于55.0 m孔使用潛孔錘直接成孔。

（3）灌漿順序。采用自下而上分段、管口封閉、孔內(nèi)循環(huán)的方式進行灌漿。當埋設(shè)的灌漿工作管底部為花管（花管長度一般為3.0 m）時，射漿管距離花管頂0.5 m，灌漿結(jié)束后再起拔灌漿工作管；當埋設(shè)的灌漿工作管底部不是花管時，先起拔灌漿工作管3.0 m，并保證射漿管下入到距孔底不超過0.5 m的位置。

（4）灌漿材料。選用水泥強度等級為32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥細度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%；粘土就近取材，粒徑小于0.005 mm粘粒含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%。

（5）漿液配比。采用水泥粘土漿灌注，漿液配合比為： 水固比采用 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.6∶1 四種，干料比（水泥∶粘土）為1∶2.5。根據(jù)孔內(nèi)注入率大小，逐級或越級變換漿液濃度，一般可先灌水固比為3∶1的稀漿，當注入量超過300 L時，可變濃一級；當注入率超過30 L/min，視實際情況，可越級甚至采用水固比為0.6∶1的濃漿灌注。

（6）灌漿壓力。孔深大于30.0 m段Ⅰ序孔為0.8 MPa，Ⅱ序孔為1.0 MPa?？咨钚∮?0.0 m段：當該段尚未灌注0.6∶1漿液或僅灌注了0.6∶1漿液，30.0～20 m孔段不足3 000.0 L，孔深小于20 m孔段不足2 000.0 L，且注入率小于10 L/min時，Ⅰ序孔灌漿壓力按0.5→0.8→1.0 MPa，Ⅱ序孔按0.8→1.2→1.5 MPa逐級升壓控制。

（7）灌漿結(jié)束標準。灌漿結(jié)束標準為注入率不大于5 L/min，持續(xù)20 min。當孔深小于30 m段可灌性較差時，灌漿結(jié)束標準為：壓力每升一級，注入率大于10 L/min時，在此壓力下灌至注入率小于10 L/min后再升壓，直至達到Ⅰ序孔灌漿壓力為1.0 MPa或Ⅱ序孔為1.5 MPa，且注入率小于3.0 L/min、持續(xù)10 min后結(jié)束。

3 施工方法及技術(shù)要求

3.1 潛孔錘與巖芯鉆聯(lián)合鉆孔的灌漿方法

潛孔錘開孔時，采用φ146 mm或φ168 mm套管跟進，鉆至礫巖層（孔深一般45.0～55.0 m）停止，待埋入φ89 mm或φ108 mm灌漿工作管后，立即拔出跟進套管，在灌漿工作管與孔壁之間回填細砂并盡量充填密實。

在φ89 mm或φ108 mm灌漿工作管內(nèi)，采用巖芯鉆對礫巖和粘土巖鉆進，孔徑一般控制在φ60 mm或φ75 mm。根據(jù)礫巖厚度，可一次鉆入粘土巖1.0 m左右，也可以分段鉆進。

采用管口封閉、射漿管加長到距孔底0.5 m的孔內(nèi)循環(huán)式灌漿方法。巖芯鉆鉆孔部位采用自上而下分段鉆灌法，特殊情況可一次灌注；潛孔錘鉆孔部位采用自下而上分段（段長3.0 m）灌漿法，灌完一段后立即起拔一節(jié)灌漿工作管。

3.2 潛孔錘鉆入粘土巖的灌漿方法

3.2.1 分序施工，邊鉆邊灌法

（1）施工程序。潛孔錘鉆孔、φ146 mm或φ168 mm套管跟進至終孔→下入φ89 mm或φ108 mm灌漿工作管→拔跟進套管→填細砂或粘土漿封閉→在灌漿工作管內(nèi)下入φ25 mm射漿管→起拔灌漿工作管3.0 m→安裝孔口裝置→第一段灌漿→起拔灌漿工作管3.0 m→安裝孔口裝置→第二段灌漿。以此類推，直至最頂段灌漿。

（2）技術(shù)要求。①每排孔分兩序施工，正在灌漿的孔周6.0 m范圍內(nèi)不得進行潛孔錘鉆孔作業(yè)；②先灌下游排孔，再灌上游排孔，后灌中間排孔；③采用管口封閉、射漿管加長的孔內(nèi)循環(huán)式灌漿；④若不采用下入射漿管孔內(nèi)循環(huán)式灌漿，應(yīng)將灌漿工作管底部3.0 m制成花管，待第一段灌漿結(jié)束后再上拔。

該灌漿方法減少了灌漿孔相互串漿的機會，有利于灌漿工作管的起拔，但潛孔錘對已灌漿部位反復(fù)鉆孔，對漿液膠結(jié)有破壞作用，會影響防滲效果。

3.2.2 先鉆后灌法

（1）施工程序。潛孔錘鉆孔、套管跟進至終孔→下入φ50 mm鉆桿或φ89 mm地質(zhì)管（底部3.0 m為花管）作為灌漿工作管→拔跟進套管→填細砂或粘土漿封閉→安裝孔口裝置→第一段灌漿→起拔灌漿工作管3.0 m→安裝孔口裝置→第二段灌漿。以此類推，直至最頂段灌漿。

（2）技術(shù)要求。①一個單元工程內(nèi)，相鄰的兩排同序孔全部鉆出后埋入灌漿工作管；②潛孔錘鉆孔位置距灌漿孔距離不得少于8.0 m；③采取無塞上提純壓式灌漿方法；④每排孔灌漿分兩個次序進行，若發(fā)現(xiàn)相互串漿時，可同時灌注。

該方法避免了潛孔錘對已灌漿區(qū)域的破壞，提高了灌漿防滲效果；但一次鉆出的灌漿孔多，灌漿工作管的用量大，同時增加了串漿機會，可能造成拔管困難，加大灌漿工作管的損耗，增加灌漿成本。

4 特殊情況處理

（1）巖芯鉆鉆孔塌孔處理。鉆孔過程中如果發(fā)現(xiàn)塌孔，不得盲目鉆進，否則極易發(fā)生孔內(nèi)事故，量測孔深時往往與鉆孔深度誤差很大，費時費力又沒有效果，主要采取稀粘土漿固壁、起鉆進行灌漿處理后再鉆進的措施。

（2）潛孔錘鉆孔對灌漿的影響。鉆孔采用中高風(fēng)壓，對地層破壞嚴重，尤其是對灌漿結(jié)束時間不長尚未達到強度要求的部位，鉆孔會造成新的通道，故應(yīng)盡量將空壓機風(fēng)壓調(diào)到最低，并保證灌漿結(jié)束7 d后再進行周圍孔的鉆孔，采取不分序、一端向另一端推進、鉆孔和灌漿保持一定安全距離的施工方法。

（3）漏漿處理。灌漿過程中，如果發(fā)現(xiàn)漿液大量流失或長時間沒有灌漿壓力，采取以下措施：①縮短灌漿段長；②灌注水泥砂漿；③摻加水玻璃等速凝劑。

（4）最頂段灌漿管周圍冒漿處理。最頂段地層為粉細砂和砂壤土，上部又無混凝土蓋重，如灌漿工作管與鉆孔孔壁之間回填不夠密實，反復(fù)起拔，會造成管壁與周圍有空隙，灌漿過程中漿液就會沿灌漿工作管外壁或地表滲漏，主要采取以下措施預(yù)防和處理：①充填過程中邊填邊用水沖，盡量使灌漿工作管與鉆孔孔壁充填密實；②每次拔管后將灌漿工作管四周重新夯實；③對滲漏部位人工挖坑回填粘土并夯實；④采用濃漿、低壓循環(huán)、間歇灌注，延長灌漿時間；⑤對孔段待凝，進行復(fù)灌處理。

（5）灌漿工作管起拔困難處理。灌漿工作管一般選用φ50 mm或φ108 mm地質(zhì)管，在起拔跟進套管前埋入，灌完一段3.0 m后起拔一次，人工起拔難已完成時，采取以下幾種措施：①采購專用拔管機拔管；②用巖芯鉆機和吊錘打松灌漿工作管后，再用鉆機起拔；③灌漿工作管在下入前管外壁刷機油，與孔壁間回填粘土漿；④按設(shè)計配合比灌注水泥粘土漿，盡量不灌注純水泥漿。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

（1）對于深厚砂礫石層帷幕灌漿工程而言，巖芯鉆機泥漿固壁鉆孔技術(shù)效率不高，而潛孔錘鉆孔效率可達8.0～10.0 m/h，采用潛孔錘鉆到終孔或潛孔錘與巖芯鉆機相結(jié)合的施工方法，可加快施工進度，確保節(jié)點工期。

（2）無論是底部設(shè)花管采取純壓式灌漿還是底部不設(shè)花管采取孔內(nèi)循環(huán)式灌漿，只要灌漿過程中底部花管眼不堵塞，注入量沒多大變化，對灌漿質(zhì)量無影響。

（3）礫巖層巖體膠結(jié)差，可灌性好，適度加大礫巖層的灌漿段長，對灌漿質(zhì)量無太大影響。厚度小于30.0 m的砂礫石地層，含砂量高，層間密實，可灌性差，采取純水泥漿灌注、增大灌漿壓力和提高結(jié)束標準等措施很有必要。

（4）砂礫石地層灌注水泥粘土漿，能有效堵塞滲漏通道，充填縫隙，形成相對隔水層，減少滲漏量，起到截滲作用，通過輔助排水，能保證箱涵在干地條件下作業(yè)，滿足工程的需要。

5.2 建議

（1）潛孔錘開孔是關(guān)鍵，掌握不好容易發(fā)生偏斜，開孔時采取人工輔助措施，嚴格控制鉆孔垂直度，同時，潛孔錘造孔對地層破壞比較大，人為增大鉆孔距離（至少8.0 m以上）和灌漿后的間隔時間（不少于7 d），對灌漿質(zhì)量有益無害。

（2）保證灌漿工作管與孔壁間充填密實，不從管壁周圍冒漿是灌漿成功的前提。

（3）灌漿工作管管底3.0 m設(shè)花管，每段在灌漿前用壓力水沖洗，將花管孔眼沖通，既能使孔管內(nèi)的小砂石沖出管外，又不違背每段開灌漿液由稀至濃的原則，還有利于灌漿工作管的起拔，可大大減少發(fā)生孔內(nèi)事故的幾率。

（4）不同地質(zhì)條件的地層，在施工過程中適當調(diào)整施工參數(shù)和施工工藝，可保證施工質(zhì)量，提高工作效率；對下部卵礫石地層灌注水泥粘土漿，而對上部含砂量較大的砂礫層灌注純水泥漿，可達到較好的防滲效果。