帷幕灌漿工藝在復(fù)雜地質(zhì)條件中的應(yīng)用及效果分析

李洪泉，姜全兵

(江西省地礦局九一五地質(zhì)大隊(duì)，江西樟樹 331202)

帷幕灌漿工藝在復(fù)雜地質(zhì)條件中的應(yīng)用及效果分析

李洪泉，姜全兵

(江西省地礦局九一五地質(zhì)大隊(duì)，江西樟樹 331202)

以北京市大寧調(diào)蓄水庫(kù)帷幕灌漿工程為例，對(duì)帷幕灌漿施工工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述，并針對(duì)該工程地質(zhì)條件較復(fù)雜的情況，總結(jié)了施工中針對(duì)性的經(jīng)驗(yàn)措施，分析了灌漿前后分序地層單位注漿量及透水率的變化，評(píng)價(jià)了灌漿效果。

帷幕灌漿;施工工藝;復(fù)雜地質(zhì)條件;效果分析

0 前言

帷幕灌漿工藝因其操作方便、工藝程序完善、灌漿質(zhì)量穩(wěn)定、質(zhì)量檢查方法簡(jiǎn)便等顯著特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水利防滲建設(shè)工程和其他基礎(chǔ)防滲加固的工程中。但是，由于各工程項(xiàng)目地質(zhì)情況差別較大，采用帷幕灌漿工藝進(jìn)行地基防滲加固處理時(shí)，應(yīng)針對(duì)地層具體的地質(zhì)情況，結(jié)合帷幕灌漿的工藝特點(diǎn)，合理選擇工藝參數(shù)，配備合適的設(shè)備機(jī)具，并合理調(diào)整施工工藝，確保工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。筆者結(jié)合北京市南水北調(diào)配套工程大寧調(diào)蓄水庫(kù)帷幕工程施工案例，介紹帷幕灌漿工藝的應(yīng)用，并分析其灌漿效果，以拋磚引玉。

1 工程概況及施工段地質(zhì)情況

北京市南水北調(diào)配套工程大寧調(diào)蓄水庫(kù)工程是保障南水北調(diào)進(jìn)京來水得以充分、穩(wěn)定、有效利用的重點(diǎn)工程。大寧水庫(kù)位于房山區(qū)長(zhǎng)辛店鎮(zhèn)大寧村北河段，庫(kù)岸現(xiàn)有巡堤公路，交通便利，現(xiàn)場(chǎng)三通一平條件較好。

本次基巖帷幕灌漿工程位于蓄水庫(kù)工程施工第四標(biāo)段(FBO+000.5～168.5)，處理堤段全長(zhǎng)168 m，設(shè)計(jì)灌漿工程量2137.5 m。該施工段先期已經(jīng)完成了混凝土防滲墻施工。根據(jù)前期地質(zhì)勘探情況，該段基巖地層主要分布有砂礫巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖。地層裂隙發(fā)育，其中礫巖層含礫石粒徑較大，地層較復(fù)雜。前期勘查壓水試驗(yàn)揭露該施工段地層平均滲透系數(shù)5～17 Lu，滲透系數(shù)較大，局部存在明顯的病害隱患，對(duì)水庫(kù)蓄水不利，需要進(jìn)行灌漿加固處理。設(shè)計(jì)采用帷幕灌漿工藝，處理深度自防滲墻底部高程始，以下12.5 m。要求加固處理后地層的綜合透水率＜3 Lu。

2 設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)

由于設(shè)計(jì)方案只明確了孔距、排距、灌漿方式、處理范圍和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而沒有給出參考試驗(yàn)參數(shù)，施工單位進(jìn)駐后匯合了多方寶貴意見和以往的施工經(jīng)驗(yàn)，編制了詳細(xì)的試驗(yàn)大綱，在報(bào)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、監(jiān)理同意后組織工程試驗(yàn)。2010年6月15日開始施工，到9月8日完成灌漿試驗(yàn)檢查孔施工，歷時(shí)3個(gè)月，取得了完整的試驗(yàn)成果，并據(jù)此確定了如下灌漿施工參數(shù)。

孔距:1 m，單排孔，分3序3段加密施工;

鉆孔孔徑:開孔直徑91 mm，終孔直徑75 mm;

設(shè)計(jì)灌段長(zhǎng):處理段長(zhǎng)12.5 m，采用2、5、5.5 m分段方式，要求先施工第一段防滲墻接觸帶，再施工第二段，最后施工第三段;

灌漿方式:Ⅰ序和Ⅱ序孔采用自上而下灌漿法，Ⅲ序孔采用自下而上灌漿法;

灌漿比級(jí):確定漿液水灰比為3、2、1、0.8、0.5五個(gè)比級(jí);

灌漿壓力:分段灌漿壓力自上而下依次為0.2、0.4、0.6 MPa;

灌注材料:采用42.5普通硅酸鹽水泥，純水泥漿灌注。

3 主要施工設(shè)備

XY－2PC型鉆機(jī)2臺(tái)，XY－1A型鉆機(jī)3臺(tái)，VY－8/10型空壓機(jī)1臺(tái)，HB80/10型泥漿泵3臺(tái)，BW150/50型高壓灌漿泵3臺(tái)，HTGJ－Ⅲ型自動(dòng)記錄儀1臺(tái)，KXP－1型測(cè)斜儀1臺(tái)，自制制漿機(jī)組3臺(tái)套。

4 施工工藝

帷幕灌漿施工工藝流程:自上而下鉆進(jìn)→鉆孔沖洗→簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)(單點(diǎn)法)→分段灌漿→壓力封孔。

4.1 鉆孔

造孔采用XY－2PC型或XY－1A型液壓回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，清水鉆進(jìn)。施工前期采用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝，因地質(zhì)情況復(fù)雜，鉆進(jìn)速度緩慢，后采用金剛石－復(fù)合片鉆進(jìn)工藝，局部采用了風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)。開孔孔徑91 mm，終孔孔徑75 mm。造孔過程中嚴(yán)格控制孔斜，發(fā)現(xiàn)孔斜超過規(guī)范要求時(shí)，及時(shí)糾正，確保其孔底偏差滿足規(guī)范要求。

4.2 洗孔

灌漿前均沖洗鉆孔，直至回水清凈時(shí)為止，沖洗壓力為灌漿壓力的80%。

4.3 壓水試驗(yàn)

本工程Ⅰ序和Ⅱ序孔采用自上而下灌漿法，Ⅲ序孔采用自下而上灌漿法，各孔段灌前均進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水段與灌漿段長(zhǎng)相同，壓力為灌漿壓力的80%。

4.4 制漿

采用集中制漿，攪拌時(shí)間≮3 min。

4.5 灌漿

灌漿均采用3序孔分序加密進(jìn)行。灌漿段長(zhǎng)度嚴(yán)格按施工參數(shù)控制，特殊情況下適當(dāng)縮減或加長(zhǎng)。射漿管距孔底距離＜50 cm，灌漿時(shí)加強(qiáng)抬動(dòng)觀測(cè)。

4.6 灌漿壓力

帷幕灌漿壓力分為3級(jí)，逐段升壓，分別為0.2、0.4、0.6 MPa。

4.7 漿液變換

灌漿漿液水灰比采用3、2、1、0.8、0.6五個(gè)比級(jí)。漿液先稀后濃，逐級(jí)變換。

當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不改變水灰比。

當(dāng)某一級(jí)漿液的注入量已達(dá)300 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1 h，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，改濃一級(jí)進(jìn)行。

當(dāng)某一級(jí)漿液注入量＞30 L/min時(shí)，根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。

4.8 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)定的壓力下，當(dāng)單位注入率≯0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min或注入率≯1 L/min時(shí)繼續(xù)灌注90 min即可結(jié)束。

4.9 封孔

灌漿孔封孔均采用壓力灌漿封孔法。

5 施工中遇到的主要困難及采取的主要措施

由于地質(zhì)情況復(fù)雜，施工中遇到很多困難，包括鉆孔進(jìn)度緩慢、孔壁不穩(wěn)、灌漿繞塞、竄漿、抬東異常等等，對(duì)施工進(jìn)度造成較大影響。針對(duì)這些問題，通過分析研究，及時(shí)采取了有效的處理措施，保障了施工正常進(jìn)行。

5.1 鉆孔困難及孔壁不穩(wěn)定問題

施工段主要分布有砂礫巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)砂巖。其中礫巖層含礫石粒徑較大，裂隙發(fā)育，且常常和泥質(zhì)砂巖交互變化，地層較復(fù)雜。前期采用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝，因地質(zhì)情況復(fù)雜，鉆進(jìn)速度緩慢。經(jīng)過一段時(shí)間的探索，及時(shí)改為金剛石－復(fù)合片鉆進(jìn)工藝，有效提高了成孔速度。針對(duì)個(gè)別孔段金剛石－復(fù)合片鉆進(jìn)工藝效率仍然很低的情況，則采用了風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝成孔。

鑒于帷幕灌漿要求以清水鉆進(jìn)保證灌漿效果，而清水鉆進(jìn)對(duì)鉆孔孔壁穩(wěn)定是嚴(yán)峻考驗(yàn)。施工中多次出現(xiàn)鉆孔卡、埋事故，危及人員安全和孔內(nèi)安全。為此，采取加長(zhǎng)粗徑鉆具、安裝撈渣筒及適當(dāng)減小泵量等技術(shù)措施，減少事故率，同時(shí)配備了專用的施工工具，保障發(fā)生孔內(nèi)事故時(shí)及時(shí)處理。

5.2 灌漿繞塞問題

發(fā)生灌漿繞塞的主要原因是孔壁不完整或鉆孔擴(kuò)徑造成的。地質(zhì)情況復(fù)雜易影響鉆孔孔壁質(zhì)量，諸如孔壁不光滑或孔徑擴(kuò)大等等。地層產(chǎn)狀陡峭在灌漿加壓時(shí)也可能產(chǎn)生垂直劈裂，從而誘發(fā)繞塞現(xiàn)象。后者在工程試驗(yàn)時(shí)曾多次發(fā)生，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終確定的灌漿壓力基本可以控制不誘發(fā)垂直劈裂。對(duì)于前者，解決起來要復(fù)雜得多。除在操作上采用孔內(nèi)反復(fù)提拉卡位外，特別針對(duì)該項(xiàng)目地層設(shè)計(jì)了專用的圓柱塞球，塞球用膠和硬度經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，既要保證膠塞的強(qiáng)度，又要保證塞球的柔度，使其具有良好的擴(kuò)張和密封性能。此外，由于目前國(guó)內(nèi)帷幕灌漿工藝通用的孔內(nèi)循環(huán)止?jié){卡具在增加塞球后，再加壓卡塞孔壁極易發(fā)生膠塞脫落或崩裂現(xiàn)象，為此重新設(shè)計(jì)了新的卡具，新型卡具可多套串聯(lián)下入孔內(nèi)，連續(xù)多點(diǎn)卡塞孔壁，精確控制塞球的膨脹程度，避免脫落或崩裂，達(dá)到止?jié){效果。新型卡具在實(shí)踐中發(fā)揮了巨大的作用，卡塞止?jié){成功率從之前的65%提高到98%，大幅減少了灌漿繞塞情況，保障了施工順利進(jìn)行。

5.3 竄漿及抬動(dòng)問題

此次灌漿施工常發(fā)生竄漿和抬動(dòng)情況，觀察表明兩者常常伴生，且主要發(fā)生在第一段。第二、三段偶有發(fā)生，但情況輕微，竄漿時(shí)主要從相鄰孔內(nèi)冒出少許漿液，之后常常是清水，觀測(cè)抬動(dòng)值較小，在規(guī)范要求的可控范圍內(nèi)。第一段情況則較復(fù)雜，變化較大。

發(fā)生竄漿及抬動(dòng)后主要采取以下措施:(1)降低灌漿壓力和灌漿流量，低壓慢灌;(2)采取間歇灌漿法;(3)采取固結(jié)復(fù)灌法，在間歇灌漿效果不明顯，遲遲達(dá)不到結(jié)束條件時(shí)，停止灌漿，待凝12～24 h，重新掃孔復(fù)灌;(4)根據(jù)灌漿量情況適時(shí)加入速凝早強(qiáng)劑，減小漿液擴(kuò)散范圍。通過以上技術(shù)手段，竄漿及抬動(dòng)得到了較好的控制。

6 灌漿效果分析

6.1 注入量分析

本工程完成帷幕灌漿169孔，總進(jìn)尺2129.5 m，總耗灰量97.56 t，總灌注量44.38 t，平均單位注入量20.8 kg/m。各序孔單位注入量見表1。

表1 單位注入量與孔序關(guān)系表

由表1看出，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔之間單位注入量遞減明顯，灌漿效果明顯。

6.2 灌漿前后地層透水率比較

檢查孔壓水透水率和帷幕孔壓水透水率見表2。

表2 檢查孔壓水透水率與帷幕孔壓水透水率比較

由表2可以看出:

(1)灌前壓水透水率在小于3 Lu區(qū)間內(nèi)的段數(shù)累計(jì)頻率為53%，而灌后檢查孔透水率在小于3 Lu區(qū)間內(nèi)的段數(shù)累計(jì)頻率為100%，經(jīng)灌漿后地層的滲透性顯著降低。

(2)灌前地層透水性離散程度較大，經(jīng)過灌漿處理之后，地層的透水性變得異常均質(zhì)。

7 結(jié)語(yǔ)

本次帷幕灌漿施工因地層復(fù)雜，鉆孔困難等客觀因素，施工進(jìn)度緩慢，生產(chǎn)耗材較大。且由于孔壁質(zhì)量相對(duì)不穩(wěn)定，變化大，對(duì)施工設(shè)備和灌漿管提出較高的要求，施工中遇到了很多困難。由于有效的組織管理和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以及有效的技術(shù)創(chuàng)新，使這些困難得以有效解決，保證了施工正常進(jìn)行。通過該項(xiàng)目施工實(shí)踐，表明帷幕灌漿施工鉆孔和灌漿兩大工序?qū)κ┕みM(jìn)度、質(zhì)量是相輔相成的。工程質(zhì)量檢查結(jié)果同時(shí)說明在本類工程的復(fù)雜地層進(jìn)行帷幕灌漿施工，其工藝是充分可行的，關(guān)鍵在于施工中把握工程的特點(diǎn)，加強(qiáng)組織管理，嚴(yán)把技術(shù)質(zhì)量關(guān)，特別要嚴(yán)格施工過程控制，關(guān)注技術(shù)細(xì)節(jié)，從而確保工程質(zhì)量。

［1］曹新云.水庫(kù)大壩帷幕灌漿冒漿成因與處理［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(10).

［2］麥榮強(qiáng)，曾憲斌.帷幕灌漿技術(shù)在橋墩施工中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(8).

［3］李光華.大朝山水電站大壩帷幕灌漿施工［J］.云南水電技術(shù)，2005，(1).

［4］SL62－94，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］羅長(zhǎng)軍.帷幕灌漿技術(shù)在既有土壩可溶巖壩基中的應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(22).

Application of Curtain Grouting Technology in Project under Complicated Geological Condition and the Effect A-nalysis

LI Hong-quan，JIANG Quan-bing(No.915 Geology Party，Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Resources，Zhangshu Jiangxi 331202，China)

With the curtain grouting project of Daning regulating reservoir in Beijing，the paper discussed the curtain grouting construction process in detail;according to the complicated geological conditions，the paper also summed up the construction experiences and methods，analyzed the changes of grouting amount per unit and permeability rate in different formations before and after grouting and evaluated the grouting effect.

curtain grouting;construction process;complicated geological condition;effect analysis

TV543

A

1672－7428(2011)11－0059－03

2011－04－14

李洪泉(1961－)，男(漢族)，河南博愛人，江西省地礦局九一五地質(zhì)大隊(duì)工程師，巖土工程專業(yè)，從事水利工程施工工作，江西省樟樹市，laodoowoo@sohu.com;姜全兵(1975－)，男(漢族)，江西臨川人，江西省地礦局九一五地質(zhì)大隊(duì)高級(jí)工程師，探礦工程專業(yè)，從事灌漿防滲及軟基加固處理施工工作，江西省南昌市二七南路552號(hào)(330002)，114986631@qq.com。