山西引黃工程平魯電纜井防滲技術(shù)綜述

姚 文 兵

(山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000)

山西引黃工程平魯電纜井防滲技術(shù)綜述

姚 文 兵

(山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000)

結(jié)合工程實(shí)例，依照“堵排結(jié)合”的原則，采取設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與施工同時(shí)進(jìn)行，采用帷幕灌漿、水平固結(jié)和化學(xué)灌漿相結(jié)合的方式，重點(diǎn)在于運(yùn)用間歇式注漿方法，闡述了山西引黃工程平魯電纜井防滲施工技術(shù)，以達(dá)到防滲止水的效果。

電纜井，帷幕灌漿，水平固結(jié)，化學(xué)灌漿，間歇式注漿

山西省萬家寨引黃工程北干線平魯電纜井位于平魯?shù)叵卤谜緝?nèi)，井深161 m，井徑8.4 m，高程1 421 m～1 260 m，上部與風(fēng)機(jī)房、主控室相連接。防滲工程前電纜井出現(xiàn)地下水滲漏，在標(biāo)高1 369 m，1 362 m東側(cè)處有導(dǎo)水管引水流出，西側(cè)及北側(cè)井壁皆為滲水，且滲水量較大，整體樓梯均有積水，底部積水較深，電梯無法運(yùn)行，工程未能通過竣工驗(yàn)收。初步設(shè)計(jì)采用周邊鉆孔灌漿止水防滲工藝處理。

1 地質(zhì)概況

1.1 地層

巖層總體產(chǎn)狀為NE30°～40°、傾SE、傾角3°～5°，由老至新為：

奧陶系(O)：上馬家溝組，灰?guī)r夾豹皮狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，完整性好，局部裂隙發(fā)育破碎。

石炭系(C)：本溪組，為細(xì)砂巖、粉砂巖，夾炭質(zhì)頁巖、泥巖和鋁土頁巖、灰?guī)r，底部粗砂巖含黃鐵礦。太原組，為細(xì)砂巖、中粗砂巖、含礫砂巖，夾泥巖、炭質(zhì)頁巖、煤層，底部為一層含礫石英粗砂巖。

第三系(N)：上新統(tǒng)，泥巖、見鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及含礫夾層，密實(shí)、較硬。

第四系(Q)：中更新統(tǒng)，亞粘土，稍濕、硬可塑，含少量鈣質(zhì)結(jié)核。上更新統(tǒng)，黃土、亞砂土，干～稍濕、松散，粉粒含量較高，具大孔隙和垂直節(jié)理。全新統(tǒng)，廢棄碎石土。

1.2 水文地質(zhì)條件

1)第四系孔隙水：主要分布在N2粘土層上部，屬層間滯水，水量貧乏。

2)石炭系裂隙水：主要分布在風(fēng)化層和砂巖含水層裂隙中，石炭系具多層隔水及多層含水結(jié)構(gòu)，大梁水庫蓄水之前其水量補(bǔ)給主要是大氣降水，富水量小，地下水位基本分布在太原組泥巖和9號煤層上部，水位標(biāo)高1 374 m左右，根據(jù)煤礦排水資料，平均出水量16.5 m3/d；大梁水庫蓄水之后，該地下水補(bǔ)給來源主要為大梁水庫地表水入滲補(bǔ)給，地下水徑流強(qiáng)，地下水水位標(biāo)高1 387 m。滲透性，太原組透水率為3.04 Lu～28.33 Lu，平均值11.5 Lu；本溪組透水率為0 Lu～2.04 Lu，平均值0.88 Lu。

3)奧陶系巖溶水：地下水位標(biāo)高1 169 m。透水率為1.0 Lu～7.0 Lu，平均值3.17 Lu。

2 灌漿工藝

2.1 灌漿孔布置

帷幕灌漿孔中心線距電纜井中心線8 m，灌漿高程有1 415 m～1 275 m，共21孔，孔深146 m。電纜井上部為長21.5 m、寬9.2 m的風(fēng)機(jī)房，因此在風(fēng)機(jī)房通向控制樓一側(cè)以機(jī)房地面為灌漿平臺(tái)，機(jī)房內(nèi)灌漿孔共4孔，其余沿風(fēng)機(jī)房建筑物外圍布設(shè)灌漿孔，東、西向環(huán)向灌漿孔夾角25°(起孔距電纜井垂直中心環(huán)向夾角12.5°)，共8孔；南側(cè)矩形布設(shè)，距建筑物邊緣1.5 m～2.5 m，共布設(shè)9孔。

2.2 灌漿材料

1)水泥：強(qiáng)度等級不低于P.O42.5，細(xì)度要求為通過71 μm方孔篩，其篩余量不大于2%。不使用受潮結(jié)塊的水泥，出廠超過3個(gè)月的不應(yīng)使用。

2)水：符合JGJ 63—2006的規(guī)定，溫度不得高于40 ℃。

3)摻合料：可在水泥漿液中摻入砂、粘性土、粉煤灰和水玻璃等。各種摻合料質(zhì)量應(yīng)符合SL—91第2.1.6條規(guī)定，其摻入量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。

2.3 鉆孔

1)鉆孔設(shè)備采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)和金剛石、硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。

2)鉆孔的孔位、深度、孔徑、鉆孔順序和孔斜等嚴(yán)格按照施工圖紙、技術(shù)要求等執(zhí)行。

3)鉆孔施工應(yīng)按灌漿程序(間隔布孔，1，3，5…為Ⅰ序，2，4，6…為Ⅱ序)分序分段進(jìn)行，孔位與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于1 cm。

4)垂直或頂角小于5°的孔，其孔底偏差值不得大于1.5 m。

2.4 灌漿

1)制漿：制漿材料必須稱重，稱量誤差應(yīng)小于5%。各類漿液必須攪拌均勻。純水泥漿液的攪拌時(shí)間：使用普通攪拌機(jī)時(shí)，應(yīng)不少于3 min；使用高速攪拌機(jī)時(shí)，應(yīng)不少于30 s。漿液溫度應(yīng)保持在5 ℃～40 ℃，低于或超過次標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)視為廢漿。

2)灌漿方法：灌漿按分序加密的原則進(jìn)行。灌漿長度采用5 m～6 m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長，采用自上而下分段灌漿法時(shí)，灌漿塞在已灌段段底以上0.5 m處，以防漏灌；孔口無漏水的孔段，灌漿結(jié)束后可不待凝。但在斷層、破碎帶等地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)則宜待凝，待凝時(shí)間應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求確定。在電纜井灌漿過程中，應(yīng)加強(qiáng)電纜井襯砌觀測，特別是在各灌漿壓力變化高程位置，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整灌漿參數(shù)。

3)灌漿壓力：1 422 m～1 415 m，1 415 m～1 400 m，1 400 m～1 365 m，1 365 m～1 325 m，1 325 m～1 297 m，1 297 m以下，灌漿壓力分別為0 MPa,0.5 MPa,0.8 MPa,1.0 MPa,1.2 MPa,2.0 MPa,應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值，接觸段和注入率大的孔段分段升壓。

4)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用自上而下分段灌漿，在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60 min，或不大于1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，灌漿即可結(jié)束。當(dāng)長期達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)采取間歇式灌漿。

5)封孔：全孔灌漿結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格進(jìn)行封孔。采用“分段壓力灌漿封孔法”。

3 帷幕灌漿

3.1 一期帷幕灌漿

先行試驗(yàn)孔施工，采用栓塞法自上而下灌漿法進(jìn)行灌注，由于實(shí)驗(yàn)孔灌漿與壓水試驗(yàn)受巖層破碎、地下水徑流影響，試驗(yàn)施工周期較長，影響了地下泵站的安裝工作。為了縮短施工周期，采用實(shí)驗(yàn)孔與灌漿孔同時(shí)進(jìn)行施工。電纜井一期帷幕灌漿完成了所有21孔灌漿施工，鉆孔時(shí)，在埋深15 m～60 m部分段位出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象，灌前壓水試驗(yàn)平均透水率為10 Lu，其中Ⅰ序孔平均透水率為11.55 Lu，Ⅱ序孔平均透水率為4.14 Lu。一期帷幕灌漿完成鉆孔工作量3 066 m，灌注水泥量1 863 t。

一期帷幕灌漿完成后，電纜井在標(biāo)高1 369 m東側(cè)處導(dǎo)水管有滴流水現(xiàn)象，西側(cè)井壁有少量滲水，北側(cè)井壁為潮濕狀；1 362 m導(dǎo)水管無流水，其中1 369 m～1 286 m部分樓道樓梯處有積水，其余部位樓梯均無積水呈干燥狀態(tài)，電纜井底部內(nèi)側(cè)無積水，外側(cè)有少量積水，一期電纜井帷幕灌漿施工，達(dá)到了一定止水效果，但未完全達(dá)到帷幕止水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 壓水試驗(yàn)

帷幕灌漿工程的質(zhì)量以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主,結(jié)合對施工記錄、成果資料和檢驗(yàn)測試資料的分析,進(jìn)行綜合評定，每序孔鉆至規(guī)定高程后，進(jìn)行孔壁沖洗和裂隙沖洗。

壓水試驗(yàn)在灌漿結(jié)束14 d后進(jìn)行，自上而下分段卡塞進(jìn)行壓水試驗(yàn)，采用五點(diǎn)法。沖洗采用有壓水，利用灌漿泵通過孔內(nèi)循環(huán)管路進(jìn)行脈動(dòng)沖洗。壓水壓力為設(shè)計(jì)灌漿壓力的80%，之后按照所計(jì)算出的壓水壓力的0.3倍，0.6倍，1.0倍，0.6倍，0.3倍計(jì)算各壓力點(diǎn)的壓力后按三個(gè)壓力段五點(diǎn)法進(jìn)行壓力試驗(yàn)，以各段最大壓力段Lu值作為該段的檢查值。五個(gè)壓力階段都至少壓水20 min并每級壓水都需達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束。

1)計(jì)算公式：q=Q/PL。

其中，q為試段透水率，Lu；Q為壓入流量，L/min；P為作用于試驗(yàn)段的全壓力，MPa；L為試段長度，m。

2)檢查孔驗(yàn)證。檢查孔布置在靠近灌漿量較大的帷幕孔外圍2 m位置處。通過壓水試驗(yàn)及計(jì)算，檢查孔的平均透水率為2.86 Lu，均小于帷幕灌漿前的平均透水率值，其中JC1透水率為2.25 Lu～6.24 Lu,平均值3.17 Lu；JC2透水率為1.6 Lu～5.46 Lu，平均值2.56 Lu。透水率較大的位置位于40 m～60 m。

3.3 二期帷幕灌漿

根據(jù)實(shí)際情況和帷幕止水標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了電纜井二期帷幕灌漿施工，布孔與一期鉆孔交錯(cuò)擴(kuò)大0.5 m布置，結(jié)合竣工驗(yàn)收的時(shí)間要求，為了盡快完成電纜井帷幕防滲，灌漿工藝修訂為：

1)灌前壓水試驗(yàn)透水率大于5 Lu的孔段直接采用濃漿進(jìn)行灌注，配合比根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，0.5∶1進(jìn)行灌注時(shí)不添加速凝劑；

2)根據(jù)灌前壓水試驗(yàn)結(jié)果，透水率較大的孔段，灌漿時(shí)可采用孔口純壓式壓漿，如透水率較小的孔段，灌漿時(shí)需采用孔口壓漿且下設(shè)注漿管的方式進(jìn)行孔內(nèi)循環(huán)灌注；

3)灌前壓水試驗(yàn)采用簡易壓水；

4)灌漿時(shí)可采用分序、群灌的方式進(jìn)行；

5)電纜井帷幕灌漿施工過程中，每一個(gè)段次達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，并按照設(shè)計(jì)要求達(dá)到閉漿時(shí)間的，可直接進(jìn)尺，不再進(jìn)行灌后壓水試驗(yàn)。

二期帷幕灌漿施工完成鉆孔工作量2 900 m，灌注水泥量745 t，遠(yuǎn)低于一期灌注水泥量。

二期灌漿結(jié)束后，對電纜井井壁滲水情況進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在電纜井1 369 m東側(cè)導(dǎo)水管已不再流水，僅在井壁內(nèi)側(cè)牛腿鋼結(jié)構(gòu)處有少量水流出，水流呈點(diǎn)線狀；西側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)連接縫處仍有水滲出，滲出量較??；總滲水量小于1 m3/d，井壁自1 369 m向下呈潮濕狀。

3.4 檢查孔驗(yàn)證

1)二次帷幕灌漿檢查孔共計(jì) 9個(gè)，其中4孔孔深95 m，5孔孔深60 m(即入灰?guī)r5 m)。根據(jù)取芯情況，在15 m～45 m粗砂巖裂隙部位均發(fā)現(xiàn)有水泥充填物，45 m～55 m碳質(zhì)泥巖及煤層部位部分孔內(nèi)也發(fā)現(xiàn)有水泥結(jié)石體。

2)壓水試驗(yàn)結(jié)果，45 m以上的段位透水率仍然較大，部分段位透水率較二次帷幕灌漿施工過程有明顯減小，45 m～60 m透水率大部分達(dá)到設(shè)計(jì)要求，僅有1個(gè)孔在15 m～45 m透水率在13.1 Lu～42.14 Lu之間；有1個(gè)孔在15 m～40 m透水率在5.37 Lu～28.77 Lu之間。60 m～95 m處透水率均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3)檢查孔封孔，透水率較小部位采用2∶1進(jìn)行灌注，透水率較大部位采用1∶1進(jìn)行灌注。共計(jì)封注水泥量39.5 t。

3.5 滲水原因分析

地下滲水的主要來源是大梁水庫地表水通過砂巖含水層和構(gòu)造裂隙在電纜井壁結(jié)構(gòu)縫上滲出。根據(jù)勘察報(bào)告和鉆孔注漿過程分析，地下水的主要通道是存在的兩組構(gòu)造裂隙，在鉆孔碰到裂隙時(shí)，水泥的注漿量則較大，必須通過間歇式注漿和及時(shí)加大水灰比才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。砂巖透水率較大，灌注水泥量卻很少，這是由于砂巖具含(透)水性，但受結(jié)構(gòu)水影響固相物質(zhì)無法滲透，形成注漿時(shí)漿液的擴(kuò)散性差(使用超細(xì)水泥效果相同)，在檢查孔取出的巖芯上可以明顯觀察到，砂巖裂隙部位水泥固相充填，但是完整巖芯卻沒有任何水泥物質(zhì)充填。帷幕灌漿和固結(jié)灌漿完成后，原井壁滲流位置也產(chǎn)生了變化，由墻體結(jié)構(gòu)縫滲漏轉(zhuǎn)變?yōu)殇撆Ｍ儒^桿底部滲漏，據(jù)此判斷其滲水是通過錨桿與砂巖接觸位置產(chǎn)生的滲漏水。

4 固結(jié)灌漿

電纜井二次帷幕灌漿鉆孔過程中未發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象，北部鉆孔在40 m～60 m段位處反復(fù)灌注，但壓水試驗(yàn)透水率大于3 Lu，無法達(dá)到止水設(shè)計(jì)要求。安排在電纜井高程1 362 m～1 374 m范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿，設(shè)計(jì)水平孔深6 m,孔間距2.0 m×2.5 m。

固結(jié)灌漿時(shí)，在高程1 364 m位置處20-12孔內(nèi)灌注水泥53.772 t，此孔一次灌漿水泥量53.6 t，二次灌漿水泥量130 kg；三次灌漿水泥量僅42 kg，充分說明間歇式注漿的重要性。在電纜井1 369 m東側(cè)墻體鋼牛腿處漏水點(diǎn)位置，加大了固結(jié)灌漿孔的密度，分別為17-9，18-9，18-10，18-13四個(gè)孔，固結(jié)灌漿結(jié)束后，流量明顯減小但仍有滴水。

對固結(jié)灌漿進(jìn)行水平檢查孔的施工，其孔內(nèi)有水流出，流出量較小，壓水試驗(yàn)透水率均小于3 Lu，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 化學(xué)灌漿及排水孔布置

依照堵排結(jié)合的原則，在滲水部位最后進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，如化學(xué)灌漿后仍然漏水，則布置排水孔進(jìn)行排水，并對滲(排)水量長期監(jiān)測。

對寬度不小于0.2 mm的滲水裂縫，先對其表面進(jìn)行清理，確定裂縫或孔洞的寬度、走向、長度等，在裂縫中心線兩側(cè)10 cm～15 cm鉆斜孔，孔距一般為20 cm～30 cm，孔徑為14 mm，鉆孔深度為30 cm～40 cm。用高壓水將孔清洗干凈，將專用灌漿嘴埋入孔內(nèi)，外露長度為7 cm～8 cm，使用專用扳手對灌漿嘴下部的密封膠圈壓緊并固定牢，用堵漏靈封閉灌漿嘴周邊的滲水縫面及漏水孔洞。采用進(jìn)口電動(dòng)灌漿泵向裂縫內(nèi)灌注聚氨酯(親水)漿材，灌漿壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa，灌漿順序?yàn)閺南轮辽?，從深至淺。灌漿過程中，當(dāng)漿液溢出臨近灌漿孔或穩(wěn)壓5 min且進(jìn)漿量趨于零時(shí)，即可結(jié)束該孔的灌漿；當(dāng)漿液溢出裂縫，通過短時(shí)間停泵工作，阻止?jié){液的持續(xù)外流而延長裂縫中漿材的反應(yīng)時(shí)間，待流出的漿液發(fā)泡變硬后灌漿工作可持續(xù)進(jìn)行。灌漿結(jié)束后，用電動(dòng)角磨機(jī)將縫面溢出的灌漿材料清除干凈，采用堵漏靈封閉灌漿孔(鑿槽)，以確保堵漏效果。針對電纜井1 369 m東側(cè)墻體鋼牛腿處單個(gè)出水點(diǎn)在其點(diǎn)周圍進(jìn)行鉆孔，并進(jìn)行高壓化灌堵漏處理，處理完成后，再用電動(dòng)切割機(jī)沿滲漏點(diǎn)切鑿寬10 cm×10 cm、深2 cm的矩形槽，進(jìn)行封閉處理。

化學(xué)灌漿及排水孔(排水量小于0.2 m3/d)完成后，電纜井自上而下均無滲漏水，井壁呈干燥狀。帷幕止水工程交付驗(yàn)收。

6 結(jié)語

1)地下建筑物帷幕防滲止水工程，可采取設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與施工同時(shí)進(jìn)行；

2)正確布設(shè)檢查孔和壓水試驗(yàn)，查明滲水巖層、構(gòu)造及原因；

3)灌漿配比、壓力、次數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工情況及時(shí)調(diào)整，對灌漿水泥用量過大的孔段，一定要采取間歇式注漿方法；

4)采用帷幕灌漿、水平固結(jié)和化學(xué)灌漿相結(jié)合的方法防滲止水；

5)帷幕防滲工程可采用“堵排結(jié)合”的原則。

The summary of Pinglu electric cable pit seepage-proofing technology of Yollow River Diversion Project of Shanxi province

Yao Wenbing

(The8thGeologicalEngineeringInvestigationInstituteofShanxi,Yuncheng044000,China)

This paper combines practical engineering case, according to the principle of “Combination of Blocking and Draining”, and it makes the design, test and construction going simultaneously, at the same time the methods adopts the combination of curtain grouting, horizontal consolidation and chemical grouting, the main point of this method is that it utilizes the intermittent grouting, it illustrates Pinglu electric cable pit seepage-proofing technology of Yellow River Diversion Project of Shanxi province, so as to attain the effect of seepage-proofing.

electric cable pit， curtain grouting， horizontal consolidation， chemical grouting， intermittent grouting

1009-6825(2015)16-0031-03

2015-03-27

姚文兵(1966- )，男，高級工程師

TV675

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