淺析砂卵石地基帷幕灌漿施工

孫 超

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司， 天津 武清 301700)

淺析砂卵石地基帷幕灌漿施工

孫 超

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司， 天津 武清 301700)

砂礫石地層透水率較大，要形成一道完整防滲帷幕需選擇合適的技術(shù)參數(shù)，目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)砂礫石地層的灌漿還沒(méi)有一套完整的理論及實(shí)踐體系，都是根據(jù)工地的不同特點(diǎn)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定帷幕灌漿技術(shù)參數(shù)。青海海西州黑石山水庫(kù)砂礫石灌漿采用水泥黏土混合漿液，實(shí)施低壓、短段長(zhǎng)花管灌漿法，達(dá)到了預(yù)期效果，該案經(jīng)驗(yàn)可以供其他工地參考使用。

砂礫石膠結(jié)礫巖； 帷幕灌漿； 壓力； 段長(zhǎng)

1 依托項(xiàng)目簡(jiǎn)介

黑石山水庫(kù)位于青海省海西州德令哈市以北4km 處的巴音河黑石山山口，是巴音河上一座以灌溉、防洪為主結(jié)合發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖業(yè)等綜合效益的中型水庫(kù)。

樞紐建筑物存在的主要問(wèn)題為主壩壩體右岸滲漏、副壩壩下滲漏。由于右壩肩深厚的砂礫石層，水庫(kù)蓄水后存在繞壩滲漏問(wèn)題。黑石山水庫(kù)壩體為砂礫石堆積壩，壩體基礎(chǔ)為砂礫石—膠結(jié)礫巖組合地層，透水率較大。

黑石山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程重中之重在于副壩防滲體系的建立，防滲主要工藝是砂礫石地層中的帷幕灌漿。

2 砂礫石地層帷幕灌漿的發(fā)展情況

中國(guó)的砂礫石地層灌漿始于20世紀(jì)50年代，曾在北京密云水庫(kù)、河北岳城水庫(kù)等大型工程中進(jìn)行應(yīng)用，并在1963年由原水利電力部水利水電建設(shè)總局主持制定了《水工建筑物砂礫石基礎(chǔ)帷幕灌漿工程施工技術(shù)試行規(guī)范》，但后來(lái)沒(méi)有修訂，一直沿用到2012年，在2012年3月，頒布了最新版的《水利水電工程覆蓋層灌漿技術(shù)規(guī)范》，此規(guī)范中亦沒(méi)有強(qiáng)制性的施工技術(shù)要求，只是籠統(tǒng)地對(duì)覆蓋層灌漿給予了指導(dǎo)性意見(jiàn)。

3 砂礫石地層帷幕灌漿施工工藝綜述

砂礫石地層帷幕灌漿是通過(guò)地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，膨潤(rùn)土泥漿固壁，分段鉆進(jìn)，通過(guò)灌漿泵將水泥—膨潤(rùn)土混合漿液壓入地層中，形成一道封閉的阻水帷幕，從而減弱水流的滲透。

4 砂礫石地層帷幕灌漿施工工藝

4.1 施工工藝流程

帷幕灌漿施工工藝流程見(jiàn)下圖。

4.2 鉆孔鉆頭及固壁泥漿的選擇

砂礫石地層通過(guò)地質(zhì)巖心鉆機(jī)鉆孔，地層結(jié)構(gòu)松散，透水率大，不宜成孔，鉆孔過(guò)程中塌孔卡鉆現(xiàn)象嚴(yán)重，為保證鉆孔能夠順利進(jìn)行，提高鉆孔功效，需選用合適配比的泥漿進(jìn)行固壁，如果條件允許，可選用液壓跟管鉆機(jī)鉆孔下設(shè)鋼管成孔(僅適用于帷幕非灌漿段)。

a.巖心地質(zhì)鉆機(jī)的鉆頭選擇。通過(guò)灌漿鉆孔實(shí)驗(yàn)，砂礫石巖地層對(duì)鉆頭的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，普通金剛石鉆頭鉆進(jìn)30～50m就需要更換，耗材嚴(yán)重，并且與操作手的經(jīng)驗(yàn)有相當(dāng)大的關(guān)系，熟練操作人員通過(guò)鉆桿及鉆機(jī)的外部反應(yīng)可以判斷出鉆頭是否需要更換，而如果操作人員技術(shù)不到位，鉆頭很容易燒卡在孔內(nèi)，造成孔故。

通過(guò)不斷研究，最終選取了XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)作為主要生產(chǎn)設(shè)備，選用帶合金顆粒的復(fù)合片鉆頭，對(duì)砂礫石地層具有較好的適用性，此類鉆頭鉆進(jìn)接觸面較大，質(zhì)地比較堅(jiān)硬，對(duì)砂礫石地層穿透力很好。

b.固壁泥漿的配合比選擇。砂礫石地層結(jié)構(gòu)松散，不宜成孔，實(shí)踐過(guò)程中選擇了幾組膨潤(rùn)土漿液配合比：3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1，開始為了節(jié)約成本，選擇稀漿配比，漿液遇到塌孔后迅速滲漏，導(dǎo)致成孔部位坍塌，發(fā)生埋鉆事故，并且稀漿液配比對(duì)于孔內(nèi)的沉渣懸浮效果不是很理想。最終選擇0.5∶1的漿液，效果明顯，能夠達(dá)到預(yù)期效果，但是，漿液的回收需要專人負(fù)責(zé)，人力資源投入較大，濃漿的送漿、返回利用對(duì)設(shè)備的損傷較大。

4.3 鉆孔、灌漿段長(zhǎng)的選擇

砂礫石地層鉆孔、灌漿的段長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)，可參考范圍為1.0～2.0m，很少有超過(guò)3.0m的，在第一段或者孔口管下第一段一般建議段長(zhǎng)為0.5m，第二段為1.0m，第三段以下為2.0m。由于砂礫石地層的不確定性，如果塌孔或孔口不反水，段長(zhǎng)縮短，取1.0m。

4.4 砂礫石地層帷幕灌漿漿液的選擇

砂礫石地基灌漿通常使用水泥黏土漿液，也有使用純水泥漿的，空隙較大時(shí)，可使用水泥砂漿，或由多種材料拌制的膏狀漿液等。

水泥黏土漿的主要優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，注入能力強(qiáng)，防滲效果好，在許多情況下可就地取材，因而價(jià)格便宜。

水泥黏土漿中黏土和水泥的比例應(yīng)根據(jù)工程要求和地質(zhì)條件而定，在一般情況下，對(duì)于永久性工程，可采用水泥∶黏土=1∶1～1∶4，干料∶水=1∶1～1∶3，漿液穩(wěn)定性小于0.02，析水率小于2%，黏度不大于60s(500/700漏斗黏度計(jì))，漿液結(jié)石28d抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa或0.5MPa。

進(jìn)行多排孔帷幕灌漿時(shí)，邊排孔宜采用水泥含量較高的漿液，中間排孔可采用水泥含量較低的漿液。另外帷幕淺部也宜采用水泥含量較高的漿液。臨時(shí)性的工程可適當(dāng)減少水泥含量，甚至使用黏土漿。有時(shí)候一個(gè)工程的地基由多種地層組成，這就要針對(duì)不同地層選用不同的漿液。

黑石山水庫(kù)大壩帷幕灌漿屬于永久性工程，采用水泥∶黏土=1∶2～1∶4，干料∶水=1∶2。帷幕灌漿檢查孔效果非常良好。

4.5 帷幕灌漿方法的選擇

目前，國(guó)內(nèi)外主要采用的灌漿方法有循環(huán)鉆灌法、預(yù)埋花管法、套管灌漿法和打管灌漿法。其中，循環(huán)鉆管法是中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的一種灌漿方法，也稱邊鉆邊灌法。這種方法是在沖積層中自上而下逐段進(jìn)行鉆孔和灌漿，各段灌漿都在孔口封閉。循環(huán)鉆灌法后來(lái)被擴(kuò)展到巖石地基灌漿施工中，并加以改進(jìn)，發(fā)展成為目前普遍采用的孔口封閉灌漿法。

黑石山水庫(kù)采用的是循環(huán)鉆灌法，特別不宜成孔的孔段結(jié)合固定短花管鉆具灌漿法，選擇一根長(zhǎng)度約1.0m左右的廢棄鉆桿，底部焊接成子彈頭形，方便下鉆，短花管每隔15cm長(zhǎng)在鉆管壁打花孔，孔徑約為10mm，每排鉆5孔，在花管下設(shè)前，管內(nèi)填塞物選擇大粒工業(yè)鹽，防止外側(cè)的土礫堵塞花孔，灌漿前先通過(guò)注水或稀釋水泥漿將工業(yè)鹽顆粒融化，然后根據(jù)不同的漿液比進(jìn)行灌漿。

循環(huán)鉆灌法的特點(diǎn)：?適宜于砂卵礫石中灌注水泥黏土漿或水泥漿；?在鉆孔的過(guò)程中，利用循環(huán)泥漿對(duì)地層進(jìn)行灌漿；?由于每段灌漿都是在孔口封閉，各個(gè)灌漿段可以得到多次復(fù)灌，因而灌漿質(zhì)量好；?與預(yù)埋花管法相比，可以節(jié)省大量的管材；?工序相對(duì)比較簡(jiǎn)單，操作容易。

循環(huán)鉆灌法的缺點(diǎn)：?由于鉆灌工序交替進(jìn)行，因此工效相對(duì)較低；?各段灌漿均在孔口封閉，灌漿時(shí)地表常冒漿嚴(yán)重，即使進(jìn)行深部灌漿，也不能使用很高的灌漿壓力；?當(dāng)覆蓋層由多種地層組成，需要灌注不同類型漿液時(shí)，難以施工。

5 灌漿結(jié)束條件與封孔

各孔段灌漿的結(jié)束條件應(yīng)根據(jù)地層情況、帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)以及灌漿孔所在的部位等由試驗(yàn)確定。一般采取下列兩種方法：

a.達(dá)到設(shè)計(jì)最大灌漿壓力，注入率不大于2L/min，或停止吸漿，持續(xù)時(shí)間已達(dá)15～30min，可以結(jié)束該段灌漿。

b.注入干料量已達(dá)到規(guī)定的限值后結(jié)束灌漿。

邊排孔達(dá)到上述兩條件之一即可，中排孔應(yīng)達(dá)到條件a。

注入干料的限量因工程和地質(zhì)條件而異。在一般地質(zhì)條件下，孔距為3m的灌漿孔，每米注入干料的限量多為3～5t/m，在滲透性大的砂礫石地層中，達(dá)到3～9t/m。循環(huán)鉆灌法宜采用a為結(jié)束條件。

灌漿孔灌漿結(jié)束后可采用導(dǎo)管法向孔內(nèi)注入水泥砂漿，或采用全孔灌漿法進(jìn)行封孔。灌漿孔需保留時(shí)，可在孔內(nèi)回填中砂，孔口加塞保護(hù)。

黑石山水庫(kù)孔距為2.0m，該案例的特殊性質(zhì)在于特殊地段及特殊段次采用多次復(fù)灌才能達(dá)到灌漿效果，復(fù)灌分為兩種情況，一種為本孔或本段不能達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，且吃漿量在5t以上，停止本孔或本段次的灌漿，待凝24h掃孔復(fù)灌；另一種為達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)其相鄰孔不反水不回漿或者不能達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的，結(jié)束的灌漿孔采用掃孔復(fù)灌手段，以加強(qiáng)相鄰空的帷幕效果。

6 結(jié) 語(yǔ)

砂礫石地層帷幕灌漿沒(méi)有一成不變的灌漿法則，該案例總結(jié)出的灌漿經(jīng)驗(yàn)可以概括為短段長(zhǎng)、低壓力、常復(fù)灌采用混合漿液的鉆灌循環(huán)灌漿方法，能夠滿足黑石山砂礫石地層帷幕灌漿工程的需要，并且達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，可以作為其他工程的借鑒參考。

[1] 孫釗.大壩基巖灌漿[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2] 陳吉余.中國(guó)圍海工程[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2000.

[3] 嚴(yán)愷.中國(guó)海岸工程[M].南京:河海大學(xué)出版社,1992.

On curtain grouting construction of sand and gravel foundation

SUN Chao

(SinohydroFoundationEngineeringCo.,Ltd.,Wuqing301700,China)

Sand and gravel stratums have higher permeable rate. Suitable technical parameters should be selected in order to form a complete anti-seepage curtain. Currently, there is no complete theory and practice system about the grouting of sand and gravel stratums at home and abroad. The technical parameters of curtain grouting are determined through tests according to different characteristics in construction site. Cement clay grouting mixure is adopted for sand and gravel grouting in Qinghai Haixi Prefecture Heishishan Reservoir. Low pressure and short segment length floral tube grouting methods are applied to reach desired effects. The experience can be used as reference for similar construction sites.

sand and gravel cemented conglomerate; curtain grouting; pressure; segment length

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.004

TV543+.5

A

1005-4774(2017)04- 0013- 03