拔管法灌注雙液漿工藝在青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程中的應(yīng)用

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津，301700)

拔管法灌注雙液漿工藝在青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程中的應(yīng)用

王曉飛

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津，301700)

青田水利樞紐臨時(shí)圍堰堰體的回填料級(jí)配差、孔隙率大，水中回填深度平均在15m左右，每天受漲落潮影響各兩次，通過(guò)采用雙液灌漿塞、拔管法工藝灌注雙液漿，成功解決了圍堰防滲難題，基坑的滲流量從15萬(wàn)m3/h減少至1萬(wàn)m3/h以?xún)?nèi)，為基坑內(nèi)干地施工創(chuàng)造了條件。

青田水利樞紐 圍堰防滲 拔管灌漿法 雙液漿

1 新工藝產(chǎn)生的背景

青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程施工區(qū)附近料源少加上工期緊張，業(yè)主方采用船挖船拋方式，從就近河道挖取淘沙過(guò)后的廢棄料進(jìn)行右岸基坑圍堰回填，回填料粒徑普遍為5cm～20cm的卵石，基本無(wú)細(xì)顆粒料、孔隙率極大，水中回填深度平均在15m左右，每天受漲潮、落潮影響各兩次，水位落差平均在5m左右，大潮時(shí)落差達(dá)到7m。由于圍堰的頂寬最窄處不到5m，平均寬度在6m左右，不具備采用防滲墻施工的條件，高噴施工也難以成墻，為了在2個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成2.5萬(wàn)m2的防滲施工任務(wù)，采用單排灌漿工藝來(lái)解決基坑圍堰防滲問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)未見(jiàn)先例。

在單排套閥管灌漿結(jié)束后，防滲帷幕已初步形成，由于每天的潮汐影響破壞，在動(dòng)水變幅區(qū)域陸續(xù)出現(xiàn)了滲漏通道，為了徹底解決動(dòng)水影響問(wèn)題，項(xiàng)目部成立了科研團(tuán)隊(duì)，成功研制了雙液塞，大膽嘗試采用拔管工藝灌注雙液漿，并制定了相應(yīng)的灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和起拔條件。

2 雙液塞的研發(fā)

雙液塞研發(fā)前后經(jīng)過(guò)4次改進(jìn)，歷時(shí)約一個(gè)月研發(fā)完成，雙液塞由三部分構(gòu)成：塞體、單向閥和混合器，其中塞體按項(xiàng)目部要求的尺寸從專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家定制，單向閥和混合器由項(xiàng)目部自行加工，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，單向閥在5MPa的高壓下抗沖刷性良好、宜拆卸清理及更換配件，混合器能夠滿(mǎn)足雙液漿在比例合適的前提下在出口處以膏狀流出，遇水不易被沖蝕且具備較好的擴(kuò)散性。

2.1 塞體的尺寸設(shè)計(jì)

由于青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程中潛孔鉆鉆孔采用的套管外徑為φ146mm，根據(jù)塞體的膨脹性能及施工中便于下設(shè)的要求，將塞體外徑設(shè)計(jì)為φ104mm，并可根據(jù)選用的套管直徑進(jìn)行調(diào)整。

2.2 單向閥的設(shè)計(jì)制作

單向閥顧名思義就是只能從一個(gè)方向流出而不能逆流，考慮到灌漿壓力較高且漿材有較大的腐蝕性，所以對(duì)單向閥的材質(zhì)要求很高。單向閥基座采用直徑為φ36mm的圓鋼通過(guò)車(chē)床內(nèi)掏加工而成；彈簧采用上下平口的高強(qiáng)彈簧，在1MPa的壓力下才能收縮變形。

2.3 混合器的設(shè)計(jì)制作

混合器的規(guī)格尺寸能夠使混合后的水泥水玻璃雙液漿，以膏狀形態(tài)排出而不達(dá)到初凝狀態(tài)，既能和塞體很好的連接，又方便拆卸?；旌掀鲀?nèi)外壁均須刨光，防止?jié){液掛壁。

3 拔管法灌漿工藝技術(shù)要求

3.1 施工工藝

采用潛孔鉆機(jī)一次成孔，鉆孔完成后只拔出鉆桿，套管留在孔內(nèi)，將雙液塞卡在套管底部，保證塞體不出套管，將混合器伸出套管外，灌漿前先將套管起拔1m，使?jié){液有一個(gè)擴(kuò)散的空間。在灌注雙液漿時(shí)宜連續(xù)進(jìn)行，除特殊情況(堵管、設(shè)備出現(xiàn)故障)外中途最好不要間斷，一旦間斷，必須將套管全部拔出，防止上擾的漿液鑄管，因此就要求在灌注雙液漿前把各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做充分(鉆孔時(shí)套管的質(zhì)量檢查、重點(diǎn)是絲扣連接部位的檢查，起拔設(shè)備的檢查保養(yǎng)，雙液漿漿材的備料要充分，現(xiàn)場(chǎng)必須配備備用發(fā)電機(jī)和備用拔管機(jī))。

3.2 灌漿方式

邊拔邊灌，連續(xù)灌漿。拔管灌漿宜分序進(jìn)行，為防止鑄管，采用間隔10m跳打法施工。

3.3 鉆孔深度

根據(jù)施工需要，鉆孔深度不等，考慮到現(xiàn)階段設(shè)備的性能，建議鉆孔深度不宜超過(guò)30m。

3.4 孔距

孔距可控制在1m～2m，根據(jù)灌漿效果可考慮局部加密。

3.5 灌漿漿液

灌漿漿液分為以下幾類(lèi)：

(1)純水泥漿液：常規(guī)灌漿使用的各比級(jí)純水泥漿液，采用拔管法灌漿均可使用，灌漿時(shí)使用3SNS泵即可。

(2)水泥膨潤(rùn)土膏漿：直接在0.5∶1水泥原漿中摻加膨潤(rùn)土干灰，采用專(zhuān)用的膏漿攪拌機(jī)攪拌3min左右，之后通過(guò)靜漿試模檢測(cè)，擴(kuò)散度大于7cm的膏漿均可灌注。膏漿大致分三個(gè)級(jí)別：一級(jí)膏漿擴(kuò)散度為12cm～15cm、二級(jí)膏漿擴(kuò)散度為10cm～12cm、三級(jí)膏漿擴(kuò)散度為8cm～10cm，根據(jù)施工需要還可以增加比級(jí)。膨潤(rùn)土宜采用配置膏漿專(zhuān)用的膨潤(rùn)土，摻量小、效果好、不需要膨化，隨攪隨灌。由于膏漿達(dá)到三級(jí)后粘稠度很大，采用3SNS泵灌注易發(fā)生堵管、堵泵現(xiàn)象，建議使用多功能灌漿泵。

(3)水泥砂漿：與水泥膨潤(rùn)土膏漿類(lèi)似，擴(kuò)散度大于7cm的砂漿均可灌注。灌漿用砂的細(xì)度模數(shù)宜為2.5以下，根據(jù)施工需要可摻加一定量的粗砂。灌砂漿時(shí)使用多功能灌漿泵。

(4)水泥水玻璃雙液漿：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地表試驗(yàn)，雙液漿水玻璃摻量以10%～15%為宜(體積比，青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程中使用的水泥標(biāo)號(hào)為P.O42.5、水玻璃波美度為37°Bé)，在無(wú)水環(huán)境下最快凝結(jié)速度為6s。灌注時(shí)同時(shí)使用兩臺(tái)3SNS泵，一臺(tái)灌注純水泥漿液，另一臺(tái)灌注純水玻璃漿液。為了控制好水泥漿和水玻璃的比例，方法有兩種：一種是通過(guò)接流量傳感器的方法來(lái)控制兩者比例；另一種是在儲(chǔ)漿桶內(nèi)安裝刻度尺，控制每分鐘水玻璃液面下降量來(lái)控制兩者比例。

3.6 灌漿壓力

純水泥漿和膏漿灌注壓力為2MPa；水泥水玻璃雙液漿灌注壓力為3MPa。灌漿壓力需在開(kāi)灌前對(duì)雙液塞在孔外試壓(通常打開(kāi)單向閥的壓力為1MPa)，壓力進(jìn)行校核后，針對(duì)不同的塞確定不同的實(shí)際灌漿壓力。

3.7 起拔條件

達(dá)到規(guī)定灌漿壓力后，正常起拔套管；當(dāng)灌漿壓力超過(guò)3MPa以后急劇上升時(shí)，可連續(xù)起拔，直至降至3MPa以下，改回正常起拔。

3.8 特殊情況處理

(1)灌漿過(guò)程中發(fā)生堵管等特殊情況時(shí)，需及時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)下塞位置進(jìn)行標(biāo)記，以保證二次下塞位置的準(zhǔn)確性。

(2)灌漿至3m～4m時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)套管隨灌漿壓力上浮的情況，根據(jù)吸漿量大小，降低壓力，選擇適應(yīng)的漿液進(jìn)行灌注。

4 拔管法灌漿工藝的優(yōu)點(diǎn)

4.1 施工簡(jiǎn)便

拔管法灌漿為簡(jiǎn)化版的套閥管灌漿，不需要再灌注套殼料和待凝，節(jié)約了大量的時(shí)間，另外通過(guò)套管底部進(jìn)行開(kāi)放式灌漿，漿液擴(kuò)散性更好。

4.2 成本低

套管可重復(fù)利用，節(jié)約施工成本。

4.3 能夠灌注多種漿材

水泥漿、水泥膨潤(rùn)土膏漿、水泥砂漿、雙液漿等均可灌注。

4.4 功效高

每組設(shè)備(一臺(tái)潛孔鉆機(jī)、兩臺(tái)灌漿泵、一臺(tái)膏漿攪拌機(jī)、一臺(tái)砂漿攪拌機(jī)、一臺(tái)多功能灌漿泵、一把雙液塞)的平均功效可達(dá)到鉆灌50m/d。

5 灌漿效果

青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程(基坑面積約16萬(wàn)m2)在采用雙液灌漿前，基坑內(nèi)部的滲流量超過(guò)15萬(wàn)m3/h，采用拔管法灌注雙液漿有效解決了動(dòng)水變幅區(qū)的滲漏問(wèn)題，灌后基坑內(nèi)部的滲流量約1萬(wàn)m3/h，滿(mǎn)足甲方要求的小于2萬(wàn)m3/h的防滲指標(biāo)要求。

圖1 灌漿處理前基坑內(nèi)外水位對(duì)比

圖2 灌漿施工過(guò)程中基坑內(nèi)水位

圖3 灌漿結(jié)束后排水后期基坑內(nèi)外水位對(duì)比

圖4 基坑內(nèi)干地施工現(xiàn)場(chǎng)

6 存在的主要問(wèn)題及今后的設(shè)想

6.1 設(shè)備性能具備改進(jìn)空間

拔管法灌漿的設(shè)備主要包括套管、拔管機(jī)和灌漿塞。目前高壓灌漿塞的性能已比較成熟可靠，而套管和拔管機(jī)有著較大的改進(jìn)空間。

6.2 控制標(biāo)準(zhǔn)向更精細(xì)化發(fā)展

目前常規(guī)灌漿方法的控制標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很完善，而拔管法灌漿是一種靠控制灌漿壓力的純壓式灌漿，控制標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)粗放，隨著更多的應(yīng)用推廣，相信在不久也會(huì)總結(jié)出一套完善的控制標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)論

拔管法灌注雙液漿工藝通過(guò)在青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程中的成功應(yīng)用，為覆蓋層灌漿領(lǐng)域開(kāi)辟了一種全新的施工方法，在一定深度范圍內(nèi)可以很好地解決覆蓋層吃漿量大、以及受動(dòng)水影響難以灌注結(jié)束等一系列難題。此外，拔管法灌注雙液漿工藝功效高、便于操作、對(duì)工作面的寬度要求較低，很適合于受各方面條件制約、臨時(shí)圍堰填筑質(zhì)量較差的防滲工程施工，以及沿海地區(qū)受漲落潮影響較大的覆蓋層灌漿施工。

〔1〕DL/T5267-2012，水利水電工程覆蓋層灌漿技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社.

〔2〕張景秀.壩基防滲與灌漿技術(shù)(第二版)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

〔3〕夏可風(fēng).地基與基礎(chǔ)工程施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

TV551.3∶TV543

B

2095-1809(2017)06-0118-03

王曉飛(1981.04-)，男，中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司工程師，本科，從事水利水電基礎(chǔ)處理施工技術(shù)研究與管理工作。