大孔隙地層控制性套閥管帷幕灌漿法的設(shè)計與應(yīng)用

楊 彪

中國水電基礎(chǔ)局有限公司二公司，天津 301700

水利水電工程屬于一項利國利民的民生工程，對于社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展以及當(dāng)?shù)厝藗兘?jīng)濟(jì)收入的增長、生活便利性的提高均有益處，但是結(jié)合此類工程的實(shí)際建設(shè)情況可以了解到大壩滲水問題會導(dǎo)致工程存在質(zhì)量、安全隱患，嚴(yán)重影響工程的使用壽命，所以施工單位要做好工程大壩的地層防滲處理工作。該項工程中的大壩在施工應(yīng)用中會與水直接接觸，如果未做好防滲處理會影響大壩使用功能，嚴(yán)重情況下威脅整座水利水電工程的使用質(zhì)量和安全。施工之前檢查大壩地層，若屬于巖溶、大裂隙以及覆蓋層強(qiáng)滲失類地層，則可以判定為大孔隙地層，結(jié)合此類地層的灌漿作業(yè)經(jīng)驗可知難度較大。目前防滲灌漿作業(yè)中常用的灌漿方式包括水泥-膏狀漿液灌漿、水泥和水玻璃漿液灌漿等。這些操作方法在常規(guī)的大壩地層作業(yè)中應(yīng)用效果理想，但是不適用于軟土地基或大孔隙地層中，所以可以應(yīng)用套閥管法。

1 大孔隙地層套閥管帷幕灌漿法的設(shè)計分析

套閥管法最初由法國人提出并應(yīng)用于工程地層灌漿作業(yè)中，我國自20世紀(jì)50年代末開始引進(jìn)該技術(shù)進(jìn)行水庫類工程的建設(shè)施工，但是該灌漿法最初應(yīng)用時存在作業(yè)成本高（使用鋼管）的問題，所以未大范圍的普及，后續(xù)經(jīng)過科研人員的不斷改良研究，現(xiàn)階段該灌漿法具有操作簡單、塑料套閥管成本低的優(yōu)勢，所以值得在相關(guān)工程建設(shè)中多加應(yīng)用。水利水電工程的大孔隙地層的灌漿作業(yè)一直都是該工程的施工重難點(diǎn)，直接使用套閥管法，管道內(nèi)灌注的漿料在流動水的作用下會被稀釋，漿料無法對地層進(jìn)行有效加固[1]。針對大孔隙地層進(jìn)行套閥管法設(shè)計主要包括以下內(nèi)容。

1.1 設(shè)計理念

套閥管法應(yīng)用于常規(guī)的覆蓋層灌漿施工作業(yè)中，首先，需要在劃定的作業(yè)區(qū)域內(nèi)鉆孔（應(yīng)用跟管），并且在跟管內(nèi)置入灌漿筒，該筒壁上帶有孔眼，便于灌漿材料滲出；其次，需要在灌漿筒以及跟筒之間的位置，倒入配置好的漿料，在此過程中需要及時將跟管拔出，以便灌注的材料能夠有效的與周邊的地層融合，提高地層的堅硬度和穩(wěn)定性，并且促使灌漿筒在漿料作用下在置入?yún)^(qū)域有著較好的固定效果，以此來防止?jié){料向上溢出；最后，需要將雙灌漿塞置入筒中，來對漿料進(jìn)行分段控制的灌漿，保證作業(yè)區(qū)域的周邊地層有充足的漿料。分析套閥管法的操作流程可知，該法進(jìn)行灌漿時最為關(guān)鍵的一個步驟為灌漿控制，借助灌漿塞控制漿液向地層的流動情況，所以在大孔隙地層中使用套閥管灌漿法時需要做好控制工作。同時該方法常規(guī)操作時使用的漿液基本為水泥漿，該種漿料遇水后稀釋效果明顯，直接灌入大孔隙層，無法進(jìn)行防滲。此外，孔口封閉法為覆蓋層防滲時較常應(yīng)用的灌漿工藝，該工藝使用的漿液為水泥膏漿類材料，控制效果非常好，遇水不容易發(fā)生稀釋可以盡快凝固。

所以設(shè)計適用于大孔隙地層的灌漿法時，設(shè)計人員可以綜合以上信息，使用套閥管法的作業(yè)流程以及孔口封閉法的灌漿材料來進(jìn)行作業(yè)方法的優(yōu)化設(shè)計，以此滿足大孔隙地層防滲灌漿施工需要。在灌漿施工期間依托套閥管法精準(zhǔn)定位、兩套限制的特點(diǎn)，具備良好控制性能的材料即可開始套閥管法的灌漿施工作業(yè)。

1.2 制備灌漿材料

基于大孔隙地層灌漿施工使用的材料為高觸變抗水膏漿，該漿料具備較好的灌漿使用性能，攪拌時可以在短時間內(nèi)變稀，停止攪拌則會立刻變得濃稠，如果大孔隙中流動水流速在0.2m/s或以下時該漿料可以快速固結(jié)，不會發(fā)生漿料性狀的改變，所以抗水能力較強(qiáng)。首先，在灌漿材料配比時需要提前準(zhǔn)備水泥漿（普通硅酸鹽水泥），按照0.70：1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水灰比配置，并且準(zhǔn)備膏漿外加劑（高觸變抗水性能），摻入量在0.5%以上，但不超過1%。其次，把握材料的性能，材料在制備時的溫度需要控制在20℃，灌漿材料約為1.7g/m3。針對材料的流動性，要求剛開始拌和時呈現(xiàn)出稀-稠-稀的狀態(tài)，即一攪拌就稀，不攪拌就稠，以此保持材料較小的流動性、較高的稠度。之后再進(jìn)行二次攪拌，但是要注意攪拌時間不可過長，以免影響抗水性。針對材料的穩(wěn)定性，套閥管法改良使用的漿料穩(wěn)定性較差，材料如果處于靜止?fàn)顟B(tài)有泌水情況出現(xiàn)，要求在材料制備完畢后盡快投入使用。

高觸變抗水膏漿目前在工程應(yīng)用中的適用范圍為：地層存在較多、較大的孔隙或者地層有著明顯的裂隙，這些情況使用普通水泥漿料的效果不及高觸變抗水膏漿的應(yīng)用效果，尤其每秒水流速在0.2m/s以下時漿料最能防滲，如果流速超過0.2m/s則需要增加膏漿的使用量，以此達(dá)到理想的應(yīng)用效果。該種漿料制備時多采用雙桶攪拌機(jī)（慢速）、常規(guī)攪拌漿設(shè)備制備，兩種方法均可以制備出質(zhì)量性能良好的高觸變抗水膏漿；制備時間控制在10min以內(nèi)，完成后及時運(yùn)送至作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行灌漿。

2 灌漿法改良后的應(yīng)用分析

本次研究選擇的水利水電工程位于烏江流域，壩體為混凝土心墻，在其下游區(qū)域有一個過渡層，其中有著較多的碎石、細(xì)砂，旁邊分布著大量的碎石料。該工程在2010年建設(shè)完成，并在當(dāng)年投入使用，但是經(jīng)過一段時間的應(yīng)用，壩體底部的滲漏情況非常嚴(yán)重，而且相應(yīng)區(qū)域的水位也在不斷抬高，對壩體進(jìn)行詳細(xì)檢查之后可見孔隙，孔徑較大，部分孔隙處伴有流水，所以該工程施工單位針對壩體滲漏問題制定了大孔隙地層套閥管帷幕灌漿防滲作業(yè)方案，使用套閥管法聯(lián)合高觸變抗水膏漿開展具體的作業(yè)。

2.1 施工前

施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人對全體作業(yè)人員進(jìn)行改良套閥管法應(yīng)用的技術(shù)交底，以此確保施工人員能夠?qū)κ褂玫墓酀{工藝、灌漿材料、灌漿作業(yè)要點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行全面的了解和把握，確保防滲工程施工的效率和質(zhì)量；準(zhǔn)備高觸變抗水膏漿的制漿、灌漿設(shè)備，其中灌漿時要求使用雙缸柱塞泵，如果工程量大可以使用三缸柱塞泵；灌漿施工的工藝為純壓式，最后在結(jié)束灌漿時需要應(yīng)用普通水泥代替膏漿來完成最后的灌漿，防止穩(wěn)定性差的高觸變抗水膏漿影響作業(yè)質(zhì)量和效果。

2.2 施工中

首先，確定需要進(jìn)行防滲灌漿的具體區(qū)域，即在心墻相應(yīng)位置上做鉆孔，為梅花孔，每個孔之間的間隔距離為1m，排距也為1m。由于該處有著非常厚的覆蓋層，其中的主要材料為粒徑大小不一、不均勻分布的砂礫，施工人員可以使用同心、偏心鉆具來鉆孔，針對其中的鉆孔薄弱部位需要采用跟管以及管靴等裝置做好加固處理。其次，灌漿筒置入時，需要考慮到未攪拌狀態(tài)下的高觸變抗水膏漿的稠度，為了防止?jié){料直接固結(jié)在管道內(nèi)，需要使用孔徑較大的灌漿筒進(jìn)行施工；同樣使用的灌漿塞也為大直徑。最后，灌漿作業(yè)，施工人員先需要進(jìn)行灌漿系統(tǒng)的開環(huán)處理，使用的處理材料為稀漿、清水；灌漿的主要材料為水泥漿， 剛開始按照2：1的水灰比灌漿，之后在變漿時需要調(diào)整水灰比；觀察灌性系數(shù)，若不存在較大變化時直接灌注高觸變抗水膏漿，按照兩級標(biāo)準(zhǔn)灌注，其中第一級和第二級要求的水灰比分別為0.8：1、0.66：1，但是兩級灌漿時均要使用0.7%的高觸變抗水膏漿外加劑，以此增強(qiáng)凝固效果，灌漿快結(jié)束時應(yīng)用普通水泥漿灌注并收尾。

施工人員對大孔隙地層采用高觸變抗水膏漿作以套閥管灌漿施工時需要注意以下兩點(diǎn)內(nèi)容：其一為把握變漿條件，即灌漿過程中隨時觀察水灰比，當(dāng)其變化為0.5：1的標(biāo)準(zhǔn)時，觀察水泥漿灌注量是否達(dá)到300L，若達(dá)到則視為此時的壓力流量較為穩(wěn)定，施工人員則可以使用高觸變抗水膏漿來灌漿，此時先進(jìn)行一級灌漿，之后再進(jìn)行二級灌漿， 如果二級灌漿結(jié)束后壓力流量無變化而且灌漿超過600L，需要停工4h后繼續(xù)復(fù)灌。其二為把握灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，每分鐘的單位吸漿量（高觸變抗水膏漿）為2L或以下，距離灌漿結(jié)束的時間約為0.5h；普通水泥則按照每分鐘1L以下標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行0.5h灌注即可結(jié)束。

3 結(jié)語

在天然覆蓋層（具有級配良好的特點(diǎn)）中應(yīng)用套閥管法來灌漿為目前在軟土地基以及覆蓋層灌漿作業(yè)中使用非常廣泛的一種技術(shù)，較之于常規(guī)使用的灌漿技術(shù)有著較多的應(yīng)用優(yōu)勢，但是在大孔隙地層中應(yīng)用效果較差，所以需要對套閥管法進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，以此提高大孔隙地層的灌漿效果，結(jié)合工程防滲處理結(jié)果可知，重新改良設(shè)計的灌漿法在大孔隙地層中取得了非常好的應(yīng)用效果。