基于孔口封閉灌漿法的大壩河床段帷幕灌漿施工技術(shù)

王云輝

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710068）

1 工程概述

榆林黃河?xùn)|線馬鎮(zhèn)引水工程從黃河右岸馬鎮(zhèn)葛富村取水,黃石溝沉沙調(diào)蓄水庫(kù)的主要任務(wù)是對(duì)引黃水量進(jìn)行沉沙、調(diào)蓄,水庫(kù)總庫(kù)容9870 萬(wàn)m3；水庫(kù)樞紐由大壩、溢洪道和放空洞組成,主要建筑物級(jí)別為2 級(jí),次要建筑物為3 級(jí),臨時(shí)建筑物為4 級(jí),放空洞、放空塔架為2 級(jí)建筑物,進(jìn)口邊坡為永久邊坡,級(jí)別為2 級(jí)。大壩帷幕灌漿分為一排主帷幕灌漿及一排副帷幕灌漿。主帷幕灌漿軸線為大壩心墻軸線,灌漿孔間距為1.5 m,分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序三個(gè)分序施工,先導(dǎo)孔兼Ⅰ序孔,最先施工；副帷幕灌漿軸線布置在主帷幕灌漿軸線下游1.5 m 處,灌漿孔間距為1.5 m,分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序三個(gè)分序施工,大壩河床段帷幕灌漿范圍為GJ0+315.53-GJ0+459.53（DB0+188.00-DB0+332.00）。

2 帷幕灌漿施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）注漿操作簡(jiǎn)單,在注漿操作之前,先將需要施工的地方清理干凈,然后再對(duì)需要施工的部分進(jìn)行處理。在上面打洞,之后就可以進(jìn)行配料,將水泥、石灰等按照一定的比例混合成漿液,最后往鉆孔內(nèi)灌入泥漿,然后回填即可。

（2）成本較低,且很穩(wěn)定,注漿的材料一般都是用水泥之類的廉價(jià)材料制成的。并且所用的材料并不多,整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單容易操作,但是在施工的時(shí)候,一般都會(huì)在漿液的制作中加入一些添加物。這樣,當(dāng)泥漿注入裂縫后,其穩(wěn)定性將得到改善,從而提升施工質(zhì)量。

（3）澆注施工是為了填充建筑物的裂縫,所以它是非常穩(wěn)定的。注漿是在高壓噴射的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在進(jìn)行噴射的時(shí)候,可以將混凝土漿液注入到鉆孔周圍較松軟的土層中,從而對(duì)其進(jìn)行灌注,進(jìn)而提高加固效果。

3 大壩河床段帷幕灌漿中孔口封閉灌漿技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 原材料選型

水泥：本工程大壩河床段帷幕灌漿中孔口封閉灌漿使用中水泥選擇了強(qiáng)度等級(jí)為P.042.5 的普通硅酸鹽水泥,為提升漿液的流動(dòng)性和灌漿效果,水泥細(xì)度要能夠通過(guò)80μm 方孔篩的篩余量不超過(guò)5%。水泥在運(yùn)輸施工現(xiàn)場(chǎng)前需要按批檢測(cè),各項(xiàng)性能和指標(biāo)需全部滿足要求后方可用于配制漿液。

水：水要符合配制水工混凝土的清潔水,且水在添加時(shí)其溫度不能超過(guò)40℃。

外加劑：按照大壩河床段的特點(diǎn),在配制漿液中可加入適量的速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑,各添加劑的性能需要滿足施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求[1]。

3.2 合理鉆孔

在進(jìn)行帷幕注漿施工中要求防滲標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)3 Lu,本工程大壩河床段主帷幕深度比較,入巖深度在40 m～45 m 之間,副帷幕深度也達(dá)到主帷幕深度的三分之二。為帷幕注漿孔孔向?yàn)殂U錘方向,采用XY-2 型地質(zhì)鉆機(jī),先導(dǎo)孔、質(zhì)量檢查孔鉆孔施工中要及時(shí)獲取并保留巖芯,在入巖之前的2 m 范圍內(nèi),需要鑲鑄造孔口管,本工程造孔孔徑選擇89 mm,剩余鉆孔短造孔孔徑直徑為76 mm。灌漿孔需要嚴(yán)格按照施工圖的要求進(jìn)行合理布置,最大的孔位偏差不能大于10 cm,鉆孔保證孔向要準(zhǔn)確,并分段進(jìn)行孔斜測(cè)量,一旦發(fā)生偏斜超過(guò)要求要及時(shí)糾正,最大的允許偏差要符合表1 的規(guī)定。

表1 鉆孔孔底最大允許偏差值

每鉆完1 段后,沖洗之前需要進(jìn)行測(cè)斜處理,本工程采用測(cè)斜進(jìn)行檢測(cè),在進(jìn)行深孔鉆進(jìn)時(shí),需要嚴(yán)格控制孔深偏差在20 m 以內(nèi),若偏差過(guò)大需要立即停止鉆孔,糾偏處理后再繼續(xù)鉆孔。若在鉆孔過(guò)程中發(fā)生了涌水、漏水、塌孔等問(wèn)題,需要及時(shí)記錄,將其真實(shí)反映在鉆孔綜合成果表中作為漿液濃度調(diào)整、分析灌漿效果的依據(jù)。

鉆孔完成之后應(yīng)及時(shí)鉆孔沖洗,本工程鉆孔完成后及時(shí)用大流量水流進(jìn)行沖洗,沖洗結(jié)束的標(biāo)志為要保證孔底殘留物的厚度不超過(guò)20 cm。若遇到質(zhì)地軟弱的巖石,可按照實(shí)際情況采用壓縮空氣進(jìn)行沖洗,但要控制好風(fēng)壓,最大風(fēng)壓不應(yīng)超過(guò)灌漿壓力的50%[2]。

鉆孔完成,沖洗好后,按照從上到下分段方法,進(jìn)行壓水試驗(yàn),壓水試驗(yàn)壓力可采用80%的相應(yīng)灌漿段的灌漿壓力,若超過(guò)1 MPa 時(shí),需要按照1 MPa 進(jìn)行控制。當(dāng)壩體高度不超過(guò)100 m 時(shí),壓水試驗(yàn)壓力應(yīng)為80%的灌漿壓力,并不大于1 MPa。

3.3 灌漿方法的選擇

本工程帷幕灌漿方法采用了孔口封閉灌漿法,采用循環(huán)式灌漿,分段灌漿,混凝土結(jié)構(gòu)和基巖接觸位置灌漿段長(zhǎng)度為2 m,第2 段為3 m,余下段長(zhǎng)度應(yīng)每一段5 m,最長(zhǎng)段不能超過(guò)8 m?？卓诜忾]法灌漿時(shí)各孔孔口管段,也就是混凝土與其巖層接觸段即第1 段,需要先行單獨(dú)鉆孔和灌漿,鑲鑄孔口管,并待凝固（時(shí)間不小于48 h～72 h）,其余灌漿段灌漿結(jié)束后可無(wú)需待凝,孔口管埋入基巖的深度要控制在1.5 m～2.0 m之間,要保證所使用的孔口封閉器具有良好的耐壓性、密封性,灌漿管需要能夠在灌漿過(guò)程中進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)動(dòng)和升降。保證灌漿管的外徑和鉆孔之間的偏差在10 mm～20 mm 之間。若以鉆桿作為灌漿管,需要采用外平接頭連接[3]。各段灌漿操作時(shí),需要保證灌漿管,需要能夠深入到灌漿段底部,控制管口到孔底的距離在0.5 m,在灌漿過(guò)程中需要保持灌漿壓力和注入量相互適應(yīng),注入量應(yīng)盡量控制在30 L/min,相同部位不宜聚集多臺(tái)灌漿泵進(jìn)行同時(shí)灌漿。在整個(gè)灌漿施工中需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)和頻繁升降,回漿管需要有15 L/min 以上的回漿量,以防止注漿管在孔內(nèi)被水泥漿液凝固住。

3.4 灌漿壓力的選擇和控制

大壩河床段帷幕灌漿壓力采用的帷幕灌漿升壓試驗(yàn)壓力值,見表2。

現(xiàn)場(chǎng)灌漿以控制抬動(dòng)不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的最大抬動(dòng)值為主。

灌漿壓力控制措施,為避免發(fā)生抬動(dòng)事故,按灌漿點(diǎn)距抬動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離遠(yuǎn)近,采用不同的巖體最大允許抬動(dòng)變形控制標(biāo)準(zhǔn),具體見表3。

表3 抬動(dòng)觀測(cè)允許變形值表 單位：μm

抬動(dòng)孔布置是需要以輻射半徑為15 m 的區(qū)域內(nèi)布置1 個(gè)抬動(dòng)孔,在整個(gè)施工中為避免發(fā)生抬動(dòng)事故,需要采取有效的灌漿壓力控制措施,從0 MPa 壓力開始,按照每0.02 MPa 為一級(jí),逐級(jí)升壓到設(shè)計(jì)灌漿壓力,同時(shí)規(guī)定好每級(jí)壓力的穩(wěn)壓時(shí)間不能少于5 min。經(jīng)過(guò)確認(rèn)沒(méi)有抬動(dòng)時(shí),再提升壓力。當(dāng)灌漿點(diǎn)的抬動(dòng)值能夠達(dá)到150μm 時(shí)對(duì)應(yīng)的灌漿壓力,作為此孔設(shè)計(jì)的最大灌漿壓力。最大抬動(dòng)值不應(yīng)超過(guò)200μm,初始注入率為5 L/min,按照每級(jí)5 L/min的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐級(jí)提升。在整個(gè)灌漿過(guò)程中,應(yīng)有專人對(duì)抬動(dòng)裝置千分表的變化情況進(jìn)行觀察。在100μm～150μm 之間時(shí),灌漿升壓時(shí)注入率需要控制在10 L/min 以內(nèi),若抬動(dòng)值不再繼續(xù)上升,逐級(jí)升壓,否則需要停止灌漿,等漿液凝固8 h 后,及時(shí)掃孔復(fù)灌[4]。

3.5 漿液配比和變換原則

本工程帷幕灌漿施工中,水泥漿液水灰比采用了6 個(gè)級(jí)別,分別是5、3、2、1、0.7、0.5,先灌注稀漿液,再灌注濃漿液,逐級(jí)提升,開始灌注時(shí)漿液水灰比選擇5∶1。在進(jìn)行灌漿壓力保持不變而注入率持續(xù)減少,或者注入率不變而壓力不斷提升時(shí),嚴(yán)禁改變水灰比。當(dāng)某一級(jí)注漿量達(dá)到300 L 時(shí),或者是灌注時(shí)間達(dá)到30 min 后,灌漿壓力和注入率無(wú)改變時(shí),或者是改變不夠明顯時(shí),可適當(dāng)加濃一個(gè)級(jí)別。若注入率超過(guò)30 L/min 時(shí),可按照現(xiàn)場(chǎng)情況越極變濃。

3.6 注重對(duì)特殊情況的處理

當(dāng)帷幕注漿結(jié)束后,當(dāng)孔口的滲透系數(shù)或單位注漿體積超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí),孔宜進(jìn)一步加大。如果發(fā)現(xiàn)鄰近的孔洞繼續(xù)變深,應(yīng)立即向現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督匯報(bào)。在注漿過(guò)程中,如果出現(xiàn)冒漿、漏漿,要視具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復(fù)灌等方法。在注漿階段,若注漿量大于3 t,注漿壓力不升高,則應(yīng)采用12 小時(shí)的待凝措施。清灰結(jié)束后,再次注水,如果水壓沒(méi)有增加,而水頭較大,則應(yīng)添加3%的速凝劑。在進(jìn)行下一次鉆孔灌注時(shí),為了避免灌注壓力過(guò)大對(duì)已經(jīng)灌注的部分造成損傷,應(yīng)將灌注塞在這一部分的上部[5]。注漿時(shí),若出現(xiàn)串漿現(xiàn)象,則先堵塞注漿孔,待注漿完畢后,再掃、清、注漿。在注漿量較小、串漿孔滿足注漿要求的情況下,可采用一臺(tái)水泵在一個(gè)井內(nèi)同時(shí)注漿。對(duì)于有涌水的灌漿孔,在進(jìn)行灌漿之前,必須測(cè)量出涌水壓力及涌水量,并根據(jù)涌水狀況,按照從上到下的順序進(jìn)行分段灌漿,然后可適當(dāng)縮短段長(zhǎng),最后是提升灌漿壓力。

由于各種原因而造成的灌漿中斷,要盡快恢復(fù)灌漿；注漿時(shí)間在30 分鐘以上時(shí),必須清理出漿孔,然后重新注漿；如果不能沖凈或者沖凈不起作用,就需要清空后重新充填；在重新注漿時(shí),采用不同比例的水泥漿液；如果注水速率與斷流前相當(dāng)（超過(guò)90%）,則可以換成斷流前的水漿繼續(xù)進(jìn)行注水；如果注水速度比以前降低了很多（達(dá)90%～70%）,那么就應(yīng)該逐步增加泥漿濃度,并進(jìn)行連續(xù)灌水；如果注水速度比以前降低了很多（低于70%）,并且在很短的一段時(shí)間里就停止了抽水,那么就需要進(jìn)行補(bǔ)救。在灌漿過(guò)程中,如果回漿失水變濃,也就是在20 min～30 min 內(nèi),回漿比重超過(guò)一個(gè)比級(jí),且注入率在1 L/min～2 L/min,這時(shí)就要換成原比級(jí)的新鮮漿液,如果沒(méi)有發(fā)生回漿變濃或回漿變濃不顯著,那么就可以正常結(jié)束灌漿。如果回漿比重持續(xù)出現(xiàn)超過(guò)一個(gè)比級(jí)的現(xiàn)象,則判定為吸水不吸漿,可采用同樣水灰比的新漿灌注,如果效果不顯著,可以再灌注30 min,然后停止灌注,也不會(huì)進(jìn)行再灌,但總灌注時(shí)間仍然要不少于60 min[6]；另外,可以采取一些措施,如增加注漿壓力,增加注漿孔徑；如果上述方法都不能達(dá)到預(yù)期的效果,則可以考慮改用其他方法。

4 施工效果分析

大壩河床段本次試驗(yàn)結(jié)束后質(zhì)量檢查以檢查孔壓水成果為主,檢查孔位置、壓水試驗(yàn)壓力,從檢查孔壓水情況來(lái)看,2 個(gè)檢查孔共壓水18 段,其中3 段壓水值小于1 Lu,15 段壓水值在1 Lu～3 Lu 之間,檢查孔檢查結(jié)果滿足設(shè)計(jì)合格標(biāo)準(zhǔn)q ≤3.0 Lu。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,采用實(shí)際案例結(jié)合理論實(shí)踐的方法,分析基于孔口封閉灌漿法的大壩河床段帷幕灌漿施工技術(shù)。分析結(jié)果表明,帷幕灌漿施工技術(shù)是水利工程施工建設(shè)中常用的施工技術(shù),其施工效果直接關(guān)系到整個(gè)工程施工質(zhì)量和效果。在實(shí)際灌漿施工中采用孔口封閉灌漿施工技術(shù),可有效提升加固效果,而且整個(gè)施工過(guò)程質(zhì)量可控,而且不會(huì)形成缺陷和孔洞,施工效果比較好,可在類似工程中得到良好應(yīng)用。