南水北調穿漳工程圍堰深厚砂卵石層防滲施工

金良智，劉其森

（中國人民武裝警察部隊水電第一總隊第一支隊，河北 唐山 063004）

1 南水北調穿漳工程概況

1.1 工程概況

南水北調中線穿漳工程位于河南省安陽市施家河村東北、河北邯鄲市講武城以南，工程主要建筑物包括南北兩岸渠道連接段和過河建筑物，總長1 081.81 m，由南向北分別由南岸連接渠道、進口漸變段、進口檢修閘段、倒虹吸管身段、出口節制閘段、出口漸變段、北岸連接渠道7段組成，在南岸連接渠道右側設有退水排冰閘。倒虹吸管身段長619.18 m（水平投影），為鋼筋混凝土箱形結構，3孔一聯，單孔尺寸6.9 m×6.9 m（高×寬），水平段管頂面高程71.30～71.50 m，管底建基面高程61.80～62.00 m，頂板、底板、中隔墻及邊墻厚均為1.3 m。進口斜管段長66.91 m（水平投影），沿軸向分為5節；進口斜管段后接15.41 m長進口加強段，進口加強段之后接平管段，平管段長451.58 m，縱向分為25節；出口加強段長17.01 m（水平投影）；出口斜管段長68.27 m（水平投影），沿軸向分為5節。工程采用分期導流方案，一期圍右岸，二期圍左岸，均為明渠過流，待一期圍堰內建筑物施工完成后再進行二期圍堰防滲施工。

1.2 地質水文條件

工程區內主要由上第三系（N）及第四系（Q）地層組成，其中第三系（N）上部為礫巖，多無膠結，局部鈣質膠結，厚4.0～20.0 m不等；下部為粘土巖，厚度大于3.0 m。第四系（Q）下部為卵石，厚18.0～40.0 m，頂部局部分布有灰黃、灰褐色粘土及砂壤土、粉細砂、中砂、礫砂薄層或透鏡體。中部砂卵石層厚1.5～15.0 m，局部夾礫砂透鏡體及薄層粉細砂、中砂。上部為粉質壤土、砂壤土、粉細砂、中砂，總厚度3.0～12.0 m，分布于漫灘及河床。

地下水類型為潛水，砂層、礫巖及卵石層為透水層，總厚度約70.0 m，其中砂層具中等透水性，礫巖、砂卵石及卵石具強透水性，滲透系數為7×10-2～1×10-1cm/s，隔水粘土層位于 58.0～72.0 m 高程之間。地下水埋深淺，水位在76.0 m左右，并隨季節變化而變化，變幅一般為1.0～2.0 m，受大氣降水及洪水期河水補給，向下游排泄及補給下部含水層。地下水流速為0.56 m/d，流向SE45°，與漳河主流向一致。

南水北調穿漳圍堰為臨時性工程，所處位置砂卵石層深厚，對于其防滲施工咨詢基礎處理專家提出了多種方案，主要有以抽排為主的群井強降水方案、強封堵的地下連續墻方案、以防為主防排結合的帷幕灌漿方案，綜合電力、工期、環境影響、效果與投資考慮，最終選擇了以防為主防排結合的帷幕灌漿施工方案。

2 帷幕灌漿施工工藝

（1）施工次序。灌漿遵照分排分序逐漸加密的原則進行，每排分兩個次序，先鉆灌Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，設計三排孔，孔排距為2.0 m，梅花形布置。為盡快在圍堰上形成一道封閉的、單排防滲灌漿帷幕，先對各單元下游排孔進行施工（縱向圍堰施工靠近開挖面的排孔），再對上游排孔進行施工（縱向圍堰施工遠離開挖面的排孔），中間排孔作為檢查補充灌漿孔，檢查不合格時繼續灌漿。

（2）鉆孔深度。所有鉆孔須鉆穿礫巖，深入粘土巖0.5～1.0 m，一般孔深約為45.0～72.0 m，孔深超過55.0 m的孔先使用潛孔錘套管跟進鉆至礫巖，然后換巖芯鉆機鉆至粘土巖成孔，孔深小于55.0 m孔使用潛孔錘直接成孔。

（3）灌漿順序。采用自下而上分段、管口封閉、孔內循環的方式進行灌漿。當埋設的灌漿工作管底部為花管（花管長度一般為3.0 m）時，射漿管距離花管頂0.5 m，灌漿結束后再起拔灌漿工作管；當埋設的灌漿工作管底部不是花管時，先起拔灌漿工作管3.0 m，并保證射漿管下入到距孔底不超過0.5 m的位置。

（4）灌漿材料。選用水泥強度等級為32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥細度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%；粘土就近取材，粒徑小于0.005 mm粘粒含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%。

（5）漿液配比。采用水泥粘土漿灌注，漿液配合比為： 水固比采用 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.6∶1 四種，干料比（水泥∶粘土）為1∶2.5。根據孔內注入率大小，逐級或越級變換漿液濃度，一般可先灌水固比為3∶1的稀漿，當注入量超過300 L時，可變濃一級；當注入率超過30 L/min，視實際情況，可越級甚至采用水固比為0.6∶1的濃漿灌注。

（6）灌漿壓力。孔深大于30.0 m段Ⅰ序孔為0.8 MPa，Ⅱ序孔為1.0 MPa。孔深小于30.0 m段：當該段尚未灌注0.6∶1漿液或僅灌注了0.6∶1漿液，30.0～20 m孔段不足3 000.0 L，孔深小于20 m孔段不足2 000.0 L，且注入率小于10 L/min時，Ⅰ序孔灌漿壓力按0.5→0.8→1.0 MPa，Ⅱ序孔按0.8→1.2→1.5 MPa逐級升壓控制。

（7）灌漿結束標準。灌漿結束標準為注入率不大于5 L/min，持續20 min。當孔深小于30 m段可灌性較差時，灌漿結束標準為：壓力每升一級，注入率大于10 L/min時，在此壓力下灌至注入率小于10 L/min后再升壓，直至達到Ⅰ序孔灌漿壓力為1.0 MPa或Ⅱ序孔為1.5 MPa，且注入率小于3.0 L/min、持續10 min后結束。

3 施工方法及技術要求

3.1 潛孔錘與巖芯鉆聯合鉆孔的灌漿方法

潛孔錘開孔時，采用φ146 mm或φ168 mm套管跟進，鉆至礫巖層（孔深一般45.0～55.0 m）停止，待埋入φ89 mm或φ108 mm灌漿工作管后，立即拔出跟進套管，在灌漿工作管與孔壁之間回填細砂并盡量充填密實。

在φ89 mm或φ108 mm灌漿工作管內，采用巖芯鉆對礫巖和粘土巖鉆進，孔徑一般控制在φ60 mm或φ75 mm。根據礫巖厚度，可一次鉆入粘土巖1.0 m左右，也可以分段鉆進。

采用管口封閉、射漿管加長到距孔底0.5 m的孔內循環式灌漿方法。巖芯鉆鉆孔部位采用自上而下分段鉆灌法，特殊情況可一次灌注；潛孔錘鉆孔部位采用自下而上分段（段長3.0 m）灌漿法，灌完一段后立即起拔一節灌漿工作管。

3.2 潛孔錘鉆入粘土巖的灌漿方法

3.2.1 分序施工，邊鉆邊灌法

（1）施工程序。潛孔錘鉆孔、φ146 mm或φ168 mm套管跟進至終孔→下入φ89 mm或φ108 mm灌漿工作管→拔跟進套管→填細砂或粘土漿封閉→在灌漿工作管內下入φ25 mm射漿管→起拔灌漿工作管3.0 m→安裝孔口裝置→第一段灌漿→起拔灌漿工作管3.0 m→安裝孔口裝置→第二段灌漿。以此類推，直至最頂段灌漿。

（2）技術要求。①每排孔分兩序施工，正在灌漿的孔周6.0 m范圍內不得進行潛孔錘鉆孔作業；②先灌下游排孔，再灌上游排孔，后灌中間排孔；③采用管口封閉、射漿管加長的孔內循環式灌漿；④若不采用下入射漿管孔內循環式灌漿，應將灌漿工作管底部3.0 m制成花管，待第一段灌漿結束后再上拔。

該灌漿方法減少了灌漿孔相互串漿的機會，有利于灌漿工作管的起拔，但潛孔錘對已灌漿部位反復鉆孔，對漿液膠結有破壞作用，會影響防滲效果。

3.2.2 先鉆后灌法

（1）施工程序。潛孔錘鉆孔、套管跟進至終孔→下入φ50 mm鉆桿或φ89 mm地質管（底部3.0 m為花管）作為灌漿工作管→拔跟進套管→填細砂或粘土漿封閉→安裝孔口裝置→第一段灌漿→起拔灌漿工作管3.0 m→安裝孔口裝置→第二段灌漿。以此類推，直至最頂段灌漿。

（2）技術要求。①一個單元工程內，相鄰的兩排同序孔全部鉆出后埋入灌漿工作管；②潛孔錘鉆孔位置距灌漿孔距離不得少于8.0 m；③采取無塞上提純壓式灌漿方法；④每排孔灌漿分兩個次序進行，若發現相互串漿時，可同時灌注。

該方法避免了潛孔錘對已灌漿區域的破壞，提高了灌漿防滲效果；但一次鉆出的灌漿孔多，灌漿工作管的用量大，同時增加了串漿機會，可能造成拔管困難，加大灌漿工作管的損耗，增加灌漿成本。

4 特殊情況處理

（1）巖芯鉆鉆孔塌孔處理。鉆孔過程中如果發現塌孔，不得盲目鉆進，否則極易發生孔內事故，量測孔深時往往與鉆孔深度誤差很大，費時費力又沒有效果，主要采取稀粘土漿固壁、起鉆進行灌漿處理后再鉆進的措施。

（2）潛孔錘鉆孔對灌漿的影響。鉆孔采用中高風壓，對地層破壞嚴重，尤其是對灌漿結束時間不長尚未達到強度要求的部位，鉆孔會造成新的通道，故應盡量將空壓機風壓調到最低，并保證灌漿結束7 d后再進行周圍孔的鉆孔，采取不分序、一端向另一端推進、鉆孔和灌漿保持一定安全距離的施工方法。

（3）漏漿處理。灌漿過程中，如果發現漿液大量流失或長時間沒有灌漿壓力，采取以下措施：①縮短灌漿段長；②灌注水泥砂漿；③摻加水玻璃等速凝劑。

（4）最頂段灌漿管周圍冒漿處理。最頂段地層為粉細砂和砂壤土，上部又無混凝土蓋重，如灌漿工作管與鉆孔孔壁之間回填不夠密實，反復起拔，會造成管壁與周圍有空隙，灌漿過程中漿液就會沿灌漿工作管外壁或地表滲漏，主要采取以下措施預防和處理：①充填過程中邊填邊用水沖，盡量使灌漿工作管與鉆孔孔壁充填密實；②每次拔管后將灌漿工作管四周重新夯實；③對滲漏部位人工挖坑回填粘土并夯實；④采用濃漿、低壓循環、間歇灌注，延長灌漿時間；⑤對孔段待凝，進行復灌處理。

（5）灌漿工作管起拔困難處理。灌漿工作管一般選用φ50 mm或φ108 mm地質管，在起拔跟進套管前埋入，灌完一段3.0 m后起拔一次，人工起拔難已完成時，采取以下幾種措施：①采購專用拔管機拔管；②用巖芯鉆機和吊錘打松灌漿工作管后，再用鉆機起拔；③灌漿工作管在下入前管外壁刷機油，與孔壁間回填粘土漿；④按設計配合比灌注水泥粘土漿，盡量不灌注純水泥漿。

5 結論和建議

5.1 結論

（1）對于深厚砂礫石層帷幕灌漿工程而言，巖芯鉆機泥漿固壁鉆孔技術效率不高，而潛孔錘鉆孔效率可達8.0～10.0 m/h，采用潛孔錘鉆到終孔或潛孔錘與巖芯鉆機相結合的施工方法，可加快施工進度，確保節點工期。

（2）無論是底部設花管采取純壓式灌漿還是底部不設花管采取孔內循環式灌漿，只要灌漿過程中底部花管眼不堵塞，注入量沒多大變化，對灌漿質量無影響。

（3）礫巖層巖體膠結差，可灌性好，適度加大礫巖層的灌漿段長，對灌漿質量無太大影響。厚度小于30.0 m的砂礫石地層，含砂量高，層間密實，可灌性差，采取純水泥漿灌注、增大灌漿壓力和提高結束標準等措施很有必要。

（4）砂礫石地層灌注水泥粘土漿，能有效堵塞滲漏通道，充填縫隙，形成相對隔水層，減少滲漏量，起到截滲作用，通過輔助排水，能保證箱涵在干地條件下作業，滿足工程的需要。

5.2 建議

（1）潛孔錘開孔是關鍵，掌握不好容易發生偏斜，開孔時采取人工輔助措施，嚴格控制鉆孔垂直度，同時，潛孔錘造孔對地層破壞比較大，人為增大鉆孔距離（至少8.0 m以上）和灌漿后的間隔時間（不少于7 d），對灌漿質量有益無害。

（2）保證灌漿工作管與孔壁間充填密實，不從管壁周圍冒漿是灌漿成功的前提。

（3）灌漿工作管管底3.0 m設花管，每段在灌漿前用壓力水沖洗，將花管孔眼沖通，既能使孔管內的小砂石沖出管外，又不違背每段開灌漿液由稀至濃的原則，還有利于灌漿工作管的起拔，可大大減少發生孔內事故的幾率。

（4）不同地質條件的地層，在施工過程中適當調整施工參數和施工工藝，可保證施工質量，提高工作效率；對下部卵礫石地層灌注水泥粘土漿，而對上部含砂量較大的砂礫層灌注純水泥漿，可達到較好的防滲效果。