套管灌漿法在小石峽水電站廠房砂礫石圍堰中的應用

郭 杰（新疆水利水電工程建設監理中心，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

小石峽水電站位于新疆阿克蘇地區庫瑪拉克河中下游溫宿縣與烏什縣交界處，小石峽水電站壩址位于峽谷出山口處。

導流兼深孔泄洪洞出口圍堰、廠房圍堰處于左岸河漫灘上，上部為砂卵礫石層，厚5～12m，下伏基巖為Q1 礫巖，強風化層厚1.5～2.5m，弱風化層厚30～33m。

2 圍堰布置

2.1 平面布置

導流兼深孔泄洪洞出口圍堰一端與大壩下游圍堰樁號0+110 處相接，另一端與廠房圍堰樁號0+035 處相接，圍堰堰軸線長度202m。廠房尾水圍堰堰頂長度546m。

2.2 圍堰結構布置

2.2.1 防滲結構

根據已經進行的帷幕灌漿試驗成果和類似的工程經驗，堰基水下部分采用水泥帷幕灌漿防滲心墻，水上部分采用土工膜防滲心墻的結構。土工膜與帷幕灌漿的連接采用C20“蓋帽混凝土”的形式連接。土工膜分別采用中粗砂和砂礫料作為土工膜砂墊層。

堰基的地面高程▽1435～▽1436m，導流兼深孔泄洪洞出口圍堰下臥基巖頂板高程▽1428m 左右，廠房圍堰下臥基巖頂板高程▽1426m 左右。砂卵礫石層厚7～10m，基巖強風化層厚1.5～2.5m。帷幕灌漿心墻需穿過強風化層。

根據試驗成果,沿圍堰軸線布置2 排帷幕孔.孔距2m,排距0.7m,梅花型布置,灌漿效果≤10Lu。

2.3 主要項目及工程量

表1 導流兼深孔泄洪洞出口圍堰、廠房圍堰工程量

3 帷幕灌漿施工

3.1 施工布置

3.1.1 制漿系統

灌漿主要采取集中制漿、供漿方式。在每施工段附近設置集中制漿站（面積約80m2）制備原漿，通過Ф11/2″～Ф2″的輸漿管送0.5:1的水泥漿至各灌漿點，各工作點根據不同需要調制使用。灌漿用普通硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥標號不低于42.5MPa 級。

3.1.2 施工排水

廠房圍堰灌漿蓋重高程EL1432.00 米（EL是elevation的縮寫），低于河床水位（EL1434.50）。在蓋重的迎水面開挖一道截水溝，截水溝下游與下游河床較低處（EL1431.8）相接，讓截水溝水自流到下游河床。

3.2 施工程序及方法

3.2.1 施工程序

帷幕灌漿試驗首先采用循環鉆灌法施工，但由于砂卵礫石覆蓋層較厚，采用回轉式地質鉆機進行鉆孔施工時塌孔比較嚴重，施工時難以護壁，成孔難度大，嚴重影響施工進度。因而灌漿試驗鉆灌時：采用YGL-100 型履帶式跟管鉆機進行鉆孔，采用套管灌漿法自下而上分段進行灌漿。

3.2.2 套管灌漿法

套管灌漿法是利用鉆孔時的護壁套管進行灌漿的方法。它的施工程序是：套管護壁鉆孔→下入灌漿管→起拔套管（3～5m）→安裝灌漿塞→灌漿→再起拔套管及灌漿管（3～5m）→安裝灌漿塞→灌漿→重復上述工序，灌注至孔口。

3.2.3 施工技術要點

套管護壁鉆進灌漿孔至設計深度，直至終孔。然后在套管內下入灌漿管至孔底段，起拔套管至第一灌漿段段頂，安裝灌漿塞對第一段進行灌漿；之后再分別上提套管和灌漿管，自下而上地逐段灌漿。

由于拔管后容易塌孔，每個灌漿段不能太長，視地層的穩定情況，一般為3～5m。遇復雜地層可適當縮短段長。

采用這種施工方法，鉆孔由于有套管護壁，消除了塌孔之慮。采用先進的YGL-100 型履帶式跟管鉆機跟管鉆進，效率高。

在蓋重混凝土達到70%強度后進行施工。同一排帷幕孔按I 序孔→II 序→III 序→檢查孔的順序施工。單孔施工工藝流程為：套管護壁鉆孔→下入灌漿管→起拔套管（3～5m）→安裝灌漿塞→灌漿→再起拔套管及灌漿管（3～5m）→安裝灌漿塞→灌漿→重復上述工序，灌注至孔口。相鄰兩個不同次序孔的灌漿應待I序孔先灌完后，II 序孔方可開始施工。

3.2.2 施工方法

1）鉆孔

帷幕灌漿試驗鉆孔采用YGL-100 型履帶式跟管鉆機一次性成孔。鉆孔過程中，為確保施工質量在設計要求的標準內，施工中嚴格控制孔深、孔斜。

2）灌漿

套管護壁鉆進灌漿孔至設計深度，直至終孔。然后在套管內下入灌漿管至孔底段，起拔套管至第一灌漿段段頂，安裝灌漿塞對第一段進行灌漿；之后再分別上提套管和灌漿管，自下而上地逐段灌漿。灌漿水灰比采用5:1；3:1；2:1；1:1 和0.5:1。

3）灌漿段長、壓力

由于拔管后容易塌孔，每個灌漿段不能太長，視地層的穩定情況，一般參考表2 執行。

根據灌漿試驗中使用的灌漿壓力均可以達到結束標準，而且灌漿效果也達到防滲要求。因而圍堰帷幕灌漿的灌漿壓力采用灌漿試驗所得的灌漿壓力。灌漿壓力見表2。

表2 灌漿段長和壓力表

4）灌漿結束標準與封孔

根據灌漿試驗結果可以確定，各孔段的結束條件應達到最大灌漿壓力，注入率小于或等于2L/min，或停止吸漿，持續時間已達15～30min，可以結束該段灌漿。

灌漿孔灌漿結束后向孔內注入水泥砂漿進行封孔。

3.2.3 特殊情況處理

1）灌漿過程中，發現冒漿、漏漿，根據具體情況采用嵌縫，表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量或間歇灌漿等方法處理。

2）帷幕灌漿過程中發生串漿時，如串漿孔具備灌漿條件，可以同時進行灌漿，應一泵一孔同時進行灌漿，否則應將串漿孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續鉆進和灌漿。

3）灌漿作業必須連續進行，若因故中斷，按下述原則處理：

1）及早恢復灌漿，否則立即沖洗鉆孔，而后恢復灌漿，若無法沖洗或沖洗無效，則進行掃孔，而后恢復灌漿。

2）恢復灌漿后，使用開灌比級的水泥繼續灌注，如注入率與中斷前相近，即可改用中斷前比級的水泥漿液繼續灌注。

3）恢復灌漿后，如注入率較中斷前減少很多，且在較短時間內停止吸漿，則需采取補救措施處理。

4 灌漿效果分析

4.1 水泥注入量統計

帷幕灌漿孔共750 孔，其中Ⅰ序孔380個，Ⅱ序孔370個。Ⅰ序孔總注灰量為1944544kg，平均單位注入量217.1kg／m，Ⅱ序孔總注灰量為833376kg，平均單位注入量95.56kg／m。單位注入量Ⅱ序孔明顯小于I 序孔，呈遞減規律，隨著孔序的加密，巖石的可灌性逐漸減小，隨著孔排距的加密，注灰量趨于明顯減小。單位注灰量Ⅰ:Ⅱ=2.27:1。

4.2 壓水試驗透水率統計

灌前先導孔共38個，呈均勻布置，共做壓水試驗152 段，最大透水率為177.62Lu，最小透水率為2.21Lu，平均透水率為55.17Lu。灌前現場壓水試驗有串孔現象。上述情況表明灌前裂隙較發育。

灌后檢查孔共38個，共做壓水試驗152 段，最大透水率為7.22Lu，最小透水率為0.32Lu，平均透水率為3.43Lu。灌后透水率比灌前相對有明顯減小。

4.3 灌漿效果檢查

灌漿效果檢查主要以檢查孔壓水試驗值和巖芯結石情況來評價。

4.3.1 檢查孔壓水試驗分析

帷幕灌漿效果檢查主要以鉆孔壓水試驗為主，共15個檢查孔，經鉆孔壓水試驗，透水率最大值4.67Lu，最小值0.80Lu，滿足設計小于5Lu的標準。

共設38個檢查孔，152 段壓水試驗，透水率<3Lud的有70 段，占總段數46%，＞3Lu的有82 段，占總段數54%。最大透水率為7.22Lu，最小透水率為0.32Lu。

4.3.2 檢查孔結石情況

取芯檢查孔5個，檢查孔取出的巖芯均有不同厚度的結石，結石分布較廣，結石厚度在1 m m—15 mm之間，從水泥結石出現深度看，集中在基巖上部1～3m 之間，說明灌前上部基巖中裂隙較發育。

5 總結

1）孔排距：根據單注和總耗灰量分別比較，上部相對可灌性較好，建議帷幕灌漿盡量采取較小的孔、排距。

2）根距現場灌漿質量和灌漿效果，建議砂礫石圍堰帷幕灌漿可以在類似工程中推廣應用。