膏漿灌漿在深水拋石圍堰防滲施工中的應(yīng)用

廖 勇

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，西安 710016)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)04—0059—03

膏漿灌漿在深水拋石圍堰防滲施工中的應(yīng)用

廖 勇

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，西安 710016)

東北某供水工程庫區(qū)深水拋石圍堰防滲施工中由于條件限制,圍堰的填筑材料，只能采用隧洞開挖石碴，在庫區(qū)深水拋筑圍堰，最大水深31.6 m，在水下自然堆積體上進(jìn)行防滲施工。采用膏漿灌漿與常規(guī)水泥灌漿組合的方式，成功解決了圍堰防滲問題。經(jīng)基坑抽水后驗(yàn)證，圍堰體整體防滲效果良好。

深水拋石；圍堰；防滲；膏漿灌漿；施工；工藝

0 前 言

在庫區(qū)深水拋石填筑圍堰體上進(jìn)行防滲施工，由于圍堰體是深水拋石、無碾壓、自然堆積而成，如果防滲方案采用混凝土防滲墻，會(huì)因堰體為塊石架空結(jié)構(gòu)，在槽孔建造過程中極易發(fā)生嚴(yán)重的固壁泥漿漏失、槽孔坍塌現(xiàn)象；如采用常規(guī)灌漿防滲，漿液擴(kuò)散無法控制，水下漿液分散嚴(yán)重，導(dǎo)致材料浪費(fèi)，并且防滲效果也無法達(dá)到理想的狀態(tài)。采用膏漿灌漿與常規(guī)水泥灌漿組合的防滲方案，在很大程度上解決了這些問題，提高了對(duì)復(fù)雜地層的防滲灌漿質(zhì)量，為基坑抽水、開挖創(chuàng)造有利條件。

1 工程概況

東北某供水工程，進(jìn)水口位于水庫庫區(qū)，圍堰長(zhǎng)81.7 m，堰頂高程307.6 m，頂寬6.0 m，最大堰高34.0 m。圍堰地質(zhì)情況分為2部分：上部為圍堰填筑體，主要是隧洞開挖石碴料(花崗巖)。由于是在冬季填筑，庫水面結(jié)冰，開挖出碴料間斷填筑，存在大量空腔，屬于強(qiáng)透水地層。圍堰體底部有厚0～1.5 m的庫區(qū)沉積層，沉積層以下為基巖，基巖巖性較單一，均為元古界二長(zhǎng)花崗巖，分布面積大，無規(guī)模較大的構(gòu)造通過，節(jié)理發(fā)育中等，兩側(cè)岸坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。圍堰基巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化花崗巖，弱～中等透水。

就該工程圍堰防滲而言，有以下特點(diǎn)：

(1) 圍堰位于庫區(qū)內(nèi)，所在區(qū)域水位較深，最深達(dá)到31.6 m，圍堰的防滲效果對(duì)后續(xù)工程的安全施工具有重大意義。

(2) 圍堰使用期間一直處于高水頭，水位變化受季節(jié)影響很小。圍堰坡腳處要垂直開挖，下臥30 m設(shè)進(jìn)水口，爆破作業(yè)距防滲帷幕軸線54 m，對(duì)帷幕體影響較大。

(3) 堰體填筑采用鉆爆法隧洞挖石碴料，級(jí)配極差，深水拋石填筑，塊石架空結(jié)構(gòu)，孔隙率較大，目前中國(guó)少有類似工程的防滲施工經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。

2 防滲方案

根據(jù)該供水工程圍堰地層特性，圍堰防滲采用膏漿灌漿與常規(guī)水泥灌漿組合的防滲方案。由2排膏漿灌漿、2排常規(guī)水泥灌漿組成。

2.1 灌漿孔布置要求

膏漿灌漿排距為3.5 m，孔距1.0 m，常規(guī)水泥灌漿位于2排膏漿孔中間，排距1.0 m，孔距2.0 m。膏漿灌漿進(jìn)入弱風(fēng)化基巖1.0 m，常規(guī)水泥灌漿進(jìn)入弱風(fēng)化基巖5.0 m，且基巖透水率不大于5 Lu，否則要加深灌漿孔到滿足透水率的要求為止。

2.2 施工順序

先施工下游排，再施工上游排，后施工中間排，各排孔均分3次序施工。

2.3 灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)

堰體透水率小于7.0 Lu，基巖透水率小于5.0 Lu。圍堰防滲結(jié)構(gòu)形式見圖1，孔位布置見圖2。

圖1 圍堰防滲結(jié)構(gòu)形式圖 單位：m

圖2 孔位布置圖 單位：m

3 施工難點(diǎn)及對(duì)策

3.1 鉆 孔

目前中國(guó)覆蓋層鉆孔一般采取地質(zhì)鉆機(jī)泥漿固壁，或風(fēng)動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)這2種工藝。地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔效率低，投入的鉆機(jī)、人員多，地層越復(fù)雜成孔效率越低；風(fēng)動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)，是克服疏松、破碎砂卵礫石等復(fù)雜地層較為有效的方法。潛孔錘可配偏心跟管或同心跟管，偏心跟管遇大塊石地層，因?yàn)槠你@頭在回轉(zhuǎn)離心力作用下打開受到大塊石的阻礙，鉆頭回轉(zhuǎn)阻力大，鉆進(jìn)困難，易發(fā)生偏心塊掉孔內(nèi)事故；同心跟管雖然能克服這個(gè)問題，但地層塊石硬，套管鉆頭鍵槽磨損大，鉆孔成本高。風(fēng)動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)，要克服套管與地層之間的磨擦阻力，套管向下的跟進(jìn)動(dòng)力作用在套管底部，而跟進(jìn)動(dòng)力取決于潛孔錘的沖擊功。潛孔錘的沖擊功是一定量的，套管跟進(jìn)越深磨擦阻力越大，鉆進(jìn)越困難，通常20 m以內(nèi)孔深跟管鉆孔效率高。

根據(jù)本工程的地層情況，采用一種全新的鉆孔工藝，利用改裝的KLEMM401型全液壓履帶鉆機(jī)，清水作為沖洗液，液動(dòng)錘頂驅(qū)套管鉆進(jìn)成孔。?133 mm(壁厚12 mm)鋼套管配外徑155 mm、內(nèi)徑108 mm的球狀合金冠狀鉆頭，?89 mm鉆桿配?105 mm的球狀合金中心鉆頭，全斷面清水沖洗鉆進(jìn)。鉆至基巖后，提取出內(nèi)鉆桿和中心鉆頭，套管留孔內(nèi)護(hù)壁等待灌漿。基巖防滲灌漿鉆孔，采用潛孔錘鉆進(jìn)。

3.2 膏漿灌漿

該工程采用的膏漿灌漿是在防滲帷幕

軸線上、下游各形成1排封閉體，控制中間排常規(guī)水泥灌漿的擴(kuò)散范圍，提高帷幕的防滲質(zhì)量。

膏漿的性能應(yīng)具備流動(dòng)性小，凝結(jié)時(shí)間可控，在靜水中抗分散，結(jié)石率高，28 d抗壓強(qiáng)度大于10 MPa，普通3缸柱塞泵可以直接灌漿。

采用套管護(hù)壁自下而上純壓式灌漿方法，起拔套管控制灌漿段長(zhǎng)。 跟管鉆進(jìn)至終孔孔深后，在套管內(nèi)下灌漿栓塞，卡塞位置盡可能靠近套管底部，射漿管長(zhǎng)度按伸出套管底部1.5 m控制，射漿管下部0.5 m采用花管的形式。通常射漿管花管太長(zhǎng)，在灌漿過程中花管下部經(jīng)常發(fā)生漿液沉積堵塞，漿液從上部花管流出，影響灌漿質(zhì)量。每灌一段都要取出栓塞檢查、疏通射漿花管。采用較短的射漿花管可以避免發(fā)生堵塞現(xiàn)象。為了減小沿灌漿段內(nèi)地層的可灌性不均勻問題，灌漿段宜短，不宜長(zhǎng)，按1.5 m控制。在段內(nèi)采取短間隔起拔套管連續(xù)灌漿法，一般1.5 m段長(zhǎng)分3次起拔套管，每次起拔0.5 m，邊拔管邊灌漿，拔管不停灌漿泵，連續(xù)進(jìn)行灌漿作業(yè)。考慮到受灌地層的特殊性，灌漿段長(zhǎng)一點(diǎn)，可加快施工進(jìn)度，但灌漿質(zhì)量不易保證。因?yàn)槎伍L(zhǎng)越長(zhǎng)，灌段內(nèi)地層各個(gè)水平斷面的可灌性差異就越大，在壓力、流量一定的情況下，漿液主要在相對(duì)大的地層通道內(nèi)擴(kuò)散，在較小通道的擴(kuò)散范圍會(huì)受到影響，因此縮短灌漿段對(duì)質(zhì)量有益。

膏漿采用的材料為：水泥(P.O.42.5)、膨潤(rùn)土(納基)、偏鋁酸納和水等。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，采用三級(jí)水灰比：1∶1、0.8∶1、0.6∶1，膨潤(rùn)土摻量12.0%，偏鋁酸鈉摻量0.2%。

4 施工工藝

4.1 施工工序

膏漿灌漿施工工序：鉆、灌準(zhǔn)備(測(cè)量放孔位、設(shè)備安裝就位) →?133 mm跟管鉆孔至嵌入到基巖1.0 m→在套管內(nèi)下灌漿栓塞→自下而上分段起拔套管、膏漿灌注…循環(huán)直至全孔灌漿結(jié)束→封孔。

常規(guī)水泥灌漿施工工序：鉆、灌準(zhǔn)備(測(cè)量放孔位、設(shè)備安裝就位) →?133 mm跟管鉆孔至嵌入到基巖1.0 m→?75 mm潛孔錘鉆基巖5 m→下栓塞壓水試驗(yàn)、透水率大于5 Lu需加深5 m…直至滿足透水率小于5 Lu終孔→自下而上分段進(jìn)行基巖、堰體(起拔套管) 常規(guī)水泥灌漿→全孔灌漿結(jié)束封孔。

4.2 灌漿段長(zhǎng)、灌漿壓力

膏漿灌漿：段長(zhǎng)按1.5 m控制，灌段內(nèi)間隔起拔套管應(yīng)滿足下列條件之一：① 灌漿壓力上升到設(shè)計(jì)壓力的80%以上，注入率持續(xù)減少至10 L/min；② 注入量達(dá)到1 000 L；③ 灌注時(shí)間達(dá)到1 h。灌漿壓力采用0.6 MPa。

常規(guī)水泥灌漿：基巖部分段長(zhǎng)5 m，圍堰體部分段長(zhǎng)4.5 m(3根套管長(zhǎng))。Ⅰ序孔灌漿壓力采用0. 8 MPa，Ⅱ、Ⅲ序孔壓力采用0. 6 MPa。

4.3 灌漿結(jié)束條件

膏漿灌漿和常規(guī)水泥灌漿均是在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1 L/min，延續(xù)穩(wěn)定灌注10 min后，灌漿即可結(jié)束。

5 特殊情況處理

(1) 灌漿段注入量較大，灌漿難于結(jié)束時(shí)，根據(jù)情況采取降壓、變濃漿、限流、限量、間歇等方法進(jìn)行處理。

(2) 灌漿孔與鉆進(jìn)孔發(fā)生串漿時(shí)，停止鉆孔作業(yè)，在鉆孔套管內(nèi)卡塞封堵，待串漿段灌結(jié)束后，再繼續(xù)鉆進(jìn)。

(3) 灌漿因故中斷，應(yīng)在孔內(nèi)漿液尚未終凝前，采用鉆機(jī)液動(dòng)錘或拔管機(jī)活動(dòng)套管，防止套管被“鑄死”孔內(nèi)。恢復(fù)灌漿不進(jìn)行鉆孔沖洗，若孔內(nèi)漿液已初凝，應(yīng)先進(jìn)行掃孔后，再恢復(fù)灌漿。

6 灌漿效果

(1) 該供水工程圍堰灌漿區(qū)域內(nèi)共布置了28個(gè)檢查孔，采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水試驗(yàn)。所有壓水試驗(yàn)成果所得透水率均小于設(shè)計(jì)要求，其中堰體最大透水率為5.37 Lu，符合設(shè)計(jì)要求。

(2) 該工程采用膏漿灌漿與常規(guī)水泥灌漿組合的防滲方案，施工結(jié)束后，基坑抽水順利，圍堰滲漏量小，2″潛水泵間歇運(yùn)轉(zhuǎn)就能維持基坑排水，防滲效果好。

7 結(jié) 語

采用膏漿灌漿可以有效解決松散堆積體空隙率大、架空地層造成的大耗漿量，漿液擴(kuò)散不可控、水下易分散、積石率低等灌漿難題。對(duì)防滲要求高的工程，膏漿灌漿結(jié)束后，還應(yīng)進(jìn)行常規(guī)水泥灌漿，才能達(dá)到好的防滲效果。

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Application of Paste Grouting in Impervious Works of Riprap Cofferdam in Deep Water

LIAO Yong

(Sinohydro Bureau 3 Co., Ltd., Xi'an 710016, China)

Restricted by material availability, the excavated debris only can be applied for construction of the riprap cofferdam in deep water in one reservoir for the water supply project in Northeast China. The deepest water where the cofferdam is built by riprap is 31.6 m. The impervious works is constructed on the naturally piled mass under water. By application of the combination of the paste grouting and the conventional grouting, impermeability of the cofferdam is successfully achieved. Verified by pumping water from the foundation pit, the total impermeability of the cofferdam is excellent. Key words: riprap in deep water; cofferdam; impermeability; paste grouting; construction; technology

2015-03-31

廖勇(1963- )，男，重慶市綦江區(qū)人，高級(jí)工程師，主要從事基礎(chǔ)處理施工與研究工作.

TV551

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.015