孔口封閉灌漿法在大壩帷幕灌漿中的應(yīng)用

李　杰（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司，湖南安化413500）

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孔口封閉灌漿法在大壩帷幕灌漿中的應(yīng)用

李杰（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司，湖南安化413500）

孔口封閉灌漿法的施工較為簡單，可操作性較強，并且具有明顯分防滲水效果，能夠有效保護(hù)地下水資源，基于此，本文就簡單的工程實例分析了孔口封閉灌漿法的施工工藝流程以及重難點所在，以期使灌漿達(dá)到預(yù)期施工效果。

孔口封閉；灌漿法；大壩帷幕灌漿；應(yīng)用

1　引言

孔口封閉灌漿法是目前國內(nèi)較先進(jìn)的施工工藝，其主要具有以下優(yōu)點：孔內(nèi)不需下入灌漿塞，施工簡便，可以節(jié)省大量時間和人力；每段灌漿結(jié)束后，不需待凝，即可開始下一段的鉆進(jìn)，加快了施工進(jìn)度；多次重復(fù)灌注，有利于保證灌漿質(zhì)量；可以使用大的灌漿壓力等。近期許多工程相繼采用此法施工，效果顯著。

2　孔口封閉法的應(yīng)用意義

2.1采用小孔徑鉆孔，以提高鉆孔工效率

孔口封閉灌漿法形成以前，灌漿孔的孔徑一般都要在φ91mm以上，這是因為灌漿孔中要下入雙層灌漿管和灌漿塞。采用孔口封閉法以后，灌漿孔中只需下入一根射漿管，射漿管也就是鉆桿，其直徑一般為φ42mm，因此灌漿孔的最小直徑φ56mm，甚至更小也可以。灌漿孔直徑的減小給廣泛使用金剛石鉆頭創(chuàng)造了條件，鉆孔工效大大提高。

2.2由低壓灌槳發(fā)展到高壓灌槳，增強灌槳效果

如前所述，孔口封閉灌漿法采用以前，我國灌漿工程使用的壓力不超過3MPa，這里除了對灌漿機理的認(rèn)識以外，灌漿泵和灌漿塞的技術(shù)性能達(dá)不到也是限制條件。采用孔口封閉法以后，以孔口管和孔口封閉器取代灌漿塞，這就避開了需要高壓灌漿塞的難點，從而通過經(jīng)濟實用的方式實現(xiàn)了高壓灌漿。低壓灌漿基本上是滲透灌漿，高壓灌漿則基本上是劈裂灌漿。理論分析表明，灌漿時灌漿孔孔壁處巖體承受的拉應(yīng)力等于灌漿壓力。只有少數(shù)堅硬巖石的抗拉強度達(dá)到5MPa或以上，更何況巖體中有許多裂隙，因此在高壓灌漿時灌漿孔周圍的巖石不是本身被劈裂，就是原有的裂隙被擴寬和延伸。于是大大地提高了巖層的可灌性和增加了吸漿量，從而增強了灌漿效果。

3　孔口封閉灌漿法在大壩帷幕灌漿中的具體應(yīng)用

3.1工程概況

某水電站電擋水建筑物為碎石土心墻堆石壩，最大壩高123m；正常蓄水位2140m，水庫總庫容約2億m3，電站總裝機容量240MW。電站首部樞紐中攔河大壩壩基及壩肩巖體抗?jié)B性能較差，設(shè)計采用防滲墻和帷幕灌漿進(jìn)行全封閉防滲處理。壩址左右岸及谷底基巖，由志留系下統(tǒng)（S1）灰黑色炭質(zhì)千枚巖與變質(zhì)砂巖組成。根據(jù)其工程地質(zhì)特性，自下而上分3個巖性髓下段為炭質(zhì)千枚巖（S11），中段為炭質(zhì)千枚巖與變質(zhì)砂巖互層（S12），上段為炭質(zhì)千枚巖、粉砂質(zhì)千枚巖（S13）。炭質(zhì)千枚巖主要礦物成分由綠泥石、石英、石墨及絹云母組成；變質(zhì)砂巖由白云石、綠泥石、斜長石、石英等礦物組成。

3.2施工難點

千枚巖屬層形產(chǎn)狀，傾角變化大，巖體破碎、裂隙多、縮徑、掉塊，內(nèi)含石英、斜長石等變質(zhì)巖，形成軟硬復(fù)層。施工中鉆進(jìn)成孔難，孔壁不光滑，經(jīng)常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，阻塞器在孔內(nèi)難以阻漿；裂隙通道又使灌漿量無法控制，容易產(chǎn)生超灌。

3.3孔口封閉灌漿法的應(yīng)用

針對大壩帷幕灌漿上述難點，現(xiàn)場采用如下措施：①不下阻塞器，直接預(yù)埋孔I：1管，自上而下分段灌漿；②灌漿壓力先低壓后高壓，孔內(nèi)大循環(huán)（孔I：1到孔底）；③每一灌段重復(fù)灌漿多次，灌漿壓力逐步增大，且對下段都有一定深度的灌漿，從而起到預(yù)固結(jié)的作用，減小下一段造孔難度；④先低壓后逐級加壓的灌漿方法可有效控制漿液的擴散范圍，避免對非灌漿區(qū)域的滲灌，灌漿量得到有效控制，降低了工程成本。

實施對策概括起來可歸納為“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下、分段灌漿”。該法灌漿的優(yōu)點如下：

（1）除了主要對新鉆段進(jìn)行灌漿以外，還可以使上部各段都能得到若干次的重復(fù)灌漿，最終都將受到最高壓的“考驗”，有利于提高灌漿質(zhì)量；

（2）直接利用鉆桿作為射漿管，避免起、下栓塞工序和堵塞不嚴(yán)的麻煩；

（3）每段灌漿結(jié)束后，一般不需待凝，即可開始下段的鉆孔，加快了施工進(jìn)度；

（4）使用孔口封閉器有利于增大灌漿壓力。

3.4帷幕灌漿施工工藝

3.4.1安裝抬動觀測裝置和實施基巖抬動變形觀測

抬動觀測是帷幕灌漿的基本要求，抬動觀測孔采用沖擊器沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，一徑到底。鉆完后即安設(shè)抬動觀測裝置，對儀器進(jìn)行調(diào)試，驗收合格后測量初始讀數(shù)。在施工過程中適時進(jìn)行監(jiān)測。

3.4.2帷幕灌漿工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，帷幕灌漿采用“孔I：1封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下、分段灌漿”法進(jìn)行灌漿。

3.4.3灌漿孔鉆灌段長劃分

（1）灌漿孔鉆灌段長初擬值，見表1。

表1　灌漿孔鉆灌段長初擬值

（2）在鉆灌過程中，可根據(jù)被灌巖石的裂隙發(fā)育程度、破碎情況、滲透性，再結(jié)合鉆孔過程中巖性變化情況等因素來調(diào)整鉆灌段長，影響因素如下：

①地層的透水性和吸漿率愈大，則灌漿段的長度愈短；反之，則可長些。

②在鉆進(jìn)中遇到大裂隙及嚴(yán)重不返水地段時，立即停止鉆進(jìn)，作為一段進(jìn)行灌漿。

③灌漿段巖體宜盡量屬于同一巖性。

④根據(jù)巖體滲透性進(jìn)行調(diào)整，弱透水性（＜5Lu）的巖層，段長5～8m；中等透水性（5～10Lu）的巖層，段長5m。

3.4.4鉆 孔

（1）鉆孔形式與要求

①垂直孔，一般灌漿孔采用垂直孔，孔距、孔深、也徑按設(shè)計圖紙執(zhí)行；

②斜孔，根據(jù)施工圖紙，定位置，定角度，仔細(xì)操作；

③搭接孔，含上仰孔、水平孔、下傾孔等，按設(shè)計要求文件執(zhí)行。

（2）鉆孔孔斜控制

①垂直或傾角小于6的帷幕灌漿孔，其孔底的偏差按設(shè)計規(guī)定不得大于表2的規(guī)定。

②斜孔，根據(jù)斜孔深度及傾斜角度大小，其孔底位置偏差亦要求不同，按設(shè)計文件控制。

（3）鉆孔機具與方法

①帷幕灌漿先導(dǎo)孔（每單元的1個I序孔）、檢查孔采用金剛石單動雙管鉆具鉆進(jìn)。

②其他帷幕灌漿孔采用潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或金剛石單管鉆具鉆進(jìn)成孔。

（4）孔口管埋設(shè)

①首段鉆灌各灌漿孔首段鉆孔采用硬質(zhì)合金鉆頭開孔，孔徑為φ110mm或φ91mm。鉆孔完畢后使用灌漿檢塞進(jìn)行卡塞灌漿。

②埋設(shè)孔口管：首段灌漿完畢，將孔內(nèi)漿液置換成水灰比為0．5：1的水泥漿后，安裝長約2m的φ108mm或φ91mm孔口管，待凝等強。

3.4.5灌 漿

（1）灌漿方式方法

灌漿主要采用孔內(nèi)循環(huán)式并貫徹“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下、分段灌漿”方法。

（2）灌漿主要設(shè)備、器具及安裝

①主要設(shè)備：XY-2/2PC鉆機，3SNS灌漿泵。

②輔助器具：孔口封閉器、射漿管、灌漿塞、高壓管路及接頭、壓力表等以及灌漿自動記錄儀。

③孔口封閉器及射漿管安裝。a.孔口封閉器安裝前檢查密封圈、膠球等是否完好；b.射漿管管口距孔底》50cm；c.在灌漿過程中，射漿管能夠在孔口封閉器中心靈活低速轉(zhuǎn)動和適時升降，不漏漿。

④使用灌漿自動記錄儀進(jìn)行灌漿壓力、漿液注入率等參數(shù)的測記，灌漿自動記錄儀主要包括主機、壓力傳感器、流量傳感器，按小循環(huán)灌漿進(jìn)行連接安裝。有關(guān)儀器連接詳見圖1的示意圖。

1.1 研究對象 選擇2017年3月-2017年10月于南昌大學(xué)附屬口腔醫(yī)院就診，主訴為要求修復(fù)上前牙美觀并行單個上前牙全瓷貼面修復(fù)的患者46例，最小年齡19歲，最大年齡56歲，平均42歲。其中，利用數(shù)字化方法制作的全瓷貼面修復(fù)22顆；利用傳統(tǒng)方法制作的全瓷貼面修復(fù)24顆。根據(jù)全瓷貼面的適應(yīng)證[3]建立納入標(biāo)準(zhǔn)：⑴患牙唇舌向無錯位；⑵牙髓活力正常；⑶前牙淺覆牙合，淺覆蓋，咬合關(guān)系基本正常；⑷患牙牙周情況良好，無明顯松動。排除標(biāo)準(zhǔn)：⑴前牙深覆牙合，深覆蓋；⑵死髓牙，重度變色牙；⑶牙周情況不佳且未經(jīng)治療；⑷夜磨牙或無法按時復(fù)診的患者。

圖1　灌漿自動記錄儀小循環(huán)灌漿連接示意圖

（3）灌漿壓力

選擇合適的灌漿壓力，使之既取得好的灌漿技術(shù)效果，又能獲得合理的經(jīng)濟指標(biāo)。灌漿壓力應(yīng)隨孔深增加而逐漸加大，但不應(yīng)超過設(shè)計和規(guī)范的規(guī)定值。

①灌漿壓力的調(diào)整

在本工程灌漿過程中，灌漿壓力盡量采用大的灌漿壓力，并根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

a.結(jié)合被灌區(qū)地質(zhì)條件、埋深、透水性進(jìn)行調(diào)整。灌漿深度并不完全決定灌漿壓力，深部巖體漿力劈裂與否，決定于鉆孔周圍的巖體強度；而巖體強度與巖體埋藏深度無關(guān)，因此，灌漿壓力隨灌漿深度增加并不一定切合實際。

b.在灌漿過程中，結(jié)合漿液水灰比和基巖抬動情況進(jìn)行調(diào)整。

②灌漿壓力與注入率控制

灌漿壓力與注漿率是互相關(guān)聯(lián)互為因果的兩個參數(shù)。一般是灌漿壓力越高，注漿率越大；當(dāng)壓力升高到超過巖石強度或突破軟弱充填物時，會出現(xiàn)注漿率異常增大或壓力突降。對灌漿壓力和注漿率的掌握原則為：當(dāng)?shù)貙映詽{量很大，在低壓或“無壓”下即能順利地注入漿液時，控制注漿率不能太大；當(dāng)?shù)貙映詽{量較小，注漿困難時，盡快將壓力升到規(guī)定值，不能長時間在低壓下灌漿。

3.4.6封孔

灌漿孔灌漿結(jié)束后，采用全孔灌漿封孔法封孔。

（1）灌漿孔采用全孔灌漿封孔法封孔，即全孔灌漿完畢后，先采用灌漿管將孔內(nèi)余漿置換成為水灰比0．5：1的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續(xù)使用這種濃漿進(jìn)行純壓式灌漿封孔，封孔灌漿的壓力可使用該孔最大灌漿壓力。

（2）待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，對鉆孔空余部位使用干硬性水泥砂漿封填密實。

4　結(jié)語

總而言之，在大壩帷幕灌漿中使用孔口封閉灌漿能夠有效在壩體以及壩基內(nèi)形成堅實的防滲帷幕，使得壩體以及壩基的密實度有所提高，增強了壩體以及壩基抗?jié)B性，并且此工藝使用的施工設(shè)施較為簡單，便于操作，能夠有效縮短施工工期，使得經(jīng)濟效益有所提高。

［1］張秀芹.孔口封閉灌漿法在祁縣子洪水庫帷幕灌漿中的應(yīng)用［J］.山西水利科技，2011（1）：34～35.

［2］何冰峰.孔口封閉灌漿法在尾礦壩帷幕灌漿的應(yīng)用［J］.山西水利科技，2015（3）：82～84.

［3］張 璐.大壩防滲中的帷幕灌漿施工方法分析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（17）：112.

李 杰（1991-），男，本科，主要從事水利工作。

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2016-3-15