大孔隙地層控制性套閥管帷幕灌漿法的設計與應用

楊 彪

中國水電基礎局有限公司二公司，天津 301700

水利水電工程屬于一項利國利民的民生工程，對于社會穩定、經濟高速發展以及當地人們經濟收入的增長、生活便利性的提高均有益處，但是結合此類工程的實際建設情況可以了解到大壩滲水問題會導致工程存在質量、安全隱患，嚴重影響工程的使用壽命，所以施工單位要做好工程大壩的地層防滲處理工作。該項工程中的大壩在施工應用中會與水直接接觸，如果未做好防滲處理會影響大壩使用功能，嚴重情況下威脅整座水利水電工程的使用質量和安全。施工之前檢查大壩地層，若屬于巖溶、大裂隙以及覆蓋層強滲失類地層，則可以判定為大孔隙地層，結合此類地層的灌漿作業經驗可知難度較大。目前防滲灌漿作業中常用的灌漿方式包括水泥-膏狀漿液灌漿、水泥和水玻璃漿液灌漿等。這些操作方法在常規的大壩地層作業中應用效果理想，但是不適用于軟土地基或大孔隙地層中，所以可以應用套閥管法。

1 大孔隙地層套閥管帷幕灌漿法的設計分析

套閥管法最初由法國人提出并應用于工程地層灌漿作業中，我國自20世紀50年代末開始引進該技術進行水庫類工程的建設施工，但是該灌漿法最初應用時存在作業成本高（使用鋼管）的問題，所以未大范圍的普及，后續經過科研人員的不斷改良研究，現階段該灌漿法具有操作簡單、塑料套閥管成本低的優勢，所以值得在相關工程建設中多加應用。水利水電工程的大孔隙地層的灌漿作業一直都是該工程的施工重難點，直接使用套閥管法，管道內灌注的漿料在流動水的作用下會被稀釋，漿料無法對地層進行有效加固[1]。針對大孔隙地層進行套閥管法設計主要包括以下內容。

1.1 設計理念

套閥管法應用于常規的覆蓋層灌漿施工作業中，首先，需要在劃定的作業區域內鉆孔（應用跟管），并且在跟管內置入灌漿筒，該筒壁上帶有孔眼，便于灌漿材料滲出；其次，需要在灌漿筒以及跟筒之間的位置，倒入配置好的漿料，在此過程中需要及時將跟管拔出，以便灌注的材料能夠有效的與周邊的地層融合，提高地層的堅硬度和穩定性，并且促使灌漿筒在漿料作用下在置入區域有著較好的固定效果，以此來防止漿料向上溢出；最后，需要將雙灌漿塞置入筒中，來對漿料進行分段控制的灌漿，保證作業區域的周邊地層有充足的漿料。分析套閥管法的操作流程可知，該法進行灌漿時最為關鍵的一個步驟為灌漿控制，借助灌漿塞控制漿液向地層的流動情況，所以在大孔隙地層中使用套閥管灌漿法時需要做好控制工作。同時該方法常規操作時使用的漿液基本為水泥漿，該種漿料遇水后稀釋效果明顯，直接灌入大孔隙層，無法進行防滲。此外，孔口封閉法為覆蓋層防滲時較常應用的灌漿工藝，該工藝使用的漿液為水泥膏漿類材料，控制效果非常好，遇水不容易發生稀釋可以盡快凝固。

所以設計適用于大孔隙地層的灌漿法時，設計人員可以綜合以上信息，使用套閥管法的作業流程以及孔口封閉法的灌漿材料來進行作業方法的優化設計，以此滿足大孔隙地層防滲灌漿施工需要。在灌漿施工期間依托套閥管法精準定位、兩套限制的特點，具備良好控制性能的材料即可開始套閥管法的灌漿施工作業。

1.2 制備灌漿材料

基于大孔隙地層灌漿施工使用的材料為高觸變抗水膏漿，該漿料具備較好的灌漿使用性能，攪拌時可以在短時間內變稀，停止攪拌則會立刻變得濃稠，如果大孔隙中流動水流速在0.2m/s或以下時該漿料可以快速固結，不會發生漿料性狀的改變，所以抗水能力較強。首先，在灌漿材料配比時需要提前準備水泥漿（普通硅酸鹽水泥），按照0.70：1的標準進行水灰比配置，并且準備膏漿外加劑（高觸變抗水性能），摻入量在0.5%以上，但不超過1%。其次，把握材料的性能，材料在制備時的溫度需要控制在20℃，灌漿材料約為1.7g/m3。針對材料的流動性，要求剛開始拌和時呈現出稀-稠-稀的狀態，即一攪拌就稀，不攪拌就稠，以此保持材料較小的流動性、較高的稠度。之后再進行二次攪拌，但是要注意攪拌時間不可過長，以免影響抗水性。針對材料的穩定性，套閥管法改良使用的漿料穩定性較差，材料如果處于靜止狀態有泌水情況出現，要求在材料制備完畢后盡快投入使用。

高觸變抗水膏漿目前在工程應用中的適用范圍為：地層存在較多、較大的孔隙或者地層有著明顯的裂隙，這些情況使用普通水泥漿料的效果不及高觸變抗水膏漿的應用效果，尤其每秒水流速在0.2m/s以下時漿料最能防滲，如果流速超過0.2m/s則需要增加膏漿的使用量，以此達到理想的應用效果。該種漿料制備時多采用雙桶攪拌機（慢速）、常規攪拌漿設備制備，兩種方法均可以制備出質量性能良好的高觸變抗水膏漿；制備時間控制在10min以內，完成后及時運送至作業現場進行灌漿。

2 灌漿法改良后的應用分析

本次研究選擇的水利水電工程位于烏江流域，壩體為混凝土心墻，在其下游區域有一個過渡層，其中有著較多的碎石、細砂，旁邊分布著大量的碎石料。該工程在2010年建設完成，并在當年投入使用，但是經過一段時間的應用，壩體底部的滲漏情況非常嚴重，而且相應區域的水位也在不斷抬高，對壩體進行詳細檢查之后可見孔隙，孔徑較大，部分孔隙處伴有流水，所以該工程施工單位針對壩體滲漏問題制定了大孔隙地層套閥管帷幕灌漿防滲作業方案，使用套閥管法聯合高觸變抗水膏漿開展具體的作業。

2.1 施工前

施工單位技術負責人對全體作業人員進行改良套閥管法應用的技術交底，以此確保施工人員能夠對使用的灌漿工藝、灌漿材料、灌漿作業要點等內容進行全面的了解和把握，確保防滲工程施工的效率和質量；準備高觸變抗水膏漿的制漿、灌漿設備，其中灌漿時要求使用雙缸柱塞泵，如果工程量大可以使用三缸柱塞泵；灌漿施工的工藝為純壓式，最后在結束灌漿時需要應用普通水泥代替膏漿來完成最后的灌漿，防止穩定性差的高觸變抗水膏漿影響作業質量和效果。

2.2 施工中

首先，確定需要進行防滲灌漿的具體區域，即在心墻相應位置上做鉆孔，為梅花孔，每個孔之間的間隔距離為1m，排距也為1m。由于該處有著非常厚的覆蓋層，其中的主要材料為粒徑大小不一、不均勻分布的砂礫，施工人員可以使用同心、偏心鉆具來鉆孔，針對其中的鉆孔薄弱部位需要采用跟管以及管靴等裝置做好加固處理。其次，灌漿筒置入時，需要考慮到未攪拌狀態下的高觸變抗水膏漿的稠度，為了防止漿料直接固結在管道內，需要使用孔徑較大的灌漿筒進行施工；同樣使用的灌漿塞也為大直徑。最后，灌漿作業，施工人員先需要進行灌漿系統的開環處理，使用的處理材料為稀漿、清水；灌漿的主要材料為水泥漿， 剛開始按照2：1的水灰比灌漿，之后在變漿時需要調整水灰比；觀察灌性系數，若不存在較大變化時直接灌注高觸變抗水膏漿，按照兩級標準灌注，其中第一級和第二級要求的水灰比分別為0.8：1、0.66：1，但是兩級灌漿時均要使用0.7%的高觸變抗水膏漿外加劑，以此增強凝固效果，灌漿快結束時應用普通水泥漿灌注并收尾。

施工人員對大孔隙地層采用高觸變抗水膏漿作以套閥管灌漿施工時需要注意以下兩點內容：其一為把握變漿條件，即灌漿過程中隨時觀察水灰比，當其變化為0.5：1的標準時，觀察水泥漿灌注量是否達到300L，若達到則視為此時的壓力流量較為穩定，施工人員則可以使用高觸變抗水膏漿來灌漿，此時先進行一級灌漿，之后再進行二級灌漿， 如果二級灌漿結束后壓力流量無變化而且灌漿超過600L，需要停工4h后繼續復灌。其二為把握灌漿結束標準，每分鐘的單位吸漿量（高觸變抗水膏漿）為2L或以下，距離灌漿結束的時間約為0.5h；普通水泥則按照每分鐘1L以下標準，再進行0.5h灌注即可結束。

3 結語

在天然覆蓋層（具有級配良好的特點）中應用套閥管法來灌漿為目前在軟土地基以及覆蓋層灌漿作業中使用非常廣泛的一種技術，較之于常規使用的灌漿技術有著較多的應用優勢，但是在大孔隙地層中應用效果較差，所以需要對套閥管法進行改進設計，以此提高大孔隙地層的灌漿效果，結合工程防滲處理結果可知，重新改良設計的灌漿法在大孔隙地層中取得了非常好的應用效果。