基于孔口封閉灌漿法的大壩河床段帷幕灌漿施工技術

王云輝

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710068）

1 工程概述

榆林黃河東線馬鎮引水工程從黃河右岸馬鎮葛富村取水,黃石溝沉沙調蓄水庫的主要任務是對引黃水量進行沉沙、調蓄,水庫總庫容9870 萬m3；水庫樞紐由大壩、溢洪道和放空洞組成,主要建筑物級別為2 級,次要建筑物為3 級,臨時建筑物為4 級,放空洞、放空塔架為2 級建筑物,進口邊坡為永久邊坡,級別為2 級。大壩帷幕灌漿分為一排主帷幕灌漿及一排副帷幕灌漿。主帷幕灌漿軸線為大壩心墻軸線,灌漿孔間距為1.5 m,分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序三個分序施工,先導孔兼Ⅰ序孔,最先施工；副帷幕灌漿軸線布置在主帷幕灌漿軸線下游1.5 m 處,灌漿孔間距為1.5 m,分Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序三個分序施工,大壩河床段帷幕灌漿范圍為GJ0+315.53-GJ0+459.53（DB0+188.00-DB0+332.00）。

2 帷幕灌漿施工技術的優勢

（1）注漿操作簡單,在注漿操作之前,先將需要施工的地方清理干凈,然后再對需要施工的部分進行處理。在上面打洞,之后就可以進行配料,將水泥、石灰等按照一定的比例混合成漿液,最后往鉆孔內灌入泥漿,然后回填即可。

（2）成本較低,且很穩定,注漿的材料一般都是用水泥之類的廉價材料制成的。并且所用的材料并不多,整個過程簡單容易操作,但是在施工的時候,一般都會在漿液的制作中加入一些添加物。這樣,當泥漿注入裂縫后,其穩定性將得到改善,從而提升施工質量。

（3）澆注施工是為了填充建筑物的裂縫,所以它是非常穩定的。注漿是在高壓噴射的基礎上進行的。在進行噴射的時候,可以將混凝土漿液注入到鉆孔周圍較松軟的土層中,從而對其進行灌注,進而提高加固效果。

3 大壩河床段帷幕灌漿中孔口封閉灌漿技術的應用要點

3.1 原材料選型

水泥：本工程大壩河床段帷幕灌漿中孔口封閉灌漿使用中水泥選擇了強度等級為P.042.5 的普通硅酸鹽水泥,為提升漿液的流動性和灌漿效果,水泥細度要能夠通過80μm 方孔篩的篩余量不超過5%。水泥在運輸施工現場前需要按批檢測,各項性能和指標需全部滿足要求后方可用于配制漿液。

水：水要符合配制水工混凝土的清潔水,且水在添加時其溫度不能超過40℃。

外加劑：按照大壩河床段的特點,在配制漿液中可加入適量的速凝劑、減水劑、穩定劑,各添加劑的性能需要滿足施工規范和標準的要求[1]。

3.2 合理鉆孔

在進行帷幕注漿施工中要求防滲標準不超過3 Lu,本工程大壩河床段主帷幕深度比較,入巖深度在40 m～45 m 之間,副帷幕深度也達到主帷幕深度的三分之二。為帷幕注漿孔孔向為鉛錘方向,采用XY-2 型地質鉆機,先導孔、質量檢查孔鉆孔施工中要及時獲取并保留巖芯,在入巖之前的2 m 范圍內,需要鑲鑄造孔口管,本工程造孔孔徑選擇89 mm,剩余鉆孔短造孔孔徑直徑為76 mm。灌漿孔需要嚴格按照施工圖的要求進行合理布置,最大的孔位偏差不能大于10 cm,鉆孔保證孔向要準確,并分段進行孔斜測量,一旦發生偏斜超過要求要及時糾正,最大的允許偏差要符合表1 的規定。

表1 鉆孔孔底最大允許偏差值

每鉆完1 段后,沖洗之前需要進行測斜處理,本工程采用測斜進行檢測,在進行深孔鉆進時,需要嚴格控制孔深偏差在20 m 以內,若偏差過大需要立即停止鉆孔,糾偏處理后再繼續鉆孔。若在鉆孔過程中發生了涌水、漏水、塌孔等問題,需要及時記錄,將其真實反映在鉆孔綜合成果表中作為漿液濃度調整、分析灌漿效果的依據。

鉆孔完成之后應及時鉆孔沖洗,本工程鉆孔完成后及時用大流量水流進行沖洗,沖洗結束的標志為要保證孔底殘留物的厚度不超過20 cm。若遇到質地軟弱的巖石,可按照實際情況采用壓縮空氣進行沖洗,但要控制好風壓,最大風壓不應超過灌漿壓力的50%[2]。

鉆孔完成,沖洗好后,按照從上到下分段方法,進行壓水試驗,壓水試驗壓力可采用80%的相應灌漿段的灌漿壓力,若超過1 MPa 時,需要按照1 MPa 進行控制。當壩體高度不超過100 m 時,壓水試驗壓力應為80%的灌漿壓力,并不大于1 MPa。

3.3 灌漿方法的選擇

本工程帷幕灌漿方法采用了孔口封閉灌漿法,采用循環式灌漿,分段灌漿,混凝土結構和基巖接觸位置灌漿段長度為2 m,第2 段為3 m,余下段長度應每一段5 m,最長段不能超過8 m。孔口封閉法灌漿時各孔孔口管段,也就是混凝土與其巖層接觸段即第1 段,需要先行單獨鉆孔和灌漿,鑲鑄孔口管,并待凝固（時間不小于48 h～72 h）,其余灌漿段灌漿結束后可無需待凝,孔口管埋入基巖的深度要控制在1.5 m～2.0 m之間,要保證所使用的孔口封閉器具有良好的耐壓性、密封性,灌漿管需要能夠在灌漿過程中進行靈活轉動和升降。保證灌漿管的外徑和鉆孔之間的偏差在10 mm～20 mm 之間。若以鉆桿作為灌漿管,需要采用外平接頭連接[3]。各段灌漿操作時,需要保證灌漿管,需要能夠深入到灌漿段底部,控制管口到孔底的距離在0.5 m,在灌漿過程中需要保持灌漿壓力和注入量相互適應,注入量應盡量控制在30 L/min,相同部位不宜聚集多臺灌漿泵進行同時灌漿。在整個灌漿施工中需要經常轉動和頻繁升降,回漿管需要有15 L/min 以上的回漿量,以防止注漿管在孔內被水泥漿液凝固住。

3.4 灌漿壓力的選擇和控制

大壩河床段帷幕灌漿壓力采用的帷幕灌漿升壓試驗壓力值,見表2。

現場灌漿以控制抬動不超過設計規定的最大抬動值為主。

灌漿壓力控制措施,為避免發生抬動事故,按灌漿點距抬動監測點距離遠近,采用不同的巖體最大允許抬動變形控制標準,具體見表3。

表3 抬動觀測允許變形值表 單位：μm

抬動孔布置是需要以輻射半徑為15 m 的區域內布置1 個抬動孔,在整個施工中為避免發生抬動事故,需要采取有效的灌漿壓力控制措施,從0 MPa 壓力開始,按照每0.02 MPa 為一級,逐級升壓到設計灌漿壓力,同時規定好每級壓力的穩壓時間不能少于5 min。經過確認沒有抬動時,再提升壓力。當灌漿點的抬動值能夠達到150μm 時對應的灌漿壓力,作為此孔設計的最大灌漿壓力。最大抬動值不應超過200μm,初始注入率為5 L/min,按照每級5 L/min的標準進行逐級提升。在整個灌漿過程中,應有專人對抬動裝置千分表的變化情況進行觀察。在100μm～150μm 之間時,灌漿升壓時注入率需要控制在10 L/min 以內,若抬動值不再繼續上升,逐級升壓,否則需要停止灌漿,等漿液凝固8 h 后,及時掃孔復灌[4]。

3.5 漿液配比和變換原則

本工程帷幕灌漿施工中,水泥漿液水灰比采用了6 個級別,分別是5、3、2、1、0.7、0.5,先灌注稀漿液,再灌注濃漿液,逐級提升,開始灌注時漿液水灰比選擇5∶1。在進行灌漿壓力保持不變而注入率持續減少,或者注入率不變而壓力不斷提升時,嚴禁改變水灰比。當某一級注漿量達到300 L 時,或者是灌注時間達到30 min 后,灌漿壓力和注入率無改變時,或者是改變不夠明顯時,可適當加濃一個級別。若注入率超過30 L/min 時,可按照現場情況越極變濃。

3.6 注重對特殊情況的處理

當帷幕注漿結束后,當孔口的滲透系數或單位注漿體積超過設計規定時,孔宜進一步加大。如果發現鄰近的孔洞繼續變深,應立即向現場監督匯報。在注漿過程中,如果出現冒漿、漏漿,要視具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝、復灌等方法。在注漿階段,若注漿量大于3 t,注漿壓力不升高,則應采用12 小時的待凝措施。清灰結束后,再次注水,如果水壓沒有增加,而水頭較大,則應添加3%的速凝劑。在進行下一次鉆孔灌注時,為了避免灌注壓力過大對已經灌注的部分造成損傷,應將灌注塞在這一部分的上部[5]。注漿時,若出現串漿現象,則先堵塞注漿孔,待注漿完畢后,再掃、清、注漿。在注漿量較小、串漿孔滿足注漿要求的情況下,可采用一臺水泵在一個井內同時注漿。對于有涌水的灌漿孔,在進行灌漿之前,必須測量出涌水壓力及涌水量,并根據涌水狀況,按照從上到下的順序進行分段灌漿,然后可適當縮短段長,最后是提升灌漿壓力。

由于各種原因而造成的灌漿中斷,要盡快恢復灌漿；注漿時間在30 分鐘以上時,必須清理出漿孔,然后重新注漿；如果不能沖凈或者沖凈不起作用,就需要清空后重新充填；在重新注漿時,采用不同比例的水泥漿液；如果注水速率與斷流前相當（超過90%）,則可以換成斷流前的水漿繼續進行注水；如果注水速度比以前降低了很多（達90%～70%）,那么就應該逐步增加泥漿濃度,并進行連續灌水；如果注水速度比以前降低了很多（低于70%）,并且在很短的一段時間里就停止了抽水,那么就需要進行補救。在灌漿過程中,如果回漿失水變濃,也就是在20 min～30 min 內,回漿比重超過一個比級,且注入率在1 L/min～2 L/min,這時就要換成原比級的新鮮漿液,如果沒有發生回漿變濃或回漿變濃不顯著,那么就可以正常結束灌漿。如果回漿比重持續出現超過一個比級的現象,則判定為吸水不吸漿,可采用同樣水灰比的新漿灌注,如果效果不顯著,可以再灌注30 min,然后停止灌注,也不會進行再灌,但總灌注時間仍然要不少于60 min[6]；另外,可以采取一些措施,如增加注漿壓力,增加注漿孔徑；如果上述方法都不能達到預期的效果,則可以考慮改用其他方法。

4 施工效果分析

大壩河床段本次試驗結束后質量檢查以檢查孔壓水成果為主,檢查孔位置、壓水試驗壓力,從檢查孔壓水情況來看,2 個檢查孔共壓水18 段,其中3 段壓水值小于1 Lu,15 段壓水值在1 Lu～3 Lu 之間,檢查孔檢查結果滿足設計合格標準q ≤3.0 Lu。

5 結語

綜上所述,采用實際案例結合理論實踐的方法,分析基于孔口封閉灌漿法的大壩河床段帷幕灌漿施工技術。分析結果表明,帷幕灌漿施工技術是水利工程施工建設中常用的施工技術,其施工效果直接關系到整個工程施工質量和效果。在實際灌漿施工中采用孔口封閉灌漿施工技術,可有效提升加固效果,而且整個施工過程質量可控,而且不會形成缺陷和孔洞,施工效果比較好,可在類似工程中得到良好應用。