水利工程通常应用的帷幕灌浆施工技术

2015-03-22朱博

黑龙江水利科技 2015年7期

朱博

水利工程通常应用的帷幕灌浆施工技术

朱博

（辽宁省汤河水库管理局，辽宁沈阳111000）

近年来水利工程建设项目日益增加，作为控制和调配自然界的地表水和地下水，为达到除害兴利目的而修建的工程，其重要性不容小视。帷幕灌浆技术作为一种实用性较强的工程技术，被广泛地运用在水利工程建设项目中。在帷幕灌浆施工中如何正确地选择施工工艺及技术是水利工程建设人员需要认真对待的问题。文章阐述了帷幕灌浆的概念，探讨了帷幕灌浆技术在水利工程中的应用及在实际应用中的一些具体措施。

水利工程；施工工艺；帷幕灌浆；施工技术

1 帷幕灌浆施工技术的概念

帷幕灌浆是指将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程。在水利工程建设中，该工程技术常常被用在底部基岩的防渗处理。应用帷幕灌浆施工技术处理后的基岩，有效地融合了水泥浆与周围的土层，形成了非常密实的帷幕，因此，能够有效地预防水流的渗透。

在应用帷幕灌浆技术时，应注意帷幕的分类以及所采用钻机的型号等问题［1］。

2 水利工程中帷幕灌浆技术的应用

具体包括施工前的准备、正确布置灌浆孔、打造灌浆孔、灌浆操作等4个方面的内容：

2.1 施工前的准备

施工人员首先应该获得由监理单位提供的基准数据、基准线、基准点等测量内容。施工单位还应与监理单位共同测量和校准这些资料，尤其是对帷幕灌浆孔的轴线，应该进行严格的实地测量，并多次进行核对，以保证其准确性及满足预期的效果。

2.2 正确布置灌浆孔

灌浆孔的布置应满足预期的设计，在设置灌浆孔的防渗墙轴线上，应该并分3序，每两个灌浆孔之间的距离应该为2 m，灌浆孔的深度应该在防渗墙混凝土底部20～30 m，灌浆孔轴向仅允许有10cm以内的误差。

2.3 打造灌浆孔

打造灌浆孔的钻机可使用钻神开发生产的ZS系列ZSY50、60、70、80全液压锚固钻机，其钻头为金刚石或硬质合金，在钻孔时容易达到预期效果同时不会对钻头造成过大损伤。在打造灌浆孔时用水对灌浆孔进行冲洗。在每次钻孔时都要仔细观测并记录钻具、钻杆在地面以上的长度。

2.4 灌浆操作

帷幕灌浆施工时，施工人员应该严格遵循分序加密的基本原则。其工序应该总共分为3道，并且严格按照由低到高的顺序逐步进行。灌浆操作应该从上到下同时满足循环划分段落的方式。

在第一段落，其接触长度应该为2m，从第二个段落开始，则应一直保持在5m左右。特殊情况下，也可以根据实际来对段落的长度进行调整。

从上到下卡塞并划分段落也可以作为灌浆操作的一种方式，在使用该法时，应注意以下2点：

1）应采用直径为0.6 mm的水管来做为射浆管。

2）为预防浆液发生沉淀堵塞裂隙，灌浆孔底部与射浆管的距离应该保持在0.5 m以内。

在进行灌浆操作时，应满足规定：

1）灌标准压力满足要求并且注入率≤0.4 L／min。

2）在不间断的前提下，灌浆时间若为60 min，则注入率不能超过1 L／min。

3）在完成灌浆操作之后，应对灌浆孔采取分段压力的方式进行密封。

3 施工时钻孔发生倾斜的原因分析

进行帷幕灌浆施工时，会经常发生钻孔倾斜的现象，具体分析如下：

3.1 操作错误

金刚石或硬质合金严重磨损，在钻进过程中，钻头过钝导致金刚石颗粒或合金粒切入岩石时不稳，改变钻进的角度及方向。遇到不够结实或较为松散的岩石层时，钻进的冲洗液使用没有把握好，或者是由于冲洗液过量，引发高压力。用来当作冲洗液的清水和泥浆其黏度偏小，对帷幕孔壁造成严重损害，以致某处发生坍塌，改变孔径大小。在钻进时，压力过大，也有可能导致钻杆受压弯曲，钻孔发生倾斜。3.2 施工技术不达标

帷幕孔径改变时，忽略了钻头与原孔径的方向，或者在浅孔和开孔钻进时，钻机立轴和钻孔没有放置在同样的中心线上，导致出现偏差。钻杆定向套管严重磨损而立轴钻杆偏高，会使立轴在施工时大幅度摆动，钻头在钻进时的稳定性不高。

在钻进比较深的帷幕孔的情况下，设置孔口管存在偏差，会直接影响开孔钻进时的角度及方向，或者是导致钻进使用的钻具发生弯曲，岩心管的长度没有达到施工标准。

3.3 地质条件不吻合

有些岩层特别容易引发厚度大，易破碎的地质情况发生，一般情况下，此类岩石是由硬软岩层共同构成的，在钻进的情况下，钻孔的直径越大，钻具钻进方向难度系数就会越高。

钻进的时候，倾角和硬软岩层共同存在会使钻头接触到不同的岩层，从而导致钻进速度存在差异，直接影响钻进方向。

4 施工时钻孔发生倾斜的解决措施

主要包括更换钻具直径、更换长度过小钻具、增大钻孔直径3个部分：

4.1 更换钻具直径

建议采用长度在1.5 m之内的钻具，并且其直径相比一般较粗的钻具要更小，一般减小一或二级，这样的粗径钻具遇到直径偏大孔时，获得垂直状态的时间更短，速度更快。

更换钻具之前，需要先把孔中的岩心处理干净，钻进的压力和速度范围要保持合理，钻进长度在3～5 m时需施行测量，查看并纠正倾斜情况。

遇到倾斜没有改善的情况，继续使用原来的钻具，再另选时期进行纠正。遇到倾斜改善不大的情况，可使用有导向装置的钻具扩孔，然后再使用原来的钻具继续钻进。

4.2 更换长度过小钻具

遇到地质厚度大或岩层覆盖层松软时，只要钻孔有倾斜出现，就需立即更换钻具，重新选用长度更大、直径更小的钻具进行纠正。因为地质厚度大或岩层覆盖层松软时钻孔，长度小而孔直径大的钻具在直径大的孔中很容易改变方向。岩心管保持1～1.5m的长度，钻进3～5 m时要检测是否发生倾斜。如果倾斜情况好转，则可以继续使用原来的钻具；若倾斜状况没有改善，就需要换用直径大且加长的钻具，在开始纠正的地方扫孔，然后再按照原来孔的斜度施工。

4.3 增大钻孔直径

这种方式适用于钻进的长度在10 m之内时出现严重倾斜的情况。选择长度更大并且直径比原来钻具大一级或一级以上的钻具，从孔口区域或管底开始扩孔。此种方式可以对不标准的钻孔进行扩大纠正，以免在后续钻孔时发生严重倾斜。