孔口封闭灌浆法在大坝帷幕灌浆中的应用

2016-08-11安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司湖南安化413500

低碳世界 2016年10期

关键词：孔口帷幕灌浆

李　杰（安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司，湖南安化413500）

孔口封闭灌浆法在大坝帷幕灌浆中的应用

李杰（安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司，湖南安化413500）

孔口封闭灌浆法的施工较为简单，可操作性较强，并且具有明显分防渗水效果，能够有效保护地下水资源，基于此，本文就简单的工程实例分析了孔口封闭灌浆法的施工工艺流程以及重难点所在，以期使灌浆达到预期施工效果。

孔口封闭；灌浆法；大坝帷幕灌浆；应用

1　引言

孔口封闭灌浆法是目前国内较先进的施工工艺，其主要具有以下优点：孔内不需下入灌浆塞，施工简便，可以节省大量时间和人力；每段灌浆结束后，不需待凝，即可开始下一段的钻进，加快了施工进度；多次重复灌注，有利于保证灌浆质量；可以使用大的灌浆压力等。近期许多工程相继采用此法施工，效果显著。

2　孔口封闭法的应用意义

2.1采用小孔径钻孔，以提高钻孔工效率

孔口封闭灌浆法形成以前，灌浆孔的孔径一般都要在φ91mm以上，这是因为灌浆孔中要下入双层灌浆管和灌浆塞。采用孔口封闭法以后，灌浆孔中只需下入一根射浆管，射浆管也就是钻杆，其直径一般为φ42mm，因此灌浆孔的最小直径φ56mm，甚至更小也可以。灌浆孔直径的减小给广泛使用金刚石钻头创造了条件，钻孔工效大大提高。

2.2由低压灌桨发展到高压灌桨，增强灌桨效果

如前所述，孔口封闭灌浆法采用以前，我国灌浆工程使用的压力不超过3MPa，这里除了对灌浆机理的认识以外，灌浆泵和灌浆塞的技术性能达不到也是限制条件。采用孔口封闭法以后，以孔口管和孔口封闭器取代灌浆塞，这就避开了需要高压灌浆塞的难点，从而通过经济实用的方式实现了高压灌浆。低压灌浆基本上是渗透灌浆，高压灌浆则基本上是劈裂灌浆。理论分析表明，灌浆时灌浆孔孔壁处岩体承受的拉应力等于灌浆压力。只有少数坚硬岩石的抗拉强度达到5MPa或以上，更何况岩体中有许多裂隙，因此在高压灌浆时灌浆孔周围的岩石不是本身被劈裂，就是原有的裂隙被扩宽和延伸。于是大大地提高了岩层的可灌性和增加了吸浆量，从而增强了灌浆效果。

3　孔口封闭灌浆法在大坝帷幕灌浆中的具体应用

3.1工程概况

某水电站电挡水建筑物为碎石土心墙堆石坝，最大坝高123m；正常蓄水位2140m，水库总库容约2亿m3，电站总装机容量240MW。电站首部枢纽中拦河大坝坝基及坝肩岩体抗渗性能较差，设计采用防渗墙和帷幕灌浆进行全封闭防渗处理。坝址左右岸及谷底基岩，由志留系下统（S1）灰黑色炭质千枚岩与变质砂岩组成。根据其工程地质特性，自下而上分3个岩性髓下段为炭质千枚岩（S11），中段为炭质千枚岩与变质砂岩互层（S12），上段为炭质千枚岩、粉砂质千枚岩（S13）。炭质千枚岩主要矿物成分由绿泥石、石英、石墨及绢云母组成；变质砂岩由白云石、绿泥石、斜长石、石英等矿物组成。

3.2施工难点

千枚岩属层形产状，倾角变化大，岩体破碎、裂隙多、缩径、掉块，内含石英、斜长石等变质岩，形成软硬复层。施工中钻进成孔难，孔壁不光滑，经常出现塌孔现象，阻塞器在孔内难以阻浆；裂隙通道又使灌浆量无法控制，容易产生超灌。

3.3孔口封闭灌浆法的应用

针对大坝帷幕灌浆上述难点，现场采用如下措施：①不下阻塞器，直接预埋孔I：1管，自上而下分段灌浆；②灌浆压力先低压后高压，孔内大循环（孔I：1到孔底）；③每一灌段重复灌浆多次，灌浆压力逐步增大，且对下段都有一定深度的灌浆，从而起到预固结的作用，减小下一段造孔难度；④先低压后逐级加压的灌浆方法可有效控制浆液的扩散范围，避免对非灌浆区域的渗灌，灌浆量得到有效控制，降低了工程成本。

实施对策概括起来可归纳为“孔口封闭、孔内循环、自上而下、分段灌浆”。该法灌浆的优点如下：

（1）除了主要对新钻段进行灌浆以外，还可以使上部各段都能得到若干次的重复灌浆，最终都将受到最高压的“考验”，有利于提高灌浆质量；

（2）直接利用钻杆作为射浆管，避免起、下栓塞工序和堵塞不严的麻烦；

（3）每段灌浆结束后，一般不需待凝，即可开始下段的钻孔，加快了施工进度；

（4）使用孔口封闭器有利于增大灌浆压力。

3.4帷幕灌浆施工工艺

3.4.1安装抬动观测装置和实施基岩抬动变形观测

抬动观测是帷幕灌浆的基本要求，抬动观测孔采用冲击器冲击回转钻进，一径到底。钻完后即安设抬动观测装置，对仪器进行调试，验收合格后测量初始读数。在施工过程中适时进行监测。

3.4.2帷幕灌浆工艺流程

根据现场实际情况，帷幕灌浆采用“孔I：1封闭、孔内循环、自上而下、分段灌浆”法进行灌浆。

3.4.3灌浆孔钻灌段长划分

（1）灌浆孔钻灌段长初拟值，见表1。

表1　灌浆孔钻灌段长初拟值

（2）在钻灌过程中，可根据被灌岩石的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性，再结合钻孔过程中岩性变化情况等因素来调整钻灌段长，影响因素如下：

①地层的透水性和吸浆率愈大，则灌浆段的长度愈短；反之，则可长些。

②在钻进中遇到大裂隙及严重不返水地段时，立即停止钻进，作为一段进行灌浆。

③灌浆段岩体宜尽量属于同一岩性。

④根据岩体渗透性进行调整，弱透水性（＜5Lu）的岩层，段长5～8m；中等透水性（5～10Lu）的岩层，段长5m。

3.4.4钻孔

（1）钻孔形式与要求

①垂直孔，一般灌浆孔采用垂直孔，孔距、孔深、也径按设计图纸执行；

②斜孔，根据施工图纸，定位置，定角度，仔细操作；

③搭接孔，含上仰孔、水平孔、下倾孔等，按设计要求文件执行。

（2）钻孔孔斜控制

①垂直或倾角小于6的帷幕灌浆孔，其孔底的偏差按设计规定不得大于表2的规定。

②斜孔，根据斜孔深度及倾斜角度大小，其孔底位置偏差亦要求不同，按设计文件控制。

（3）钻孔机具与方法

①帷幕灌浆先导孔（每单元的1个I序孔）、检查孔采用金刚石单动双管钻具钻进。

②其他帷幕灌浆孔采用潜孔锤冲击回转钻进或金刚石单管钻具钻进成孔。

（4）孔口管埋设

①首段钻灌各灌浆孔首段钻孔采用硬质合金钻头开孔，孔径为φ110mm或φ91mm。钻孔完毕后使用灌浆检塞进行卡塞灌浆。

②埋设孔口管：首段灌浆完毕，将孔内浆液置换成水灰比为0．5：1的水泥浆后，安装长约2m的φ108mm或φ91mm孔口管，待凝等强。

3.4.5灌浆

（1）灌浆方式方法

灌浆主要采用孔内循环式并贯彻“孔口封闭、孔内循环、自上而下、分段灌浆”方法。

（2）灌浆主要设备、器具及安装

①主要设备：XY-2/2PC钻机，3SNS灌浆泵。

②辅助器具：孔口封闭器、射浆管、灌浆塞、高压管路及接头、压力表等以及灌浆自动记录仪。

③孔口封闭器及射浆管安装。a.孔口封闭器安装前检查密封圈、胶球等是否完好；b.射浆管管口距孔底》50cm；c.在灌浆过程中，射浆管能够在孔口封闭器中心灵活低速转动和适时升降，不漏浆。

④使用灌浆自动记录仪进行灌浆压力、浆液注入率等参数的测记，灌浆自动记录仪主要包括主机、压力传感器、流量传感器，按小循环灌浆进行连接安装。有关仪器连接详见图1的示意图。

1.1 研究对象选择2017年3月-2017年10月于南昌大学附属口腔医院就诊，主诉为要求修复上前牙美观并行单个上前牙全瓷贴面修复的患者46例，最小年龄19岁，最大年龄56岁，平均42岁。其中，利用数字化方法制作的全瓷贴面修复22颗；利用传统方法制作的全瓷贴面修复24颗。根据全瓷贴面的适应证[3]建立纳入标准：⑴患牙唇舌向无错位；⑵牙髓活力正常；⑶前牙浅覆牙合，浅覆盖，咬合关系基本正常；⑷患牙牙周情况良好，无明显松动。排除标准：⑴前牙深覆牙合，深覆盖；⑵死髓牙，重度变色牙；⑶牙周情况不佳且未经治疗；⑷夜磨牙或无法按时复诊的患者。

图1　灌浆自动记录仪小循环灌浆连接示意图

（3）灌浆压力

选择合适的灌浆压力，使之既取得好的灌浆技术效果，又能获得合理的经济指标。灌浆压力应随孔深增加而逐渐加大，但不应超过设计和规范的规定值。

①灌浆压力的调整

在本工程灌浆过程中，灌浆压力尽量采用大的灌浆压力，并根据实际情况进行适当调整。

a.结合被灌区地质条件、埋深、透水性进行调整。灌浆深度并不完全决定灌浆压力，深部岩体浆力劈裂与否，决定于钻孔周围的岩体强度；而岩体强度与岩体埋藏深度无关，因此，灌浆压力随灌浆深度增加并不一定切合实际。

b.在灌浆过程中，结合浆液水灰比和基岩抬动情况进行调整。

②灌浆压力与注入率控制

灌浆压力与注浆率是互相关联互为因果的两个参数。一般是灌浆压力越高，注浆率越大；当压力升高到超过岩石强度或突破软弱充填物时，会出现注浆率异常增大或压力突降。对灌浆压力和注浆率的掌握原则为：当地层吃浆量很大，在低压或“无压”下即能顺利地注入浆液时，控制注浆率不能太大；当地层吃浆量较小，注浆困难时，尽快将压力升到规定值，不能长时间在低压下灌浆。

3.4.6封孔

灌浆孔灌浆结束后，采用全孔灌浆封孔法封孔。

（1）灌浆孔采用全孔灌浆封孔法封孔，即全孔灌浆完毕后，先采用灌浆管将孔内余浆置换成为水灰比0．5：1的浓浆，而后将灌浆塞塞在孔口，继续使用这种浓浆进行纯压式灌浆封孔，封孔灌浆的压力可使用该孔最大灌浆压力。

（2）待孔内水泥浆液凝固后，对钻孔空余部位使用干硬性水泥砂浆封填密实。