预埋花管一次隔离分段可控灌浆在某水电站中的应用

董　刚，林万胜，马　敢

（青海省水利水电勘测设计研究院工程勘察分院，青海西宁810008）

预埋花管一次隔离分段可控灌浆在某水电站中的应用

董刚*，林万胜，马敢

（青海省水利水电勘测设计研究院工程勘察分院，青海西宁810008）

预埋花管一次隔离顾名思义就是在预先凿好的钻孔中下入特定的花管，起到一次隔离的效果；结合可控灌浆对建筑物软弱夹层起到防渗堵漏的效果。结合某水电站防渗墙缺陷修补施工，阐述该方法的实践效果及优势。

预埋花管一次隔离；可控灌浆；防渗堵漏

1　工程概况

该工程水电站位于青藏高原，在进行防渗墙检查孔施工中发现，混凝土墙底部与基岩存有红泥、细砂及砂砾石等软弱夹层，针对该情况考虑到重新做道防渗墙存在工期长，代价高，用普通砂砾石灌浆的方法对该处进行补强灌浆，灌浆后进行检查孔施工后发现，没有太大的效果，后组织专家组会议决定使用预埋花管一次隔离分段灌浆的可控水泥灌浆的方法进行对防渗墙软弱夹层的修补，取得了较好的效果。软弱夹层分布如图1所示。

2　工程施工难点

图1　防渗墙断面图

总结砂砾石灌浆施工中的难点主要为以下3点：

（1）灌浆孔顶部无盖重，浆液极易从花管与孔接触位置和表部松散部位溢出地表，不能针对性地进行防渗墙软弱夹层的补强，并且材料损失较大。

（2）地下水流速影响，水泥浆液极易被地下水流带走，在关键部位不能形成有效水泥结石。

（3）地处海拔3889m的中高山，属高寒地区，昼夜温差大，据观察，在4～5月仍有降雪，灌浆期间气温低，灌浆理想温度难以保证。

3　施工程序及方法

3.1施工程序

预埋花管一次隔离分段可控灌浆施工主要有3大步骤：首先是根据设计进行凿孔；其次是下入预定花管和分段隔离；再次是可控灌浆。

3.2施工凿孔

本工程在考虑工期的前提下采用∅108mm潜孔锤跟管钻进工艺首先对Ⅰ序孔进行凿孔施工，后Ⅱ序。

3.3下入花管

在钻孔结束后下入预定花管，保证第二出浆口位于防渗墙底部50～80cm处，主要针对防渗墙薄弱部分进行灌浆，也是此次灌浆的重点环节，如图2花管下入。该工艺工序繁多，且环环相扣，前一步工序的疏漏往往会增强后续工作的难度，其主要工序为涨塞膜带的制作、管件的安装及下入、涨塞等，工序虽简单，但所有与灌浆施工有关联的设备必须保证在运行中的正常使用并要配有辅助设备，现场技术人员必须对每一个环节进行详细检查。

3.4可控式灌浆

3.4.1可控式灌浆施工场地布置（见图3）

图2　一次隔离分段灌浆安装剖面图

图3　可控式灌浆场地布置图

3.4.2可控灌浆参数设计

灌浆参数设计：

（1）设计压力3～6MPa。

（2）用水灰比1∶1的纯水泥浆和添加剂。

（3）采用自上而下灌浆，分2段进行。

（4）施工工序是先施工下游排，后施工上游排，每排分2序进行施工。在施工中首先灌注下游排孔，因为下游排施工后可为上游排的高压力灌浆提供必要条件。

（5）灌浆结束标准：

①每米水泥耗量大于1500kg；②压力≥3MPa，进浆量≤2L/min，迸浆时间大于5min。其中下游排和上游排的一序孔满足①或②均可结束，上游排二序孔必须满足条件②方可结束。

（6）灌浆压力：

①下游排灌浆孔第一段和第二段的压力均≤0.3MPa；

②上游排第一段的灌浆压力≤1MPa；

③上游排第二段的灌浆压力1MPa以上，个别情况需要挤密和扩大浆液范围时在瞬间时间内采用3～6MPa。

4　施工原理

4.1预埋花管一次隔离

如图2一次隔离分段灌浆安装剖面图所示，在孔内下入后，用专用浆泵注入一定比例的水泥浆液，浆泵压力达到一定压力后，2个膜袋膨胀，膜袋内水泥浆析水后，快速形成水泥结石塞起到分段隔离的效果。

4.2可控灌浆

按照3.4.2灌浆参数设计中首先灌注第一段，其目的：形成盖重，为第二段灌浆提供有盖重灌浆的效果。

可控灌浆一方面通过灌浆泵向孔内注入一定配比的水泥浆液，当耗浆量过大时注浆泵适时适量加注专用水泥外加剂，外加剂通过混合器与水泥浆混合后通过注浆管在压力的作用下挤入较大孔隙形成初凝团，注浆压力升高，此时停加专用外加剂，随之纯水泥浆液在高压力作用下将初凝团涨破压力随之下降，即时加注专用外加剂又形成了多个初凝团，按此规律继续，直至达到灌浆结束标准，控制浆液短时间凝胶，又能在高的灌浆压力作用下使浆液凝胶体产生挤压滑移，靠凝胶体的挤压滑移作用而填实岩层之间的空隙，在此过程中相互产生一定的扰动，浆液在此作用下又能得到充分充填，即浆液的流动扩散与浆液凝胶体的滑移。

在灌浆过程中，当出现窜冒浆及不易升高灌浆压力等问题时，启动专用泵控制化学外加剂送到地层内与一部份扩散着的水泥浆液相混合并使之失去流动而具有凝固体的特性。

5　可控灌浆总结

5.1可控灌浆与普通砂砾石灌浆灌浆效果模型对比

（1）模型建立。该灌浆效果模型，是在考虑存在地下水集中渗流的情况结合施工技术假想的灌浆理想模型。

（2）在理想状态灌浆效果。在水流条件下，水泥浆液迎合水流向后移动，在理想状态下形成斜向堵漏体，但在地下水水流速过快的情况下这种理想状态难以实现，也因此在该水电站防渗墙中利用普通砂砾石灌浆的时没有起到这种作用。

比较普通砂砾石灌浆，可控式灌浆在迎合地下水流速的情况下，因为在防渗墙下游排使用添加剂水泥浆液可以在短暂时间内形成具有一定强度，硬度的絮状物，能够起到一定的堵漏效果，从而为上有排施工创造了高压力灌浆的前提条件，经过上下游排施工后在形成的堵漏体形成。

两者相互比较，可控式灌浆可以在地下水流速快的情况下增强堵漏的效果，这是普通灌浆在同一条件下难以达到的。

5.2可控式灌浆与普通砂砾石灌浆实践对比分析

通过表1，可以看出有以下几点：

（1）材料耗费情况：可控式灌浆使用材料较普通砂砾石灌浆减少率41.8%，在工程量比普通砂砾石灌浆大的情况下，大大减少了原材料的使用。

表1　普通砂砾石灌浆和可控式水泥灌浆的比较

（2）综合时间、工程量：

①可控灌浆较普通砂砾石灌浆缩短了单孔灌浆时间，起到加快施工进度作用，保证工期的目的。

②普通砂砾石灌浆共计施工30d，共耗费水泥410t，且在无盖重、存在集中渗流的情况下，未能形成有效帷幕起到防渗堵漏的作用。

可控式水泥灌浆施工时间35d，总计完成防渗墙上游和下游排施工共计72个灌浆孔的时间，完成钻孔618.8m，灌浆延米319.96m，总耗水泥量238.6t水泥，最终通过压水试验检查孔均满足了小于10lu的设计要求且检查孔岩芯上有水泥结实。

6　总结

截止日前该水电站已运行2年来，防渗墙未出现大的渗漏问题，说明通过预埋花管一次隔离可控式灌浆方法是成功的，结合理论与实践得出预埋花管一次隔离分段灌浆与可控灌浆的优点如下所述：

（1）能提高效率、降低成本、减少施工难度，特别是岩溶地区的溶洞及断层破碎带的处理，更能大幅度地加快施工进度、提高效果并降低成本。

（2）为水泥灌浆对松散软弱地基进行好、省、快的加固及防渗处理打开了施工难的禁区，加固软弱地基的核心问题是需要较高的灌浆压力，而常规的水泥灌浆却难以实施。

（3）解决窜冒浆、地层的抬动及不易升高灌浆压力等长期存在的技术难题，这些都是严重困扰水泥灌浆施工、影响工程效果及大幅增加工程造价而长期存在的技术问题。

（4）可在没有止浆层和砼盖板压重的裸体岩层或土层内进行灌浆形成防渗帷幕及堵漏，既避免施工干扰又有利提高工程质量。

［1］孙钊.大坝基岩灌浆［M］.中国水利水电出版社，2004.

［2］张景秀.坝基防渗与坝基处理［M］.中国水利水电出版社，2002.

［3］DL T5148-2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.

Application of Primary Isolation Step-by-step and Controllable Grouting in Pre-Buried Bored Pipes at a Certain Hydroelectric Station

DONG Gang，LIN Wan-sheng，MAGan
（Engineering Investigation Branch of Qinghai Survey and Design Institute for Hydro engineering，Xining Qinghai 810008，China）

The pre-buried bored pipes primary isolation means that special pipes are put into a pre drilled hole to play a separate effect，and it play the role of seepage prevention with controllable grouting for building weak interlayer.The paper explains the practical effects and advantages of the method combining the defect repair construction at a certain hydroelectric station.

pre-buried bored pipes primary isolation；controllable grouting；seepage prevention and control

TV543

B

1004-5716（2016）04-0178-04

2015-04-10

2015-04-24

董刚（1986-），男（汉族），陕西蒲城人，助理工程师，现从事工程地质勘察及地基处理工作。