深厚覆盖层全帷幕灌浆技术研究与应用

骆秋林

（身份证号：500101198408108258 四川省成都市 611730）

前言

在桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆工程，其特点是工期紧、且工程量大、施工场地开阔，根据工程条件，宜选用预埋花管灌浆自下而上阻塞灌浆法进行灌注，但孔壁填料的配合比，必须根据材料性能、加工方法、要求养护时间、施工条件和水文地质条件等具体情况，由试验确定。在施工进度、客观外部环境不能满足孔壁填料试验要求时，研究改进一种新型的代替孔壁填料的工艺迫在眉睫，经过反复研究改进，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以满足进度及质量的要求。

1 工程概况

桐子林水电站位于四川省攀枝花市盐边县境内的雅砻江干流上，是雅砻江干流下游最末一级梯级电站，其上游梯级有锦屏一级、锦屏二级、官地水电站和二滩水电站。桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆工程，位于二期上游围堰左岸堰肩，其目的在于通过帷幕灌浆形成止水帷幕，为后期基坑开挖提供干燥环境。

2 工程特点及施工难点

桐子林水电站二期上游围堰左堰肩覆盖层防渗灌浆工程总量约2.33万m，覆盖层厚约60～91m，地层复杂，为冲洪积、塌滑堆积及崩积成因的砂卵石（alQ3）、砂层夹卵石层、块碎石夹土、砂卵砾石夹粉细砂、碎石土构成。其防渗灌浆工程工期紧、技术难度大、质量要求高，国内尚无类似经验借鉴，依靠传统的工艺工法难以满足进度及质量要求。为此，针对构成复杂、地下动水活跃的深厚覆盖地层，需探索寻求一种新型施工工艺以达到“一钻到底、连续灌浆”的目的。

3 覆盖层帷幕灌浆技术参数

3.1 防渗要求

覆盖层防渗帷幕灌浆部位其渗透系数小于1×10-4cm/s。

3.2 帷幕灌浆布孔形式

左岸堰肩灌浆孔设计为3排（背水排、迎水排中间加布一排灌浆孔），排距为0.75m，孔距为1.5m，灌浆孔呈梅花形布孔。每排孔分两序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

3.3 施工顺序

施工时按先施工背水排、再施工迎水排、最后施工中间排的顺序进行施工。

3.4 工艺流程

施工工艺流程：场地平整（如需要）→混凝土盖板浇筑（如需要）→镶铸孔口管→先导孔施工→背水排施工→迎水排施工→中间排施工→检查孔取芯、注水试验→检查孔灌浆封孔。

3.5 灌浆段长、压力

（1）第一段段长为2.0m，第2段为3.0m，以下各段为5.0m。

（2）各段次的压力计算

各段次的灌浆压力按表1执行。

表1 灌浆压力一览表

3.6 灌浆浆液选择

为确保浆液的扩散半径，各灌浆孔段首次灌浆时均采用纯水泥浆开灌，纯水泥浆液的比级及开灌比如下：

（1）迎水排灌浆孔采用 0.8：1、0.6：1两个水灰比比级，采用 0.8：1的水泥浆开灌，根据浆液变换原则加浓浆液灌注。

（2）背水排灌浆孔采用 1：1、0.8：1、及 0.6：1 三个水灰比比级，开灌水灰比为1：1，地层耗浆量较大时逐级变浆加浓浆液灌注。

（3）中间排灌浆孔采用 2：1、1：1、0.8：1、0.6：1 四个水灰比比级，开灌水灰比为2：1，根据浆液变换原则加浓浆液灌注。

4 施工方法选择

4.1 覆盖层帷幕灌浆方法比较

目前，适用于覆盖层帷幕灌浆的工艺工法主要有：循环钻灌法、预埋花管法、套管灌浆法等。

（1）循环钻灌法：这种方法是在冲积层中自上而下逐段进行钻孔和灌浆，各段灌浆都在孔口封闭。其缺点是：由于钻灌工序交替进行，因此工效相对较低；各段灌浆均在孔口封闭，因而灌浆时地表常常冒浆严重，既使进行深部灌浆时，也不能使用很高的灌浆压力；当覆盖层由多种地层组成，需要灌注不同类型浆液时，难以施工。

该方法应用广泛，在本世纪初我国的小南海地震堆积坝、冶勒灌浆试验、下坂地灌浆试验等均有应用与研究。但对与深厚覆盖层的工艺工法并无突破性改进。

（2）预埋花管法：也称套阀花管法、袖阀花管法。它是法国人首先发明的，也称为索列丹斯（Soletanche）法。这种方法是首先钻出灌浆孔，在孔内下入特制的带有孔眼的灌浆管（花管），灌浆管与孔壁之间填入特制的“填料”，然后在灌浆管里安装双灌浆塞分段进行灌浆。缺点是需要预埋花管，且无法回收。以前我国塑料工业不发达，需要使用大量钢管，加大了工程造价。其次，预埋花管法的施工程序较多，花管的制作和下设、填料、灌浆等技术均比较复杂。

此灌浆方法在20世纪50～80年代，在德国、法国、日本等地应用广泛，但在工艺、技术上均未有重大突破；我国在20世纪60年代引进并实施此灌浆方法，之后极少研究与应用。

（3）套管灌浆法：是利用钻孔时的护壁套管进行灌浆的方法。它的施工程序是：套管护壁钻孔→下入灌浆管→起拔套管（1～2m）→安装灌浆塞→灌浆→再起拔套管及灌浆管（1～2m）→安装灌浆塞→灌浆→重复上述工序，灌注至孔口。其特点：采用这种施工方法，钻孔由于有套管护壁，消除了塌孔之虑。采用先进的全液压工程钻机和跟管钻进，效率高，孔深可达60m左右。需要注意的是在灌浆过程中，浆液容易沿着套管外壁向上流动，甚至地表冒浆；如果灌注水泥浆时间过长，则可能会凝结固住套管，造成起拔困难。

其他如打管灌浆法、无塞上提灌浆法等均可适用于覆盖层灌浆，但由于处理深度等原因，在深厚覆盖层帷幕灌浆中极少使用。

深厚覆盖层灌浆，不好解决的困难：①钻孔深度难度，要使用高性能的钻机，效率才高；②孔内阻塞方式，要解决塞不好卡、浆液顺着套管上返等等难题，寻求不到好的阻塞方法，会给灌浆质量带来隐患，也严重影响进度。

4.2 覆盖层帷幕灌浆方法选择与研究

为克服本工程地质条件复杂、处理深度大、钻孔精度要求高、成孔难度大、施工强度大的技术难题，桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆研发了“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”施工技术，并已申报专利。

在桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆工程中，需要与防渗墙进行搭接，要求防渗墙施工完成后灌浆搭接方可施工，其特点是工期紧、且工程量大、施工场地开阔，根据工程条件，宜选用预埋花管灌浆自下而上阻塞灌浆法进行灌注，但孔壁填料的配合比，必须根据材料性能、加工方法、要求养护时间、施工条件和水文地质条件等具体情况，由试验确定。施工时间已不能满足孔壁填料试验要求，研究改进一种新型的代替孔壁填料的工艺迫在眉睫，经过反复研究改进，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以满足进度及质量的要求。

“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”原理如下：使用先进的进口钻机克莱姆-KR805-1岩锚钻机跟管钻孔，一次性钻透覆盖层到设计孔深（最深92m：覆盖层91m，入岩1m），套管内下设设有分段模袋（模袋安装在花管外）的花管，（在膜袋部位钻设膜袋注浆孔，注浆孔孔径大于灌浆用出浆孔孔径且不安设密封橡皮套），之后起拔套管；灌浆时采取自下而上的方式；在花管内，距孔底第一环膜袋注浆孔上方约20cm处下设气压灌浆塞，预先使用浓水泥浆，在0.3MPa的压力下膨胀模袋，起到阻塞的作用（由于灌浆用出浆孔设有密封橡皮套，低压注浆时，浆液只能从膜袋注浆孔流出填充膜袋，从而达到预先充填膜袋的目的）；当模袋充分膨胀、泌水结实后，继续升高压力，此时密封橡皮套打开，水泥浆经花管进入孔内，继续升压，按每段的设计压力，开始覆盖层灌浆。

4.3 覆盖层帷幕灌浆方法扩展

“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”在一定程度上仍受限与钻孔机械的性能，可与“孔口封闭孔内循环灌浆法”法综合运用，以提高灌浆深度及功效。

5 灌浆成果

（1）为详尽掌握覆盖层分层及构成情况，本工程灌前先导孔和灌后检查孔均进行了取芯施工，其典型芯样对比见图1。

图1 砂卵石夹孤（块）石

根据岩芯实物查看：水泥浆脉清晰可见，水泥充填使砂卵砾石有效胶结、成为整体，说明灌浆效果显著。

（2）“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”的运用，解决了深达90m的覆盖层灌浆的技术可行性难题。

灌后基坑抽水，每次每间隔4h，每次抽水1h左右，总的抽水量300～400m3。经检查，帷幕渗透系数不大于1×10-4cm/s。

6 结语

桐子林水电站深厚覆盖层灌浆工程地层构成复杂、地下动水活跃，针对传统“预埋花管法”中“填料”工序在此地质条件下难以实施且填料质量无法保障的现状，成功研发了“预设花管模袋式分段阻塞灌浆法”并得以推广应用，较好地解决了深厚覆盖层灌浆快速、高精度施工的技术难题，受水文地质条件影响小，可广泛应用于覆盖层灌浆、围堰、堤防渗漏抢险等工程。