帷幕灌漿工藝在復雜地質條件中的應用及效果分析

李洪泉，姜全兵

(江西省地礦局九一五地質大隊，江西樟樹 331202)

帷幕灌漿工藝在復雜地質條件中的應用及效果分析

李洪泉，姜全兵

(江西省地礦局九一五地質大隊，江西樟樹 331202)

以北京市大寧調蓄水庫帷幕灌漿工程為例，對帷幕灌漿施工工藝進行詳細闡述，并針對該工程地質條件較復雜的情況，總結了施工中針對性的經驗措施，分析了灌漿前后分序地層單位注漿量及透水率的變化，評價了灌漿效果。

帷幕灌漿;施工工藝;復雜地質條件;效果分析

0 前言

帷幕灌漿工藝因其操作方便、工藝程序完善、灌漿質量穩定、質量檢查方法簡便等顯著特點，被廣泛應用于水利防滲建設工程和其他基礎防滲加固的工程中。但是，由于各工程項目地質情況差別較大，采用帷幕灌漿工藝進行地基防滲加固處理時，應針對地層具體的地質情況，結合帷幕灌漿的工藝特點，合理選擇工藝參數，配備合適的設備機具，并合理調整施工工藝，確保工程質量達到設計要求。筆者結合北京市南水北調配套工程大寧調蓄水庫帷幕工程施工案例，介紹帷幕灌漿工藝的應用，并分析其灌漿效果，以拋磚引玉。

1 工程概況及施工段地質情況

北京市南水北調配套工程大寧調蓄水庫工程是保障南水北調進京來水得以充分、穩定、有效利用的重點工程。大寧水庫位于房山區長辛店鎮大寧村北河段，庫岸現有巡堤公路，交通便利，現場三通一平條件較好。

本次基巖帷幕灌漿工程位于蓄水庫工程施工第四標段(FBO+000.5～168.5)，處理堤段全長168 m，設計灌漿工程量2137.5 m。該施工段先期已經完成了混凝土防滲墻施工。根據前期地質勘探情況，該段基巖地層主要分布有砂礫巖、強風化泥巖、泥質砂巖。地層裂隙發育，其中礫巖層含礫石粒徑較大，地層較復雜。前期勘查壓水試驗揭露該施工段地層平均滲透系數5～17 Lu，滲透系數較大，局部存在明顯的病害隱患，對水庫蓄水不利，需要進行灌漿加固處理。設計采用帷幕灌漿工藝，處理深度自防滲墻底部高程始，以下12.5 m。要求加固處理后地層的綜合透水率＜3 Lu。

2 設計方案及試驗確定的工藝參數

由于設計方案只明確了孔距、排距、灌漿方式、處理范圍和質量標準，而沒有給出參考試驗參數，施工單位進駐后匯合了多方寶貴意見和以往的施工經驗，編制了詳細的試驗大綱，在報請設計、監理同意后組織工程試驗。2010年6月15日開始施工，到9月8日完成灌漿試驗檢查孔施工，歷時3個月，取得了完整的試驗成果，并據此確定了如下灌漿施工參數。

孔距:1 m，單排孔，分3序3段加密施工;

鉆孔孔徑:開孔直徑91 mm，終孔直徑75 mm;

設計灌段長:處理段長12.5 m，采用2、5、5.5 m分段方式，要求先施工第一段防滲墻接觸帶，再施工第二段，最后施工第三段;

灌漿方式:Ⅰ序和Ⅱ序孔采用自上而下灌漿法，Ⅲ序孔采用自下而上灌漿法;

灌漿比級:確定漿液水灰比為3、2、1、0.8、0.5五個比級;

灌漿壓力:分段灌漿壓力自上而下依次為0.2、0.4、0.6 MPa;

灌注材料:采用42.5普通硅酸鹽水泥，純水泥漿灌注。

3 主要施工設備

XY－2PC型鉆機2臺，XY－1A型鉆機3臺，VY－8/10型空壓機1臺，HB80/10型泥漿泵3臺，BW150/50型高壓灌漿泵3臺，HTGJ－Ⅲ型自動記錄儀1臺，KXP－1型測斜儀1臺，自制制漿機組3臺套。

4 施工工藝

帷幕灌漿施工工藝流程:自上而下鉆進→鉆孔沖洗→簡易壓水試驗(單點法)→分段灌漿→壓力封孔。

4.1 鉆孔

造孔采用XY－2PC型或XY－1A型液壓回轉式鉆機，清水鉆進。施工前期采用硬質合金鉆進工藝，因地質情況復雜，鉆進速度緩慢，后采用金剛石－復合片鉆進工藝，局部采用了風動潛孔錘鉆進。開孔孔徑91 mm，終孔孔徑75 mm。造孔過程中嚴格控制孔斜，發現孔斜超過規范要求時，及時糾正，確保其孔底偏差滿足規范要求。

4.2 洗孔

灌漿前均沖洗鉆孔，直至回水清凈時為止，沖洗壓力為灌漿壓力的80%。

4.3 壓水試驗

本工程Ⅰ序和Ⅱ序孔采用自上而下灌漿法，Ⅲ序孔采用自下而上灌漿法，各孔段灌前均進行壓水試驗，壓水段與灌漿段長相同，壓力為灌漿壓力的80%。

4.4 制漿

采用集中制漿，攪拌時間≮3 min。

4.5 灌漿

灌漿均采用3序孔分序加密進行。灌漿段長度嚴格按施工參數控制，特殊情況下適當縮減或加長。射漿管距孔底距離＜50 cm，灌漿時加強抬動觀測。

4.6 灌漿壓力

帷幕灌漿壓力分為3級，逐段升壓，分別為0.2、0.4、0.6 MPa。

4.7 漿液變換

灌漿漿液水灰比采用3、2、1、0.8、0.6五個比級。漿液先稀后濃，逐級變換。

當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時或當注入率不變而壓力持續升高時，不改變水灰比。

當某一級漿液的注入量已達300 L以上或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，改濃一級進行。

當某一級漿液注入量＞30 L/min時，根據具體情況越級變濃。

4.8 灌漿結束標準

在規定的壓力下，當單位注入率≯0.4 L/min時，繼續灌注60 min或注入率≯1 L/min時繼續灌注90 min即可結束。

4.9 封孔

灌漿孔封孔均采用壓力灌漿封孔法。

5 施工中遇到的主要困難及采取的主要措施

由于地質情況復雜，施工中遇到很多困難，包括鉆孔進度緩慢、孔壁不穩、灌漿繞塞、竄漿、抬東異常等等，對施工進度造成較大影響。針對這些問題，通過分析研究，及時采取了有效的處理措施，保障了施工正常進行。

5.1 鉆孔困難及孔壁不穩定問題

施工段主要分布有砂礫巖、強風化泥巖、泥質砂巖。其中礫巖層含礫石粒徑較大，裂隙發育，且常常和泥質砂巖交互變化，地層較復雜。前期采用硬質合金鉆進工藝，因地質情況復雜，鉆進速度緩慢。經過一段時間的探索，及時改為金剛石－復合片鉆進工藝，有效提高了成孔速度。針對個別孔段金剛石－復合片鉆進工藝效率仍然很低的情況，則采用了風動潛孔錘鉆進工藝成孔。

鑒于帷幕灌漿要求以清水鉆進保證灌漿效果，而清水鉆進對鉆孔孔壁穩定是嚴峻考驗。施工中多次出現鉆孔卡、埋事故，危及人員安全和孔內安全。為此，采取加長粗徑鉆具、安裝撈渣筒及適當減小泵量等技術措施，減少事故率，同時配備了專用的施工工具，保障發生孔內事故時及時處理。

5.2 灌漿繞塞問題

發生灌漿繞塞的主要原因是孔壁不完整或鉆孔擴徑造成的。地質情況復雜易影響鉆孔孔壁質量，諸如孔壁不光滑或孔徑擴大等等。地層產狀陡峭在灌漿加壓時也可能產生垂直劈裂，從而誘發繞塞現象。后者在工程試驗時曾多次發生，經過反復試驗，最終確定的灌漿壓力基本可以控制不誘發垂直劈裂。對于前者，解決起來要復雜得多。除在操作上采用孔內反復提拉卡位外，特別針對該項目地層設計了專用的圓柱塞球，塞球用膠和硬度經過反復實驗，既要保證膠塞的強度，又要保證塞球的柔度，使其具有良好的擴張和密封性能。此外，由于目前國內帷幕灌漿工藝通用的孔內循環止漿卡具在增加塞球后，再加壓卡塞孔壁極易發生膠塞脫落或崩裂現象，為此重新設計了新的卡具，新型卡具可多套串聯下入孔內，連續多點卡塞孔壁，精確控制塞球的膨脹程度，避免脫落或崩裂，達到止漿效果。新型卡具在實踐中發揮了巨大的作用，卡塞止漿成功率從之前的65%提高到98%，大幅減少了灌漿繞塞情況，保障了施工順利進行。

5.3 竄漿及抬動問題

此次灌漿施工常發生竄漿和抬動情況，觀察表明兩者常常伴生，且主要發生在第一段。第二、三段偶有發生，但情況輕微，竄漿時主要從相鄰孔內冒出少許漿液，之后常常是清水，觀測抬動值較小，在規范要求的可控范圍內。第一段情況則較復雜，變化較大。

發生竄漿及抬動后主要采取以下措施:(1)降低灌漿壓力和灌漿流量，低壓慢灌;(2)采取間歇灌漿法;(3)采取固結復灌法，在間歇灌漿效果不明顯，遲遲達不到結束條件時，停止灌漿，待凝12～24 h，重新掃孔復灌;(4)根據灌漿量情況適時加入速凝早強劑，減小漿液擴散范圍。通過以上技術手段，竄漿及抬動得到了較好的控制。

6 灌漿效果分析

6.1 注入量分析

本工程完成帷幕灌漿169孔，總進尺2129.5 m，總耗灰量97.56 t，總灌注量44.38 t，平均單位注入量20.8 kg/m。各序孔單位注入量見表1。

表1 單位注入量與孔序關系表

由表1看出，Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔之間單位注入量遞減明顯，灌漿效果明顯。

6.2 灌漿前后地層透水率比較

檢查孔壓水透水率和帷幕孔壓水透水率見表2。

表2 檢查孔壓水透水率與帷幕孔壓水透水率比較

由表2可以看出:

(1)灌前壓水透水率在小于3 Lu區間內的段數累計頻率為53%，而灌后檢查孔透水率在小于3 Lu區間內的段數累計頻率為100%，經灌漿后地層的滲透性顯著降低。

(2)灌前地層透水性離散程度較大，經過灌漿處理之后，地層的透水性變得異常均質。

7 結語

本次帷幕灌漿施工因地層復雜，鉆孔困難等客觀因素，施工進度緩慢，生產耗材較大。且由于孔壁質量相對不穩定，變化大，對施工設備和灌漿管提出較高的要求，施工中遇到了很多困難。由于有效的組織管理和嚴格的質量控制，以及有效的技術創新，使這些困難得以有效解決，保證了施工正常進行。通過該項目施工實踐，表明帷幕灌漿施工鉆孔和灌漿兩大工序對施工進度、質量是相輔相成的。工程質量檢查結果同時說明在本類工程的復雜地層進行帷幕灌漿施工，其工藝是充分可行的，關鍵在于施工中把握工程的特點，加強組織管理，嚴把技術質量關，特別要嚴格施工過程控制，關注技術細節，從而確保工程質量。

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Application of Curtain Grouting Technology in Project under Complicated Geological Condition and the Effect A-nalysis

LI Hong-quan，JIANG Quan-bing(No.915 Geology Party，Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Resources，Zhangshu Jiangxi 331202，China)

With the curtain grouting project of Daning regulating reservoir in Beijing，the paper discussed the curtain grouting construction process in detail;according to the complicated geological conditions，the paper also summed up the construction experiences and methods，analyzed the changes of grouting amount per unit and permeability rate in different formations before and after grouting and evaluated the grouting effect.

curtain grouting;construction process;complicated geological condition;effect analysis

TV543

A

1672－7428(2011)11－0059－03

2011－04－14

李洪泉(1961－)，男(漢族)，河南博愛人，江西省地礦局九一五地質大隊工程師，巖土工程專業，從事水利工程施工工作，江西省樟樹市，laodoowoo@sohu.com;姜全兵(1975－)，男(漢族)，江西臨川人，江西省地礦局九一五地質大隊高級工程師，探礦工程專業，從事灌漿防滲及軟基加固處理施工工作，江西省南昌市二七南路552號(330002)，114986631@qq.com。