膏漿灌漿在深水拋石圍堰防滲施工中的應用

廖 勇

(中國水利水電第三工程局有限公司，西安 710016)

文章編號：1006—2610(2015)04—0059—03

膏漿灌漿在深水拋石圍堰防滲施工中的應用

廖 勇

(中國水利水電第三工程局有限公司，西安 710016)

東北某供水工程庫區深水拋石圍堰防滲施工中由于條件限制,圍堰的填筑材料，只能采用隧洞開挖石碴，在庫區深水拋筑圍堰，最大水深31.6 m，在水下自然堆積體上進行防滲施工。采用膏漿灌漿與常規水泥灌漿組合的方式，成功解決了圍堰防滲問題。經基坑抽水后驗證，圍堰體整體防滲效果良好。

深水拋石；圍堰；防滲；膏漿灌漿；施工；工藝

0 前 言

在庫區深水拋石填筑圍堰體上進行防滲施工，由于圍堰體是深水拋石、無碾壓、自然堆積而成，如果防滲方案采用混凝土防滲墻，會因堰體為塊石架空結構，在槽孔建造過程中極易發生嚴重的固壁泥漿漏失、槽孔坍塌現象；如采用常規灌漿防滲，漿液擴散無法控制，水下漿液分散嚴重，導致材料浪費，并且防滲效果也無法達到理想的狀態。采用膏漿灌漿與常規水泥灌漿組合的防滲方案，在很大程度上解決了這些問題，提高了對復雜地層的防滲灌漿質量，為基坑抽水、開挖創造有利條件。

1 工程概況

東北某供水工程，進水口位于水庫庫區，圍堰長81.7 m，堰頂高程307.6 m，頂寬6.0 m，最大堰高34.0 m。圍堰地質情況分為2部分：上部為圍堰填筑體，主要是隧洞開挖石碴料(花崗巖)。由于是在冬季填筑，庫水面結冰，開挖出碴料間斷填筑，存在大量空腔，屬于強透水地層。圍堰體底部有厚0～1.5 m的庫區沉積層，沉積層以下為基巖，基巖巖性較單一，均為元古界二長花崗巖，分布面積大，無規模較大的構造通過，節理發育中等，兩側岸坡現狀穩定。圍堰基巖為強～弱風化花崗巖，弱～中等透水。

就該工程圍堰防滲而言，有以下特點：

(1) 圍堰位于庫區內，所在區域水位較深，最深達到31.6 m，圍堰的防滲效果對后續工程的安全施工具有重大意義。

(2) 圍堰使用期間一直處于高水頭，水位變化受季節影響很小。圍堰坡腳處要垂直開挖，下臥30 m設進水口，爆破作業距防滲帷幕軸線54 m，對帷幕體影響較大。

(3) 堰體填筑采用鉆爆法隧洞挖石碴料，級配極差，深水拋石填筑，塊石架空結構，孔隙率較大，目前中國少有類似工程的防滲施工經驗可以借鑒。

2 防滲方案

根據該供水工程圍堰地層特性，圍堰防滲采用膏漿灌漿與常規水泥灌漿組合的防滲方案。由2排膏漿灌漿、2排常規水泥灌漿組成。

2.1 灌漿孔布置要求

膏漿灌漿排距為3.5 m，孔距1.0 m，常規水泥灌漿位于2排膏漿孔中間，排距1.0 m，孔距2.0 m。膏漿灌漿進入弱風化基巖1.0 m，常規水泥灌漿進入弱風化基巖5.0 m，且基巖透水率不大于5 Lu，否則要加深灌漿孔到滿足透水率的要求為止。

2.2 施工順序

先施工下游排，再施工上游排，后施工中間排，各排孔均分3次序施工。

2.3 灌漿防滲標準

堰體透水率小于7.0 Lu，基巖透水率小于5.0 Lu。圍堰防滲結構形式見圖1，孔位布置見圖2。

圖1 圍堰防滲結構形式圖 單位：m

圖2 孔位布置圖 單位：m

3 施工難點及對策

3.1 鉆 孔

目前中國覆蓋層鉆孔一般采取地質鉆機泥漿固壁，或風動潛孔錘跟管鉆進這2種工藝。地質鉆機鉆孔效率低，投入的鉆機、人員多，地層越復雜成孔效率越低；風動潛孔錘跟管鉆進，是克服疏松、破碎砂卵礫石等復雜地層較為有效的方法。潛孔錘可配偏心跟管或同心跟管，偏心跟管遇大塊石地層，因為偏心鉆頭在回轉離心力作用下打開受到大塊石的阻礙，鉆頭回轉阻力大，鉆進困難，易發生偏心塊掉孔內事故；同心跟管雖然能克服這個問題，但地層塊石硬，套管鉆頭鍵槽磨損大，鉆孔成本高。風動潛孔錘跟管鉆進，要克服套管與地層之間的磨擦阻力，套管向下的跟進動力作用在套管底部，而跟進動力取決于潛孔錘的沖擊功。潛孔錘的沖擊功是一定量的，套管跟進越深磨擦阻力越大，鉆進越困難，通常20 m以內孔深跟管鉆孔效率高。

根據本工程的地層情況，采用一種全新的鉆孔工藝，利用改裝的KLEMM401型全液壓履帶鉆機，清水作為沖洗液，液動錘頂驅套管鉆進成孔。?133 mm(壁厚12 mm)鋼套管配外徑155 mm、內徑108 mm的球狀合金冠狀鉆頭，?89 mm鉆桿配?105 mm的球狀合金中心鉆頭，全斷面清水沖洗鉆進。鉆至基巖后，提取出內鉆桿和中心鉆頭，套管留孔內護壁等待灌漿。基巖防滲灌漿鉆孔，采用潛孔錘鉆進。

3.2 膏漿灌漿

該工程采用的膏漿灌漿是在防滲帷幕

軸線上、下游各形成1排封閉體，控制中間排常規水泥灌漿的擴散范圍，提高帷幕的防滲質量。

膏漿的性能應具備流動性小，凝結時間可控，在靜水中抗分散，結石率高，28 d抗壓強度大于10 MPa，普通3缸柱塞泵可以直接灌漿。

采用套管護壁自下而上純壓式灌漿方法，起拔套管控制灌漿段長。 跟管鉆進至終孔孔深后，在套管內下灌漿栓塞，卡塞位置盡可能靠近套管底部，射漿管長度按伸出套管底部1.5 m控制，射漿管下部0.5 m采用花管的形式。通常射漿管花管太長，在灌漿過程中花管下部經常發生漿液沉積堵塞，漿液從上部花管流出，影響灌漿質量。每灌一段都要取出栓塞檢查、疏通射漿花管。采用較短的射漿花管可以避免發生堵塞現象。為了減小沿灌漿段內地層的可灌性不均勻問題，灌漿段宜短，不宜長，按1.5 m控制。在段內采取短間隔起拔套管連續灌漿法，一般1.5 m段長分3次起拔套管，每次起拔0.5 m，邊拔管邊灌漿，拔管不停灌漿泵，連續進行灌漿作業。考慮到受灌地層的特殊性，灌漿段長一點，可加快施工進度，但灌漿質量不易保證。因為段長越長，灌段內地層各個水平斷面的可灌性差異就越大，在壓力、流量一定的情況下，漿液主要在相對大的地層通道內擴散，在較小通道的擴散范圍會受到影響，因此縮短灌漿段對質量有益。

膏漿采用的材料為：水泥(P.O.42.5)、膨潤土(納基)、偏鋁酸納和水等。經室內試驗和現場調試，采用三級水灰比：1∶1、0.8∶1、0.6∶1，膨潤土摻量12.0%，偏鋁酸鈉摻量0.2%。

4 施工工藝

4.1 施工工序

膏漿灌漿施工工序：鉆、灌準備(測量放孔位、設備安裝就位) →?133 mm跟管鉆孔至嵌入到基巖1.0 m→在套管內下灌漿栓塞→自下而上分段起拔套管、膏漿灌注…循環直至全孔灌漿結束→封孔。

常規水泥灌漿施工工序：鉆、灌準備(測量放孔位、設備安裝就位) →?133 mm跟管鉆孔至嵌入到基巖1.0 m→?75 mm潛孔錘鉆基巖5 m→下栓塞壓水試驗、透水率大于5 Lu需加深5 m…直至滿足透水率小于5 Lu終孔→自下而上分段進行基巖、堰體(起拔套管) 常規水泥灌漿→全孔灌漿結束封孔。

4.2 灌漿段長、灌漿壓力

膏漿灌漿：段長按1.5 m控制，灌段內間隔起拔套管應滿足下列條件之一：① 灌漿壓力上升到設計壓力的80%以上，注入率持續減少至10 L/min；② 注入量達到1 000 L；③ 灌注時間達到1 h。灌漿壓力采用0.6 MPa。

常規水泥灌漿：基巖部分段長5 m，圍堰體部分段長4.5 m(3根套管長)。Ⅰ序孔灌漿壓力采用0. 8 MPa，Ⅱ、Ⅲ序孔壓力采用0. 6 MPa。

4.3 灌漿結束條件

膏漿灌漿和常規水泥灌漿均是在達到設計壓力下，當注入率不大于1 L/min，延續穩定灌注10 min后，灌漿即可結束。

5 特殊情況處理

(1) 灌漿段注入量較大，灌漿難于結束時，根據情況采取降壓、變濃漿、限流、限量、間歇等方法進行處理。

(2) 灌漿孔與鉆進孔發生串漿時，停止鉆孔作業，在鉆孔套管內卡塞封堵，待串漿段灌結束后，再繼續鉆進。

(3) 灌漿因故中斷，應在孔內漿液尚未終凝前，采用鉆機液動錘或拔管機活動套管，防止套管被“鑄死”孔內。恢復灌漿不進行鉆孔沖洗，若孔內漿液已初凝，應先進行掃孔后，再恢復灌漿。

6 灌漿效果

(1) 該供水工程圍堰灌漿區域內共布置了28個檢查孔，采用單點法進行壓水試驗。所有壓水試驗成果所得透水率均小于設計要求，其中堰體最大透水率為5.37 Lu，符合設計要求。

(2) 該工程采用膏漿灌漿與常規水泥灌漿組合的防滲方案，施工結束后，基坑抽水順利，圍堰滲漏量小，2″潛水泵間歇運轉就能維持基坑排水，防滲效果好。

7 結 語

采用膏漿灌漿可以有效解決松散堆積體空隙率大、架空地層造成的大耗漿量，漿液擴散不可控、水下易分散、積石率低等灌漿難題。對防滲要求高的工程，膏漿灌漿結束后，還應進行常規水泥灌漿，才能達到好的防滲效果。

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Application of Paste Grouting in Impervious Works of Riprap Cofferdam in Deep Water

LIAO Yong

(Sinohydro Bureau 3 Co., Ltd., Xi'an 710016, China)

Restricted by material availability, the excavated debris only can be applied for construction of the riprap cofferdam in deep water in one reservoir for the water supply project in Northeast China. The deepest water where the cofferdam is built by riprap is 31.6 m. The impervious works is constructed on the naturally piled mass under water. By application of the combination of the paste grouting and the conventional grouting, impermeability of the cofferdam is successfully achieved. Verified by pumping water from the foundation pit, the total impermeability of the cofferdam is excellent. Key words: riprap in deep water; cofferdam; impermeability; paste grouting; construction; technology

2015-03-31

廖勇(1963- )，男，重慶市綦江區人，高級工程師，主要從事基礎處理施工與研究工作.

TV551

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.015