淺析砂卵石地基帷幕灌漿施工

孫 超

(中國水電基礎局有限公司， 天津 武清 301700)

淺析砂卵石地基帷幕灌漿施工

孫 超

(中國水電基礎局有限公司， 天津 武清 301700)

砂礫石地層透水率較大，要形成一道完整防滲帷幕需選擇合適的技術參數，目前，國內外對砂礫石地層的灌漿還沒有一套完整的理論及實踐體系，都是根據工地的不同特點通過試驗來確定帷幕灌漿技術參數。青海海西州黑石山水庫砂礫石灌漿采用水泥黏土混合漿液，實施低壓、短段長花管灌漿法，達到了預期效果，該案經驗可以供其他工地參考使用。

砂礫石膠結礫巖； 帷幕灌漿； 壓力； 段長

1 依托項目簡介

黑石山水庫位于青海省海西州德令哈市以北4km 處的巴音河黑石山山口，是巴音河上一座以灌溉、防洪為主結合發電、旅游、養殖業等綜合效益的中型水庫。

樞紐建筑物存在的主要問題為主壩壩體右岸滲漏、副壩壩下滲漏。由于右壩肩深厚的砂礫石層，水庫蓄水后存在繞壩滲漏問題。黑石山水庫壩體為砂礫石堆積壩，壩體基礎為砂礫石—膠結礫巖組合地層，透水率較大。

黑石山水庫除險加固工程重中之重在于副壩防滲體系的建立，防滲主要工藝是砂礫石地層中的帷幕灌漿。

2 砂礫石地層帷幕灌漿的發展情況

中國的砂礫石地層灌漿始于20世紀50年代，曾在北京密云水庫、河北岳城水庫等大型工程中進行應用，并在1963年由原水利電力部水利水電建設總局主持制定了《水工建筑物砂礫石基礎帷幕灌漿工程施工技術試行規范》，但后來沒有修訂，一直沿用到2012年，在2012年3月，頒布了最新版的《水利水電工程覆蓋層灌漿技術規范》，此規范中亦沒有強制性的施工技術要求，只是籠統地對覆蓋層灌漿給予了指導性意見。

3 砂礫石地層帷幕灌漿施工工藝綜述

砂礫石地層帷幕灌漿是通過地質鉆機鉆孔，膨潤土泥漿固壁，分段鉆進，通過灌漿泵將水泥—膨潤土混合漿液壓入地層中，形成一道封閉的阻水帷幕，從而減弱水流的滲透。

4 砂礫石地層帷幕灌漿施工工藝

4.1 施工工藝流程

帷幕灌漿施工工藝流程見下圖。

4.2 鉆孔鉆頭及固壁泥漿的選擇

砂礫石地層通過地質巖心鉆機鉆孔，地層結構松散，透水率大，不宜成孔，鉆孔過程中塌孔卡鉆現象嚴重，為保證鉆孔能夠順利進行，提高鉆孔功效，需選用合適配比的泥漿進行固壁，如果條件允許，可選用液壓跟管鉆機鉆孔下設鋼管成孔(僅適用于帷幕非灌漿段)。

a.巖心地質鉆機的鉆頭選擇。通過灌漿鉆孔實驗，砂礫石巖地層對鉆頭的磨損相當嚴重，普通金剛石鉆頭鉆進30～50m就需要更換，耗材嚴重，并且與操作手的經驗有相當大的關系，熟練操作人員通過鉆桿及鉆機的外部反應可以判斷出鉆頭是否需要更換，而如果操作人員技術不到位，鉆頭很容易燒卡在孔內，造成孔故。

通過不斷研究，最終選取了XY-2型地質鉆機作為主要生產設備，選用帶合金顆粒的復合片鉆頭，對砂礫石地層具有較好的適用性，此類鉆頭鉆進接觸面較大，質地比較堅硬，對砂礫石地層穿透力很好。

b.固壁泥漿的配合比選擇。砂礫石地層結構松散，不宜成孔，實踐過程中選擇了幾組膨潤土漿液配合比：3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1，開始為了節約成本，選擇稀漿配比，漿液遇到塌孔后迅速滲漏，導致成孔部位坍塌，發生埋鉆事故，并且稀漿液配比對于孔內的沉渣懸浮效果不是很理想。最終選擇0.5∶1的漿液，效果明顯，能夠達到預期效果，但是，漿液的回收需要專人負責，人力資源投入較大，濃漿的送漿、返回利用對設備的損傷較大。

4.3 鉆孔、灌漿段長的選擇

砂礫石地層鉆孔、灌漿的段長不宜過長，可參考范圍為1.0～2.0m，很少有超過3.0m的，在第一段或者孔口管下第一段一般建議段長為0.5m，第二段為1.0m，第三段以下為2.0m。由于砂礫石地層的不確定性，如果塌孔或孔口不反水，段長縮短，取1.0m。

4.4 砂礫石地層帷幕灌漿漿液的選擇

砂礫石地基灌漿通常使用水泥黏土漿液，也有使用純水泥漿的，空隙較大時，可使用水泥砂漿，或由多種材料拌制的膏狀漿液等。

水泥黏土漿的主要優點是穩定性好，注入能力強，防滲效果好，在許多情況下可就地取材，因而價格便宜。

水泥黏土漿中黏土和水泥的比例應根據工程要求和地質條件而定，在一般情況下，對于永久性工程，可采用水泥∶黏土=1∶1～1∶4，干料∶水=1∶1～1∶3，漿液穩定性小于0.02，析水率小于2%，黏度不大于60s(500/700漏斗黏度計)，漿液結石28d抗壓強度不小于0.3MPa或0.5MPa。

進行多排孔帷幕灌漿時，邊排孔宜采用水泥含量較高的漿液，中間排孔可采用水泥含量較低的漿液。另外帷幕淺部也宜采用水泥含量較高的漿液。臨時性的工程可適當減少水泥含量，甚至使用黏土漿。有時候一個工程的地基由多種地層組成，這就要針對不同地層選用不同的漿液。

黑石山水庫大壩帷幕灌漿屬于永久性工程，采用水泥∶黏土=1∶2～1∶4，干料∶水=1∶2。帷幕灌漿檢查孔效果非常良好。

4.5 帷幕灌漿方法的選擇

目前，國內外主要采用的灌漿方法有循環鉆灌法、預埋花管法、套管灌漿法和打管灌漿法。其中，循環鉆管法是中國獨創的一種灌漿方法，也稱邊鉆邊灌法。這種方法是在沖積層中自上而下逐段進行鉆孔和灌漿，各段灌漿都在孔口封閉。循環鉆灌法后來被擴展到巖石地基灌漿施工中，并加以改進，發展成為目前普遍采用的孔口封閉灌漿法。

黑石山水庫采用的是循環鉆灌法，特別不宜成孔的孔段結合固定短花管鉆具灌漿法，選擇一根長度約1.0m左右的廢棄鉆桿，底部焊接成子彈頭形，方便下鉆，短花管每隔15cm長在鉆管壁打花孔，孔徑約為10mm，每排鉆5孔，在花管下設前，管內填塞物選擇大粒工業鹽，防止外側的土礫堵塞花孔，灌漿前先通過注水或稀釋水泥漿將工業鹽顆粒融化，然后根據不同的漿液比進行灌漿。

循環鉆灌法的特點：?適宜于砂卵礫石中灌注水泥黏土漿或水泥漿；?在鉆孔的過程中，利用循環泥漿對地層進行灌漿；?由于每段灌漿都是在孔口封閉，各個灌漿段可以得到多次復灌，因而灌漿質量好；?與預埋花管法相比，可以節省大量的管材；?工序相對比較簡單，操作容易。

循環鉆灌法的缺點：?由于鉆灌工序交替進行，因此工效相對較低；?各段灌漿均在孔口封閉，灌漿時地表常冒漿嚴重，即使進行深部灌漿，也不能使用很高的灌漿壓力；?當覆蓋層由多種地層組成，需要灌注不同類型漿液時，難以施工。

5 灌漿結束條件與封孔

各孔段灌漿的結束條件應根據地層情況、帷幕的防滲標準以及灌漿孔所在的部位等由試驗確定。一般采取下列兩種方法：

a.達到設計最大灌漿壓力，注入率不大于2L/min，或停止吸漿，持續時間已達15～30min，可以結束該段灌漿。

b.注入干料量已達到規定的限值后結束灌漿。

邊排孔達到上述兩條件之一即可，中排孔應達到條件a。

注入干料的限量因工程和地質條件而異。在一般地質條件下，孔距為3m的灌漿孔，每米注入干料的限量多為3～5t/m，在滲透性大的砂礫石地層中，達到3～9t/m。循環鉆灌法宜采用a為結束條件。

灌漿孔灌漿結束后可采用導管法向孔內注入水泥砂漿，或采用全孔灌漿法進行封孔。灌漿孔需保留時，可在孔內回填中砂，孔口加塞保護。

黑石山水庫孔距為2.0m，該案例的特殊性質在于特殊地段及特殊段次采用多次復灌才能達到灌漿效果，復灌分為兩種情況，一種為本孔或本段不能達到結束標準，且吃漿量在5t以上，停止本孔或本段次的灌漿，待凝24h掃孔復灌；另一種為達到結束標準發現其相鄰孔不反水不回漿或者不能達到結束標準的，結束的灌漿孔采用掃孔復灌手段，以加強相鄰空的帷幕效果。

6 結 語

砂礫石地層帷幕灌漿沒有一成不變的灌漿法則，該案例總結出的灌漿經驗可以概括為短段長、低壓力、常復灌采用混合漿液的鉆灌循環灌漿方法，能夠滿足黑石山砂礫石地層帷幕灌漿工程的需要，并且達到了預期的設計效果，可以作為其他工程的借鑒參考。

[1] 孫釗.大壩基巖灌漿[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 陳吉余.中國圍海工程[M].北京:中國水利水電出版社,2000.

[3] 嚴愷.中國海岸工程[M].南京:河海大學出版社,1992.

On curtain grouting construction of sand and gravel foundation

SUN Chao

(SinohydroFoundationEngineeringCo.,Ltd.,Wuqing301700,China)

Sand and gravel stratums have higher permeable rate. Suitable technical parameters should be selected in order to form a complete anti-seepage curtain. Currently, there is no complete theory and practice system about the grouting of sand and gravel stratums at home and abroad. The technical parameters of curtain grouting are determined through tests according to different characteristics in construction site. Cement clay grouting mixure is adopted for sand and gravel grouting in Qinghai Haixi Prefecture Heishishan Reservoir. Low pressure and short segment length floral tube grouting methods are applied to reach desired effects. The experience can be used as reference for similar construction sites.

sand and gravel cemented conglomerate; curtain grouting; pressure; segment length

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.004

TV543+.5

A

1005-4774(2017)04- 0013- 03