預埋管灌漿技術在深厚覆蓋層固結灌漿中的應用

郭 軍， 康 永 珍， 譙 磊

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐工程，為葉爾羌河干流梯級規劃“兩庫十四級”中的第十一個梯級,具有在保證向塔里木河生態供水和灌溉用水的前提下滿足防洪、發電等綜合利用功能。水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位高程1 820 m，最大壩高164.8 m，電站裝機容量為755 MW。該樞紐為大(1)型Ⅰ等工程。河床覆蓋層總體劃分為兩大層：上層Ⅰ巖組含漂石砂卵礫石層厚度為4.7～17 m；下層Ⅱ巖組沖積砂卵礫石層厚度為36～87.4 m,其分界面以河床普遍分布的一層似礫巖的砂卵礫石膠結層為標志。壩基河床覆蓋層Ⅰ巖組為含漂石砂卵礫石層，顆粒粗大，滲透系K=2.9×10-1cm/s，Ⅱ巖組為砂卵礫石層夾有多層缺細粒充填卵礫石(強滲層)，砂卵礫石層滲透系數K=3.5×10-1cm/s，缺細粒充填卵礫石層滲透系數K=5 cm/s，均屬強透水層。覆蓋層固結灌漿設計孔深為10 m，灌漿分段進行，接觸段灌漿段長2 m,第二段、第三段段長均為4 m,灌漿壓力控制在0.1～0.2 MPa。灌漿結束28 d后采用地震波縱波速檢測得知：經灌漿后波速明顯提高，基本消除了縱波波速2 200 m/s以下的低波速段。

2 施工難點

(1)為保障后續大壩填筑，河床砂礫石固結灌漿工期為6個月，需完成15 000余m的灌漿量，工期緊，施工難度大。

(2)由于該工程是在砂礫石覆蓋層中施工，易造成鉆孔過程中塌孔、卡鉆、成孔率低等問題。

(3)該工程固結灌漿采用潛孔鉆跟管鉆進、預埋灌漿管的施工工藝，灌漿管對各道工序流程要求非常高，包括預埋管下設、套管拔出等，如果施工過程中任何一環出現問題，將會影響到預埋管的合格率。

(4)預埋灌漿管完成后，對孔口段的封閉是覆蓋層固結灌漿的關鍵點和難點，孔口段封閉不密實或待凝時間達不到要求將嚴重影響各段的灌漿質量。

3 預埋管灌漿施工方案

河床砂礫石固結灌漿采用自上而下純壓式灌漿工藝，灌漿在預埋的三根、不同長度的灌漿花管內進行。

3.1 工藝流程

預埋管灌漿工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 鉆 孔

覆蓋層砂礫石固結灌漿鉆孔選用哈邁P-90型風動鉆機，鉆孔方法采用偏心跟管鉆進工藝，配φ146鉆具，跟管直徑為150 mm。蓋重為2 m,設計灌漿孔深10 m，鉆孔總深度為12 m,灌漿孔間排距均為2 m，固結灌漿孔的開孔孔位按施工圖紙要求布置，偏差不大于10 cm。

3.3 預埋管的制安

砂礫石固結灌漿管選用外徑為20 mm、內徑為10 mm的高強度硬質塑料管,采用熱熔焊接。預埋管灌漿部位采用花管、每隔20 cm布置一環出漿孔，孔徑為10 mm，每環上設置2個對穿孔，花管孔采用橡膠套保護、防水膠布固定，灌漿時采用壓力水開孔。預埋灌漿管時,灌漿管位置應盡量放在孔位中心，呈三角狀，灌漿管應按不同段次依次進行埋設，長度分別為12 m、8 m、4 m,三根灌漿花管長度分別為4 m、4 m、2 m,完成預埋后回填混合碎石細砂將預埋管包裹密實；當回填料距孔口2 m時，為防止孔口附近部位冒漿，拔出套管后，采用水泥砂漿填滿至孔口并待凝24 h(圖2)。

圖2 灌漿管預埋示意圖

3.4 灌 漿

灌漿采用3SNS型灌漿泵自上而下純壓式灌漿，GJY-7型灌漿自動記錄儀記錄。灌漿分段進行，接觸段灌漿段長度為2 m,第二段、第三段段長均為4 m,灌漿壓力為0.1～0.2 MPa。先灌注4 m管，再灌注8 m管，最后灌注12 m管，灌漿管距孔底不大于50 cm，灌漿按先周圍邊排、后中排分序加密的原則進行，分兩序施工。漿液比級選用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1六級水灰比。漿液比級按由稀至濃的原則逐級變化，在最大設計壓力下，注入率不大于2 L/min，繼續灌注30 min結束。灌漿完成后，采用最濃一級的漿液封孔。待灌漿施工完成后，將高出覆蓋層基面的預埋管割除。

4 預埋管灌漿法施工具有的技術特點

(1)原工藝是每一灌漿段成孔后采用孔口封閉法進行灌漿，調整工藝后的灌漿是通過預埋管進行，一次成孔后通過三根預埋管完成三段灌漿，各段互不干擾，從而提高了施工效率，有效縮短了施工工期30%，節約鉆孔成本49%，減少水泥損耗5.9%。

(2)預埋管安裝過程中回填料分層下料，杜絕了一次將回填料填入孔內。起拔套管應緩慢向上提升，以確保回填料緩慢沉降，避免預埋管變形或偏移。

(3)為避免固結灌漿過程中水泥漿液隨砂礫石裂隙縫向孔口冒漿而影響固結灌漿質量，在預埋管埋設完成后，對孔口2 m范圍填充水泥砂漿，待凝24 h后進行覆蓋層固結灌漿施工。

(4)覆蓋層套閥管灌漿法鉆孔過程中輔助工作繁多，套閥管下設完成后需待凝3 d以上，灌漿前應先進行開環，開環采用水固比為8∶1～ 4∶1的稀黏土水泥漿或清水持續灌注5～10 min，然后換用灌漿漿液進行灌漿。預埋灌漿花管孔采用橡膠套保護，由防水膠布固定，灌漿時采用壓力水開孔，開孔合格率達98%以上,相對于套閥管灌漿法，預埋管灌漿法既能提高施工進度，還能節約施工成本，灌漿效率更高。

(5)沉管灌漿法適用于松散覆蓋層孔深15 m以內、壓力較低的灌漿，自下而上分段上提施工。而預埋管灌漿法對覆蓋層地層沒有限制，鉆孔采用偏心跟管鉆進工藝，可以減少因地質原因造成的成孔率低的問題。自下而上分段灌漿亦加大了施工難度，灌漿段卡塞的好壞將直接影響灌漿效果，預埋管灌漿法采用的是自上而下灌漿，且通過三根預埋管完成三段灌漿，各段互不干擾。預埋管灌漿法工藝簡單，便于現場施工作業人員很快掌握。

5 施工成果檢查

本次固結灌漿Ⅰ序平均耗灰量為466.527 kg/m，Ⅱ序平均耗灰量為192.925 kg/m。根據施工圖要求，其質量采用地震波測試方法進行檢測，在灌漿結束28 d后進行。質量檢測單孔縱波共檢測9個孔，跨孔縱波共完成9組，其成果見表1。

表1 覆蓋層預埋管固結灌漿試驗地震縱波速度統計成果表

該覆蓋層經固結灌漿施工后對單孔和跨孔地震縱波速度進行分析得知：河床砂礫石固結灌漿共73個單元，各單元灌后單孔和跨孔地震縱波平均波速均在2 222～2 335 m/s范圍內，地震波速大于2 200 m/s的點所占比例均大于95%。所有檢測孔均滿足設計要求。

6 結 語

阿爾塔什大壩基礎為典型的覆蓋層壩基基礎，通過對大壩覆蓋層采用預埋管固結灌漿的研究，不但可以降低工程成本，而且確保了總體工程節點進度目標的實現。覆蓋層預埋管灌漿法在工程應用中取得了良好的效果，可供類似工程參考。