花管帷幕灌漿在圍堰防滲中的應用

柳 慧， 林 榮 飛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

卡洛特水電站是巴基斯坦境內吉拉姆河(Jhelum)水電規劃5個梯級電站中的第4級，上一級為阿扎德帕坦(Azad Pattan)，下一級為曼格拉(Mangla)。壩址位于巴基斯坦旁遮普省與AJK 特區交界處的卡洛特橋上游1 km 處，左岸為巴基斯坦克什米爾AJK 地區，右岸為旁遮普省，下距曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km。工程為單一發電任務的水電樞紐，水庫正常蓄水位高程461 m，設計洪水位高程461.13 m，水庫總庫容1.88 億m3。該工程為Ⅱ等大(2)型工程。施工導流采用河床一次截流、隧洞導流方式，右岸布置3條導流洞。

2 圍堰設計

該工程采用全年圍堰一次性攔斷河床、導流隧洞泄流的導流方式。右岸布置3 條直徑為12.5 m的圓型導流隧洞。根據技術要求，導流洞進口圍堰采用5 a一遇標準設計，相應流量為4 660 m3/s，原設計洪水位為高程401.7 m。根據現場實際情況，經設計復核的水位為高程405.37 m。考慮到安全超高，經綜合考慮，圍堰頂高程按406.5 m設計。圍堰迎水面坡度為1∶1.25，迎水面采用塊石護坡；背水面土質邊坡坡度為1∶1.25，背水面巖石邊坡坡度為1∶0.7。圍堰采用預留巖埂+土石填筑結構，圍堰采用花管帷幕灌漿進行防滲處理。

花管帷幕灌漿技術是通過灌漿技術將水泥漿液滲透進土體中，從而有效改善土體的物理力學性能指標，提高土體的整體性，減小土體的滲透性。灌漿鋼花管采用外徑89 mm，壁厚3 mm的無縫鋼管。鋼管連接采用對口焊接，鋼管外采用3根φ20的鋼筋沿周長對稱綁焊，搭接長度每端不少于20 cm。每隔4 cm、沿鋼管管徑向每旋轉45°鉆φ6的灌漿孔，灌漿孔沿鋼管四周呈螺旋狀布置，灌漿孔用特制膠帶或凝膠密封(圖1)。

圖1 鋼花管加工圖

3 施工布置及施工工藝

在導流洞進出口圍堰附近合適的地點設置集中制漿站，安裝1臺800 L高速制漿機，漿液通過1 in(1 in=2.54 cm)供漿管由輸漿泵送到各灌漿點。水泥庫布置在空壓機房附近，滿足防雨、防潮的需要。所采取的施工工藝見圖2。

圖2 花管帷幕灌漿施工工藝流程圖

4 灌漿施工

采用偏心跟管鉆進工藝造孔，鉆孔直徑不小于108 mm，然后下設花管，采用自下而上卡塞(純壓式)灌漿工藝進行灌漿。

(1)施工順序。防滲灌漿的施工次序遵照分序逐漸加密的原則進行：先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。相鄰兩個不同次序孔的灌漿原則上應待先序孔灌完后、后序孔方可開始施工；對于有相互串漿的孔段、具備同時灌注時，可同時灌注。

(2)鉆 孔。帷幕灌漿孔布置在距堰頂混凝土公路外邊緣1.5 m處。采用YG-80風動潛孔地質鉆機鉆孔，由于覆蓋層不易成孔，需進行跟管鉆進，即鉆具帶著護壁鋼套管往下鉆進。鉆孔孔徑為108 mm,套管外徑為φ89,單根套管長度為1 m。鉆孔滿足以下任何一點均可終孔：①鉆孔至泥巖層并入巖50 cm；②若鉆孔至383 m高程仍未遇到泥巖層且383 m高程不為砂層，則可終孔；③若鉆孔至383 m高程仍未遇到泥巖層，而383 m高程為砂層，則需繼續鉆孔直至穿過砂層方可終孔。

(3)壓水試驗。灌漿前的壓水試驗應在裂隙沖洗后進行，采用“單點法”，壓水壓力為灌漿壓力的80%，壓水試驗孔數不得少于灌漿孔數的5%。壓水試驗壓入流量穩定標準：在壓力穩定的前提下，每5 min測讀一次壓水流量，連續四次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時，本階段試驗即可結束，并取最終值作為計算值。

(4)花管的安放。鉆孔終孔后進行花管的安放。安放時，應沿孔中心線緩慢下設，花管應高出地面0.1 m。花管為內徑89 mm的鋼管，每隔4 cm、沿鋼管管徑向每旋轉45°鉆φ6的灌漿孔，灌漿孔沿鋼管四周呈螺旋狀布置，小孔采用塑料薄膜包裹。灌漿時，其壓力將小孔外的塑料薄膜沖開，漿液進入地層。

(5)灌注套殼料。采用天然砂或人工砂作為套殼料。

(6)起拔套管。待套殼料灌注完畢、用液壓拔管機將護壁鋼套管緩慢拔起。

(7)灌漿段長。每段灌漿段長為1 m。

(8)灌漿方式。采用自下而上卡塞(純壓式)灌漿工藝進行灌漿。

(9)下設灌漿卡塞。采用水壓單塞作為灌漿卡塞，其具有良好的密封性和承壓能力。將灌漿卡塞下設到需要灌漿的位置，泵水加壓使其膨脹并鎖定壓力。

(10)漿液比級和變換條件。制漿站拌制0.5∶1純水泥漿液，由送漿泵送至灌漿部位。灌漿時采用1∶1和0.5∶1兩個比級的純水泥漿液，當吸漿量較大時，改用0.5∶1∶1的水泥砂漿進行灌注。

開灌比級為1∶1，當灌注量達到200 L時，更換0.5∶1漿液進行灌注。累計灌注水泥漿液達到300 L時，改用0.5∶1的水泥砂漿進行灌注。

(11)灌漿壓力及結束標準。采用0.5 MPa的壓力進行灌漿。結束標準：①在規定壓力下累計灌注水泥漿液達到300 L且吸漿量不大時可結束本段灌漿；②在規定壓力下累計灌注水泥漿液達到300 L且吸漿量較大時，改用0.5∶1∶1的水泥砂漿進行灌注，累計灌注水泥砂漿200 L時結束本段灌漿。

(12)特殊情況的處理。①對于有地下水的鋼花管灌漿孔，測定其涌水流量、地下水壓力，灌漿時可適當增加灌漿壓力，灌漿工作結束后做屏漿措施。屏漿時間不少于1 h，然后用機械封孔法封孔。②鉆孔過程中，注意回水顏色地層的變化，遇有斷層、破碎帶、地下涌水及其它異常現象時須及時匯報。③因故中斷灌漿工作要盡快恢復灌漿，恢復灌漿時使用開灌水灰比的漿液灌注；如注入率與中斷前相近可改用中斷前水灰比的漿液灌注；如恢復灌漿后，注入率較中斷前減少很多且在短時間內停止吸漿，則須報告有關單位研究相應的處理措施。④灌漿過程中，如遇冒漿、串漿、漿液變濃等情況，采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌注等方法進行處理并詳細記錄，同時將采取的處理措施、結果通知有關單位。⑤鉆孔穿過斷裂構造發育帶發生塌孔、掉塊或集中滲漏時立即停鉆，查明原因，采取壓縮段長進行灌漿處理后再進行下一段的鉆灌作業。⑥鉆灌過程中如發現灌漿孔串通時，待查明串通量和串通孔數、范圍后，按灌漿技術要求處理。

(13)封 孔。灌漿完畢，應排除鉆孔內的積水和污物，采用壓力灌漿法或機械壓漿法進行封孔。封孔結束后，采用干硬性預縮水泥砂漿封填孔口局部回空部分，壓實抹光且與混凝土面齊平。

5 質量檢查

檢查孔的壓水試驗在該部位灌漿結束后3～7 d后進行。灌漿檢查孔的數量為灌漿孔總數的5%。灌漿質量檢查以進行壓水試驗檢查為主，采用“單點法”。壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，并結合分析灌漿資料和成果進行綜合評定。其成果采用透水率q表示，單位為Lu。計算公式為：

q=Q/PL

式中q為透水率，Lu；Q為壓入流量，L/min；P為作用于該段的全壓力，MPa；L為該段段長，m。

質量標準：灌漿后隧洞圍巖的滲水率小于5 Lu。灌漿后的壓水試驗質量檢查其孔段的合格率在85%以上；不合格孔段的透水率值不超過設計規定值的150%且不集中，灌漿質量認為合格。

6 質量保證措施

(1)在灌漿施工中，應通過現場試驗對布孔方式、灌漿參數及漿液配比作進一步調整，并在以后的灌漿施工過程中根據現場實際情況進行適當調整，以確保灌漿效果。

(2)灌漿過程中，要采取相應的措施防止堵管，如多做試驗、選定合理的凝結時間，注意壓力的變化，若壓力升高時要及時提升芯管。

(3)每鉆完一個灌漿段長須進行測斜，如發生偏斜應及時糾偏。

(4)采用新鮮水泥，不能使用受潮結塊的水泥。

(5)嚴格控制各級水灰比。由集中制漿站輸送的漿液經釋稀后測定漿液比重，所測定的漿液比重應符合各級水灰比漿液的標準比重后使用。

(6)壓力表經過率定、校準后使用，保證計量準確。

(7)嚴格控制灌漿結束標準：在設計灌漿壓力下，注入率符合規范標準并達到規定的屏漿時間方可結束灌漿，不得提前結束灌漿。

(8)施工現場派專人負責并做好記錄。

7 施工安全保證措施

(1)上崗人員必須進行安全培訓后才能上崗工作。

(2)在各施工區、道路及生活區設置足夠的照明系統。

(3)施工供電由專職人員負責，維護人員必須熟悉和掌握供電安全技術操作規程。

(4)對供電設備和線路必須經常進行檢查，發現隱患及時處理和排除故障，并進行預防性檢修。

(5)電氣設備發生火災時，應立即斷開有關電源進行撲救。對可能帶電的設備應使用絕緣滅火器，禁止用泡沫滅火器或水滅火。

8 結 語

(1)若要達到鋼花管灌漿加固的預期效果，灌漿工藝的選擇非常重要。施工過程中，應嚴格按照設計要求的工序進行認真細致的操作，以滿足設計灌漿壓力和灌漿量的要求，否則難以達到預期的效果。

(2)鋼花管灌漿加固技術處理對土體具有一定的改良復合作用，可改善土體結構，有效提高土體的抗滲能力。但在實際運用中，應注意單純采用鋼花管灌漿加固技術處理的適用范圍，綜合考慮具體的水文地質狀況、地形地貌、巖體構造等條件。