砂砾石帷幕灌浆质量控制措施

砂砾石帷幕灌浆质量控制措施

何炳贵

何炳贵

葛洲坝伊犁水电开发有限公司新疆伊犁835600

摘要：坝基防渗处理的目的，是最大程度地减少渗漏量、降低坝基扬压力、控制坝基的渗流坡降、防止渗流破坏等。要达到上述目的，目前采用的最行之有效的方法就是坝基帷幕灌浆施工技术。本文主要就砂砾石地层帷幕灌浆技术的质量控制要点做了阐述。

关键词：砂砾石；帷幕灌浆；钻孔；串浆；漏浆

一、概述

砂砾石地层在我国分布十分广泛，是水电工程中常常遇见的复杂地层。砂砾石地层因其颗粒间胶结性差，渗透性强，且渗透孔隙分布不均等复杂特征带来了容易垮塌、透水、管涌等一系列对工程不利的问题。帷幕灌浆技术由于工期短、见效快、适用面广、设备简单、占地面积小、对环境影响小、易于控制等优点，在大坝坝基防渗处理中得到广泛应用。过去有许多水电工程就是因为不能解决深厚砂砾石层的垂直防渗问题而迟迟不能上马，具体体现在垂直防渗的深度和厚度，以及技术的保证率和施工手段与设备能力、材料性能等方面。近年，帷幕灌浆的深度已达到超过100m、甚至200m的技术水平，如重庆小南海水库地震崩塌堆积天然坝体帷幕灌浆深度达85m，新疆下坂地水利枢纽工程帷幕灌浆深度达到150m，四川冶勒水电站深厚砂砾石层帷幕灌浆深度达到220m。

随着水电开发向西南山区转移，在深厚砂砾石地层上建坝现象越来越多，需要防渗处理的难度越来越大，也越来越复杂。采用帷幕灌浆的方法对砂砾层进行防渗处理，虽然有一些成功的工程实践，但无论在理论研究上还是在应用实践上都还存在很多问题，有待进一步完善和发展。

二、砂砾石帷幕灌浆质量控制措施

（一）钻孔工艺质量控制

砂砾石层一般都很松散，钻孔时孔壁不稳定，易坍塌，灌浆孔可采用冲击回转跟管钻进或泥浆护壁回转钻进。当采用冲击回转钻机跟管钻进灌浆时，钻机、潜孔锤、套管等的性能应满足地层及钻孔孔径、深度等的要求。当采用泥浆护壁回转钻机钻进灌浆时，钻孔机具、泥浆、空口管埋设等应满足相关的规定。灌浆孔钻进结束后，应使用马氏漏斗黏度为31s~36s的稀泥浆清孔，孔底沉淀厚度不宜大于20cm。灌浆孔位与设计孔位的偏差应不大于10cm，终孔孔径不宜小于91mm，孔深应符合设计规定，孔底偏斜率应不大于2.5%。应严格控制孔深20m以内的孔斜率。

（二）灌浆质量控制

1、自上而下分段、循环灌浆

（1）孔口管以下5m或10m范围内，段长宜为1m~2m，以下各段段长宜为2m~5m。当地层稳定性差时，段长取较小值。

（2）孔口封闭器应具有良好的耐压和密封性能，在灌浆过程中灌浆管应能灵活转动和升降。

（3）各段灌浆时灌浆管底口离孔底的距离应不大于50cm。

（4）灌浆过程中应经常活动灌浆管，并注意观察回浆量，防止灌浆管在孔内被浆液凝住。

（5）各灌浆孔的第一灌浆段灌浆结束并镶铸孔口管后应待凝72h，其余灌浆段灌浆结束后一般可不待凝。

（6）在规定的灌浆压力下，注入率不大于2L/min后继续灌注30min，可结束灌浆。

（7）各灌浆孔灌浆结束后，以最稠一级的浆液采用全孔灌浆法进行封孔。

2、控制性灌浆

控制性灌浆法是一种新兴的灌浆工艺，它立足于灌浆可控性，结合流体和固体的受力特征，利用水泥浆液加化学外加剂后能使水泥浆液迅速失去流动而变成凝固体的特性，形成了一种新的灌浆工艺和施工措施，成功地解决了常规灌浆过程中串浆、冒浆及不易升高灌浆压力等问题，为帷幕灌浆技术提供了新的思路。

控制性帷幕灌浆是利用双液——水泥浆液和化学浆液分别从孔内灌入加固处理的基础中，使两浆液产生速凝化学作用从而达到防渗的目的。其原理与常规水工建筑物水泥灌浆相同，差别主要在施工工艺和浆液配合比上。主要的优点是在相同的条件下，控制性灌浆较高压喷射灌浆更易于掌握和操作，更易于施工资源的投入，更易于保证围堰的防渗质量、加快施工进度，更能节约工程施工成本。

3、膏状浆液灌浆

水泥膏浆通常指的是在水泥浆中掺入大量的黏土、膨润土、粉煤灰等掺和料及少量外加剂而构成的低水灰比的膏状浆液,其基本特征是浆液的初始剪切屈服强度值可以克服其本身重力的影响,具有抗水流冲释性能和自堆积性能，可以用于有中等开度（如10~20cm）渗漏通道的一定流速、大流量的堆石体渗漏地层（如人工土石围堰、河床砂卵石层等）。

用水泥膏浆灌浆时，则形成明显的扩散前沿，在其后面的孔隙就会被膏浆完全填满，在水泥凝固以后，膏浆就形成坚硬而密实的水泥结石。通过速凝剂调节水泥膏浆的凝结时间，在普通水泥膏浆的基础上研究出速凝水泥膏浆，速凝水泥膏浆不仅具有较好的抗冲特性,而且可在数分钟至数小时内控制其凝结时间，早期强度高,同时在压力下膏浆具有良好的流动性，可以很好地解决普通水泥在水下凝结时间长、不利于水下堵漏施工的难题。

4、浆液比级及变换标准

灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。帷幕灌浆浆液水灰比可采用5∶1，3∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1，0.5∶1等6个比级。根据前一段时间灌浆实践，开灌水灰比3∶1。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。

三、灌浆过程中特殊情况的预防和处理

（一）灌浆中断

由于机械设备、输浆管、仪表等发生故障以及地质因素的影响而发生灌浆中断时，必须速处理，以使灌浆连续进行。短时间内恢复者，若吸浆量与灌注前相同或相近，可采用中断前的比级续灌，若吸浆量较灌前大幅减少，则改用最稀一级配比灌注。

当中断时间超过初凝时间时，应重新下钻扫孔和冲洗钻孔，用起始水灰比进行复灌；复灌后若吸浆量大幅减少且在极短时间内停止吸浆，则该孔段灌注无效，应采取其它补求措施。

（二）串浆

砂砾石层因地层松散破碎、渗透性强，在灌浆过程中往往发生串浆现象，此时可采取如下措施：

1、串浆孔与灌浆孔同时施灌；

2、在串浆孔内漏浆段以上部位安设止水塞，严密封堵，灌浆孔按要求正常灌注；

3、适当增大相邻两个次序孔先后施工的间隔时间。

（三）地表冒浆

由于灌浆孔段与地表有垂直方向的连通裂隙，在灌浆压力较大而灌浆段的位置又较浅时，常易发生地表冒浆现象。这种情况下可采取调浓浆液、掺速凝剂、加粗骨料、降低泵压、限制吸浆量等方法进行处理，或用间歇法(间歇l0min灌注30min)以及停灌待凝48h然后扫孔、冲孔、复灌加以处理。

（四）地层严重漏浆

一般可按下述原则进行处理：

1、降低灌注压力

用低压或自流式灌浆，待孔隙逐渐充满浆液并降低流动性后再逐渐升高压力，按正常程序进行灌注；

2、限制进浆量

将进浆量限制在30L/min以下，使用浓浆进行灌注，待进浆量明显减少时，将压力逐渐升高，如此反复进行；

3、增土浆液浓度

使用浓度大的浆液灌注，必要时可掺加砂(粘土)料配制浓浆，并适当降低压力，待单位吸浆量降低后再用纯水泥浆并逐渐升高压力施灌；

4、间歇灌浆

在长时间内地层一直大量吸浆并且基本不起压力的情况下使用。

参考文献

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[2]黄振中.浅谈大坝防渗中的帷幕灌桨施工方法[J].科技创新导报.2008(29)

[3]王立彬，毕明亮，许小东.深厚砂砾石层防渗帷幕灌浆施工技术[J].灾害与防治工程.2009(01)

[4]DL/T5267-012水电水利工程覆盖层灌浆技术规范[S].中国电力出版社，2012.7.