沉管灌浆工艺在东谷水电站工程中的应用

沉管灌浆工艺在东谷水电站工程中的应用

谷峰

中国水电基础局有限公司 四川甘孜 626399

【摘要】沉管灌浆工艺被广泛用于水利工程基础加固、防渗墙质量缺陷裂缝修补等各方面的施工处理,其作用和效果越来越显著。为研究其深厚砂卵石覆盖层沉管灌浆的设计参数、工艺流程和效果对确保工程质量，充分发挥沉管灌浆工艺在水利工程中的应用有其重要意义。 

【关键词】基础加固；沉管灌浆工艺；深厚砂卵石覆盖层

　　1 导入 

　　东谷水电站挡水工程防渗墙施工深度不够的补充措施，依据业主提供的《丹巴县东谷电站大坝防渗墙检测情况汇总》（检测单位：葛洲坝集团试验检测有限公司）初步成果结论及建议：“根据现场对东谷水电站大坝防渗墙部位抽样检测结果情况分析，所检测部位混凝土强度和抗渗等级达到设计等级要求，混凝土内部未发现明显缺陷；防渗墙孔号F5、F9、F10、F11、F12、F14、F18、F23、F24、F45、F46位置深度未达到设计要求，建议由设计单位评估后考虑是否采取相应措施处理。” 帷幕灌浆修补段底部灌浆高程均为2174.00m，根据灌浆起始高程的不同划分为三段，即横0-001.00至横0-019.00段 （长18m，灌浆起始高程2190.00m）、横0-019.00至横0-045.00段 （长26m，灌浆起始高程2188.00m）和纵0-025.00至纵0-038.50段（长13.5m，灌浆起始高程2186.00m）。根据现场防渗墙缺陷修补沉管灌浆试验确定，本工程采用沉管灌浆。充分发挥沉管灌浆工艺在砂卵石覆盖层灌浆的应用，正确科学的施工方法是必要条件，所以本文主要围绕沉管灌浆工艺在防渗墙缺陷修补灌浆的施工方法进行简要说明。 

2地质情况

根据防渗墙缺陷修补沉管灌浆试验地质情况分析:0.0～2.80m该地层为土石方围堰回填层地层松散；2.80m～7.50m碎石含砂砾、夹砂层与孤石层,夹砂层厚度5cm左右；12.50m～23.00m松散砂卵砾石层；23.00m～28.50m松散砂卵砾石层、夹砂层,孔口偶尔返细砂伴有细卵石颗粒；28.50m～30.50m淤泥夹砂层,黑色淤泥质土；30.50m～35.00m砂砾石层。

　　3沉管灌浆工艺施工 

　　3.1 钻孔布置 

　　沉管灌浆为三排三序孔，横向围堰防渗墙缺陷修补灌浆孔距2.0m，排距1.5m；纵向围堰防渗墙缺陷修补灌浆孔距2.0m，排距1.0m，呈梅花型布置。 

　　沉管灌浆施工次序按砂卵石覆盖层灌浆的施工次序进行施工，遵照分排分序逐渐加密的原则进行：先灌注下游排，再灌注上游排，后灌注中间排孔。同一排孔中分3个次序灌注，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔、Ⅲ序孔。相邻两个不同次序孔的灌浆，原则上应待先序孔灌注浆液产生终凝后，后序孔方可开始施工。但在正式施工前必须做沉管灌浆工艺试验，以确定最终各施工参数。 

　　3.2 灌浆材料 

　　本工程采用普通碳酸盐42.5R水泥，拌制纯水泥浆灌注，纯水泥浆具有结石强度高、抗渗性能好、工艺简单、操作方便、材料来源丰富、价格较低等优点，是应用最广泛的一种灌浆材料。由于水泥浆液是一种颗粒材料的悬浊液，其最大粒径约为80μm，对于深厚砂卵石覆盖层灌浆，其可灌比值均大于15，且渗透系数大于1×10-3cm/s。 

　　3.3 灌浆试验 

　　按《水电水利工程覆盖层灌浆技术规范》（DL 5267-2012-T）、《水利水电工程注水试验规程》（SL 345）、《混凝土拌和用水标准》（JGJ63-89）、《通用硅酸盐水泥》(GB 175)、《水电水利工程钻孔压水试验规程》（DL/T 5331）和设计要求对纯浆液进行灌浆试验，获取有关的灌浆参数。 

　　施工中的灌浆试验区，应根据设计和监理指示选择地质条件与实际灌浆区相似的地层作为灌浆试验区，对试验区的灌浆成果报送监理。 

　　3.4 施工工艺 

　　测量定孔位→钻机就位→跟管护壁钻进→终孔验收→护壁套管冲洗→下入灌浆管及橡胶阻塞器→起拔套管→灌浆→灌浆结束起拔套管及灌浆管→灌浆→重复上述工序，灌注至设计顶高程。

图3-1 沉管灌浆工艺流程图

(a)套管护壁钻孔；(b)下入灌浆管；(c)起拔套管，第一段灌浆； (d)起拔灌浆花管和套管，第二段灌浆；(e) 起拔灌浆花管和套管，第三段灌浆1－护壁套管；2－灌浆管；3－橡胶塞；4－花管；5－浆液扩散范围；6－盖重层；7－受灌地层

灌浆前进行护壁套管冲洗，冲洗标准以孔口返清水为止，然后制浆和灌浆，制浆严格按配比过泵称料，搅拌时间大于3min，随时检测浆液比重，灌浆过程采用灌浆自动记录实时记录注入浆液的流量、密度、灌浆压力等施工参数。封孔采用注浆封孔的方法。 

　　3.5 制浆 

　　根据设计要求沉管灌浆工艺制浆的材料必须称量，称量误差应小于5%。制浆过程中要严格控制投料量和掺加剂。各类浆液必须搅拌均匀，并测定浆液密度和粘滞度等参数并作好记录。拌制纯水泥浆液时，采用高速搅拌机，高速搅拌转速应大于1200r/min，搅拌时间通过试验确定。纯水泥浆液的搅拌从制备至用完的时间应小于2h。纯水泥浆使用普通搅拌机时的搅拌时间不少于3min，使用高速搅拌机时的搅拌时间不少于30s。浆液在使用前应过80um方孔筛，其筛余量不大于5%，集中制浆站宜制备水灰比为0.5:1的纯水泥浆液，其加料误差应小于5%，输浆站的输浆压力应控制在0.2～1.0Mpa输送浆液流速应为1.4～2.0m/s，灌浆点应测定来浆密度并根据现场需要调制使用。浆液温度应保持在5～40℃，低于或超过此标准的应视为废浆。过筛后水泥浆在设计要求时段内即进入输浆管灌浆。灌浆过程中产生的废浆、废水及废料进行三级沉淀处理，沉淀后的废渣运至弃渣场堆放，保持工作面的清洁和对环境保护。 

　　3.6 沉管灌浆工艺 

　　3.6.1沉管灌浆采用HJGW300S型履带式液压水井钻机跟管护壁钻进，护壁套管直径Φ146mm，一次性跟管护壁成孔钻直孔底高程EL.2174.00。

3.6.2孔斜控制，灌浆孔位与设计孔位的偏差不得大于10cm，终孔孔径146 mm，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20 m以内的孔斜率。钻孔偏斜超过设计要求时，应采取补救措施。

3.6.3 将护壁套管内冲洗干净，起拔套管0.5 m～1 m；

3.6.4在套管内下入灌浆橡胶阻塞器，安放在套管底端，橡胶阻塞器射浆管口距孔底不大于20 cm，进行纯压式灌浆。

3.6.5 采用橡胶阻塞器自下而上分段提升护壁套管和橡胶阻塞器，分段灌浆，直至全孔灌浆完成。分段提升和灌浆的长度视地层的稳定情况而定，一般控制0.5 m～1 m。

3.6.6沉管灌浆法灌浆压力以灌浆孔口处进浆管路上的压力表读数为准。沉管灌浆压力使用，压力值见表3-3 。

3.6.7沉管灌浆法浆液水灰比的控制由稀到浓，逐级变换。灌浆浆液水灰比（重量比）采用1:1、0.8:1、0.5:1三个比级。

3.6.8变浆标准

（1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液比级；

（2）当某级浆液灌入量达到1000L～1500L或灌注时间已达30min，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；

（3）当注入率大于30L/min时，可变浓一级。

3.6.9特殊情况处理

（1）浆过程中发现冒浆、漏浆等现象时，应视具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。

（2）灌浆必须连续进行，若因故中断，应尽快恢复灌浆。否则应立即冲洗，再恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，再恢复灌浆；恢复灌浆时，应使用开灌比级的浆液进行灌注，如注入率与中断前相近，即可采用中断前浆液的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注；如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

（3）灌浆段注入量大而难以结束时，可采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；灌注速凝浆液；灌注混合浆液或膏状浆液等措施处理。

3.6.10达到下列条件之一，可结束灌浆：

（1）单位注入量大于3t每米可结束灌浆；

（2）在规定的灌浆压力下，注入率不大于2L/min，延续灌注10min；

3.6.11封孔灌浆试验孔和检查孔封孔采用孔口注浆封孔，用0.5:1纯水泥浆注浆至铺盖顶高程EL.2205.00。

3.7 沉管灌浆质量检查 

　　3.7.1沉管灌浆质量检查，检查孔以注水试验成果为主，结合对施工记录、成果资料和其他检验测试资料的分析，进行综合评定。检查孔应在分析施工资料的基础上在下述部位布置：

（1）帷幕中心线上；

（2）大块石、细砂层、不同地层交接区域等地质条件复杂的部位；

（3）末序孔注入量大的孔段附近；

（4）钻孔偏斜过大、灌浆过程不正常等经分析资料认为可能对帷幕质量有影响的部位。

沉管灌浆检查孔的数量可为灌浆孔总数的5%～10%，一个单元工程内宜布置一个检查孔。沉管灌浆检查孔宜跟管护壁钻进，根据孔口返出的钻渣情况，绘制钻孔柱状图。帷幕灌浆检查孔注水试验的时间宜在该部位灌浆结束14 d或28 d后，按覆盖层灌浆工程钻孔注水试验检查方法进行质量检查。

3.7.2注水试验:

（1）在注水试验前，应进行地下水位观测，水位观测间隔为5min，至少连续观测30min，当连续2次测得水位下降速度均小于1cm/min时，以最后的观测值作为本时段的地下水位值。

（2）注水试验应自上而下分段进行，试验段长度可为2m～10m，地层复杂时分段宜短一些，一个试段不宜跨越渗透性悬殊的两类土层。

（3）水采用常水头方式，水位可与孔口齐平，或采用管路接至某一高程。

（4）试验注入流量的稳定标准为：在保持水头不变的条件下，开始时每5min测读一次注入流量，连续测读5次；以后每隔20min测读一次并至少连续观测6次。当连续2次测得注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%时，试验即可结束，取最后一次注入流量作为计算值；

（5）防渗帷幕的设计标准应按渗透系数（K）控制，覆盖层灌浆后的渗透系数K宜不大于5×10-4cm/s，可根据工程的防渗要求、渗流控制要求进行调整。（灌浆后覆盖层帷幕体渗透系数K≤10--4cm/s(或小于5Lu)。

　　4 结束语 

　　4.1 沉管灌浆工艺应根据地质情况选取一个合理的灌浆压力、控制参数，才能达到处理的目的。 

　　4.2 该项技术同时也适用性强，适用于不同地质情况的覆盖层灌浆。

4.3 沉管灌浆工艺同时也应用在，东谷电站首部枢纽左岸挡水坝段砂卵石地基固结灌浆加固处理工程中得到充分应用，产生了很好经济效益。　　 

　　参考文献： 

　　[1] DL 5267-2012-T《水电水利工程覆盖层灌浆技术规范》

[2] SL 345《水利水电工程注水试验规程》

[3] GB 175《通用硅酸盐水泥》

[4] DL/T 5331《水电水利工程钻孔压水试验规程》

[5] JGJ63-89《混凝土拌和用水标准》