桐子林水电站深厚覆盖层全帷幕灌浆技术

骆秋林

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



桐子林水电站深厚覆盖层全帷幕灌浆技术

骆秋林

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

桐子林水电站深厚覆盖层灌浆深度达到90m，部分工程在涵洞内施工，在钻孔、灌浆等方面，存在着巨大的技术难题。通过桐子林深厚覆盖层帷幕灌浆技术的研究与实践，解决了深厚复杂地质条件下覆盖层帷幕灌浆施工的关键性技术难题，具有极大的推广应用价值。

桐子林水电站 深厚覆盖层 帷幕灌浆 施工技术

1 工程概况

桐子林水电站位于四川省攀枝花市盐边县境内的雅砻江干流上，距雅砻江与金沙江汇合口约15km，是雅砻江干流下游最末一级梯级电站。桐子林水电站由河床式发电厂房、泄洪闸及挡水坝等建筑组成，以发电为主，电站总装机为600MW，水库正常蓄水位为1015.00m，总库容0.912亿m3，水库具有日调节性能。

桐子林水电站二期上游围堰左堰肩覆盖层帷幕灌浆工程，具有地质复杂、地层结构多变、处理深度大、施工场地狭小、施工强度大等特点：(1)覆盖层厚约60m～91m，由下至上主要为：含漂砂卵砾石层、砂层夹碎卵砾石与块碎石层、孤块碎石夹土、含砂卵砾石夹粉砂质粘土及粉细砂、块碎石土；(2)采用全帷幕灌浆方式防渗，最大施工孔深达92m(覆盖层厚91m，入岩1m)。在如此复杂地层与处理深度条件下施工，对钻孔精度及钻进成孔提出了相当大的挑战；(3)施工强度大，高峰平均施工强度为5800m/月，传统的灌浆方法无法满足进度要求；(4)施工场地狭小，全帷幕灌浆防渗约有70m轴线布置在宽3m、高3.5m的涵洞内，大型设备无法进场施工。

2 覆盖层帷幕灌浆参数

该工程覆盖层防渗帷幕灌浆部位，其渗透系数要求小于1×10-4cm/s。

2.1 布孔形式及施工顺序

左岸堰肩灌浆孔设计为3排(背水排、迎水排及中间排)，排距为0.75m，孔距为1.5m，呈梅花形布孔。每排孔分两序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。施工时按先施工背水排，再施工迎水排，最后施工中间排的顺序进行。

2.2 工艺流程

场地平整(如需要)→混凝土盖板浇筑(如需要)→先导孔施工→背水排施工→迎水排施工→中间排施工→检查孔取芯、注水试验→检查孔灌浆封孔。

2.3 灌浆段长、压力

第一段段长为2.0m，第2段为3.0m，以下各段为5.0m。各段次的灌浆压力按表1执行。

表1 灌浆压力一览

2.4 灌浆浆液选择

为确保浆液的扩散半径，各灌浆孔段首次灌浆时均采用纯水泥浆开灌。纯水泥浆液的比级及开灌比为：①迎水排灌浆孔采用0.8∶1、0.6∶1两个水灰比比级，采用0.8∶1的水泥浆开灌，根据浆液变换原则加浓浆液灌注；②背水排灌浆孔采用1∶1、0.8∶1、及0.6∶1三个水灰比比级，开灌水灰比为1∶1，地层耗浆量较大时逐级变浆加浓浆液灌注；③中间排灌浆孔采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1四个水灰比比级，开灌水灰比为2∶1，根据浆液变换原则加浓浆液灌注。

3 施工方案选择

3.1 覆盖层帷幕灌浆方法比较

目前，适用于覆盖层帷幕灌浆的工艺工法主要有：循环钻灌法、预埋花管法、套管灌浆法等。

3.1.1 循环钻灌法

这种方法是在冲积层中自上而下逐段进行钻孔和灌浆，各段灌浆都在孔口封闭。其特点为：①适宜于砂卵砾石中灌注水泥黏土浆或水泥浆；②在钻孔的过程中，也利用循环泥浆对地层进行灌浆；③由于每段灌浆都是在孔口封闭，各个灌浆段可以多次复灌，灌浆质量好；④与预埋花管法相比，可以节省大量的管材；⑤工序相对比较简单，操作容易。

循环钻灌法的缺点是：由于钻灌工序交替进行，因此工效相对较低；各段灌浆均在孔口封闭，因而灌浆时地表常常冒浆严重。既使进行深部灌浆时，也不能使用很高的灌浆压力；当覆盖层由多种地层组成，需要灌注不同类型浆液时，难以施工。对覆盖层而言，此灌浆方法还有一个大的制约，为保证已灌浆上部孔段的稳定性，在钻灌下部孔段时，需有一定的待凝时间，此待凝对工期极为不利。

该方法应用广泛，在本世纪初我国的小南海地震堆积坝、冶勒灌浆试验、下坂地灌浆试验等均有应用与研究。但对于深厚覆盖层的工艺工法并无突破性改进。

3.1.2 预埋花管法

也称套阀花管法、袖阀花管法。这种方法是首先钻出灌浆孔，在孔内下入特制的带有孔眼的灌浆管(花管)，灌浆管与孔壁之间填入特制的“填料”，然后在灌浆管里安装双灌浆塞分段进行灌浆。其特点：①灌浆孔一次连续钻完，灌浆和钻孔工序分开进行，施工效率高；②灌浆在花管中进行，无塌孔之虑，灌浆段隔离也比较容易；③可以任意采用自下而上或自上而下灌浆方式，也可以先灌全孔中的任何一段，或对某一段进行多次复灌，灌浆质量有保证；④可以使用较大压力灌浆，灌浆过程中发生冒浆、串浆的可能性小。根据地层情况和工程需要，可以进行渗透性质的灌浆，也可以进行挤密灌浆或劈裂灌浆；⑤对各种冲积层适应性好，可区别不同冲积层选用不同的浆液，且适应深厚覆盖层灌浆。

预埋花管法的主要缺点是，需要预埋花管，且无法回收。以前我国塑料工业不发达，需要使用大量钢管，加大了工程造价。其次，预埋花管法的施工程序较多，花管的制作和下设、填料、灌浆等技术均比较复杂。

此灌浆方法在上世纪50～80年代，在德国、法国、日本等地应用广泛，但在工艺、技术上均未有重大突破。我国在上世纪60年代引进并实施，之后极少研究与应用。

3.1.3 套管灌浆法

是利用钻孔时的护壁套管进行灌浆的方法。施工程序是：套管护壁钻孔→下入灌浆管→起拔套管(1m～2m)→安装灌浆塞→灌浆→再起拔套管及灌浆管(1m～2m)→安装灌浆塞→灌浆→重复上述工序，灌注至孔口。采用这种施工方法，钻孔由于有套管护壁，消除了塌孔之虑。采用先进的全液压工程钻机和跟管钻进，效率高，孔深可达60m左右。需要注意的是在灌浆过程中，浆液容易沿着套管外壁向上流动，甚至地表冒浆；如果灌注水泥浆时间过长，则可能会凝结固住套管，造成起拔困难。

3.2 覆盖层帷幕灌浆方法选择与研究

3.2.1 为克服地质条件复杂、处理深度大、钻孔精度要求高、成孔难度大、施工强度大的技术难题，桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆研发了“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”施工技术，并已申报专利。

在桐子林水电站深厚覆盖层帷幕灌浆工程中，需要与防渗墙进行搭接，要求防渗墙施工完成后方可进行灌浆搭接施工，其特点是工期紧、且工程量大、施工场地开阔。根据工程条件，宜选用预埋花管灌浆自下而上阻塞灌浆法进行灌注，但孔壁填料的配合比，必须根据材料性能、加工方法、要求养护时间、施工条件和水文地质条件等具体情况，由试验确定。施工时间已不能满足孔壁填料试验要求，研究改进一种新型的代替孔壁填料的工艺迫在眉睫，经过反复研究改进，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以满足进度及质量的要求。

“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”原理如下：使用先进的钻机跟管钻孔,一次性钻透覆盖层到设计孔深，套管内下设有分段模袋(模袋安装在花管外)的花管，(在膜袋部位钻设膜袋注浆孔，注浆孔孔径大于灌浆用出浆孔孔径且不安设密封橡皮套)，之后起拔套管。灌浆时采取自下而上的方式，在花管内，距孔底第一环膜袋注浆孔上方约20cm处下设气压灌浆塞，预先使用浓水泥浆，在0.3MPa的压力下膨胀模袋，起到阻塞的作用(由于灌浆用出浆孔设有密封橡皮套，低压注浆时，浆液只能从膜袋注浆孔流出填充膜袋，从而达到预先充填膜袋的目的)；当模袋充分膨胀、泌水结实后，继续升高压力，此时密封橡皮套打开，水泥浆经花管进入孔内，继续升压，按每段的设计压力，开始覆盖层灌浆。

此灌浆方法，受地层及地下水影响小，且无需灌注填料，克服了无法成孔、地下涌水的问题。实现了“一钻到底、连续灌浆”的目的。

3.2.2 预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法+循环钻灌法。对于深厚覆盖层，受工业水平影响，套管钻进钻机无法达到设计防渗深度时，可采用“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法+循环钻灌法”，其原理为灌浆孔上部(孔口至套管钻机可达到的深度)采用“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”进行施工，上部灌浆施工完成后，采用地质钻机对花管内部进行扫孔→灌浆孔下部→孔底，用循环钻灌法进行处理。

此“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞+循环钻灌”综合灌浆法，兼具了预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法、循环钻灌法的所有优点。

4 灌浆成果

“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”与“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法+循环钻灌法”的运用，解决了深厚覆盖层灌浆的技术难题。

本工程质量检查以注水试验成果为主，结合灌浆施工资料进行分析和综合评定。根据注水试验成果资料统计，灌前先导孔渗透系数最小值为1.0×10-3cm/s，最大值为6.44×10-2cm/s；灌后检查孔渗透系数最小为1.47×10-5cm/s，最大为1.38×10-4cm/s，质量检查全部合格。基坑开挖后，覆盖层防渗部位未见渗、漏点，其防渗效果显著。

5 技术意义

5.1 在桐子林电站露天条件下进行深厚覆盖层灌浆施工，试验发明了“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”。此项成果，充分利用进口岩锚钻机跟管钻进效率高的优点，一次钻孔成型，之后下入带有阀套、分段阻塞膜袋的花管，使用水压塞小压力压浆异步膨胀阻塞膜袋，待膜袋膨胀起到阻塞作用后，升压开始进行分段灌浆，为国内首创，较好地解决了深厚覆盖层灌浆快速、高精度施工的技术难题，推广借鉴意义极大。

5.2 在桐子林电站涵洞内狭窄条件下进行深厚覆盖层灌浆施工，试验使用了效率较高、可行、可靠的“预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法+循环钻灌法”，验证了此项成果在深厚覆盖层灌浆中应用的可行性，具有推广价值。

5.3 “预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法”，较好地解决了深厚覆盖层灌浆快速、高精度施工的技术难题，受水文地质条件影响小，可广泛应用于覆盖层灌浆、围堰、堤防渗漏抢险等工程。

5.4 “预设花管内注浆式膨胀膜袋分段阻塞灌浆法+循环钻灌法”，在涵洞内狭窄条件下具备快速、安全、可靠的特点，具有积极的推广意义和价值。

〔1〕中国水利水电基础工程局.地基处理实用技术.北京：中国电力出版社，2002.

〔2〕水利水电工程施工手册编委会.水利水电工程施工手册(地基与基础工程).北京：中国电力出版社，2004.

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2095-1809(2015)05-0073-03

骆秋林(1984-)，男，重庆市人，工程师，中国水电七局桐子林水电站项目部灌浆工区技术部主任，从事水利水电工程施工技术与管理工作。