膏浆灌浆在深水抛石围堰防渗施工中的应用

廖 勇

(中国水利水电第三工程局有限公司，西安 710016)

文章编号：1006—2610(2015)04—0059—03

膏浆灌浆在深水抛石围堰防渗施工中的应用

廖 勇

(中国水利水电第三工程局有限公司，西安 710016)

东北某供水工程库区深水抛石围堰防渗施工中由于条件限制,围堰的填筑材料，只能采用隧洞开挖石碴，在库区深水抛筑围堰，最大水深31.6 m，在水下自然堆积体上进行防渗施工。采用膏浆灌浆与常规水泥灌浆组合的方式，成功解决了围堰防渗问题。经基坑抽水后验证，围堰体整体防渗效果良好。

深水抛石；围堰；防渗；膏浆灌浆；施工；工艺

0 前 言

在库区深水抛石填筑围堰体上进行防渗施工，由于围堰体是深水抛石、无碾压、自然堆积而成，如果防渗方案采用混凝土防渗墙，会因堰体为块石架空结构，在槽孔建造过程中极易发生严重的固壁泥浆漏失、槽孔坍塌现象；如采用常规灌浆防渗，浆液扩散无法控制，水下浆液分散严重，导致材料浪费，并且防渗效果也无法达到理想的状态。采用膏浆灌浆与常规水泥灌浆组合的防渗方案，在很大程度上解决了这些问题，提高了对复杂地层的防渗灌浆质量，为基坑抽水、开挖创造有利条件。

1 工程概况

东北某供水工程，进水口位于水库库区，围堰长81.7 m，堰顶高程307.6 m，顶宽6.0 m，最大堰高34.0 m。围堰地质情况分为2部分：上部为围堰填筑体，主要是隧洞开挖石碴料(花岗岩)。由于是在冬季填筑，库水面结冰，开挖出碴料间断填筑，存在大量空腔，属于强透水地层。围堰体底部有厚0～1.5 m的库区沉积层，沉积层以下为基岩，基岩岩性较单一，均为元古界二长花岗岩，分布面积大，无规模较大的构造通过，节理发育中等，两侧岸坡现状稳定。围堰基岩为強～弱风化花岗岩，弱～中等透水。

就该工程围堰防渗而言，有以下特点：

(1) 围堰位于库区内，所在区域水位较深，最深达到31.6 m，围堰的防渗效果对后续工程的安全施工具有重大意义。

(2) 围堰使用期间一直处于高水头，水位变化受季节影响很小。围堰坡脚处要垂直开挖，下卧30 m设进水口，爆破作业距防渗帷幕轴线54 m，对帷幕体影响较大。

(3) 堰体填筑采用钻爆法隧洞挖石碴料，级配极差，深水抛石填筑，块石架空结构，孔隙率较大，目前中国少有类似工程的防渗施工经验可以借鉴。

2 防渗方案

根据该供水工程围堰地层特性，围堰防渗采用膏浆灌浆与常规水泥灌浆组合的防渗方案。由2排膏浆灌浆、2排常规水泥灌浆组成。

2.1 灌浆孔布置要求

膏浆灌浆排距为3.5 m，孔距1.0 m，常规水泥灌浆位于2排膏浆孔中间，排距1.0 m，孔距2.0 m。膏浆灌浆进入弱风化基岩1.0 m，常规水泥灌浆进入弱风化基岩5.0 m，且基岩透水率不大于5 Lu，否则要加深灌浆孔到满足透水率的要求为止。

2.2 施工顺序

先施工下游排，再施工上游排，后施工中间排，各排孔均分3次序施工。

2.3 灌浆防渗标准

堰体透水率小于7.0 Lu，基岩透水率小于5.0 Lu。围堰防渗结构形式见图1，孔位布置见图2。

图1 围堰防渗结构形式图 单位：m

图2 孔位布置图 单位：m

3 施工难点及对策

3.1 钻 孔

目前中国覆盖层钻孔一般采取地质钻机泥浆固壁，或风动潜孔锤跟管钻进这2种工艺。地质钻机钻孔效率低，投入的钻机、人员多，地层越复杂成孔效率越低；风动潜孔锤跟管钻进，是克服疏松、破碎砂卵砾石等复杂地层较为有效的方法。潜孔锤可配偏心跟管或同心跟管，偏心跟管遇大块石地层，因为偏心钻头在回转离心力作用下打开受到大块石的阻碍，钻头回转阻力大，钻进困难，易发生偏心块掉孔内事故；同心跟管虽然能克服这个问题，但地层块石硬，套管钻头键槽磨损大，钻孔成本高。风动潜孔锤跟管钻进，要克服套管与地层之间的磨擦阻力，套管向下的跟进动力作用在套管底部，而跟进动力取决于潜孔锤的冲击功。潜孔锤的冲击功是一定量的，套管跟进越深磨擦阻力越大，钻进越困难，通常20 m以内孔深跟管钻孔效率高。

根据本工程的地层情况，采用一种全新的钻孔工艺，利用改装的KLEMM401型全液压履带钻机，清水作为冲洗液，液动锤顶驱套管钻进成孔。Ø133 mm(壁厚12 mm)钢套管配外径155 mm、内径108 mm的球状合金冠状钻头，Ø89 mm钻杆配Ø105 mm的球状合金中心钻头，全断面清水冲洗钻进。钻至基岩后，提取出内钻杆和中心钻头，套管留孔内护壁等待灌浆。基岩防渗灌浆钻孔，采用潜孔锤钻进。

3.2 膏浆灌浆

该工程采用的膏浆灌浆是在防渗帷幕

轴线上、下游各形成1排封闭体，控制中间排常规水泥灌浆的扩散范围，提高帷幕的防渗质量。

膏浆的性能应具备流动性小，凝结时间可控，在静水中抗分散，结石率高，28 d抗压强度大于10 MPa，普通3缸柱塞泵可以直接灌浆。

采用套管护壁自下而上纯压式灌浆方法，起拔套管控制灌浆段长。 跟管钻进至终孔孔深后，在套管内下灌浆栓塞，卡塞位置尽可能靠近套管底部，射浆管长度按伸出套管底部1.5 m控制，射浆管下部0.5 m采用花管的形式。通常射浆管花管太长，在灌浆过程中花管下部经常发生浆液沉积堵塞，浆液从上部花管流出，影响灌浆质量。每灌一段都要取出栓塞检查、疏通射浆花管。采用较短的射浆花管可以避免发生堵塞现象。为了减小沿灌浆段内地层的可灌性不均匀问题，灌浆段宜短，不宜长，按1.5 m控制。在段内采取短间隔起拔套管连续灌浆法，一般1.5 m段长分3次起拔套管，每次起拔0.5 m，边拔管边灌浆，拔管不停灌浆泵，连续进行灌浆作业。考虑到受灌地层的特殊性，灌浆段长一点，可加快施工进度，但灌浆质量不易保证。因为段长越长，灌段内地层各个水平断面的可灌性差异就越大，在压力、流量一定的情况下，浆液主要在相对大的地层通道内扩散，在较小通道的扩散范围会受到影响，因此缩短灌浆段对质量有益。

膏浆采用的材料为：水泥(P.O.42.5)、膨润土(纳基)、偏铝酸纳和水等。经室内试验和现场调试，采用三级水灰比：1∶1、0.8∶1、0.6∶1，膨润土掺量12.0%，偏铝酸钠掺量0.2%。

4 施工工艺

4.1 施工工序

膏浆灌浆施工工序：钻、灌准备(测量放孔位、设备安装就位) →Ø133 mm跟管钻孔至嵌入到基岩1.0 m→在套管内下灌浆栓塞→自下而上分段起拔套管、膏浆灌注…循环直至全孔灌浆结束→封孔。

常规水泥灌浆施工工序：钻、灌准备(测量放孔位、设备安装就位) →Ø133 mm跟管钻孔至嵌入到基岩1.0 m→Ø75 mm潜孔锤钻基岩5 m→下栓塞压水试验、透水率大于5 Lu需加深5 m…直至满足透水率小于5 Lu终孔→自下而上分段进行基岩、堰体(起拔套管) 常规水泥灌浆→全孔灌浆结束封孔。

4.2 灌浆段长、灌浆压力

膏浆灌浆：段长按1.5 m控制，灌段内间隔起拔套管应满足下列条件之一：① 灌浆压力上升到设计压力的80%以上，注入率持续减少至10 L/min；② 注入量达到1 000 L；③ 灌注时间达到1 h。灌浆压力采用0.6 MPa。

常规水泥灌浆：基岩部分段长5 m，围堰体部分段长4.5 m(3根套管长)。Ⅰ序孔灌浆压力采用0. 8 MPa，Ⅱ、Ⅲ序孔压力采用0. 6 MPa。

4.3 灌浆结束条件

膏浆灌浆和常规水泥灌浆均是在达到设计压力下，当注入率不大于1 L/min，延续稳定灌注10 min后，灌浆即可结束。

5 特殊情况处理

(1) 灌浆段注入量较大，灌浆难于结束时，根据情况采取降压、变浓浆、限流、限量、间歇等方法进行处理。

(2) 灌浆孔与钻进孔发生串浆时，停止钻孔作业，在钻孔套管内卡塞封堵，待串浆段灌结束后，再继续钻进。

(3) 灌浆因故中断，应在孔内浆液尚未终凝前，采用钻机液动锤或拔管机活动套管，防止套管被“铸死”孔内。恢复灌浆不进行钻孔冲洗，若孔内浆液已初凝，应先进行扫孔后，再恢复灌浆。

6 灌浆效果

(1) 该供水工程围堰灌浆区域内共布置了28个检查孔，采用单点法进行压水试验。所有压水试验成果所得透水率均小于设计要求，其中堰体最大透水率为5.37 Lu，符合设计要求。

(2) 该工程采用膏浆灌浆与常规水泥灌浆组合的防渗方案，施工结束后，基坑抽水顺利，围堰渗漏量小，2″潜水泵间歇运转就能维持基坑排水，防渗效果好。

7 结 语

采用膏浆灌浆可以有效解决松散堆积体空隙率大、架空地层造成的大耗浆量，浆液扩散不可控、水下易分散、积石率低等灌浆难题。对防渗要求高的工程，膏浆灌浆结束后，还应进行常规水泥灌浆，才能达到好的防渗效果。

[1] 孙亮,夏可风编著.灌浆材料及应用[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2] 黄烨,胡克力.膏浆灌浆在甘再水电站土石围堰防渗中的应用[J].西北水电,2011,(S2):32-34.

[3] 刘万锁,李国保.风动潜孔钻跟管钻具在松散堆积体中的膏浆快速成幕技术的应用[J].西北水电,2011,(5):33-36.

[4] 刘桃红.偏铝酸钠膏浆在托口电站地湾防渗帷幕灌浆中的应用[J].中国新技术新产品,2014,(8):94-95.

[5] 上鹏礼.高压喷射灌浆在涌水流砂复杂地层中的应用技术[J].中国新产品新技术,2013,(23):76.

[6] 马超群.自下而上、浆体封闭、高压脉动劈裂灌浆工艺在帷幕灌浆施工中的应用[J].水电施工技术,2014,(3):19-23.

[7] 路丙辉.膏浆灌浆在深水无碾压土石填筑围堰防渗灌浆施工中的应用[J].水电施工技术,2014,(3):10-13.

Application of Paste Grouting in Impervious Works of Riprap Cofferdam in Deep Water

LIAO Yong

(Sinohydro Bureau 3 Co., Ltd., Xi'an 710016, China)

Restricted by material availability, the excavated debris only can be applied for construction of the riprap cofferdam in deep water in one reservoir for the water supply project in Northeast China. The deepest water where the cofferdam is built by riprap is 31.6 m. The impervious works is constructed on the naturally piled mass under water. By application of the combination of the paste grouting and the conventional grouting, impermeability of the cofferdam is successfully achieved. Verified by pumping water from the foundation pit, the total impermeability of the cofferdam is excellent. Key words: riprap in deep water; cofferdam; impermeability; paste grouting; construction; technology

2015-03-31

廖勇(1963- )，男，重庆市綦江区人，高级工程师，主要从事基础处理施工与研究工作.

TV551

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.015