帷幕灌漿施工技術(shù)在砂礫石地層應(yīng)用

錢天壽

（重慶市基礎(chǔ)工程有限公司，重慶 401120）

前語。砂礫石地層在我國分布十分廣泛。是水電工程中常常遇見的復(fù)雜地層。砂礫石地層因其顆粒間膠結(jié)性差。滲透性強(qiáng)，且滲透孔隙分布不均等復(fù)雜特征帶來了容易垮塌、透水、管涌等一系列對工程不利的問題。帷幕灌漿技術(shù)由于工期短、見效快、適用面廣、設(shè)備簡單、占地面積小、對環(huán)境影響小、易于控制等優(yōu)點。在大壩壩基防滲處理中得到廣泛應(yīng)用。過去有許多水電工程就是因為不能解決深厚砂礫石層的垂直防滲問題而遲遲不能上馬.具體體現(xiàn)在垂直防滲的深度和厚度.以及技術(shù)的保證率和施工手段與設(shè)備能力、材料性能等方面。近年，帷幕灌漿的深度已達(dá)到超過100m、甚至200m的技術(shù)水平.

隨著水電開發(fā)向西南山區(qū)轉(zhuǎn)移,在深厚砂礫石地層上建壩現(xiàn)象越來越多.需要防滲處理的難度越來越大，也越來越復(fù)雜。采用帷幕灌漿的方法對砂礫層進(jìn)行防滲處理.雖然有一些成功的工程實踐，但無論在理論

研究上還是在應(yīng)用實踐上都還存在很多問題.有待進(jìn)一步完善和發(fā)展。

1、技術(shù)難點

近年.對于深厚砂礫石層防滲帷幕灌漿施工技術(shù)一直處于摸索階段，有很多難題有待解決。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

①鉆孔深度。壩基砂礫石層深厚，粒徑不均。結(jié)構(gòu)松散，造成鉆孔時易塌孔，難于鉆進(jìn)，經(jīng)常會遇到大的漂石、孤石或塊石，孔斜難以控制，這也給鉆孔機(jī)械帶來極大的挑戰(zhàn)，一方面要保證鉆孔質(zhì)量.另一方面要加快施工進(jìn)度。保證工期要求。

②灌漿方法。由于深厚砂礫石層的復(fù)雜性.現(xiàn)有灌漿方法很難適合。灌漿質(zhì)量無法保證，而且容易出現(xiàn)"抱管"現(xiàn)象。同時。難以確定合適的灌漿參數(shù).如灌漿壓力、灌漿段長劃分以及漿液變換和結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等。

③灌漿材料及漿液配比。由于結(jié)構(gòu)松散、粒徑不均，孔隙率變化大。很難選擇一種適合的材料以及合適的漿液配比滿足灌漿的質(zhì)量要求。

④質(zhì)量檢測。在深厚砂礫石層中，為滿足防滲要求一般布置多排帷幕灌漿孔，多采用在墻內(nèi)埋管中進(jìn)行灌漿(墻幕結(jié)合形式)，上部往往是空鉆段，現(xiàn)行基巖帷幕灌漿的檢查方法難以滿足，需要一種適宜的檢測方法。

2、鉆孔工藝

砂礫石層一般都很松散，鉆孔時孔壁不穩(wěn)定，易坍塌，通常采用護(hù)壁(泥漿固壁或套管護(hù)壁)鉆進(jìn)的方法。對于深厚砂礫石層，普通的護(hù)壁鉆進(jìn)難以奏效。在新疆下坂地工程中，最初擬采用傳統(tǒng)的泥漿固壁和套管護(hù)壁的鉆進(jìn)方法.結(jié)果無法滿足深孔鉆灌的快速、安全要求.根據(jù)復(fù)雜壩基的實際地質(zhì)情況.經(jīng)過不斷試驗研究，摸索出了一種綜合鉆孔工藝：即采用SM一400型跟管鉆機(jī)鉆進(jìn)至孔深35m.以下地層采用XY一42型巖芯鉆機(jī)配金剛石鉆頭、泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)?？浙@段鉆孔以巖芯管作為護(hù)壁套管.穿過嚴(yán)重失漿地層時，結(jié)合掏芯鉆進(jìn)法、堵漏式灌漿等工藝，變徑鉆進(jìn)。以最后一級巖芯管(管徑不小于91mm)作為下部灌漿段護(hù)壁管；灌漿段鉆進(jìn)采用西76金剮石鉆頭、泥漿固壁鉆進(jìn)，孔口不返漿時，則立即停止鉆進(jìn).先進(jìn)行灌漿，再往下鉆進(jìn)。這種方法極大地提高了鉆孔速度和成孔率，充分發(fā)揮了各種設(shè)備的優(yōu)勢?？梢?，進(jìn)行合理組合是解決深厚覆蓋層鉆孔的有效方法。

同一種鉆孔方法可以適應(yīng)多種地層。如全斷面牙輪鉆頭鉆進(jìn)多用于深度較小的固結(jié)灌漿、回填灌漿、接觸灌漿等的鉆孔.在較深的帷幕鉆孔中較少采用。然而在四川冶勒工程中.在采用常規(guī)金剛石鉆頭清水鉆進(jìn)無法滿足工程進(jìn)度要求的情況下.大膽地選用了此方法。經(jīng)過現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，牙輪鉆非常適合在該地層帷幕灌漿施工中使用.而且鉆灌施工的效率相當(dāng)高。據(jù)統(tǒng)計資料表明，牙輪鉆頭的施工效率平均可比金剛石鉆頭提高1～2倍。鉆孔方法的選擇要根據(jù)實際地層特點和砂礫石性質(zhì)而確定，不能拘泥于固有方法和經(jīng)驗。通過以上兩個工程實例。不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有鉆孔技術(shù)在經(jīng)過優(yōu)化組合、綜合利用后完全能夠滿足目前深厚砂礫石層鉆孔的需要。

3、灌漿方法

3.1 自上而下分段、循環(huán)灌漿

過去，在砂礫石層中帷幕灌漿一般都采用循環(huán)鉆灌法、預(yù)埋花管法、套管法等，這些方法對于深厚砂礫石層.特別是復(fù)雜的深厚砂礫石層而言。要么成本太高。要么很難實施。在新疆下坂地工程防滲帷幕灌漿試驗中，在比選了"袖閥管灌漿法""循環(huán)鉆灌法''"孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)灌漿法"之后，根據(jù)試驗地層的地質(zhì)條件。研發(fā)了一種"自上而下分段、循環(huán)灌漿"的灌漿方法。采用這種方法不僅可以解決成孔問題和灌漿的質(zhì)量問題。更重要的是基本解決了灌漿過程中經(jīng)常出現(xiàn)的"抱管"現(xiàn)象。減少了孔內(nèi)事故，提高了施工效率。

3.2 控制性灌漿

控制性灌漿法是一種新興的灌漿工藝，它立足于灌漿可控性，結(jié)合流體和固體的受力特征。利用水泥漿液加化學(xué)外加劑后能使水泥漿液迅速失去流動而變成凝固體的特性。形成了一種新的灌漿工藝和施工措施.成功地解決了常規(guī)灌漿過程中串漿、冒漿及不易升高灌漿壓力等問題。為帷幕灌漿技術(shù)提供了新的思路。控制性帷幕灌漿是利用雙液--水泥漿液和化學(xué)漿液分別從孔內(nèi)灌人加固處理的基礎(chǔ)中，使兩漿液產(chǎn)生速凝化學(xué)作用從而達(dá)到防滲的目的。其原理與常規(guī)水工建筑物水泥灌漿相同.差別主要在施工工藝和漿液配合比上。主要的優(yōu)點是在相同的條件下.控制性灌漿較高壓噴射灌漿更易于掌握和操作，更易于施工資源的投入。更易于保證圍堰的防滲質(zhì)量、加快施工進(jìn)度，更能節(jié)約工程施工成本。

此項技術(shù)在貴州洪家渡圍堰防滲工程中也得到成功應(yīng)用，上、下游一期圍堰防滲面積l916m2，僅用18天即全部完成。圍堰自2001年年底投入使用以來，基本無大的漏水，運(yùn)行情況良好。

3.3 膏狀漿液灌漿

水泥膏漿通常指的是在水泥漿中摻入大量的黏土、膨潤土、粉煤灰等摻和料及少量外加劑而構(gòu)成的低水灰比的膏狀漿液，其基本特征是漿液的初始剪切屈服強(qiáng)度值可以克服其本身重力的影響。具有抗水流沖釋性能和自堆積性能.可以用于有中等開度(如10～20em)滲漏通道的一定流速、大流量的堆石體滲漏地層(如人工土石圍堰、河床砂卵石層等)。用水泥膏漿灌漿時。則形成明顯的擴(kuò)散前沿，在其后面的孔隙就會被膏漿完全填滿，在水泥凝固以后，膏漿就形成堅硬而密實的水泥結(jié)石。通

過速凝劑調(diào)節(jié)水泥膏漿的凝結(jié)時間.在普通水泥膏漿的基礎(chǔ)上研究出速凝水泥膏漿.速凝水泥膏漿不僅具有較好的抗沖特性，而且可在數(shù)分鐘至數(shù)小時內(nèi)控制其凝結(jié)時間，早期強(qiáng)度高。同時在壓力下膏漿具有良好的流動性.可以很好地解決普通水泥在水下凝結(jié)時間長、不利于水下堵漏施工的難題。

4、質(zhì)量檢測方法

砂礫石地層帷幕灌漿工程的質(zhì)量檢查一般以檢查孔壓水試驗成果為主，結(jié)合對施工記錄、成果資料的分析。進(jìn)行綜合評價。然而在深厚砂礫石層中，由于帷幕灌漿的深度非常深。檢查孔采用清水鉆進(jìn)難度大，大部分孔段仍需要用泥漿鉆進(jìn)，加之深厚砂礫石層中往往都要布置多排帷幕灌漿。又多采用墻幕結(jié)合的方式布置帷幕灌漿，上部往往是空孔段，采用常規(guī)檢查方法存在局限性。在下坂地工程中為了尋求多種手段，以便對檢查結(jié)果進(jìn)行比較.從而做出客觀評價。也為其摸索積累經(jīng)驗和技術(shù)資料.進(jìn)行了聲波測試試驗。從檢測結(jié)果來看，最大波速為l538m/s，最小波速為l228m/s，平均波速約為1400m/s.同一地層的波速值相差較大。分析原因.砂礫石層成分較復(fù)雜，且極不均勻，導(dǎo)致實測的聲波測試值變化較大?？梢姡暡y試的方法不適合用來評價深厚砂礫石層的灌漿效果。

針對此種情況.在下坂地深厚砂礫石層帷幕灌漿工程中進(jìn)行了新的探索.提出了一種適合深厚砂礫石層帷幕灌漿質(zhì)量檢查的方法。即用后灌漿的排(序)灌漿孔的灌漿情況初步判斷先灌孔的灌漿效果，最終結(jié)合總帷幕厚度布置綜合檢查孔，采用靜水頭壓水方法.檢驗帷幕灌漿效果。這種檢查方法，具有直觀、效果明顯等優(yōu)點，結(jié)合分排、分序孔的平均單位注入量成果.可作為帷幕灌漿實施效果檢查的首選評價方法。

結(jié)語

砂礫石地層的防滲處理是工程中經(jīng)常遇到的難題。因此深厚砂礫石層防滲帷幕灌漿施工技術(shù)的研究具有重要意義。砂礫石層帷幕灌漿施工技術(shù)多年來一直處于摸索階段。仍需要進(jìn)一步研究解決。筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗和工程實踐總結(jié)出來了能有效的解決在砂礫石層施工行之有效的方法。

[1]任習(xí)祥.幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中的應(yīng)用.廣東建材，2009年2期.

[2]劉海波..砂礫石層壩基帷幕灌漿施工技術(shù).西部探礦工程，2009年7期.