雙液控制灌漿技術(shù)趙鐵軍論文

1、雙液控制灌漿技術(shù)在漂卵石層防滲帷幕中的應(yīng)用趙鐵軍 一、概述劉家坪水電站增效擴容改造水庫淹沒區(qū)汪甸防護(hù)工程位于右江樂里河支流上，地處樂里河左岸汪甸鄉(xiāng)政府后汪垌片一帶，東起汪甸水文站，西至塘房橋頭。防護(hù)區(qū)保護(hù)耕地面積810畝。汪甸防護(hù)工程包括西片的農(nóng)田填高工程和東片的堤防工程。東片堤防保護(hù)耕地340畝，堤防工程主要建筑物有：防護(hù)堤、自排涵、排澇站、排滲井等。防護(hù)堤全長1182.9m，其中支堤與西片農(nóng)田相連，樁號0+0000+301，全長301m，堤高25m，干堤樁號為1+712.62+594.5，全長881.9m，堤基寬40m，地面高程220231m，堤頂高程229.5m。2006年8月底9月初庫

2、水位達(dá)到222m高程時，發(fā)現(xiàn)東區(qū)防護(hù)堤基土滲水濕潤嚴(yán)重，部分堤段（樁號1+7152+155m）排滲井已出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象，在原水文站東面地形較低的地方（地面高程221m以下）浸水嚴(yán)重，地面逐步產(chǎn)生沼澤化。當(dāng)庫水位進(jìn)一步增加至正常庫水位時，局部可能會出現(xiàn)管涌，嚴(yán)重危及到堤防安全穩(wěn)定。經(jīng)過后期的補充勘察論證，堤基含泥漂卵石層內(nèi)滲透系數(shù)已達(dá)到6.95×10-21.68×10-1cm/s，屬于強透水層，必須進(jìn)行有效的防滲處理，才能保證汪甸保護(hù)區(qū)的安全。堤基防滲處理區(qū)主要地層自上而下為：1）堤防填土（QS）：紅褐色、黃褐色粉質(zhì)粘土及含碎石粉質(zhì)粘土等，來源于階地上的沖積層和附近的山坡上殘

3、坡積層。2）粉質(zhì)粘土（Qpal-2）:厚度25m，較密實?？捎菜軤顟B(tài)。滲透系數(shù)K=5.84×10-66.45×10-5cm/s。3）含泥漂卵石層（Qpal-1）:厚3.512.2m。結(jié)構(gòu)松散，但無架空現(xiàn)象，局部泥質(zhì)膠結(jié)，底部漂卵石含泥量較少，漂石分布不均一。滲透系數(shù)k=1.68×1031.12cm/s。4）基巖為T2L中厚層灰色砂巖夾淺灰色泥巖或與砂巖互層，隔水性能良好。二、防滲處理設(shè)計 本工程防滲帷幕施工的主要目的是截住堤基內(nèi)滲漏。按照設(shè)計要求，結(jié)合堤基的水文、工程地質(zhì)條件，采取的主要施工方法為雙液（水泥、水玻璃）灌漿方法，對漂卵石層進(jìn)行防滲灌漿處理（以下簡稱“

4、雙液帷幕灌漿”），灌漿自下而上分段進(jìn)行。本工程雙液帷幕灌漿分2排2序施工，共劃分了18個單元工程。其中序孔270個，灌漿進(jìn)尺2307.5m,共灌入水泥1804.83t,平均單耗782.2kg/m;序孔269個,灌漿進(jìn)尺2396.55m,共灌入水泥1819.2t,平均單耗759.1kg/m。序孔平均單耗較序孔有所降低。全標(biāo)段平均單耗770.4 kg/m。施工范圍從1681.390m2192.0m，全長510.61m，共布置雙液帷幕灌漿孔512個。帷幕灌漿沿堤頂縱向設(shè)置，分兩排施工，孔距2.0m，排距1.2m，呈梅花形布置。帷幕灌漿在防護(hù)堤堤頂上進(jìn)行，帷幕頂伸入土層0.51.0m,帷幕底深入基巖0

5、.51.0m。三、施 工 1、施工依據(jù)雙液灌漿施工嚴(yán)格依據(jù)“設(shè)計圖（WDF-4G-D-0106）”；劉家坪水電站增效擴容改造水庫淹沒區(qū)汪甸防護(hù)堤堤基帷幕灌漿施工技術(shù)要求和設(shè)計修改通知單以及監(jiān)理單位批準(zhǔn)的汪甸防護(hù)工程堤基應(yīng)急防滲處理項目標(biāo)段帷幕灌漿施工組織設(shè)計進(jìn)行施工，施工過程中進(jìn)行了全過程的質(zhì)量控制，關(guān)鍵部位及特殊孔段均采取了妥當(dāng)有效的處理措施，從根本上保證了帷幕灌漿的質(zhì)量。2、堤基雙液帷幕灌漿主要特點堤基漂卵石層內(nèi)采用雙液帷幕灌漿，利用水玻璃與水泥混合后的速凝特性，根據(jù)摻量大小調(diào)整漿液凝固時間，使灌入的漿液具有可控性能在預(yù)定的時間內(nèi)達(dá)到初凝，防止?jié){液在漂卵石層滲流過遠(yuǎn)，以有限的灌漿材料形成有

6、效的防滲帷幕，達(dá)到止水防滲的目的。3、雙液帷幕灌漿施工工藝、灌漿材料的配合比本工程屬于漂卵石層帷幕灌漿，同時當(dāng)樂里河水位上漲時屬于動水條件注漿。在這種情況下，為控制漿液不致流失太遠(yuǎn)，必須使?jié){液在合適的時間內(nèi)凝固。采用水泥水玻璃雙液漿，水泥、水玻璃雙液漿膠凝時間可在幾秒至幾十分鐘之間隨意調(diào)節(jié)，結(jié)石率100%，結(jié)石體抗壓強度可達(dá)1020Mpa以上，滲透系數(shù)大于1×10-7cm/s,在保證管路暢通、不堵塞孔的情況下，能使?jié){液在預(yù)期的時間內(nèi)凝固,并形成規(guī)則的有效帷幕。漿材配比試驗根據(jù)該工程的特點選擇性進(jìn)行。根據(jù)前期試驗成果選擇1:1和0.8:1兩組水灰比分別摻加3%、5%、7%、10%的水玻

7、璃四種不同摻量進(jìn)行了漿液初、終凝時間、流動性、析水率的測定?？墒褂玫呐浜媳纫姳?.5。施工時，根據(jù)本工程的實際情況，采用4%的水玻璃摻量為基數(shù)，適時根據(jù)鉆孔灌漿情況進(jìn)行調(diào)整。表 可使用的雙液漿的配比和性能表水灰比水玻璃摻量初凝時間（膠凝狀態(tài)）終凝時間流動性（s）析水率(%)備注1:13%357h1819.91:15%155h218.57%2202.5h295.410%5836353.20.8:13%214h2010.75%102h257.07%2930343.710%1710511.3、水泥漿液的制備、灌漿設(shè)備與機具漿液攪拌桶采用0.6m3立式攪拌桶。輸漿管采用軟鋼絲加固管和鋼管，并保證能承受

8、1.5倍的最大壓力。灌漿設(shè)備：采用專用雙液灌漿泵并結(jié)合采用SGB-10型灌漿泵。、制漿原漿制備主要采用我公司自行研制的ZJ-2000全自動集中制漿站、原漿經(jīng)分送到儲漿桶后，采用低速制漿機根據(jù)需要配比配漿后輸往各施工點。制漿材料必須稱量，稱量誤差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法?；旌蠞{嚴(yán)格按配比配置。各類漿液必須攪拌均勻。制漿使用與集中制漿站配套的高速攪拌機，攪拌時間不宜小于30s。漿液在使用前應(yīng)經(jīng)二次過篩，從制漿到用完的時間不超過4h。、造孔、放線布孔首先根據(jù)設(shè)計圖紙標(biāo)明的孔位，采用經(jīng)緯儀、皮圈尺和鋼尺進(jìn)行鉆孔整體放樣。確定施工軸線后，并逐孔定好孔位，用油漆在防浪墻上標(biāo)記好，并每隔2

9、0m設(shè)置控制性樁號。施工時，必須用鋼卷尺重新校測，逐孔復(fù)核孔位（防止施工過程時標(biāo)記樁被移動）。要求開孔位置與設(shè)計位置偏差不得大于10cm，因故變更孔位需征求監(jiān)理或設(shè)計同意。本工程施工放樣時，從業(yè)主提供的坐標(biāo)基準(zhǔn)點引出防滲帷幕軸線，再從標(biāo)段起始點按2m孔距逐孔定位，并在防浪墻上標(biāo)記好，隔孔標(biāo)明孔號。第一排孔從標(biāo)段起點1681.39至端點2192m,實際長度510.61m,孔號從127381，實際布孔數(shù)254個（單排），與設(shè)計圖紙257個相差3孔。為此，設(shè)計下發(fā)了設(shè)計修改通知單（GWPDI-QS7-D6）,鉆孔施工至382號孔。后續(xù)因設(shè)計變更（設(shè)計通知單GIDI-I-BS-WDF-2007-1）補

10、孔的放樣直接從382號孔按2m孔距向標(biāo)延續(xù)。、 造孔1）鉆機就位孔位確定無誤后，將鉆機移至核定的孔位上，按照要求進(jìn)行機架、機座校正，確認(rèn)導(dǎo)桿或立軸與鉆孔傾角一致，并在同一軸線上，配備良好鉆具，保證鉆孔鉛直開孔。2）鉆進(jìn)設(shè)備為提高鉆進(jìn)效率，加快施工速度，鉆探設(shè)備根據(jù)地層情況選用。堤基上部填土及粉質(zhì)粘土層采用沖擊鉆孔，下部含泥漂卵石層采用回轉(zhuǎn)鉆機成孔。3）鉆進(jìn)開孔采用沖擊鉆機，取土鉆進(jìn)穿過覆蓋層，進(jìn)入漂卵石層后，采用地質(zhì)鉆機鉆進(jìn)。為防止施工中過多的鉆進(jìn)水滲入堤身內(nèi)，影響堤身穩(wěn)定，堤身鉆進(jìn)均采用套管對土層進(jìn)行有效防護(hù)隔離，使原有大堤免受損壞，確保防護(hù)堤安全運行。鉆孔結(jié)束后，再將套管拔起。、特殊情況處

11、理在鉆進(jìn)過程中，精心操作，合理掌握鉆進(jìn)參數(shù)、速度，以防止埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故。一旦出現(xiàn)孔內(nèi)事故，盡快處理，并備齊必要的事故打撈、處理工具。鉆孔過程中如遇到掉鉆、鉆進(jìn)速度過快、孔內(nèi)異常等情況，先進(jìn)行詳細(xì)記錄，并及時分析原因和采取有效措施處理后再續(xù)鉆。發(fā)生事故后,必須弄清事故孔段的孔深、地層情況、鉆具位置、規(guī)格、判別事故類型。卡鉆、埋鉆處理：發(fā)現(xiàn)鉆具被卡時，首先保持沖洗液暢通，先扭、打、拉等方法進(jìn)行處理，處理后將打撈工具、處理方法及過程填入事故處理表。本工程鉆孔施工配備了經(jīng)驗豐富的鉆探工人，在鉆孔施工時，由于精心操作，鉆進(jìn)參數(shù)合理，未出現(xiàn)任何卡鉆、掉鉆的現(xiàn)象。、鉆孔記錄與鉆孔保護(hù)原始記錄：每孔

12、段鉆進(jìn)時均詳細(xì)填寫鉆探班報表，記錄孔深、孔徑、鉆進(jìn)時間；下入套管規(guī)格、長度，遇到的特殊情況（大漂石、含泥夾層、掉鉆、卡鉆等）。先導(dǎo)孔、試驗孔、檢查孔等均作詳細(xì)地質(zhì)編錄，記錄巖土層分層厚度、性狀和觀測地下水位等地質(zhì)情況。做到原始資料齊全、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，復(fù)核無誤后歸檔備查。鉆進(jìn)過程中，各孔詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化、換層情況和水位下降、掉鉆。尤其注意分層的位置所在，并準(zhǔn)確記錄在班報上，便于后續(xù)分析情況，此外鉆孔過程中的其它處理措施均一一記錄清楚。鉆進(jìn)至設(shè)計孔深后，待灌或灌漿結(jié)束時待鉆，孔口均進(jìn)行加蓋處理，防止異物進(jìn)入。、灌漿、灌漿方法本工程帷幕雙液灌漿采用依次加密法分二序施工，均采用自下而上分段

13、灌漿法，段長0.5m。鉆孔達(dá)到要求深度后，下入灌漿管至孔底（若垮孔，采用打桿法至孔底），然后用碎礫石回填孔內(nèi)至含泥漂卵石層頂部，上部采用粘土填滿灌漿管與孔壁之空隙，試壓漿，當(dāng)止?jié){效果較差時，再適度送入雙液漿至孔口返漿為止，待凝3060min，開始灌注。如果在上提灌漿管后，出現(xiàn)從灌漿管和土層間隙處出現(xiàn)冒漿，采取再次注漿后孔口返漿后待凝10min左右的方法，使漏漿得到有效止?jié){。灌漿頂部深入土層0.51.0m,底部深入基巖0.51.0m。、漿液水灰比：灌漿漿液濃度按先稀后濃、逐級變換的原則進(jìn)行。漿液水灰比采用1:1、0.8:1。一般情況下開灌水灰比采用1:1，漿液配制要稱量準(zhǔn)確，保證誤差小于5%。帷

14、幕雙液灌漿漿液變換控制：當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時或當(dāng)注入率不變，壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。當(dāng)某一級漿液的注入量達(dá)300L以上或灌注時間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時，應(yīng)改濃一級水灰比或通過控制水玻璃的加入量來控制漿液灌入量。當(dāng)注入率大于30L/min，可根據(jù)具體情況，降低壓力，調(diào)整漿液膠凝時間來控制灌漿。灌漿過程中，每隔30min，量測一次漿液濃度，必要時須測漿液溫度。灌漿過程中，漿液灌入量主要通過水玻璃摻量控制，最大摻量為5%，在灌漿過程中，若灌漿段吸漿量太少，則適量降低水玻璃的摻量至1%3%;若灌入量過大，降低壓力，減少注入率，適當(dāng)延長灌漿時間，

15、待注入漿液逐步凝固后，在緩慢升壓至結(jié)束。原則上，本標(biāo)段每米灌漿耗灰量不少于750kg。但是隱蔽工程施工時，不可預(yù)見的因素太多，施工時有些堤段每米吸漿量大于800kg。當(dāng)每米吸漿量大于800kg時，根據(jù)本節(jié)4.2中灌入量過大的處理原則進(jìn)行處理。、灌漿壓力灌段灌漿壓力最大值不得超過0.6Mpa。壓力表安裝于孔口進(jìn)漿管路上，所有壓力表及計量儀器使用前，采用標(biāo)準(zhǔn)壓力表進(jìn)行測定，不符合標(biāo)準(zhǔn)者嚴(yán)禁使用。灌漿時，應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計壓力。但當(dāng)注入率較大，可考慮分級升壓。、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采用雙液控制灌漿自下而上灌漿法，達(dá)到設(shè)計規(guī)定最大壓力0.6Mpa，累計注入量達(dá)到750kg/m后,上提灌漿或終孔結(jié)束。、封孔每個雙液灌漿

16、孔全孔灌漿結(jié)束后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，土層中倒入粘土球，用鉆桿擊實封孔，每次擊實回填厚度不超過30cm。 四、幾種情況下處理措施1、防護(hù)內(nèi)外水位發(fā)生變化時施工措施庫水位低于堤內(nèi)被保護(hù)耕地地面高程2米以下時，堤基帷幕雙液灌漿依據(jù)前述的施工工藝進(jìn)行；一旦當(dāng)劉家坪水電站庫水位急劇上漲，高于被保護(hù)耕地地面高程時，堤基帷幕雙液灌漿需采取以下針對性措施;1）由于庫水位升高，堤基及耕地地區(qū)地下水位將會抬升，灌注漿液在地下水流作用下，將會向耕地內(nèi)側(cè)反流，形成動水條件下施工。因此，灌漿必須嚴(yán)格控制其擴散半徑，適當(dāng)加大速凝劑摻量（5-7），以防漿液擴散太遠(yuǎn)，影響灌漿效果；2）加強對堤內(nèi)被保護(hù)區(qū)的觀測力度，嚴(yán)格

17、控制灌漿灌入量，防止因灌漿而引起堤內(nèi)抬動、擊穿而出現(xiàn)涌、突水事件；3）適時檢查施工使用的壓力表、流量表等計量設(shè)備的靈敏度，防止因儀表失靈而導(dǎo)致涌、突水事件的發(fā)生；2、孔位、孔斜的控制孔位控制：孔位即保證防滲形成連續(xù)一體的重要環(huán)節(jié)。施工放樣時，先利用堤頂上坐標(biāo)控制點，采用經(jīng)緯儀對防滲帷幕軸線進(jìn)行放樣定位，然后分段設(shè)立控制點。單孔放樣逐段逐孔進(jìn)行控制，保證鉆孔孔位在同一軸線上，鉆孔定位必須保證誤差在5cm以內(nèi)。鉆孔安裝、校正由現(xiàn)場技術(shù)員核實后開始鉆孔施工。孔斜控制：當(dāng)鉆孔每鉆至510m時用測斜儀測斜及時進(jìn)行孔斜測量，偏斜率不能滿足要求時，及時采取糾斜措施，直至滿足要求為止。終孔時，逐段進(jìn)行量測孔斜

18、，凡自檢時發(fā)現(xiàn)綜合鉆孔斜率超過1時，一律重新造孔，自檢測定合格后，請監(jiān)理工程師現(xiàn)場驗收確認(rèn)。保證施工形成連續(xù)一體的有效防滲帷幕，避免帷幕線不連續(xù)或開褲叉的現(xiàn)象。全線施工的帷幕孔由于嚴(yán)格的質(zhì)量控制，偏斜率均控制在設(shè)計要求允許范圍以內(nèi)。具體測斜數(shù)據(jù)參見鉆孔測斜記錄表。3、特殊部位的施工質(zhì)量控制根據(jù)堤基漂卵石的情況，主要集中在漂卵石層較厚的部位，漂卵石分布狀態(tài)及含泥量不均，礫徑大小不一，帷幕灌漿過程中出現(xiàn)了大量吸漿、串漿、沿鉆孔返漿、吸水不吸漿漿液回濃等諸多特殊灌漿問題，施工時控制灌注質(zhì)量則成為帷幕是否形成的主要控制手段，基本做法如下：1)從鉆孔入手，掌握鉆孔內(nèi)實際的地質(zhì)資料鉆孔時，密切注視鉆探感應(yīng)

19、，對鉆進(jìn)速度、回水顏色、狀況進(jìn)行真實記錄，取芯進(jìn)行觀察、掌握裂隙發(fā)育情況，做簡易注水試驗，掌握地層的滲透系數(shù)，從而用以指導(dǎo)灌漿施工；2)嚴(yán)格操作程序，按照技術(shù)要求進(jìn)行操作灌漿過程中，要求灌漿管到位，漿液的制定、變比、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵循技術(shù)要求，保證各施工孔段得到有效灌注，形成有效的防滲帷幕。3)大量吸漿段的處理大量吸漿段主要為漂卵石層較厚的灌段。灌漿時，出現(xiàn)大量吸漿后，早期按要求進(jìn)行水灰比變濃，同時對地表相應(yīng)部位進(jìn)行觀察，是否從地表漏漿或與其它鉆孔串通，若出現(xiàn)上述情況，采取封閉漏漿點等相應(yīng)措施。若單位灌入量大，無法起壓時則采取限流、間歇灌漿，加大水玻璃的摻合比例， 4)孔口返漿的處理孔口返漿的主

20、要途徑多為孔內(nèi)灌漿管與孔壁封堵不密實。灌漿過程中，若出現(xiàn)此現(xiàn)象，則須將灌漿管拔起后重新下入，并重新封孔，至止?jié){后再灌至正常結(jié)束。帷幕灌漿過程中，所出現(xiàn)的孔口返漿情況，均按上述方法處理，達(dá)到了較為理想的處理效果。5)相鄰孔串漿的處理相鄰孔串漿主要通過漂卵石層發(fā)生。本工程系漂卵石層灌漿，在漂卵石厚度相對較小時串漿出現(xiàn)的概率較高。當(dāng)孔距在4m左右時，常出現(xiàn)串漿現(xiàn)象。當(dāng)兩孔均具備灌漿條件時，下入灌漿管，同時進(jìn)行灌漿至正常結(jié)束；被串孔不具備灌漿條件時（正在鉆進(jìn)或灌漿設(shè)備不足），立即停止鉆進(jìn)，或用泥球?qū)︺@孔進(jìn)行回填，當(dāng)灌漿孔結(jié)束后，被串孔鉆進(jìn)至設(shè)計孔深，再進(jìn)行灌漿至正常結(jié)束。6)冒漿段的處理帷幕灌漿時，極

21、少數(shù)孔從堤前出現(xiàn)冒水冒漿，多為堤體填土個別部位在河水滲漏條件下形成滲流破壞，而為漿體冒出堤面提供了良好條件。出現(xiàn)冒漿時，采取降壓、限流、加大水玻璃的摻合量、間歇待凝等措施進(jìn)行處理。如采取降壓，限流灌注一定量后仍不能結(jié)束者，采取灌注待凝，再掃孔復(fù)灌至正常結(jié)束。五、 總結(jié)與建議1、總結(jié)劉家坪水電站增效擴容改造水庫淹沒區(qū)汪甸防護(hù)堤基應(yīng)急防滲處理工程從鉆孔揭露和灌漿實施情況分析防護(hù)堤基漂卵石層地質(zhì)條件比較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在：1)部分堤段漂卵石層漂卵石粒徑較大，漂石、卵礫石、砂及泥混雜，分選性極差，結(jié)構(gòu)松散滲透性強烈，導(dǎo)致鉆進(jìn)時無回水，造孔困難，灌漿時吸漿量大；2)部分堤身填土層結(jié)構(gòu)松散，灌漿時常出現(xiàn)堤后漿砌石段漏漿等現(xiàn)象。2、不同的特殊地質(zhì)條件必須有對應(yīng)的灌漿措施，才能從根本上保證灌注效果。針對上述復(fù)雜的地質(zhì)條件，灌漿過程中有針對性地采取了濃泥漿護(hù)壁造孔，灌漿時根據(jù)地層情況及時調(diào)整漿液濃度、水玻璃摻和量和一次性預(yù)埋射漿