深孔帷幕灌漿質(zhì)量

1、1引言為保證大壩地基安全，深孔帷幕灌漿質(zhì)量與否是至關(guān)重要的。事實(shí)上，因?yàn)?各方面的原因，鉆孔與設(shè)計方向往往會產(chǎn)生不一致的偏斜變化。如果鉆孔產(chǎn)生的 偏斜度很小，其影響是不大的；假如偏斜度嚴(yán)重發(fā)展，不僅對鉆進(jìn)質(zhì)量、事故發(fā) 生率、鉆進(jìn)效率等方面產(chǎn)生不良的影響，而且會嚴(yán)重影響具有一定防滲標(biāo)準(zhǔn)的 “連續(xù)帷幕”的形成，使灌漿質(zhì)量不能達(dá)到要求，以致不得不進(jìn)行一定量的補(bǔ)充 灌漿，從而使帷幕的造價提高。所以，我們不得不對孔斜由發(fā)生到處理等一系列 技術(shù)問題加以掌握，以便在深孔帷幕灌漿中將孔斜控制在規(guī)程要求的容許偏差值 內(nèi)。在此，主要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)性地探討深孔帷幕灌漿孔斜成因及其防治措 施，以供借鑒。2孔斜成因

2、分析孔斜作為鉆孔事故產(chǎn)生的原因較多，視其主客觀因素可歸納為地質(zhì)條件不 良，技術(shù)條件不適宜，操作方法不當(dāng)?shù)?個方面。2.1地質(zhì)條件不良在地質(zhì)條件方面，集中表現(xiàn)在鉆孔內(nèi)巖石的力學(xué)性質(zhì)上，主要為：鉆進(jìn)松散覆蓋層時，覆蓋層越厚，越容易改變鉆孔的方向。其主要原 因是覆蓋層具有較強(qiáng)的活動性，鉆出的鉆孔孔徑較大時，勢必對粗徑鉆具不能形 成強(qiáng)有力的控制，因而不能保證鉆進(jìn)方向的一致性；在有一定傾角的、軟硬交替的巖石中鉆進(jìn)，由于鉆頭在同一接觸面上 有軟硬不同的巖層，因此，可鉆性不同的巖層會產(chǎn)生不同的鉆進(jìn)速度，從而改變 鉆頭的鉆進(jìn)方向；在厚度大、破碎較嚴(yán)重的巖層中鉆進(jìn)，其鉆孔孔徑也較大，粗徑鉆具 在鉆進(jìn)方向上不容易

3、被控制。此外，破碎巖層往往是軟硬巖層共存，因此，鉆頭 容易改變方向；砂卵石層中鉆進(jìn)，鉆孔最容易偏斜。因?yàn)榈[石的圓滑對鉆頭產(chǎn)生偏滑 作用，形成不均衡的阻力，易改變鉆頭前進(jìn)的方向；在遇到溶蝕孔洞、大斷裂帶或老空洞等情況時，亦會產(chǎn)生鉆孔的偏斜。2.2技術(shù)條件不適宜因采用與實(shí)際不相宜的技術(shù)措施造成的鉆孔偏斜，主要表現(xiàn)為：在開孔鉆進(jìn)或淺孔階段的鉆進(jìn)中，鉆機(jī)立軸與鉆孔不在同一條中心線 上，這會直接影響鉆孔偏斜；使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴(yán)重的立軸鉆桿定向 套管，容易使立軸產(chǎn)生較大的擺動，直接影響到鉆頭在孔底鉆進(jìn)時的不穩(wěn)定性；帷幕深孔一般都要安裝孔口管，如果孔口管不正，也會直接影響到開孔鉆進(jìn)時的 方向；使用

4、了彎曲的鉆具或過短的巖心管。巖心管、鉆桿等的彎曲，都會使 鉆具連接后不正，從而影響鉆進(jìn)的方向。使用過短的巖心管，在孔內(nèi)歪斜時，比 長巖心管的歪斜度更大，產(chǎn)生的孔斜度也更為嚴(yán)重；在由大孔徑換小孔徑或擴(kuò)孔鉆進(jìn)過程中，因?yàn)榭妆诟鞑坑捕炔灰?，?徑大小也不一致，換徑后的鉆頭很難保持在與原孔中心線一致的方向向下鉆進(jìn)；孔徑越大，受壓鉆桿產(chǎn)生的彎曲、拉伸、扭曲也會增大，使鉆頭在孔 底鉆進(jìn)時不穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而使鉆進(jìn)方向發(fā)生變化；金剛石鉆頭胎體硬度不一致與金剛石顆粒分布不均一，或硬質(zhì)合金鉆 頭底出刃尺寸不同，也會直接影響到鉆進(jìn)方向的改變。2.3操作方法不當(dāng)操作方法的不當(dāng)往往是產(chǎn)生鉆孔偏斜的直接原因。鉆進(jìn)時過大的

5、加壓，使鉆桿產(chǎn)生多段處的嚴(yán)重彎曲，特別是在不利的 地質(zhì)條件下，對產(chǎn)生鉆孔偏斜的影響會更大；使用磨損過鈍的金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，會因在金剛石顆粒或合 金粒向巖石內(nèi)切入不穩(wěn)定的情況下，容易改變鉆頭的鉆進(jìn)方向；在松散易坍塌的巖層中鉆進(jìn)，沖洗液的排量過大，壓力過高，特別是 使用粘度很小的泥漿或清水作沖洗液時，會較嚴(yán)重地破壞孔壁，造成孔內(nèi)某一局 部的坍塌，使孔徑擴(kuò)大。由此不易控制鉆桿過大的彎曲，致使粗徑鉆具容易產(chǎn)生偏斜。3孔斜對產(chǎn)生孔內(nèi)事故的影響鉆孔一旦發(fā)生較嚴(yán)重的孔斜，將會給鉆孔施工過程帶來很多難題。嚴(yán)重的孔 斜，不僅會加劇孔內(nèi)事故的發(fā)生，而且會增加已發(fā)事故處理的復(fù)雜性。3.1孔斜會加劇孔壁坍塌、

6、掉塊、巖層錯動等地質(zhì)因素所易造成的孔內(nèi)埋鉆、 卡鉆擠夾等事故在松軟、破碎的巖層中鉆孔，不采取有效的護(hù)壁措施，就有可能 產(chǎn)生孔壁坍塌，造成鉆具的埋擠、陷埋事故；在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地層中鉆進(jìn)，當(dāng) 遭遇到局部地層結(jié)構(gòu)不堅固、不完整時，會因巖層自身牢固性不夠，鉆桿在孔內(nèi) 回轉(zhuǎn)碰打，沖洗液沖刷破壞，使其部分巖石破裂而掉入孔內(nèi)，造成鉆具的擠夾， 給鉆具的提升或下降帶來困難；在節(jié)理多、傾角大、破碎多等容易活動的巖層內(nèi) 鉆孔，往往會發(fā)生成批的巖石塊(孔壁巖石)向孔內(nèi)滑動，使鉆孔變形，產(chǎn)生因 巖層部分錯動的卡鉆擠夾事故。如果鉆孔在上述部位發(fā)生了較為嚴(yán)重的偏斜，會很容易產(chǎn)生孔壁坍塌、掉塊、 巖層錯動，使原有地層的活

7、動性增加，穩(wěn)定性減弱，影響范圍也相應(yīng)擴(kuò)大，使孔 內(nèi)埋鉆、卡鉆、擠夾事故發(fā)生的頻率增加。3.2鉆具折斷事故的機(jī)率增加鉆孔的嚴(yán)重偏斜，使高速回轉(zhuǎn)的鉆具在孔壁巖石的磨擦作用下，磨損相當(dāng)嚴(yán) 重。鉆具在孔內(nèi)回轉(zhuǎn)時，會因鉆孔較大偏斜產(chǎn)生很大阻力，而此阻力又集中表現(xiàn) 在孔內(nèi)的彎曲接觸上。因此，也就使鉆具折斷的機(jī)率增加。3.3在偏斜度較大的鉆孔內(nèi)，發(fā)生鉆具折斷事故后會影響事故的正常處理， 增加其處理的復(fù)雜性鉆桿折斷以后，其下部的斷頭會因孔斜而深藏在大孔徑段內(nèi)，使打撈矢錐不 易對上斷頭；如果鉆孔方位的偏斜變化較為復(fù)雜，盡管孔壁是完整的，打撈矢錐 也不易碰上斷頭；假如鉆孔方位的偏斜無多大變化，也會因孔斜度較大，打

8、撈矢 錐與鉆桿斷頭不容易端正的接觸。在上述情況下，往往不得不改變打撈方法，也 就相應(yīng)地增加了打撈時的復(fù)雜性。4孔斜對鉆進(jìn)效率的影響鉆孔產(chǎn)生較嚴(yán)重的偏斜，會使鉆進(jìn)效率大大降低，集中表現(xiàn)在下面3個方面：鉆孔偏斜會使鉆桿在孔內(nèi)隨之發(fā)生彎曲，這樣，當(dāng)回轉(zhuǎn)動力由立軸鉆 桿向鉆頭傳遞時，會使鉆頭的回轉(zhuǎn)非常不穩(wěn)定，造成鉆頭的磨損，降低鉆進(jìn)的效 率，鉆進(jìn)進(jìn)尺也會因此而受到不同程度的影響；鉆孔偏斜使鉆具與孔壁之間的摩擦力增大，這樣，鉆孔的軸心壓力不 能按需要全部作用到鉆頭上，從而影響進(jìn)尺。如果過分增加壓力，就容易造成鉆 具折斷；由于鉆孔偏斜比較嚴(yán)重，不能使用快速鉆進(jìn)的方式鉆孔。因此，快速 鉆進(jìn)容易導(dǎo)致鉆具折斷。

9、由此可見，孔斜對鉆進(jìn)效率的影響體現(xiàn)在進(jìn)尺的快慢上，因鉆孔偏斜致使鉆 具折斷事故的增多，勢必需要浪費(fèi)大量時間用于孔內(nèi)事故的處理，使單位進(jìn)尺減 少，效率降低。同時，鉆孔偏斜造成的鉆具磨損，使鉆具使用壽命降低，單位進(jìn) 尺的材料消(損)耗量增加，造價提高，相應(yīng)地降低了鉆具的鉆進(jìn)效率。在帷幕 灌漿中，鉆孔的費(fèi)用和工時一般占1/31/2以上，因此設(shè)法提高鉆進(jìn)效率，具有 十分重要意義。5孔斜對鉆孔質(zhì)量的影響5.1鉆孔地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性受懷疑在進(jìn)行灌漿孔特別是帷幕灌漿深孔的鉆進(jìn)中，要求對巖層巖性以及孔內(nèi)各種 情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，便于在研究灌漿資料時分析灌漿質(zhì)量，了解不同巖層的可灌 性，分析防滲帷幕的效果。但鉆孔偏

10、斜后使所要了解的地質(zhì)資料不準(zhǔn)確，表現(xiàn)在 以下3方面：對巖層或構(gòu)造帶的空間位置、厚度、結(jié)構(gòu)的分析有直接影響。一般在 進(jìn)行深孔帷幕灌漿施工之前都要選取一部分I序孔，將其作為先導(dǎo)孔施工，以便 進(jìn)一步查明地質(zhì)勘探資料的正確性，了解巖層及構(gòu)造帶的分布狀況，將其灌漿成 果資料用于指導(dǎo)后期各序孔的灌漿施工。但有孔斜以后，對巖層及構(gòu)造帶產(chǎn)生因 孔斜所造成的假厚度，改變了施工目的和要求，使所要了解的內(nèi)容變得模糊，在 根據(jù)各先導(dǎo)孔地質(zhì)資料進(jìn)行巖層對比及灌漿分段等方面都會發(fā)生困難；鉆孔產(chǎn)生偏斜會破壞灌漿孔間的合理孔距。因此，會產(chǎn)生部分無效進(jìn) 尺，甚至只有采取補(bǔ)孔的辦法來彌補(bǔ)因孔斜帶來的負(fù)面影響。有時，因鉆孔偏斜 太

11、大及其偏斜方向巧合，鉆孔的下部會鉆至臨近孔中或穿過臨近鉆孔，使鉆孔下 部的進(jìn)尺無效。再進(jìn)行補(bǔ)孔時，無疑會造成很大浪費(fèi)；鉆孔偏斜后，鉆頭在孔內(nèi)的回轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，致使采取到的巖心很細(xì)，甚 全保存不住巖心，嚴(yán)重地影響巖心的采取率。5.2灌漿施工因孔斜而不能正常進(jìn)行有了良好的灌漿孔，才能實(shí)行良好的灌漿。鉆孔偏斜必然會使灌漿孔的孔壁 不圓和不平整，給安設(shè)栓塞造成困難。帷幕灌漿一般采用孔口封閉器的方式灌注， 大多數(shù)將鉆桿作為射漿管用，因有鉆孔孔壁的彎曲，鉆桿在孔內(nèi)也呈彎曲狀態(tài)， 在灌漿特別是灌注濃漿時，很容易發(fā)生“固死”鉆桿的現(xiàn)象，從而影響灌漿的順 利進(jìn)行。6孔斜對灌漿質(zhì)量的影響孔斜所造成的灌漿孔孔距的變化使

12、相鄰孔的有效充填范圍彼此銜接不起來， 從而使灌漿帷幕不能達(dá)到規(guī)定的防滲標(biāo)準(zhǔn)，灌漿質(zhì)量受到影響。漿液在巖石縫隙中的擴(kuò)散范圍受灌漿壓力、漿液性質(zhì)、巖縫發(fā)育特征及施工 工藝等因素的影響。同一性質(zhì)的漿液在不同壓力、不同地質(zhì)條件下，擴(kuò)散充填的 范圍差異性很大。灌漿孔距的確定，過去應(yīng)用最多的是憑經(jīng)驗(yàn)判斷，現(xiàn)在一般是 在現(xiàn)場作灌漿試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)后確定的孔距相對于某一壩址地質(zhì)狀況來說是較為 合理的，它的最主要的特點(diǎn)是，使相鄰灌漿孔漿液的充填范圍能彼此銜接，而且 到最后既不會遺留下能導(dǎo)致透水性超過標(biāo)準(zhǔn)的大裂縫，又不使搭接重疊的部分太 少，以能形成一個具有一定防滲標(biāo)準(zhǔn)的“連續(xù)帷幕”，又使鉆孔量最少。但鉆孔 產(chǎn)生偏

13、斜后，無疑會破壞相鄰鉆孔間漿液充填時的這種“銜接”關(guān)系，灌漿不能 達(dá)到預(yù)期目的。7孔斜的預(yù)防與處理措施控制鉆孔鉆進(jìn)方向，使之不發(fā)生嚴(yán)重偏斜是一項(xiàng)很復(fù)雜的技術(shù)工作。采取何 種技術(shù)措施防止鉆孔偏斜或鉆孔產(chǎn)生嚴(yán)重偏斜后如何處理，都必須將影響鉆孔偏 斜的3方面因素結(jié)合起來全面加以考慮。7.1預(yù)防孔斜的措施鉆機(jī)的安裝要水平牢固，立軸中心與鉆孔中心應(yīng)在同一條垂直線上， 并按要求的孔向?qū)?zhǔn)孔位開孔，以使鉆進(jìn)中不擺不晃；孔口管必須牢固并滿足要求，在開孔鉆進(jìn)與淺孔階段鉆進(jìn)中，立軸鉆 桿不能太長，否則鉆進(jìn)時擺動性大，致使立軸轉(zhuǎn)動不穩(wěn)，造成鉆具擺動性增大；使用符合規(guī)格的各種鉆孔器具，并隨時檢查，如發(fā)現(xiàn)有彎曲的鉆具或

14、 有磨損較嚴(yán)重的立軸導(dǎo)管時，應(yīng)及時更換。在淺孔鉆進(jìn)階段，一般情況下，使用 的巖心管長度較大一些為宜；孔較深以后，即開始需要從地面減壓鉆進(jìn)時，特別要注意鉆壓的調(diào)整， 同時要注意提升吊環(huán)必須與立軸及鉆孔中心線在一條直線上；鉆進(jìn)中，當(dāng)巖石換層時，不論是由軟變硬還是由硬變軟，或者是由完 整變破碎，破碎變完整等情況，均應(yīng)減壓減速鉆進(jìn)，對其進(jìn)尺的速度和沖洗液的 流量及壓力也應(yīng)加以適當(dāng)?shù)目刂?；鉆進(jìn)中，應(yīng)勤檢查鉆機(jī)有無移動，立軸鉆進(jìn)的方向有無變化，發(fā)現(xiàn)問 題應(yīng)及時糾正；為防止孔斜發(fā)生，必須熟悉所使用機(jī)械性能和鉆孔方法的特點(diǎn)，經(jīng)常 研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在深孔帷幕的鉆孔中，應(yīng)對孔斜及時測量，及時準(zhǔn)確地掌握鉆 孔的偏斜

15、情況，以利于及時處理。7.2 孔斜的處理措施7.2.1擴(kuò)孔糾偏法此種方法適合于淺孔階段中(一般不超過10 m)鉆孔已偏斜嚴(yán)重的情況。 采取加長粗徑鉆具，并使用比原鉆具直徑至少大一級的鉆具，從孔口或從孔口管 底部位置擴(kuò)下去?？梢詳U(kuò)大處理符合要求的鉆孔，矯正鉆孔的方向，防止在繼續(xù) 鉆進(jìn)中該孔偏斜嚴(yán)重發(fā)展的情況出現(xiàn)。7.2.2短鉆具法在松軟巖層或厚度大的覆蓋層中鉆進(jìn)時，當(dāng)鉆孔產(chǎn)生一定偏斜后，可利用較 短的粗徑鉆具進(jìn)行矯正。因?yàn)樵谏鲜龅刭|(zhì)條件下鉆孔，孔徑一般比較大，而短鉆 具在較大孔徑內(nèi)較易改變方向。主要通過用輕壓力慢轉(zhuǎn)速的操作方法，鉆具會因 自重垂向鉆進(jìn)。使用的巖心管長度一般可為11.5 m，鉆進(jìn)3

16、5 m后進(jìn)行鉆孔測 斜。如果孔斜度已減少，則可使用正常鉆具鉆進(jìn)；如果沒有矯正過來，則可加長 粗徑鉆具，從開始矯正位置掃孔后，即或按原孔斜度鉆進(jìn)。7.2.3換徑法換徑法主要是用比原正常鉆進(jìn)用的粗徑鉆具小一級或二級直徑且長度短于 1.5 m的粗徑鉆具鉆進(jìn)。因?yàn)槎碳?xì)的粗徑鉆具可在較大的孔徑內(nèi)成接近于垂直狀 態(tài)。在進(jìn)行矯正前，先把孔內(nèi)巖心取凈。鉆進(jìn)時要輕壓慢速控制給進(jìn)。鉆進(jìn)35 m后進(jìn)行測斜。如果孔斜沒有減少，可用原正常鉆具擴(kuò)下去，待條件成熟后再進(jìn) 行矯正。如果新孔孔斜度有所減少，可換用帶有導(dǎo)向裝置的鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)完 后換用正常鉆具鉆進(jìn)。在容許的情況下，也可用換徑的鉆具加長后鉆進(jìn)，直至終 孔。7.2

17、.4控制法控制法主要是在考慮進(jìn)行其它矯正方法時有很大困難，或還有不多的距離就 抵達(dá)終孔的情況下應(yīng)用。這一方法的主要措施是加長粗徑鉆具。一般情況下，加 長后的粗徑鉆具不小于原鉆具的2倍。加長粗徑鉆具后，無疑會增大孔壁對整個 粗徑鉆具按原方向繼續(xù)鉆進(jìn)的控制力，使原有的孔斜度不再繼續(xù)擴(kuò)大，但在操作 方法上要嚴(yán)格注意。7.2.5掃孔法掃孔法是在某一灌漿段鉆孔結(jié)束時進(jìn)行孔斜測量，發(fā)現(xiàn)偏斜值超過允許值 時，先不進(jìn)行糾偏處理，按正常程序繼續(xù)進(jìn)行灌漿，當(dāng)接近灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，用 比例為0.5 （或0.6）： 1的濃漿（可加適量的速凝劑）置換出孔內(nèi)稀漿，并待 凝2448 h后再掃孔，掃孔時注意控制鉆壓并隨時檢測孔

18、斜，可使已偏斜的鉆孔 段得到有效的糾正。但此種辦法耗時較長，一般在上述幾種方法處理無效的情況 下采用。7.2.6補(bǔ)孔法補(bǔ)孔法有兩種情況：（1）在灌漿施工中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜嚴(yán)重時，為防止嚴(yán)重的孔斜對灌漿質(zhì) 量產(chǎn)生影響，可在該孔附近補(bǔ)鉆新的灌漿孔，一般與原灌漿孔的距離應(yīng)不大于 50 cm，但補(bǔ)鉆灌漿孔前應(yīng)封填好原偏斜灌漿孔。此種情況適用于淺孔階段中就 嚴(yán)重偏斜且在采取多種矯正方法均無效的灌漿孔。補(bǔ)鉆新的灌漿孔后在與原偏斜 孔相對應(yīng)的孔深位置以上的各灌漿段一般可不再灌漿；（2）在灌漿施工結(jié)束對施工質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收時，通常的方法是采用打質(zhì) 量（效果）檢查孔。檢查孔位置的選定，既要考慮到有代表性和普遍性，又要照 顧到薄弱環(huán)節(jié)。這時，可結(jié)合對灌漿施工資料的綜合分析，在因孔斜可能使灌漿 不足的地方布置檢查孔，使其得到一次補(bǔ)強(qiáng)的機(jī)會，因?yàn)闄z查孔也要灌漿。同時， 通過檢查孔的壓水試驗(yàn)，也能獲知因孔斜對灌漿質(zhì)量的影響程度。8對保證鉆孔方向重要性的商榷要保證很深的帷幕灌漿孔不發(fā)生偏斜，絕非易事。雖然結(jié)合地質(zhì)條件采取多 種技術(shù)措施和操作方法，往往也很難控制鉆孔不發(fā)生偏斜。如果用加強(qiáng)測斜等方 法來加強(qiáng)控制，但在如此多的灌漿孔內(nèi)，勢必要增加浩繁的工作量，使施工單位 難以承受。另外，一旦發(fā)現(xiàn)偏斜，要采取糾偏，不但費(fèi)時，而且不易成功。因此， 對于解決偏斜