浅谈防渗墙底基岩灌浆工程施工技术及特殊问题处理措施

2014-07-24宋会杰

中国建筑科学 2014年5期

宋会杰

摘要：本文重点介绍黄壁庄水库除险加固副坝防渗墙底基岩灌浆工程钻孔、灌浆施工技术，及施工过程中遇到的砂卵石地层钻进、基岩灌浆、漏浆等特殊问题，并提出处理措施，效果显著。仅供同行们参考。

关键词：防渗墙；基岩灌浆；施工技术；特殊问题；处理措施

1.引言

黄壁庄水库副坝为均质土坝，坝顶长6907.3m，最大坝高19.2m，此次加固处理，包括垂直砼防渗墙和高压旋喷、摆喷防渗墙的组合方案，防渗墙入岩深度依基岩风化程度而不同，为避免因成墙后所承受的水力梯度过大，从而造成地质条件不良地段基岩渗透破坏和侵蚀加剧，在已成防渗墙上游1.0m对部分地段地质条件复杂段的墙底基岩进行灌浆处理，要求对基岩1.0m～13.0m下分段进行灌浆，钻孔深度平均约70m，灌浆完毕，钻检查孔以检验灌浆效果。

副坝地质条件复杂，砂卵（砾）石粒径大，渗漏严重，基岩为硅质灰岩，有溶沟、溶槽、溶洞发育呈囊状串珠发育，渗漏通道大。

2.钻孔的综合综合施工方法

由于该段地质条件相当复杂，不同的地层钻孔采用了分段变径和不同的施工方法。

（1）坝体土、壤土采用先钻进后下套管，当遇到地下水后，流砂层、涌砂层要跟管钻进，防止塌孔。用活门钻头冲击跟管，坝体土、壤土打入Ф168mm，套管长20～35m。

（2）砂卵石层采用Ф91mm金刚石钻头，SM植物胶护壁钻进，（或膨润土）到基岩下Ф89mm护壁管，该护壁管必须下到基岩面以下，防止管底部流沙掉块影响以下钻进。

（3）基岩采用Ф59mm金刚石钻头自上而下分段清水钻进，根据岩石性质合理选用金刚石钻头的胎体硬度。

3.砂卵石地层金刚石钻进

金刚石具有脆性、硬度大、强度高等特点，因此将金刚石粒孕镶在钻头底部，工作层一般为8～8.5mm，它有一定程度的自锐作用，它的刃由胎体的性能来保证，克服了过去的“高压、高速、大水量”的错误做法。钻进基岩与钻进砂卵石层三个参数有较大的区别，在砂卵石层金刚石钻进的特点应是“低压力、高转速、小泵量”。钻进参数如下表1：

4 金刚石钻进两种浆液护壁方法的比较

1）植物胶护壁

SM植物胶在碳酸钠的助容作用下，可以任何比例的溶解于水，配制低固相泥浆，不增加泵压，是一种粘弹性流体。基本配方是：SM植物胶：水=1：50，碳酸钠为SM植物胶干粉重量的5%，SM植物胶最突出的有护胶作用、粘弹性能减震作用、减少摩阻效应，使松散、破碎、软弱的岩芯被胶结包裹，从而随钻取得原结构岩石样，同时也起到护壁作用，降低钻杆和钻具的震动，避免岩芯受机械震动而破坏，有利于提高取芯质量，平均岩芯采取率达到90%以上。

SM植物胶适用砂卵石层钻进，植物胶搅拌采用立式高速搅拌机，需要溶胀24h后护壁效果最好。该工程由于砂卵石地层渗漏严重，部分钻孔采用了植物胶护壁，植物胶用量17.3kg/m，护壁材料费仅占进尺单价的四分之一。

2）膨润土泥浆护壁

钻孔护壁使用膨润土制浆，泥浆的作用是在钻孔过程中保持孔避稳定，膨润土浆的密度要小于1.1g/cm3，搅拌采用立式高速搅拌机，搅拌时间4～5min，经搅拌后的泥浆在浆槽中放置后平均每米掺加5%碳酸钠，溶胀24d再使用，膨润土用量35kg/m，经计算仅仅是植物胶浆费用的十分之一，故部分钻孔采用膨润土泥浆护壁满足了施工要求，降低了工程成本。

5 套管止水及起拔套管

5.1套管止水

将套管下到距孔底1.0m时在孔口固定，用粘土球回填0.5m深度，此时再将护壁管下到底，凭借全孔套管重量切入回填的粘土层内，这样护壁套管壁内外都有一层粘土胶泥，达到止水效果。其止水目的在于：

（1）由于全孔都用套管护壁从而保证采取金刚石小孔径钻进，防止冲洗液流窜到基岩顶面造成冲刷形成孔洞；

（2）保证首段灌浆卡塞器能卡紧（卡在Ф89mm管内）灌注的水泥浆不至于流失，这样保证浆液能在基岩段内每一深度都能满足灌浆压力，进行有效的充填，从而保证灌浆效果。

5.2起拔套管

由于钻孔需下护壁管60余米，灌浆孔穿过砂砾、卵漂石层，拔管阻力大，利用钻机卷扬反冲击起管具有一定的难度，故采用蛙式起管机拔套管，本管机有两层机座，底座固定，上层座随冲击频率上下往复运动，有冷却水箱和降温作用，速度快，效率高，起拔力量大，比起钻机卷扬反冲击起拔套管工效高2倍多，使用效果很好。

6.钻孔的冲洗及压水试验

钻孔冲洗采用风水联合冲洗，冲洗水压采用80%的灌浆压力，压力超过1Mpa时，采用1Mpa，冲洗风压采用50%灌浆压力，压力超过0.5Mpa，采用0.5Mpa。

裂隙冲洗应冲至回水澄清后10min结束，且总的时间要求单孔不小于30min，串通孔不少于2h。冲洗后测量孔内残存的沉积物不得超过20cm。钻孔冲洗后进行压水试验，先导孔应自上而下分段卡塞进行压水试验，采用五点法或单点法。其他各次序孔的灌浆段，可进行简易压水试验。检查孔应采用五点法压水试验。

7.灌浆施工

7.1浆液变换的原则

灌浆浆液的浓度严格按照规范及设计要求，应由稀到浓，逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达13h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。

7.2灌浆结束标准

采用自下而上分段灌浆时，在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min，当注入率不大于1L/min时，继续灌注60min，灌浆即可结束。

7.3基岩灌浆串浆处理措施

由于岩石中裂隙较多，相互串连，使灌浆孔相互直接或间接连通，灌浆压力比较高，加之裂隙发育，缝隙宽大，孔距又较小时，会促使串浆现象加剧，安设灌浆塞处的孔壁凹凸不平，胶球胀度不够，塞堵不严密，发生绕塞返浆。

处理措施：钻孔为正在钻进的钻孔时，应停钻，并在串浆孔漏浆处的部位安设灌浆塞，堵塞严密，再在灌浆孔中正常进行灌浆；串浆孔为待灌孔时，串浆孔与灌浆孔可同时卡塞进行灌浆，若漏浆量很大，可增加灌浆泵，一泵一钻孔，同时进行；灌浆塞卡塞不严密，经检查卡塞器返水，可以将卡塞器上移位置重新卡塞。

7.4岩层大量漏浆处理措施

由于该段基岩为硅质灰岩，有溶沟、溶槽溶洞发育，渗漏通道大。灌浆过程中出现大量漏浆，其处理措施：

（1）降低灌注压力：要采用低压或逐渐多级升压法，至正常灌浆；

（2）限制进浆量：将进浆量限制为30～40L/min，使用浓浆灌注至进浆量明显减少时，再升高压力，增加进浆量直至达到结束标准为止；

（3）间歇灌浆：灌浆过程中，每连续灌注一定时间，或灌注一定数量干料后，就暂时停灌，待凝一定时间，而后再继续灌注。

在破碎塌坍、严重漏失和溶洞内地段可采用速凝水泥浆进行孔内混合方法进行填孔，将水泥、水玻璃、纯碱等组份按其比例分别装入塑料袋内送入孔内，然后下入搅拌器，搅破塑料袋，三者在孔内与水均匀混合而凝结。待凝后再钻孔再进行一次压力灌浆，可增加洞内充填物的密实程度。

8.检查孔施工

灌浆检查孔应在该部位灌浆结束14天后进行，检查孔的数量应为灌浆孔总数的5%，采用金刚石钻头钻进，检查孔钻取岩芯获得率在90%以上。灌浆检查孔压水试验合格标准为透水率q≤5Lu，岩面下第一段的合格率应为100%；再以下各段的合格率应为90%以上，经检查全部达到合格标准，满足了设计要求，达到了副坝除险加固的预期效果。

9.结语

总之，通过对防渗墙底基岩灌浆的加固处理，达到了预期的目的。同时也通过该项目的实施，对金刚石钻进参数的选择，以及灌浆过程中串浆、漏浆的处理都积累丰富的经验。

参考文献

[1] DL/T5148-2001.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范