花管帷幕灌漿在圍堰防滲中的應(yīng)用

柳 慧， 林 榮 飛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

卡洛特水電站是巴基斯坦境內(nèi)吉拉姆河(Jhelum)水電規(guī)劃5個(gè)梯級(jí)電站中的第4級(jí)，上一級(jí)為阿扎德帕坦(Azad Pattan)，下一級(jí)為曼格拉(Mangla)。壩址位于巴基斯坦旁遮普省與AJK 特區(qū)交界處的卡洛特橋上游1 km 處，左岸為巴基斯坦克什米爾AJK 地區(qū)，右岸為旁遮普省，下距曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km。工程為單一發(fā)電任務(wù)的水電樞紐，水庫正常蓄水位高程461 m，設(shè)計(jì)洪水位高程461.13 m，水庫總庫容1.88 億m3。該工程為Ⅱ等大(2)型工程。施工導(dǎo)流采用河床一次截流、隧洞導(dǎo)流方式，右岸布置3條導(dǎo)流洞。

2 圍堰設(shè)計(jì)

該工程采用全年圍堰一次性攔斷河床、導(dǎo)流隧洞泄流的導(dǎo)流方式。右岸布置3 條直徑為12.5 m的圓型導(dǎo)流隧洞。根據(jù)技術(shù)要求，導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰采用5 a一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，相應(yīng)流量為4 660 m3/s，原設(shè)計(jì)洪水位為高程401.7 m。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核的水位為高程405.37 m?？紤]到安全超高，經(jīng)綜合考慮，圍堰頂高程按406.5 m設(shè)計(jì)。圍堰迎水面坡度為1∶1.25，迎水面采用塊石護(hù)坡；背水面土質(zhì)邊坡坡度為1∶1.25，背水面巖石邊坡坡度為1∶0.7。圍堰采用預(yù)留巖埂+土石填筑結(jié)構(gòu)，圍堰采用花管帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理。

花管帷幕灌漿技術(shù)是通過灌漿技術(shù)將水泥漿液滲透進(jìn)土體中，從而有效改善土體的物理力學(xué)性能指標(biāo)，提高土體的整體性，減小土體的滲透性。灌漿鋼花管采用外徑89 mm，壁厚3 mm的無縫鋼管。鋼管連接采用對(duì)口焊接，鋼管外采用3根φ20的鋼筋沿周長對(duì)稱綁焊，搭接長度每端不少于20 cm。每隔4 cm、沿鋼管管徑向每旋轉(zhuǎn)45°鉆φ6的灌漿孔，灌漿孔沿鋼管四周呈螺旋狀布置，灌漿孔用特制膠帶或凝膠密封(圖1)。

圖1 鋼花管加工圖

3 施工布置及施工工藝

在導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰附近合適的地點(diǎn)設(shè)置集中制漿站，安裝1臺(tái)800 L高速制漿機(jī)，漿液通過1 in(1 in=2.54 cm)供漿管由輸漿泵送到各灌漿點(diǎn)。水泥庫布置在空壓機(jī)房附近，滿足防雨、防潮的需要。所采取的施工工藝見圖2。

圖2 花管帷幕灌漿施工工藝流程圖

4 灌漿施工

采用偏心跟管鉆進(jìn)工藝造孔，鉆孔直徑不小于108 mm，然后下設(shè)花管，采用自下而上卡塞(純壓式)灌漿工藝進(jìn)行灌漿。

(1)施工順序。防滲灌漿的施工次序遵照分序逐漸加密的原則進(jìn)行：先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。相鄰兩個(gè)不同次序孔的灌漿原則上應(yīng)待先序孔灌完后、后序孔方可開始施工；對(duì)于有相互串漿的孔段、具備同時(shí)灌注時(shí)，可同時(shí)灌注。

(2)鉆 孔。帷幕灌漿孔布置在距堰頂混凝土公路外邊緣1.5 m處。采用YG-80風(fēng)動(dòng)潛孔地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，由于覆蓋層不易成孔，需進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，即鉆具帶著護(hù)壁鋼套管往下鉆進(jìn)。鉆孔孔徑為108 mm,套管外徑為φ89,單根套管長度為1 m。鉆孔滿足以下任何一點(diǎn)均可終孔：①鉆孔至泥巖層并入巖50 cm；②若鉆孔至383 m高程仍未遇到泥巖層且383 m高程不為砂層，則可終孔；③若鉆孔至383 m高程仍未遇到泥巖層，而383 m高程為砂層，則需繼續(xù)鉆孔直至穿過砂層方可終孔。

(3)壓水試驗(yàn)。灌漿前的壓水試驗(yàn)應(yīng)在裂隙沖洗后進(jìn)行，采用“單點(diǎn)法”，壓水壓力為灌漿壓力的80%，壓水試驗(yàn)孔數(shù)不得少于灌漿孔數(shù)的5%。壓水試驗(yàn)壓入流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在壓力穩(wěn)定的前提下，每5 min測讀一次壓水流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時(shí)，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，并取最終值作為計(jì)算值。

(4)花管的安放。鉆孔終孔后進(jìn)行花管的安放。安放時(shí)，應(yīng)沿孔中心線緩慢下設(shè)，花管應(yīng)高出地面0.1 m?；ü転閮?nèi)徑89 mm的鋼管，每隔4 cm、沿鋼管管徑向每旋轉(zhuǎn)45°鉆φ6的灌漿孔，灌漿孔沿鋼管四周呈螺旋狀布置，小孔采用塑料薄膜包裹。灌漿時(shí)，其壓力將小孔外的塑料薄膜沖開，漿液進(jìn)入地層。

(5)灌注套殼料。采用天然砂或人工砂作為套殼料。

(6)起拔套管。待套殼料灌注完畢、用液壓拔管機(jī)將護(hù)壁鋼套管緩慢拔起。

(7)灌漿段長。每段灌漿段長為1 m。

(8)灌漿方式。采用自下而上卡塞(純壓式)灌漿工藝進(jìn)行灌漿。

(9)下設(shè)灌漿卡塞。采用水壓單塞作為灌漿卡塞，其具有良好的密封性和承壓能力。將灌漿卡塞下設(shè)到需要灌漿的位置，泵水加壓使其膨脹并鎖定壓力。

(10)漿液比級(jí)和變換條件。制漿站拌制0.5∶1純水泥漿液，由送漿泵送至灌漿部位。灌漿時(shí)采用1∶1和0.5∶1兩個(gè)比級(jí)的純水泥漿液，當(dāng)吸漿量較大時(shí)，改用0.5∶1∶1的水泥砂漿進(jìn)行灌注。

開灌比級(jí)為1∶1，當(dāng)灌注量達(dá)到200 L時(shí)，更換0.5∶1漿液進(jìn)行灌注。累計(jì)灌注水泥漿液達(dá)到300 L時(shí)，改用0.5∶1的水泥砂漿進(jìn)行灌注。

(11)灌漿壓力及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。采用0.5 MPa的壓力進(jìn)行灌漿。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：①在規(guī)定壓力下累計(jì)灌注水泥漿液達(dá)到300 L且吸漿量不大時(shí)可結(jié)束本段灌漿；②在規(guī)定壓力下累計(jì)灌注水泥漿液達(dá)到300 L且吸漿量較大時(shí)，改用0.5∶1∶1的水泥砂漿進(jìn)行灌注，累計(jì)灌注水泥砂漿200 L時(shí)結(jié)束本段灌漿。

(12)特殊情況的處理。①對(duì)于有地下水的鋼花管灌漿孔，測定其涌水流量、地下水壓力，灌漿時(shí)可適當(dāng)增加灌漿壓力，灌漿工作結(jié)束后做屏漿措施。屏漿時(shí)間不少于1 h，然后用機(jī)械封孔法封孔。②鉆孔過程中，注意回水顏色地層的變化，遇有斷層、破碎帶、地下涌水及其它異?，F(xiàn)象時(shí)須及時(shí)匯報(bào)。③因故中斷灌漿工作要盡快恢復(fù)灌漿，恢復(fù)灌漿時(shí)使用開灌水灰比的漿液灌注；如注入率與中斷前相近可改用中斷前水灰比的漿液灌注；如恢復(fù)灌漿后，注入率較中斷前減少很多且在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿，則須報(bào)告有關(guān)單位研究相應(yīng)的處理措施。④灌漿過程中，如遇冒漿、串漿、漿液變濃等情況，采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌注等方法進(jìn)行處理并詳細(xì)記錄，同時(shí)將采取的處理措施、結(jié)果通知有關(guān)單位。⑤鉆孔穿過斷裂構(gòu)造發(fā)育帶發(fā)生塌孔、掉塊或集中滲漏時(shí)立即停鉆，查明原因，采取壓縮段長進(jìn)行灌漿處理后再進(jìn)行下一段的鉆灌作業(yè)。⑥鉆灌過程中如發(fā)現(xiàn)灌漿孔串通時(shí)，待查明串通量和串通孔數(shù)、范圍后，按灌漿技術(shù)要求處理。

(13)封 孔。灌漿完畢，應(yīng)排除鉆孔內(nèi)的積水和污物，采用壓力灌漿法或機(jī)械壓漿法進(jìn)行封孔。封孔結(jié)束后，采用干硬性預(yù)縮水泥砂漿封填孔口局部回空部分，壓實(shí)抹光且與混凝土面齊平。

5 質(zhì)量檢查

檢查孔的壓水試驗(yàn)在該部位灌漿結(jié)束后3～7 d后進(jìn)行。灌漿檢查孔的數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%。灌漿質(zhì)量檢查以進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢查為主，采用“單點(diǎn)法”。壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%，并結(jié)合分析灌漿資料和成果進(jìn)行綜合評(píng)定。其成果采用透水率q表示，單位為Lu。計(jì)算公式為：

q=Q/PL

式中q為透水率，Lu；Q為壓入流量，L/min；P為作用于該段的全壓力，MPa；L為該段段長，m。

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：灌漿后隧洞圍巖的滲水率小于5 Lu。灌漿后的壓水試驗(yàn)質(zhì)量檢查其孔段的合格率在85%以上；不合格孔段的透水率值不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%且不集中，灌漿質(zhì)量認(rèn)為合格。

6 質(zhì)量保證措施

(1)在灌漿施工中，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)布孔方式、灌漿參數(shù)及漿液配比作進(jìn)一步調(diào)整，并在以后的灌漿施工過程中根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以確保灌漿效果。

(2)灌漿過程中，要采取相應(yīng)的措施防止堵管，如多做試驗(yàn)、選定合理的凝結(jié)時(shí)間，注意壓力的變化，若壓力升高時(shí)要及時(shí)提升芯管。

(3)每鉆完一個(gè)灌漿段長須進(jìn)行測斜，如發(fā)生偏斜應(yīng)及時(shí)糾偏。

(4)采用新鮮水泥，不能使用受潮結(jié)塊的水泥。

(5)嚴(yán)格控制各級(jí)水灰比。由集中制漿站輸送的漿液經(jīng)釋稀后測定漿液比重，所測定的漿液比重應(yīng)符合各級(jí)水灰比漿液的標(biāo)準(zhǔn)比重后使用。

(6)壓力表經(jīng)過率定、校準(zhǔn)后使用，保證計(jì)量準(zhǔn)確。

(7)嚴(yán)格控制灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，注入率符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并達(dá)到規(guī)定的屏漿時(shí)間方可結(jié)束灌漿，不得提前結(jié)束灌漿。

(8)施工現(xiàn)場派專人負(fù)責(zé)并做好記錄。

7 施工安全保證措施

(1)上崗人員必須進(jìn)行安全培訓(xùn)后才能上崗工作。

(2)在各施工區(qū)、道路及生活區(qū)設(shè)置足夠的照明系統(tǒng)。

(3)施工供電由專職人員負(fù)責(zé)，維護(hù)人員必須熟悉和掌握供電安全技術(shù)操作規(guī)程。

(4)對(duì)供電設(shè)備和線路必須經(jīng)常進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理和排除故障，并進(jìn)行預(yù)防性檢修。

(5)電氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)立即斷開有關(guān)電源進(jìn)行撲救。對(duì)可能帶電的設(shè)備應(yīng)使用絕緣滅火器，禁止用泡沫滅火器或水滅火。

8 結(jié) 語

(1)若要達(dá)到鋼花管灌漿加固的預(yù)期效果，灌漿工藝的選擇非常重要。施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的工序進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的操作，以滿足設(shè)計(jì)灌漿壓力和灌漿量的要求，否則難以達(dá)到預(yù)期的效果。

(2)鋼花管灌漿加固技術(shù)處理對(duì)土體具有一定的改良復(fù)合作用，可改善土體結(jié)構(gòu)，有效提高土體的抗?jié)B能力。但在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)注意單純采用鋼花管灌漿加固技術(shù)處理的適用范圍，綜合考慮具體的水文地質(zhì)狀況、地形地貌、巖體構(gòu)造等條件。