硬岩帷幕灌浆施工方法研究

(整期优先)网络出版时间:2019-11-21
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硬岩帷幕灌浆施工方法研究

刘忠雨

中国水电建设集团十五工程局有限公司

摘要:通过对凝灰岩防渗墙帷幕灌浆施工方案的选择、施工措施的对比与确定,为硬度较大的岩石帷幕灌浆施工提供了参考资料,为硬岩岩层工程施工提供了借鉴。

关键词:硬岩;防渗墙;帷幕灌浆;水囊

一、概况

某水库是是一座以供水为主,结合防洪、兼顾发电等综合利用的水利工程,设计水库总库容2.97亿立方米,日最大供水量160万吨,年发电量1.6亿千瓦时。水库为碾压混凝土坝,主坝长338m,其中左岸挡水重力坝段长131m,引水坝段长25m,溢流坝段长54m。右岸挡水重力坝段长128m,帷幕灌浆沿坝轴线下游6.3m处布设。副坝长168.7m,帷幕灌浆在混凝土防渗墙下部,沿副坝坝轴线单排布置,孔距2m;主副坝连接段长183.7m,位于碾压混凝土主坝右岸,单排布置,孔距2m。各部位灌浆孔深入相对抗水线(q≤3Lu)以下3m~5m,分三序施工。

二、施工条件

防渗墙混凝土浇筑达1845m3时,已具备大江截流条件,防渗帷幕灌浆施工迫在眉睫。

副坝帷幕灌浆在混凝土防渗墙下部、沿副坝坝轴线单排布置,其表层为破碎风化岩,深层为硬度较大的凝灰岩,根据设计要求,对防渗墙底层部位做帷幕防渗处理。在硬度较大的凝灰岩上进行钻灌,成为该坝段帷幕灌浆的最大难题。

针对特殊地层,采用“孔口封闭灌浆法”施工将需要更大的灌浆压力才可保证灌浆质量,而压力过大将会造成浆液在孔内上层部位的大量流失,同时,孔口无法完全封闭,使泥浆泄漏、涌出,也会对防渗墙产生不利影响,常规的“孔口封闭法”灌浆在这捉襟见肘,效率低、材料浪费且环境污染严重,甚至可能危及防渗墙安全。

该坝段帷幕质量的好坏关系到坝基稳定、基础承载力和抗滑防渗,直接影响大坝质量和运行安全,因此,选择适当的帷幕灌浆施工方法尤为重要。

三、硬岩帷幕灌浆施工方案研究

根据现场实际,结合生产性试验,提出了3种施工方案,即孔口封闭自上而下分段灌浆法、自上而下水囊施工法、自上而下胶球施工法。针对这三种分案,在现场进行了必要的试验。试验从施工工艺、方案的适用性、可靠性、经济性几个方面进行了对比分析。

1)施工工艺方面来分析

孔口封闭法施工,采用地质钻机钻孔,第一段钻孔至设计孔深后,在孔口安装孔口封闭器,采用钻杆将浆液直接送至灌段底部,进行加压灌浆。依次类推,与自上而下的施工顺序一样直至最后一段,不同的是每次灌浆塞(孔口封闭器)卡在孔口位置。

自上而下水囊施工法,采用地质钻机钻孔,第一段钻孔至设计孔深后,采用水囊灌浆塞卡塞至灌浆段顶(预埋管内)50cm处,进行加压灌浆并待凝,之后依据设计段长进行后续段的施工,直至结束。每次施工灌浆塞卡塞在灌浆段的段顶50cm,防止漏灌。

自上而下胶球施工法,采用地质钻机钻孔,第一段钻孔至设计孔深后,用胶球卡塞至灌浆段顶(预埋管内)50cm处进行加压灌浆并待凝,再依据设计段长进行后续段的施工,直至结束。每次施工灌浆塞卡塞在灌浆段的段顶50cm,防止漏灌。

2)从适用性方面分析

孔口封闭法施工能满足设计要求,因为存在预埋灌浆管,防渗墙施工规范不推荐使用。

自上而下水囊施工法适合本工程地质条件,能满足设计要求,规范允许。

自上而下胶球施工法适合本工程地质条件,能满足设计要求,也是规范允许。

3)从可靠性方面分析

孔口封闭法灌浆质量好,操作安全。自上而下水囊施工法灌浆质量可靠,操作较安全。自上而下胶球施工法灌浆质量可靠,但操作存在一定的风险。

4)从经济性方面分析

采用孔口封闭法施工,孔口封闭器单价低廉,操作方便,效率较高。但存在重复扫孔,浪费水泥。

自上而下水囊施工法:水囊成本较高,但操作简单,施工效率高。相比孔口封闭法不存在水泥浪费。

自上而下胶球施工法,胶球成本低廉,操作复杂,施工效率低下。相比孔口封闭法不存在水泥浪费。

施工人员根据三种方案的试验分析结果,从施工工艺、施工方案的适用性、可靠性、经济性三个方面进行综合判定,最终确定采用自上而下水囊施工法进行硬岩帷幕灌浆的施工。

四、施工措施确定

施工前,选择合适胶囊式自上而下分段灌浆法施工的质量可靠的胶囊、手压泵和电动葫芦。结合施工规范、使用流程和注意事项,编写施工方案及《胶囊式自上而下灌浆施工操作规程》,按照施工方案、操作流程对现场全体施工人员进行技术交底培训,做到操作规程人人熟悉,操作方法人人掌握。

施工材料、设备等产品的采购,采用网上咨询、电话咨询等方式,确保采购产品质量、性能均符合施工要求。在施工过程中,水囊充水时,确保冲水压力可靠,手压泵性能满足施工要求,水囊起拔顺畅,电动葫芦连接可靠,灌浆过程安全,灌浆塞止水效果明显。

依据施工规范、使用流程及注意事项,编制具体措施,并召开技术交底会,采取现场培训模式对施工人员进行培训。

五、施工过程控制

1、水囊充水控制

连接管路系统,上紧所有丝扣,接通水压泵,将灌浆塞放在孔口试压,检查接头是否泄漏,放进孔内备用。

打开水压泵,让灌浆塞慢慢膨胀,注意充水压力必须大于灌浆压力的2/3,达到预定压力即可灌浆。

2、水囊起拔操作控制

水囊灌浆塞在使用过程中易出现窜浆、绕塞、返浆现象,如不及时发现,极易卡塞,且卡塞处理难度较大,特别对于深较的孔,可能造成灌浆塞报废,因此必须对灌浆塞的施工工艺进行改进,减小由此带来的成本增加。直接将进浆管和钻杆连接发处理,如出现固塞事故,可以用钻机直接带动灌浆塞旋转和上下移动直至灵活,这种方法可靠,但操作复杂,灌浆塞的代价较高,在实际施工时,采用钢丝绳连接,电动葫芦起拔,大大降低了事故的发生。

3、灌浆过程控制

(1)灌浆开始时,待回浆口有大量浆液益出时,再分次缓慢加压到预定灌浆压力,否则容易形成较大压差。

(2)灌浆时应经常检查压力表压力,如减少应即时加补。

(3)灌浆时间长时,检查有无窜浆、绕塞、返浆现象,如有,应停止灌浆,放掉压力,充气塞上下松动一下,防止充气塞被固结,难于取出。

(4)结束灌浆时,必须先放掉灌浆压力,再放掉充气压力,千万不能先放掉充气压力,防止灌浆塞射出,造成安全事故。

(5)灌浆结束后,只需将灌浆塞放入一端封闭的钢管内,充0.5MPa,即可进行循环冲洗。

(6)灌浆塞取出后,将水管分别与进浆管、回浆管连接冲洗。

(7)长时间使用后,应将灌浆塞下端拆开进行清洗,上黄油。

(8)钻孔发现时有较长裂隙或较破碎时,可能会发生窜浆、绕塞、返浆,应另放一根气管至灌浆塞上端,如有窜浆、绕塞、返浆时,用高压气冲排,可预防卡塞。

六、效果检查

1.检查孔透水率

经过初检、终检和监理检查验收,硬岩帷幕灌浆施工检查孔透水率情况如下:

帷幕检查孔压水试验情况统计表

从上表可看出,硬岩帷幕灌浆施工检查孔吕荣值均小于3Lu,满足设计要求。

2.灌注效果

从检查孔取芯观察,岩石缝隙水泥结石密实,胶结良好,达到灌注目的。

3.经济效益

根据水利水电施工预算定额,分段阻塞“水囊”法灌浆与孔口封闭灌浆法相比,每钻灌1m,节约成本在65元以上;本工程帷幕灌浆初设工程量为1.5万延米,预计可节约工程成本约97.5万元。

4.综合效益

增强了纯水泥浆液结石的强度,缩短了灌浆时间,加快施工进度,减轻了工人的劳动强度,缩短辅助工作时间;减少了孔管路占浆、弃废浆和后期清理费用,节约施工成本,提高了现场文明施工管理水平,做到了环保施工。

5.“水囊法”灌浆施工优势

“水囊法”灌浆是在灌浆管道出口处加装一个橡胶质地的“胶囊状外套”,压力泵增压就会膨胀填满钻孔,因花岗岩孔壁光滑,则会完美契合,杜绝了浆液流失、污染,并增强稳定了压力,可谓“一举多得”,有效提高灌浆质量。