硬岩帷幕灌浆施工方法研究

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。