双液控制灌浆技术论文.doc

双液控制灌浆技术在漂卵石层防渗帷幕中的应用赵铁军 一、概述刘家坪水电站增效扩容改造水库淹没区汪甸防护工程位于右江乐里河支流上，地处乐里河左岸汪甸乡政府后汪垌片一带，东起汪甸水文站，西至塘房桥头。防护区保护耕地面积810亩。汪甸防护工程包括西片的农田填高工程和东片的堤防工程。东片堤防保护耕地340亩，堤防工程主要建筑物有：防护堤、自排涵、排涝站、排渗井等。防护堤全长1182.9m，其中支堤与西片农田相连，桩号0+0000+301，全长301m，堤高25m，干堤桩号为1+712.62+594.5，全长881.9m，堤基宽40m，地面高程220231m，堤顶高程229.5m。2006年8月底9月初库水位达到222m高程时，发现东区防护堤基土渗水湿润严重，部分堤段（桩号1+7152+155m）排渗井已出现涌水涌砂现象，在原水文站东面地形较低的地方（地面高程221m以下）浸水严重，地面逐步产生沼泽化。当库水位进一步增加至正常库水位时，局部可能会出现管涌，严重危及到堤防安全稳定。经过后期的补充勘察论证，堤基含泥漂卵石层内渗透系数已达到6.9510-21.6810-1cm/s，属于强透水层，必须进行有效的防渗处理，才能保证汪甸保护区的安全。堤基防渗处理区主要地层自上而下为：1）堤防填土（QS）：红褐色、黄褐色粉质粘土及含碎石粉质粘土等，来源于阶地上的冲积层和附近的山坡上残坡积层。2）粉质粘土（Qpal-2）:厚度25m，较密实。可硬塑状态。渗透系数K=5.8410-66.4510-5cm/s。3）含泥漂卵石层（Qpal-1）:厚3.512.2m。结构松散，但无架空现象，局部泥质胶结，底部漂卵石含泥量较少，漂石分布不均一。渗透系数k=1.681031.12cm/s。4）基岩为T2L中厚层灰色砂岩夹浅灰色泥岩或与砂岩互层，隔水性能良好。二、防渗处理设计 本工程防渗帷幕施工的主要目的是截住堤基内渗漏。按照设计要求，结合堤基的水文、工程地质条件，采取的主要施工方法为双液（水泥、水玻璃）灌浆方法，对漂卵石层进行防渗灌浆处理（以下简称“双液帷幕灌浆”），灌浆自下而上分段进行。本工程双液帷幕灌浆分2排2序施工，共划分了18个单元工程。其中序孔270个，灌浆进尺2307.5m,共灌入水泥1804.83t,平均单耗782.2kg/m;序孔269个,灌浆进尺2396.55m,共灌入水泥1819.2t,平均单耗759.1kg/m。序孔平均单耗较序孔有所降低。全标段平均单耗770.4 kg/m。施工范围从1681.390m2192.0m，全长510.61m，共布置双液帷幕灌浆孔512个。帷幕灌浆沿堤顶纵向设置，分两排施工，孔距2.0m，排距1.2m，呈梅花形布置。帷幕灌浆在防护堤堤顶上进行，帷幕顶伸入土层0.51.0m,帷幕底深入基岩0.51.0m。三、施 工 1、施工依据双液灌浆施工严格依据“设计图（WDF-4G-D-0106）”；刘家坪水电站增效扩容改造水库淹没区汪甸防护堤堤基帷幕灌浆施工技术要求和设计修改通知单以及监理单位批准的汪甸防护工程堤基应急防渗处理项目标段帷幕灌浆施工组织设计进行施工，施工过程中进行了全过程的质量控制，关键部位及特殊孔段均采取了妥当有效的处理措施，从根本上保证了帷幕灌浆的质量。2、堤基双液帷幕灌浆主要特点堤基漂卵石层内采用双液帷幕灌浆，利用水玻璃与水泥混合后的速凝特性，根据掺量大小调整浆液凝固时间，使灌入的浆液具有可控性能在预定的时间内达到初凝，防止浆液在漂卵石层渗流过远，以有限的灌浆材料形成有效的防渗帷幕，达到止水防渗的目的。3、双液帷幕灌浆施工工艺、灌浆材料的配合比本工程属于漂卵石层帷幕灌浆，同时当乐里河水位上涨时属于动水条件注浆。在这种情况下，为控制浆液不致流失太远，必须使浆液在合适的时间内凝固。采用水泥水玻璃双液浆，水泥、水玻璃双液浆胶凝时间可在几秒至几十分钟之间随意调节，结石率100%，结石体抗压强度可达1020Mpa以上，渗透系数大于110-7cm/s,在保证管路畅通、不堵塞孔的情况下，能使浆液在预期的时间内凝固,并形成规则的有效帷幕。浆材配比试验根据该工程的特点选择性进行。根据前期试验成果选择1:1和0.8:1两组水灰比分别掺加3%、5%、7%、10%的水玻璃四种不同掺量进行了浆液初、终凝时间、流动性、析水率的测定。可使用的配合比见表4.5。施工时，根据本工程的实际情况，采用4%的水玻璃掺量为基数，适时根据钻孔灌浆情况进行调整。表 可使用的双液浆的配比和性能表水灰比水玻璃掺量初凝时间（胶凝状态）终凝时间流动性（s）析水率(%)备注1:13%357h1819.91:15%155h218.57%2202.5h295.410%5836353.20.8:13%214h2010.75%102h257.07%2930343.710%1710511.3、水泥浆液的制备、灌浆设备与机具浆液搅拌桶采用0.6m3立式搅拌桶。输浆管采用软钢丝加固管和钢管，并保证能承受1.5倍的最大压力。灌浆设备：采用专用双液灌浆泵并结合采用SGB-10型灌浆泵。、制浆原浆制备主要采用我公司自行研制的ZJ-2000全自动集中制浆站、原浆经分送到储浆桶后，采用低速制浆机根据需要配比配浆后输往各施工点。制浆材料必须称量，称量误差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量称量法。混合浆严格按配比配置。各类浆液必须搅拌均匀。制浆使用与集中制浆站配套的高速搅拌机，搅拌时间不宜小于30s。浆液在使用前应经二次过筛，从制浆到用完的时间不超过4h。、造孔、放线布孔首先根据设计图纸标明的孔位，采用经纬仪、皮圈尺和钢尺进行钻孔整体放样。确定施工轴线后，并逐孔定好孔位，用油漆在防浪墙上标记好，并每隔20m设置控制性桩号。施工时，必须用钢卷尺重新校测，逐孔复核孔位（防止施工过程时标记桩被移动）。要求开孔位置与设计位置偏差不得大于10cm，因故变更孔位需征求监理或设计同意。本工程施工放样时，从业主提供的坐标基准点引出防渗帷幕轴线，再从标段起始点按2m孔距逐孔定位，并在防浪墙上标记好，隔孔标明孔号。第一排孔从标段起点1681.39至端点2192m,实际长度510.61m,孔号从127381，实际布孔数254个（单排），与设计图纸257个相差3孔。为此，设计下发了设计修改通知单（GWPDI-QS7-D6）,钻孔施工至382号孔。后续因设计变更（设计通知单GIDI-I-BS-WDF-2007-1）补孔的放样直接从382号孔按2m孔距向标延续。、 造孔1）钻机就位孔位确定无误后，将钻机移至核定的孔位上，按照要求进行机架、机座校正，确认导杆或立轴与钻孔倾角一致，并在同一轴线上，配备良好钻具，保证钻孔铅直开孔。2）钻进设备为提高钻进效率，加快施工速度，钻探设备根据地层情况选用。堤基上部填土及粉质粘土层采用冲击钻孔，下部含泥漂卵石层采用回转钻机成孔。3）钻进开孔采用冲击钻机，取土钻进穿过覆盖层，进入漂卵石层后，采用地质钻机钻进。为防止施工中过多的钻进水渗入堤身内，影响堤身稳定，堤身钻进均采用套管对土层进行有效防护隔离，使原有大堤免受损坏，确保防护堤安全运行。钻孔结束后，再将套管拔起。、特殊情况处理在钻进过程中，精心操作，合理掌握钻进参数、速度，以防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦出现孔内事故，尽快处理，并备齐必要的事故打捞、处理工具。钻孔过程中如遇到掉钻、钻进速度过快、孔内异常等情况，先进行详细记录，并及时分析原因和采取有效措施处理后再续钻。发生事故后,必须弄清事故孔段的孔深、地层情况、钻具位置、规格、判别事故类型。卡钻、埋钻处理：发现钻具被卡时，首先保持冲洗液畅通，先扭、打、拉等方法进行处理，处理后将打捞工具、处理方法及过程填入事故处理表。本工程钻孔施工配备了经验丰富的钻探工人，在钻孔施工时，由于精心操作，钻进参数合理，未出现任何卡钻、掉钻的现象。、钻孔记录与钻孔保护原始记录：每孔段钻进时均详细填写钻探班报表，记录孔深、孔径、钻进时间；下入套管规格、长度，遇到的特殊情况（大漂石、含泥夹层、掉钻、卡钻等）。先导孔、试验孔、检查孔等均作详细地质编录，记录岩土层分层厚度、性状和观测地下水位等地质情况。做到原始资料齐全、数据准确可靠，复核无误后归档备查。钻进过程中，各孔详细记录孔位、孔深、地层变化、换层情况和水位下降、掉钻。尤其注意分层的位置所在，并准确记录在班报上，便于后续分析情况，此外钻孔过程中的其它处理措施均一一记录清楚。钻进至设计孔深后，待灌或灌浆结束时待钻，孔口均进行加盖处理，防止异物进入。、灌浆、灌浆方法本工程帷幕双液灌浆采用依次加密法分二序施工，均采用自下而上分段灌浆法，段长0.5m。钻孔达到要求深度后，下入灌浆管至孔底（若垮孔，采用打杆法至孔底），然后用碎砾石回填孔内至含泥漂卵石层顶部，上部采用粘土填满灌浆管与孔壁之空隙，试压浆，当止浆效果较差时，再适度送入双液浆至孔口返浆为止，待凝3060min，开始灌注。如果在上提灌浆管后，出现从灌浆管和土层间隙处出现冒浆，采取再次注浆后孔口返浆后待凝10min左右的方法，使漏浆得到有效止浆。灌浆顶部深入土层0.51.0m,底部深入基岩0.51.0m。、浆液水灰比：灌浆浆液浓度按先稀后浓、逐级变换的原则进行。浆液水灰比采用1:1、0.8:1。一般情况下开灌水灰比采用1:1，浆液配制要称量准确，保证误差小于5%。帷幕双液灌浆浆液变换控制：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或当注入率不变，压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一级浆液的注入量达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，应改浓一级水灰比或通过控制水玻璃的加入量来控制浆液灌入量。当注入率大于30L/min，可根据具体情况，降低压力，调整浆液胶凝时间来控制灌浆。灌浆过程中，每隔30min，量测一次浆液浓度，必要时须测浆液温度。灌浆过程中，浆液灌入量主要通过水玻璃掺量控制，最大掺量为5%，在灌浆过程中，若灌浆段吸浆量太少，则适量降低水玻璃的掺量至1%3%;若灌入量过大，降低压力，减少注入率，适当延长灌浆时间，待注入浆液逐步凝固后，在缓慢升压至结束。原则上，本标段每米灌浆耗灰量不少于750kg。但是隐蔽工程施工时，不可预见的因素太多，施工时有些堤段每米吸浆量大于800kg。当每米吸浆量大于800kg时，根据本节4.2中灌入量过大的处理原则进行处理。、灌浆压力灌段灌浆压力最大值不得超过0.6Mpa。压力表安装于孔口进浆管路上，所有压力表及计量仪器使用前，采用标准压力表进行测定，不符合标准者严禁使用。灌浆时，应尽快达到设计压力。但当注入率较大，可考虑分级升压。、结束标准采用双液控制灌浆自下而上灌浆法，达到设计规定最大压力0.6Mpa，累计注入量达到750kg/m后,上提灌浆或终孔结束。、封孔每个双液灌浆孔全孔灌浆结束后，经监理工程师验收合格后，土层中倒入粘土球，用钻杆击实封孔，每次击实回填厚度不超过30cm。 四、几种情况下处理措施1、防护内外水位发生变化时施工措施库水位低于堤内被保护耕地地面高程2米以下时，堤基帷幕双液灌浆依据前述的施工工艺进行；一旦当刘家坪水电站库水位急剧上涨，高于被保护耕地地面高程时，堤基帷幕双液灌浆需采取以下针对性措施;1）由于库水位升高，堤基及耕地地区地下水位将会抬升，灌注浆液在地下水流作用下，将会向耕地内侧反流，形成动水条件下施工。因此，灌浆必须严格控制其扩散半径，适当加大速凝剂掺量（5-7），以防浆液扩散太远，影响灌浆效果；2）加强对堤内被保护区的观测力度，严格控制灌浆灌入量，防止因灌浆而引起堤内抬动、击穿而出现涌、突水事件；3）适时检查施工使用的压力表、流量表等计量设备的灵敏度，防止因仪表失灵而导致涌、突水事件的发生；2、孔位、孔斜的控制孔位控制：孔位即保证防渗形成连续一体的重要环节。施工放样时，先利用堤顶上坐标控制点，采用经纬仪对防渗帷幕轴线进行放样定位，然后分段设立控制点。单孔放样逐段逐孔进行控制，保证钻孔孔位在同一轴线上，钻孔定位必须保证误差在5cm以内。钻孔安装、校正由现场技术员核实后开始钻孔施工。孔斜控制：当钻孔每钻至510m时用测斜仪测斜及时进行孔斜测量，偏斜率不能满足要求时，及时采取纠斜措施，直至满足要求为止。终孔时，逐段进行量测孔斜，凡自检时发现综合钻孔斜率超过1时，一律重新造孔，自检测定合格后，请监理工程师现场验收确认。保证施工形成连续一体的有效防渗帷幕，避免帷幕线不连续或开裤叉的现象。全线施工的帷幕孔由于严格的质量控制，偏斜率均控制在设计要求允许范围以内。具体测斜数据参见钻孔测斜记录表。3、特殊部位的施工质量控制根据堤基漂卵石的情况，主要集中在漂卵石层较厚的部位，漂卵石分布状态及含泥量不均，砾径大小不一，帷幕灌浆过程中出现了大量吸浆、串浆、沿钻孔返浆、吸水不吸浆浆液回浓等诸多特殊灌浆问题，施工时控制灌注质量则成为帷幕是否形成的主要控制手段，基本做法如下：1)从钻孔入手，掌握钻孔内实际的地质资料钻孔时，密切注视钻探感应，对钻进速度、回水颜色、状况进行真实记录，取芯进行观察、掌握裂隙发育情况，做简易注水试验，掌握地层的渗透系数，从而用以指导灌浆施工；2)严格操作程序，按照技术要求进行操作灌浆过程中，要求灌浆管到位，浆液的制定、变比、结束标准严格遵循技术要求，保证各施工孔段得到有效灌注，形成有效的防渗帷幕。3)大量吸浆段的处理大量吸浆段主要为漂卵石层较厚的灌段。灌浆时，出现大量吸浆后，早期按要求进行水灰比变浓，同时对地表相应部位进行观察，是否从地表漏浆或与其它钻孔串通，若出现上述情况，采取封闭漏浆点等相应措施。若单位灌入量大，无法起压时则采取限流、间歇灌浆，加大水玻璃的掺合比例， 4)孔口返浆的处理孔口返浆的主要途径多为孔内灌浆管与孔壁封堵不密实。灌浆过程中，若出现此现象，则须将灌浆管拔起后重新下入，并重新封孔，至止浆后再灌至正常结束。帷幕灌浆过程中，所出现的孔口返浆情况，均按上述方法处理，达到了较为理想的处理效果。5)相邻孔串浆的处理相邻孔串浆主要通过漂卵石层发生。本工程系漂卵石层灌浆，在漂卵石厚度相对较小时串浆出现的概率较高。当孔距在4m左右时，常出现串浆现象。当两孔均具备灌浆条件时，下入灌浆管，同时进行灌浆至正常结束；被串孔不具备灌浆条件时（正在钻进或灌浆设备不足），立即停止钻进，或用泥球对钻孔进行回填，当灌浆孔结束后，被串孔钻进至设计孔深，再进行灌浆至正常结束。6)冒浆段的处理帷幕灌浆时，极少数孔从堤前出现冒水冒浆，多为堤体填土个别部位在河水渗漏条件下形成渗流破坏，而为浆体冒出堤面提供了良好条件。出现冒浆时，采取降压、限流、加大水玻璃的掺合量、间歇待凝等措施进行处理。如采取降压，限流灌注一定量后仍不能结束者，采取灌注待凝，再扫孔复灌至正常结束。五、 总结与建议1、总结刘家坪水电站增效扩容改造水库淹没区汪甸防护堤基应急防渗处理工程从钻孔揭露和灌浆实施情况分析防护堤基漂卵石层地质条件比较复杂，主要体现在：1)部分堤段漂卵石层漂卵石粒径较大，漂石、卵砾石、砂及泥混杂，分选性极差，结构松散渗透性强烈，导致钻进时无回水，造孔困难，灌浆时吸浆量大；2)部分堤身填土层结构松散，灌浆时常出现堤后浆砌石段漏浆等现象。2、不同的特殊地质条件必须有对应的灌浆措施，才能从根本上保证灌注效果。针对上述复杂的地质条件，灌浆过程中有针对性地采取了浓泥浆护壁造孔，灌浆时根据地层情况及时调整浆液浓度、水玻璃掺和量和一次性预埋射浆管等多种