錢 莉

摘要:重慶黔江小南海水庫天然地震堆積體帷幕灌漿檢查孔采用小口徑全斷面鉆孔、靜水頭壓水試驗的施工工藝,較好地保護了地層原狀,鉆孔速度快,成孔效率高,壓水呂榮值客觀、真實,在類似地層的帷幕灌漿檢查孔施工中具有參考和推廣價值。

關(guān)鍵詞:地震堆積體;檢查孔;帷幕灌漿;靜水頭;呂榮值

中圖分類號:TV543文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0169-03

一、概述

小南海水庫壩體是1856年形成的天然地震崩塌堆積體。天然壩體材料主要為地震崩塌堆積的頁巖及粉砂質(zhì)頁巖,塊碎石夾孤石;存在架空、管涌通道、孤石、塊石、堆積和風(fēng)化或沉積碎屑以及覆蓋層等不同的地層結(jié)構(gòu),性能上有明顯差異;不規(guī)則,不可預(yù)見,地質(zhì)條件非常復(fù)雜,技術(shù)難度很大。

小南海水庫天然地震堆積體不同于一般基巖,其帷幕灌漿檢查孔施工工藝,一直是我們尋求解決的重大技術(shù)難題。在天然地震堆積體上進行帷幕灌漿,國內(nèi)無先例,國際也屬罕見,缺乏類似地層帷幕灌漿檢查孔的施工經(jīng)驗,為此,從帷幕灌漿前期試驗就開始摸索,主管單位和建設(shè)單位還組織國內(nèi)知名專家,召開了五次現(xiàn)場技術(shù)咨詢會,國內(nèi)有關(guān)單位和基礎(chǔ)處理專家,特別是中國水利水電學(xué)會地基與基礎(chǔ)處理工程專業(yè)委員會主任、著名基礎(chǔ)處理專家孫釗教授對檢查孔的施工提出了寶貴的意見和建議。

根據(jù)專家的意見和建議,先后進行了清水鉆孔、風(fēng)動沖擊鉆孔、風(fēng)動潛孔偏心錘跟實管鉆孔(以下簡稱“跟實管鉆孔”)、風(fēng)動潛孔偏心錘跟花管鉆孔(以下簡稱“跟花管鉆孔”)和稀泥漿護壁鉆孔工藝的試驗。試驗表明:單一使用其中一種鉆孔工藝均不適于此類地層。

二、檢查孔施工工藝探索

(一)清水取芯鉆孔

清水取芯鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、掉塊、卡鉆、甚至因塌孔嚴(yán)重?zé)o法繼續(xù)鉆孔等現(xiàn)象,鉆孔事故經(jīng)常發(fā)生,進度緩慢。從孔內(nèi)撈出了大量的細(xì)碎石屑和泥質(zhì)石碴(約2m3),其中有兩段壓水試驗時由于供水設(shè)備限制,未能將鉆孔注滿(單位吸水率大于150L/min)。在專家現(xiàn)場咨詢會議上進行了專題討論,一方面在地震堆積體中存在著較多的泥砂細(xì)碎石屑沉積組成的地層(專家稱之為“砂窩”,以下均簡稱為“砂窩”),這種地層在清水的不斷沖刷、淘洗作用下,破壞了幕體(地層的原狀),因而導(dǎo)致塌孔,使鉆孔難以進行;另一方面,由于幕體受到破壞,壓水結(jié)果不能客觀反映真實透水情況。因此,專家咨詢會指出單一使用清水取芯鉆孔的工藝不適宜這種特殊的地層,應(yīng)暫停使用。

(二)沖擊鉆孔

沖擊鉆孔的方法,在孤石段及地下水位以上孔段鉆孔較為理想,壓水結(jié)果也較為真實。但在地下水位以下地層,尤其是“砂窩”地層在風(fēng)水聯(lián)合的不斷沖洗下,受到了很大的破壞,效果很不理想。因此單一采用這種方法也不適宜小南海的地震堆積地層。

(三)跟花管鉆孔

累計鉆孔180.2m,壓水10段次,其中有3段由于供水設(shè)備限制,實際透水率未測出來。這種鉆孔方法雖然能夠成孔,但壓水效果不理想。其原因主要是較大風(fēng)壓破壞了具有一定粘結(jié)力的弱透水“砂窩”層,并且在孔內(nèi)形成負(fù)壓,出現(xiàn)“揚水”現(xiàn)象,對“砂窩”層產(chǎn)生較大擾動。

在專家咨詢會上,專家們指出此種鉆孔方法有待進一步研究試驗。

(四)跟實管鉆孔

跟實管鉆孔的方法是在跟花管鉆孔的基礎(chǔ)上將花管換成實管,以減小風(fēng)、水聯(lián)合作用對地層的沖刷破壞。跟實管鉆孔對“砂窩”地層仍有很大的破壞,壓水結(jié)果不能反映客觀實際,要反映“砂窩”地層的實際透水情況,在鉆孔過程中必須對地層原狀加以保護。

(五)稀泥漿護壁鉆孔

稀泥漿護壁鉆孔,雖然能較好地保護地層尤其是“砂窩”地層不被撓動和破壞,鉆孔速度也較快,壓水呂榮值也能滿足設(shè)計要求,解決了“砂窩”地層的成孔問題,但壓水結(jié)果不真實,專家強調(diào)不能推廣泥漿護壁鉆孔。

三、小口徑全斷面鉆孔、靜水頭壓水工藝試驗施工

由于以上方法均不能很好解決帷幕檢查孔施工問題,專門召開了第三次專家咨詢會議,會議肯定了保護地層原狀的意見,同時指出要打破單一工藝的局限,采用綜合工藝的新思路。參建各方通過認(rèn)真的分析、討論專家意見,形成了新的帷幕灌漿檢查孔施工工藝,即:小口徑全斷面清水鉆孔→靜水頭壓水試驗→擴孔→下套管護壁→小口徑全斷面繼續(xù)清水鉆孔的工藝。

(一)施工要求

1.根據(jù)專家咨詢意見及設(shè)計文件要求,高程635m以上孔段不得使用泥漿,高程635m以下孔段可采用適宜的鉆孔方法鉆孔。

2.段長劃分:根據(jù)地層及現(xiàn)場的實際情況決定。

3.檢查孔施工在單元灌漿結(jié)束28天后進行。

(二)施工工藝

工藝流程見下圖:

1.鉆孔。高程635m以上采用跟管和外平同徑鉆桿清水回轉(zhuǎn)鉆孔,高程635m以下采用合宜的方法鉆孔,若條件允許,也可采用高程635m以上的方法繼續(xù)鉆孔。

2.壓水試驗。(1)采用靜水頭壓水試驗。靜水頭取值10m,地下水位以庫水位為準(zhǔn):當(dāng)?shù)叵滤恢量卓诘木嚯x大于10m時,靜水頭水位線取孔口平;當(dāng)?shù)叵滤恢量卓诘木嚯x小于10m時,靜水頭水位線以高出孔口2m為宜。(2)除跟花管不需要鉆孔沖洗外,其它鉆孔方法均需進行鉆孔沖洗。在靜水壓力不能保證沖洗效果的情況下,換用壓力脈動沖洗或其它沖洗方法,以保證壓水結(jié)果的可靠性。(3)采用小口徑全斷面鉆孔→靜水頭壓水試驗→擴孔→下套管護壁→小口徑全斷面繼續(xù)鉆孔的方法進行,具體的做法是:使用SGZ-ⅢA型鉆機和Φ60mm的復(fù)合片鉆頭與Φ50mm外平等徑鉆桿,清水鉆孔,鉆孔過程中不起鉆;當(dāng)鉆至段底時,將鉆桿上提50cm進行鉆孔沖洗,直到回水變清,并無沉碴;將流量表接在進水管上,并與鉆桿連接,從鉆桿內(nèi)進水進行壓水試驗,在進水管上控制進水量保持孔口水位。每5min測記一次流量。(4)呂榮值的計算:第一段采用跟管鉆孔,根據(jù)注水量直接進行呂榮值計算,其下各段若繼續(xù)采用跟管鉆孔,則為綜合壓水,即第二段壓水流量值Q2減去第一段壓水流量值Q1作為第二段的透水率q的計算值;若采用外平同徑鉆桿回轉(zhuǎn)鉆孔,計算時,用該段的壓水流量減去上段擴孔下入套管后的壓水流量值作為該段透水率q的計算值。以下各段依次類推。(5)壓水流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):在穩(wěn)定的水頭下,每5min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1L/min時,本段靜水頭壓水試驗即可結(jié)束,取最終值作為計算值。

(三)檢查效果分析

小口徑全斷面清水鉆孔、靜水頭壓水試驗壓水呂榮值見表1:

由表1可知,所有段次的壓水呂榮值全部滿足設(shè)計要求,其中,最大呂榮值為5-J-1第二段,呂榮值為11.2Lu;最小為E-J-1第三段,呂榮值為1.0Lu,采用這種工藝施工沒有再出現(xiàn)孔內(nèi)注水不滿的情況,說明這種工藝能較好地保護地層原狀,適合在這種特殊地層中使用。另外,這種鉆孔方法和地下水位以上的沖擊鉆孔的方法一樣,保護了地層原狀,而且沖孔能夠返清并基本沒有沉淀,所以說這種方法取得的壓水呂榮值是客觀、真實的。

四、結(jié)語

小口徑全斷面鉆孔、靜水頭壓水試驗壓水工藝較其它鉆進方法均具有成本低、勞動強度低、效率高、安全性好、壓水試驗值可靠的優(yōu)點。從壩后漏水量觀測結(jié)果看,灌后年漏水量是灌前漏水量的7.25%,進一步驗證此種鉆孔壓水試驗工藝的合理性,此種帷幕灌漿檢查孔施工新工藝的成功應(yīng)用,為類似地層帷幕灌漿檢查孔鉆孔壓水試驗工藝做出了有益的嘗試,有著較高的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范(DL/T5148-2001)[S].北京:中國電力出版社,2002.

作者簡介:錢莉(1975-),女,安徽樅陽人,中國水利水電第十一工程局有限公司工程師,研究方向:水利施工技術(shù)及管理。