駱秋林

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

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桐子林水電站深厚覆蓋層全帷幕灌漿技術

駱秋林

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

桐子林水電站深厚覆蓋層灌漿深度達到90m，部分工程在涵洞內(nèi)施工，在鉆孔、灌漿等方面，存在著巨大的技術難題。通過桐子林深厚覆蓋層帷幕灌漿技術的研究與實踐，解決了深厚復雜地質(zhì)條件下覆蓋層帷幕灌漿施工的關鍵性技術難題，具有極大的推廣應用價值。

桐子林水電站 深厚覆蓋層 帷幕灌漿 施工技術

1 工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)的雅礱江干流上，距雅礱江與金沙江匯合口約15km，是雅礱江干流下游最末一級梯級電站。桐子林水電站由河床式發(fā)電廠房、泄洪閘及擋水壩等建筑組成，以發(fā)電為主，電站總裝機為600MW，水庫正常蓄水位為1015.00m，總庫容0.912億m3，水庫具有日調(diào)節(jié)性能。

桐子林水電站二期上游圍堰左堰肩覆蓋層帷幕灌漿工程，具有地質(zhì)復雜、地層結構多變、處理深度大、施工場地狹小、施工強度大等特點：(1)覆蓋層厚約60m～91m，由下至上主要為：含漂砂卵礫石層、砂層夾碎卵礫石與塊碎石層、孤塊碎石夾土、含砂卵礫石夾粉砂質(zhì)粘土及粉細砂、塊碎石土；(2)采用全帷幕灌漿方式防滲，最大施工孔深達92m(覆蓋層厚91m，入巖1m)。在如此復雜地層與處理深度條件下施工，對鉆孔精度及鉆進成孔提出了相當大的挑戰(zhàn)；(3)施工強度大，高峰平均施工強度為5800m/月，傳統(tǒng)的灌漿方法無法滿足進度要求；(4)施工場地狹小，全帷幕灌漿防滲約有70m軸線布置在寬3m、高3.5m的涵洞內(nèi)，大型設備無法進場施工。

2 覆蓋層帷幕灌漿參數(shù)

該工程覆蓋層防滲帷幕灌漿部位，其滲透系數(shù)要求小于1×10-4cm/s。

2.1 布孔形式及施工順序

左岸堰肩灌漿孔設計為3排(背水排、迎水排及中間排)，排距為0.75m，孔距為1.5m，呈梅花形布孔。每排孔分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。施工時按先施工背水排，再施工迎水排，最后施工中間排的順序進行。

2.2 工藝流程

場地平整(如需要)→混凝土蓋板澆筑(如需要)→先導孔施工→背水排施工→迎水排施工→中間排施工→檢查孔取芯、注水試驗→檢查孔灌漿封孔。

2.3 灌漿段長、壓力

第一段段長為2.0m，第2段為3.0m，以下各段為5.0m。各段次的灌漿壓力按表1執(zhí)行。

表1 灌漿壓力一覽

2.4 灌漿漿液選擇

為確保漿液的擴散半徑，各灌漿孔段首次灌漿時均采用純水泥漿開灌。純水泥漿液的比級及開灌比為：①迎水排灌漿孔采用0.8∶1、0.6∶1兩個水灰比比級，采用0.8∶1的水泥漿開灌，根據(jù)漿液變換原則加濃漿液灌注；②背水排灌漿孔采用1∶1、0.8∶1、及0.6∶1三個水灰比比級，開灌水灰比為1∶1，地層耗漿量較大時逐級變漿加濃漿液灌注；③中間排灌漿孔采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1四個水灰比比級，開灌水灰比為2∶1，根據(jù)漿液變換原則加濃漿液灌注。

3 施工方案選擇

3.1 覆蓋層帷幕灌漿方法比較

目前，適用于覆蓋層帷幕灌漿的工藝工法主要有：循環(huán)鉆灌法、預埋花管法、套管灌漿法等。

3.1.1 循環(huán)鉆灌法

這種方法是在沖積層中自上而下逐段進行鉆孔和灌漿，各段灌漿都在孔口封閉。其特點為：①適宜于砂卵礫石中灌注水泥黏土漿或水泥漿；②在鉆孔的過程中，也利用循環(huán)泥漿對地層進行灌漿；③由于每段灌漿都是在孔口封閉，各個灌漿段可以多次復灌，灌漿質(zhì)量好；④與預埋花管法相比，可以節(jié)省大量的管材；⑤工序相對比較簡單，操作容易。

循環(huán)鉆灌法的缺點是：由于鉆灌工序交替進行，因此工效相對較低；各段灌漿均在孔口封閉，因而灌漿時地表常常冒漿嚴重。既使進行深部灌漿時，也不能使用很高的灌漿壓力；當覆蓋層由多種地層組成，需要灌注不同類型漿液時，難以施工。對覆蓋層而言，此灌漿方法還有一個大的制約，為保證已灌漿上部孔段的穩(wěn)定性，在鉆灌下部孔段時，需有一定的待凝時間，此待凝對工期極為不利。

該方法應用廣泛，在本世紀初我國的小南海地震堆積壩、冶勒灌漿試驗、下坂地灌漿試驗等均有應用與研究。但對于深厚覆蓋層的工藝工法并無突破性改進。

3.1.2 預埋花管法

也稱套閥花管法、袖閥花管法。這種方法是首先鉆出灌漿孔，在孔內(nèi)下入特制的帶有孔眼的灌漿管(花管)，灌漿管與孔壁之間填入特制的“填料”，然后在灌漿管里安裝雙灌漿塞分段進行灌漿。其特點：①灌漿孔一次連續(xù)鉆完，灌漿和鉆孔工序分開進行，施工效率高；②灌漿在花管中進行，無塌孔之慮，灌漿段隔離也比較容易；③可以任意采用自下而上或自上而下灌漿方式，也可以先灌全孔中的任何一段，或對某一段進行多次復灌，灌漿質(zhì)量有保證；④可以使用較大壓力灌漿，灌漿過程中發(fā)生冒漿、串漿的可能性小。根據(jù)地層情況和工程需要，可以進行滲透性質(zhì)的灌漿，也可以進行擠密灌漿或劈裂灌漿；⑤對各種沖積層適應性好，可區(qū)別不同沖積層選用不同的漿液，且適應深厚覆蓋層灌漿。

預埋花管法的主要缺點是，需要預埋花管，且無法回收。以前我國塑料工業(yè)不發(fā)達，需要使用大量鋼管，加大了工程造價。其次，預埋花管法的施工程序較多，花管的制作和下設、填料、灌漿等技術均比較復雜。

此灌漿方法在上世紀50～80年代，在德國、法國、日本等地應用廣泛，但在工藝、技術上均未有重大突破。我國在上世紀60年代引進并實施，之后極少研究與應用。

3.1.3 套管灌漿法

是利用鉆孔時的護壁套管進行灌漿的方法。施工程序是：套管護壁鉆孔→下入灌漿管→起拔套管(1m～2m)→安裝灌漿塞→灌漿→再起拔套管及灌漿管(1m～2m)→安裝灌漿塞→灌漿→重復上述工序，灌注至孔口。采用這種施工方法，鉆孔由于有套管護壁，消除了塌孔之慮。采用先進的全液壓工程鉆機和跟管鉆進，效率高，孔深可達60m左右。需要注意的是在灌漿過程中，漿液容易沿著套管外壁向上流動，甚至地表冒漿；如果灌注水泥漿時間過長，則可能會凝結固住套管，造成起拔困難。

3.2 覆蓋層帷幕灌漿方法選擇與研究

3.2.1 為克服地質(zhì)條件復雜、處理深度大、鉆孔精度要求高、成孔難度大、施工強度大的技術難題，桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿研發(fā)了“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”施工技術，并已申報專利。

在桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿工程中，需要與防滲墻進行搭接，要求防滲墻施工完成后方可進行灌漿搭接施工，其特點是工期緊、且工程量大、施工場地開闊。根據(jù)工程條件，宜選用預埋花管灌漿自下而上阻塞灌漿法進行灌注，但孔壁填料的配合比，必須根據(jù)材料性能、加工方法、要求養(yǎng)護時間、施工條件和水文地質(zhì)條件等具體情況，由試驗確定。施工時間已不能滿足孔壁填料試驗要求，研究改進一種新型的代替孔壁填料的工藝迫在眉睫，經(jīng)過反復研究改進，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以滿足進度及質(zhì)量的要求。

“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”原理如下：使用先進的鉆機跟管鉆孔,一次性鉆透覆蓋層到設計孔深，套管內(nèi)下設有分段模袋(模袋安裝在花管外)的花管，(在膜袋部位鉆設膜袋注漿孔，注漿孔孔徑大于灌漿用出漿孔孔徑且不安設密封橡皮套)，之后起拔套管。灌漿時采取自下而上的方式，在花管內(nèi)，距孔底第一環(huán)膜袋注漿孔上方約20cm處下設氣壓灌漿塞，預先使用濃水泥漿，在0.3MPa的壓力下膨脹模袋，起到阻塞的作用(由于灌漿用出漿孔設有密封橡皮套，低壓注漿時，漿液只能從膜袋注漿孔流出填充膜袋，從而達到預先充填膜袋的目的)；當模袋充分膨脹、泌水結實后，繼續(xù)升高壓力，此時密封橡皮套打開，水泥漿經(jīng)花管進入孔內(nèi)，繼續(xù)升壓，按每段的設計壓力，開始覆蓋層灌漿。

此灌漿方法，受地層及地下水影響小，且無需灌注填料，克服了無法成孔、地下涌水的問題。實現(xiàn)了“一鉆到底、連續(xù)灌漿”的目的。

3.2.2 預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法+循環(huán)鉆灌法。對于深厚覆蓋層，受工業(yè)水平影響，套管鉆進鉆機無法達到設計防滲深度時，可采用“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法+循環(huán)鉆灌法”，其原理為灌漿孔上部(孔口至套管鉆機可達到的深度)采用“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”進行施工，上部灌漿施工完成后，采用地質(zhì)鉆機對花管內(nèi)部進行掃孔→灌漿孔下部→孔底，用循環(huán)鉆灌法進行處理。

此“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞+循環(huán)鉆灌”綜合灌漿法，兼具了預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法、循環(huán)鉆灌法的所有優(yōu)點。

4 灌漿成果

“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”與“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法+循環(huán)鉆灌法”的運用，解決了深厚覆蓋層灌漿的技術難題。

本工程質(zhì)量檢查以注水試驗成果為主，結合灌漿施工資料進行分析和綜合評定。根據(jù)注水試驗成果資料統(tǒng)計，灌前先導孔滲透系數(shù)最小值為1.0×10-3cm/s，最大值為6.44×10-2cm/s；灌后檢查孔滲透系數(shù)最小為1.47×10-5cm/s，最大為1.38×10-4cm/s，質(zhì)量檢查全部合格?；娱_挖后，覆蓋層防滲部位未見滲、漏點，其防滲效果顯著。

5 技術意義

5.1 在桐子林電站露天條件下進行深厚覆蓋層灌漿施工，試驗發(fā)明了“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”。此項成果，充分利用進口巖錨鉆機跟管鉆進效率高的優(yōu)點，一次鉆孔成型，之后下入帶有閥套、分段阻塞膜袋的花管，使用水壓塞小壓力壓漿異步膨脹阻塞膜袋，待膜袋膨脹起到阻塞作用后，升壓開始進行分段灌漿，為國內(nèi)首創(chuàng)，較好地解決了深厚覆蓋層灌漿快速、高精度施工的技術難題，推廣借鑒意義極大。

5.2 在桐子林電站涵洞內(nèi)狹窄條件下進行深厚覆蓋層灌漿施工，試驗使用了效率較高、可行、可靠的“預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法+循環(huán)鉆灌法”，驗證了此項成果在深厚覆蓋層灌漿中應用的可行性，具有推廣價值。

5.3 “預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”，較好地解決了深厚覆蓋層灌漿快速、高精度施工的技術難題，受水文地質(zhì)條件影響小，可廣泛應用于覆蓋層灌漿、圍堰、堤防滲漏搶險等工程。

5.4 “預設花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法+循環(huán)鉆灌法”，在涵洞內(nèi)狹窄條件下具備快速、安全、可靠的特點，具有積極的推廣意義和價值。

〔1〕中國水利水電基礎工程局.地基處理實用技術.北京：中國電力出版社，2002.

〔2〕水利水電工程施工手冊編委會.水利水電工程施工手冊(地基與基礎工程).北京：中國電力出版社，2004.

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2095-1809(2015)05-0073-03

駱秋林(1984-)，男，重慶市人，工程師，中國水電七局桐子林水電站項目部灌漿工區(qū)技術部主任，從事水利水電工程施工技術與管理工作。