駱秋林

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)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(shù)

駱秋林

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)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(dá)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(shù)難題。通過(guò)桐子林深厚覆蓋層帷幕灌漿技術(shù)的研究與實(shí)踐，解決了深厚復(fù)雜地質(zhì)條件下覆蓋層帷幕灌漿施工的關(guān)鍵性技術(shù)難題，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

桐子林水電站 深厚覆蓋層 帷幕灌漿 施工技術(shù)

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(jí)梯級(jí)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(jī)為600MW，水庫(kù)正常蓄水位為1015.00m，總庫(kù)容0.912億m3，水庫(kù)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(fù)雜、地層結(jié)構(gòu)多變、處理深度大、施工場(chǎng)地狹小、施工強(qiáng)度大等特點(diǎn)：(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(xì)砂、塊碎石土；(2)采用全帷幕灌漿方式防滲，最大施工孔深達(dá)92m(覆蓋層厚91m，入巖1m)。在如此復(fù)雜地層與處理深度條件下施工，對(duì)鉆孔精度及鉆進(jìn)成孔提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)；(3)施工強(qiáng)度大，高峰平均施工強(qiáng)度為5800m/月，傳統(tǒng)的灌漿方法無(wú)法滿足進(jìn)度要求；(4)施工場(chǎng)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(shè)備無(wú)法進(jìn)場(chǎng)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(shè)計(jì)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(shí)按先施工背水排，再施工迎水排，最后施工中間排的順序進(jìn)行。

2.2 工藝流程

場(chǎng)地平整(如需要)→混凝土蓋板澆筑(如需要)→先導(dǎo)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(yàn)→檢查孔灌漿封孔。

2.3 灌漿段長(zhǎng)、壓力

第一段段長(zhǎng)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(kuò)散半徑，各灌漿孔段首次灌漿時(shí)均采用純水泥漿開(kāi)灌。純水泥漿液的比級(jí)及開(kāi)灌比為：①迎水排灌漿孔采用0.8∶1、0.6∶1兩個(gè)水灰比比級(jí)，采用0.8∶1的水泥漿開(kāi)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(gè)水灰比比級(jí)，開(kāi)灌水灰比為1∶1，地層耗漿量較大時(shí)逐級(jí)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(gè)水灰比比級(jí)，開(kāi)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(yù)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(jìn)行鉆孔和灌漿，各段灌漿都在孔口封閉。其特點(diǎn)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(guò)程中，也利用循環(huán)泥漿對(duì)地層進(jìn)行灌漿；③由于每段灌漿都是在孔口封閉，各個(gè)灌漿段可以多次復(fù)灌，灌漿質(zhì)量好；④與預(yù)埋花管法相比，可以節(jié)省大量的管材；⑤工序相對(duì)比較簡(jiǎn)單，操作容易。

循環(huán)鉆灌法的缺點(diǎn)是：由于鉆灌工序交替進(jìn)行，因此工效相對(duì)較低；各段灌漿均在孔口封閉，因而灌漿時(shí)地表常常冒漿嚴(yán)重。既使進(jìn)行深部灌漿時(shí)，也不能使用很高的灌漿壓力；當(dāng)覆蓋層由多種地層組成，需要灌注不同類(lèi)型漿液時(shí)，難以施工。對(duì)覆蓋層而言，此灌漿方法還有一個(gè)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(shí)，需有一定的待凝時(shí)間，此待凝對(duì)工期極為不利。

該方法應(yīng)用廣泛，在本世紀(jì)初我國(guó)的小南海地震堆積壩、冶勒灌漿試驗(yàn)、下坂地灌漿試驗(yàn)等均有應(yīng)用與研究。但對(duì)于深厚覆蓋層的工藝工法并無(wú)突破性改進(jìn)。

3.1.2 預(yù)埋花管法

也稱(chēng)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(jìn)行灌漿。其特點(diǎn)：①灌漿孔一次連續(xù)鉆完，灌漿和鉆孔工序分開(kāi)進(jìn)行，施工效率高；②灌漿在花管中進(jìn)行，無(wú)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?qū)δ骋欢芜M(jìn)行多次復(fù)灌，灌漿質(zhì)量有保證；④可以使用較大壓力灌漿，灌漿過(guò)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(jìn)行滲透性質(zhì)的灌漿，也可以進(jìn)行擠密灌漿或劈裂灌漿；⑤對(duì)各種沖積層適應(yīng)性好，可區(qū)別不同沖積層選用不同的漿液，且適應(yīng)深厚覆蓋層灌漿。

預(yù)埋花管法的主要缺點(diǎn)是，需要預(yù)埋花管，且無(wú)法回收。以前我國(guó)塑料工業(yè)不發(fā)達(dá)，需要使用大量鋼管，加大了工程造價(jià)。其次，預(yù)埋花管法的施工程序較多，花管的制作和下設(shè)、填料、灌漿等技術(shù)均比較復(fù)雜。

此灌漿方法在上世紀(jì)50～80年代，在德國(guó)、法國(guó)、日本等地應(yīng)用廣泛，但在工藝、技術(shù)上均未有重大突破。我國(guó)在上世紀(jì)60年代引進(jìn)并實(shí)施，之后極少研究與應(yīng)用。

3.1.3 套管灌漿法

是利用鉆孔時(shí)的護(hù)壁套管進(jìn)行灌漿的方法。施工程序是：套管護(hù)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(fù)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(hù)壁，消除了塌孔之慮。采用先進(jìn)的全液壓工程鉆機(jī)和跟管鉆進(jìn)，效率高，孔深可達(dá)60m左右。需要注意的是在灌漿過(guò)程中，漿液容易沿著套管外壁向上流動(dòng)，甚至地表冒漿；如果灌注水泥漿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則可能會(huì)凝結(jié)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(fù)雜、處理深度大、鉆孔精度要求高、成孔難度大、施工強(qiáng)度大的技術(shù)難題，桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿研發(fā)了“預(yù)設(shè)花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”施工技術(shù)，并已申報(bào)專(zhuān)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(jìn)行搭接，要求防滲墻施工完成后方可進(jìn)行灌漿搭接施工，其特點(diǎn)是工期緊、且工程量大、施工場(chǎng)地開(kāi)闊。根據(jù)工程條件，宜選用預(yù)埋花管灌漿自下而上阻塞灌漿法進(jìn)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(hù)時(shí)間、施工條件和水文地質(zhì)條件等具體情況，由試驗(yàn)確定。施工時(shí)間已不能滿足孔壁填料試驗(yàn)要求，研究改進(jìn)一種新型的代替孔壁填料的工藝迫在眉睫，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究改進(jìn)，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以滿足進(jìn)度及質(zhì)量的要求。

“預(yù)設(shè)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(jìn)的鉆機(jī)跟管鉆孔,一次性鉆透覆蓋層到設(shè)計(jì)孔深，套管內(nèi)下設(shè)有分段模袋(模袋安裝在花管外)的花管，(在膜袋部位鉆設(shè)膜袋注漿孔，注漿孔孔徑大于灌漿用出漿孔孔徑且不安設(shè)密封橡皮套)，之后起拔套管。灌漿時(shí)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(shè)氣壓灌漿塞，預(yù)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(shè)有密封橡皮套，低壓注漿時(shí)，漿液只能從膜袋注漿孔流出填充膜袋，從而達(dá)到預(yù)先充填膜袋的目的)；當(dāng)模袋充分膨脹、泌水結(jié)實(shí)后，繼續(xù)升高壓力，此時(shí)密封橡皮套打開(kāi)，水泥漿經(jīng)花管進(jìn)入孔內(nèi)，繼續(xù)升壓，按每段的設(shè)計(jì)壓力，開(kāi)始覆蓋層灌漿。

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

3.2.2 預(yù)設(shè)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(duì)于深厚覆蓋層，受工業(yè)水平影響，套管鉆進(jìn)鉆機(jī)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)防滲深度時(shí)，可采用“預(yù)設(shè)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(jī)可達(dá)到的深度)采用“預(yù)設(shè)花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”進(jìn)行施工，上部灌漿施工完成后，采用地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)花管內(nèi)部進(jìn)行掃孔→灌漿孔下部→孔底，用循環(huán)鉆灌法進(jìn)行處理。

此“預(yù)設(shè)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(yù)設(shè)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(diǎn)。

4 灌漿成果

“預(yù)設(shè)花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”與“預(yù)設(shè)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(yùn)用，解決了深厚覆蓋層灌漿的技術(shù)難題。

本工程質(zhì)量檢查以注水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合灌漿施工資料進(jìn)行分析和綜合評(píng)定。根據(jù)注水試驗(yàn)成果資料統(tǒng)計(jì)，灌前先導(dǎo)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_(kāi)挖后，覆蓋層防滲部位未見(jiàn)滲、漏點(diǎn)，其防滲效果顯著。

5 技術(shù)意義

5.1 在桐子林電站露天條件下進(jìn)行深厚覆蓋層灌漿施工，試驗(yàn)發(fā)明了“預(yù)設(shè)花管內(nèi)注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”。此項(xiàng)成果，充分利用進(jìn)口巖錨鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)始進(jìn)行分段灌漿，為國(guó)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(shù)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(jìn)行深厚覆蓋層灌漿施工，試驗(yàn)使用了效率較高、可行、可靠的“預(yù)設(shè)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(yàn)證了此項(xiàng)成果在深厚覆蓋層灌漿中應(yīng)用的可行性，具有推廣價(jià)值。

5.3 “預(yù)設(shè)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(shù)難題，受水文地質(zhì)條件影響小，可廣泛應(yīng)用于覆蓋層灌漿、圍堰、堤防滲漏搶險(xiǎn)等工程。

5.4 “預(yù)設(shè)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(diǎn)，具有積極的推廣意義和價(jià)值。

〔1〕中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局.地基處理實(shí)用技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2002.

〔2〕水利水電工程施工手冊(cè)編委會(huì).水利水電工程施工手冊(cè)(地基與基礎(chǔ)工程).北京：中國(guó)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(guó)水電七局桐子林水電站項(xiàng)目部灌漿工區(qū)技術(shù)部主任，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作。