鈣基膨潤土帷幕灌漿技術(shù)在土石圍堰閉氣中的應(yīng)用與探討

鈣基膨潤土帷幕灌漿技術(shù)在土石圍堰閉氣中的應(yīng)用與探討1．工程概況

1.1地理位置及工程狀況

大源渡航運(yùn)樞紐工程位于湘江下游、湖南省衡山縣上游12km處，水路距衡陽市62km，下游距湖南省長沙市204km，壩址左岸屬衡山縣沙頭鎮(zhèn)永和村，右岸為衡東縣霞流荊花港村，壩址下游2km處為湘江干流與支流洣河交匯處。

大源渡二期工程由上游圍堰、下游圍堰及河中混凝土縱向擋水圍堰三部分組成。河床建基面高程在38.0～39.0m之間。其中上游圍堰距河中混凝土縱向擋水圍堰135m。河中水流方向的深槽，貫穿整個(gè)上游圍堰，深度約1.5～2.0m。上游圍堰堰頂高程49.9m。其中，在靠近河中混凝土縱向圍堰50m范圍內(nèi)堰頂高程達(dá)50.0～51.5m左右。下游圍堰堰頂高程48.0m。上游圍堰堰體防滲中，44.0m馬道以下采用“鈣基膨潤土帷幕灌漿”技術(shù)進(jìn)行施工閉氣，▽44.0m馬道以上采用土工布置進(jìn)行防滲處理。圍堰平面布置及堰體結(jié)構(gòu)斷面型式如下：

1.2圍堰的形成過程

二期工程圍堰堰體主要采用一期工程上、下游圍堰以及廠房混凝土縱向擋水圍堰爆破拆除的土石方和混凝土塊體進(jìn)行堆筑而成，料源天然抗?jié)B性較差。由于堰體在堆筑時(shí)采用自卸汽車自51.0～48.0m之間直接往下卸料，大部分地方未按要求進(jìn)行分層碾壓，導(dǎo)致堰體密實(shí)性和土料間膠結(jié)力較差，加之堰體下部因填筑時(shí)自然篩分而形成的大顆粒石塊、混凝土塊體較多，致使堰體底部架空現(xiàn)象普遍、嚴(yán)重，堰體抗?jié)B能力較差。二期上游圍堰堰體截流施工程序如下圖所示。

1.3地質(zhì)情況

大源渡航運(yùn)樞紐程二期基坑河床覆蓋層為砂礫石層，覆蓋厚度為1～2m。滲透系數(shù)達(dá)3×12-1×10-1cm/scc?；A(chǔ)巖石為前震五強(qiáng)溪級上段變質(zhì)砂巖及砂質(zhì)板巖，巖石風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，節(jié)理、裂隙極其發(fā)育。

2．防滲方案的選擇及施工布置

2.1防滲方案的選擇

在二期上游圍堰防滲方案的選擇過程中，由于現(xiàn)有的高噴漿機(jī)械僅2臺套、工人人數(shù)僅45人（含管理人員）。如采用高噴灌漿，則一方面所需工期較長，另一方面施工機(jī)械均無法滿足要求。故結(jié)合其它工程中的施工經(jīng)驗(yàn)，以及考慮到施工工期、施工質(zhì)量、施工成本等方面的要求，經(jīng)取得業(yè)主及監(jiān)理工程師的同意之后，決定將二上游圍堰的施工閉氣由原設(shè)計(jì)的高噴灌漿改為“鈣基膨潤土帷幕灌漿”。

根據(jù)二期上游圍堰的形成過程及特點(diǎn)，帷幕灌漿防滲處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)為：44.0m馬道以下堰體部分及砂礫石覆蓋層部分。針對二期上游圍堰的這種情況，決定將灌漿過程分成如下兩個(gè)施工階段加以進(jìn)行，即：第一施工階段：可稱為“堵漏”階段，主要是對漏失現(xiàn)象特別嚴(yán)重或較為嚴(yán)重的部位采用水泥水玻璃砂漿進(jìn)行封堵；第二施工階段：可稱為“帷幕”階段，主要是對堰體進(jìn)行鉆孔、灌注水泥膨脹潤土漿液等構(gòu)筑防滲幕墻。

2.2施工布置

二期工程上游圍堰總長約360m，從河中混凝土縱向擋水圍堰到左岸約340m范圍內(nèi)需要進(jìn)行灌漿閉氣。根據(jù)工程進(jìn)度的需要，自河中混凝土縱向擋水圍堰向左將圍堰分成三個(gè)施工工段進(jìn)行，每段長約為120m。三個(gè)機(jī)組人員均實(shí)行兩班工作制，每機(jī)組8人。每臺班工作12小時(shí)，48小時(shí)不間斷施工，并對每施工實(shí)行“各個(gè)擊破”的施工策略。在靠近河中混凝土縱向擋水圍堰一段的中部約50m平臺布置水泥庫和集中制漿站，灌漿泵及立式攪槽則擺放在44.0m馬道上。在施工用水、用電等分別沿工作面全線鋪通。

2.3主要施工機(jī)械材料

2.3.1主要施工機(jī)械及數(shù)量

鉆

機(jī)：采用SGZ—LIIA型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)5臺

灌漿機(jī)：采用BW200/40型泥漿機(jī)3臺

制漿機(jī)：采用J100*2型高速攪拌機(jī)3臺

儲漿槽：采用0.2立方米立式攪拌機(jī)3臺。

2.3.2主要使用施工材料

水泥

采用合格、新鮮的425#普通硅酸鹽水泥

鈣基膨潤土

采用225目的鈣基膨潤土

純堿

采用工業(yè)用純堿

水玻璃

采用40°be′水玻璃，模數(shù)3.0～3.3

3．施工技術(shù)及要求

3.1布孔及施工順序

針對二期上游圍堰的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定在龍口段30m范圍內(nèi)及二期上游圍堰與河中混凝土縱向擋水圍堰接頭部位20m范圍內(nèi)按2×0.5m孔間排距呈梅花型布置三排孔，其余部位按2×0.5m孔間排距進(jìn)行布置兩排孔?？咨钌钊牖鶐r1.0m。

3.2施工順序及施工工藝流程

施工順序：下游排孔（—序孔）→上游排孔（二序孔）→中間排孔（三序孔）。

施工工藝：采用金剛石鉆頭、合金鉆頭進(jìn)鉆，孔口封閉、自上而下分段灌漿。

工藝流程：φ76mm開孔（鑄φ2.5″孔口管，長1.5m）→φ56mm鉆頭鉆孔→堵漏→灌漿→封孔。

3.3造孔技術(shù)要求

造孔采用SGZ—IIIA型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及φ76mm、φ56mm合金或金剛石鉆頭進(jìn)鉆，開孔直徑φ76mm、終孔直徑φ56mm；

孔位偏差≤10mm，孔斜率≤1%；

鉆孔施工采用低泵量、慢速、低壓進(jìn)鉆、防止燒、埋鉆等事故的發(fā)生；

鉆孔時(shí)對孔內(nèi)情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，如：地質(zhì)情況、各孔段水流漏失情況、空洞等以備有針對性地進(jìn)行集中處理；

采用φ76mm鉆頭進(jìn)鉆結(jié)束后，首先安裝φ2.5″孔口管，然后進(jìn)行自流式灌漿，并在漿液中加入水泥重量3%的水玻璃以加速漿液的凝固，待凝12小時(shí)后方可進(jìn)行下一施工工序。同時(shí)保證孔口管的深度、垂直度及牢固性。

3.4灌漿技術(shù)要求

3.4.1孔口段灌注方法

孔口段采用自流式灌漿，漿液采用水玻璃水泥砂漿。

3.4.2孔口段以下部分灌注方法

孔口段以下采用孔口封閉、自上而下分段灌漿，每段長2.0～3.0m。當(dāng)漏失嚴(yán)重時(shí)，首先采用水玻璃水泥砂漿進(jìn)行自流式灌注，待凝12小時(shí)后改用鈣基膨潤土水泥砂漿進(jìn)行孔口封閉式灌漿，反之，則直接采用鈣基膨潤土水泥砂漿進(jìn)行孔口封閉式灌漿。灌漿結(jié)束24小時(shí)后方可進(jìn)行下一步施工作業(yè)。

3.4.3漿液配比

水泥水玻璃砂漿的漿液配比采用：水泥+3～5%水泥重量的40°be′水玻璃；

水泥鈣基膨潤土砂漿的漿液配比采用：水泥+10%水泥重量的225目鈣基膨潤土+5%鈣基膨潤土重量的工業(yè)用純堿。

3.4.4鈣基膨潤土漿液水灰比

采用：2.15：1、2.4：1、1.49：1、1.04：1、0.67：1、0.58：1共六個(gè)比級。

3.4.5制漿工藝

水泥鈣基膨潤土漿液的配制方法：鈣基膨潤土加水→攪拌3min→加工業(yè)須知純堿→攪拌2min→加水泥→攪拌2min→使用；

水泥水玻璃砂漿的配制方法：水泥加水→攪拌3min→加水玻璃→攪拌30s～1min→使用。

3.4.6灌漿壓力

采用0.1～0.5Mpa。在地表不冒漿、不抬動(dòng)等現(xiàn)象的正常情況下，將灌漿壓力盡量升高到0.2Mpa。

3.4.7漿液變換要求

開灌時(shí)漿液水灰比采用5.12：1，然后逐級由稀變濃。變換標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)注入量達(dá)450公升而壓力和吸漿量均無改變時(shí)，可以變濃一級；當(dāng)吸漿量大于30公升/min時(shí)可以越濃一級。

3.4.8灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

一序孔當(dāng)最濃級漿液注入量達(dá)600公升時(shí)，可結(jié)束灌漿；二序孔，當(dāng)最濃級漿液注入量達(dá)150公升時(shí)可以結(jié)束灌漿；三序孔當(dāng)最濃級漿液吸漿量達(dá)1升/min時(shí)，再持續(xù)灌漿10min后可以結(jié)束灌漿。

3.4.9封孔要求

封孔采用0.5：1濃漿及人工結(jié)合將孔口封堵密實(shí)。

3.5特殊情況的處理

若遇塌孔、埋鉆、空洞等現(xiàn)象時(shí)，必須停止進(jìn)鉆，然后進(jìn)行灌漿、掃孔等工作，待復(fù)雜孔段灌漿完并待凝12小時(shí)后，方可進(jìn)行下一步施工作業(yè)。

若鉆孔過程中遇沖洗液大量漏失時(shí)，可以在孔口加細(xì)砂、豆石、鋸沫或水玻璃等物質(zhì)進(jìn)行堵漏，待凝24小時(shí)后方可進(jìn)行下一施工作業(yè)（加水玻璃時(shí)待凝12小時(shí)即可）。

在灌漿過程中，若遇漏漿、冒漿、串漿、地表嚴(yán)重抬動(dòng)等現(xiàn)象時(shí)，可以采取降壓、限流、間歇灌漿、待凝或改用水玻璃水泥砂漿灌漿并待凝等方法進(jìn)行處理。

3.6質(zhì)量檢查

灌漿質(zhì)量根據(jù)注水試驗(yàn)進(jìn)行檢測，k值可根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

K=0.336Q/LH(4L/D)

其中：k—滲透系數(shù)；

L—段長(m)；

H—注水造成水頭高度(m)

Q—吸水量（噸/晝夜）

D—鉆孔直徑(m)。

4成果分析

4.1灌漿成果分析

經(jīng)過對各《灌漿孔段施工記錄》的統(tǒng)計(jì)分析，得出二期上游圍堰鈣基膨潤土帷幕灌漿“填筑層厚度—單位耗量關(guān)系折線圖”如