预埋管灌浆技术在深厚覆盖层固结灌浆中的应用

郭 军， 康 永 珍， 谯 磊

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，为叶尔羌河干流梯级规划“两库十四级”中的第十一个梯级,具有在保证向塔里木河生态供水和灌溉用水的前提下满足防洪、发电等综合利用功能。水库总库容22.49亿m3，正常蓄水位高程1 820 m，最大坝高164.8 m，电站装机容量为755 MW。该枢纽为大(1)型Ⅰ等工程。河床覆盖层总体划分为两大层：上层Ⅰ岩组含漂石砂卵砾石层厚度为4.7～17 m；下层Ⅱ岩组冲积砂卵砾石层厚度为36～87.4 m,其分界面以河床普遍分布的一层似砾岩的砂卵砾石胶结层为标志。坝基河床覆盖层Ⅰ岩组为含漂石砂卵砾石层，颗粒粗大，渗透系K=2.9×10-1cm/s，Ⅱ岩组为砂卵砾石层夹有多层缺细粒充填卵砾石(强渗层)，砂卵砾石层渗透系数K=3.5×10-1cm/s，缺细粒充填卵砾石层渗透系数K=5 cm/s，均属强透水层。覆盖层固结灌浆设计孔深为10 m，灌浆分段进行，接触段灌浆段长2 m,第二段、第三段段长均为4 m,灌浆压力控制在0.1～0.2 MPa。灌浆结束28 d后采用地震波纵波速检测得知：经灌浆后波速明显提高，基本消除了纵波波速2 200 m/s以下的低波速段。

2 施工难点

(1)为保障后续大坝填筑，河床砂砾石固结灌浆工期为6个月，需完成15 000余m的灌浆量，工期紧，施工难度大。

(2)由于该工程是在砂砾石覆盖层中施工，易造成钻孔过程中塌孔、卡钻、成孔率低等问题。

(3)该工程固结灌浆采用潜孔钻跟管钻进、预埋灌浆管的施工工艺，灌浆管对各道工序流程要求非常高，包括预埋管下设、套管拔出等，如果施工过程中任何一环出现问题，将会影响到预埋管的合格率。

(4)预埋灌浆管完成后，对孔口段的封闭是覆盖层固结灌浆的关键点和难点，孔口段封闭不密实或待凝时间达不到要求将严重影响各段的灌浆质量。

3 预埋管灌浆施工方案

河床砂砾石固结灌浆采用自上而下纯压式灌浆工艺，灌浆在预埋的三根、不同长度的灌浆花管内进行。

3.1 工艺流程

预埋管灌浆工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图

3.2 钻 孔

覆盖层砂砾石固结灌浆钻孔选用哈迈P-90型风动钻机，钻孔方法采用偏心跟管钻进工艺，配φ146钻具，跟管直径为150 mm。盖重为2 m,设计灌浆孔深10 m，钻孔总深度为12 m,灌浆孔间排距均为2 m，固结灌浆孔的开孔孔位按施工图纸要求布置，偏差不大于10 cm。

3.3 预埋管的制安

砂砾石固结灌浆管选用外径为20 mm、内径为10 mm的高强度硬质塑料管,采用热熔焊接。预埋管灌浆部位采用花管、每隔20 cm布置一环出浆孔，孔径为10 mm，每环上设置2个对穿孔，花管孔采用橡胶套保护、防水胶布固定，灌浆时采用压力水开孔。预埋灌浆管时,灌浆管位置应尽量放在孔位中心，呈三角状，灌浆管应按不同段次依次进行埋设，长度分别为12 m、8 m、4 m,三根灌浆花管长度分别为4 m、4 m、2 m,完成预埋后回填混合碎石细砂将预埋管包裹密实；当回填料距孔口2 m时，为防止孔口附近部位冒浆，拔出套管后，采用水泥砂浆填满至孔口并待凝24 h(图2)。

图2 灌浆管预埋示意图

3.4 灌 浆

灌浆采用3SNS型灌浆泵自上而下纯压式灌浆，GJY-7型灌浆自动记录仪记录。灌浆分段进行，接触段灌浆段长度为2 m,第二段、第三段段长均为4 m,灌浆压力为0.1～0.2 MPa。先灌注4 m管，再灌注8 m管，最后灌注12 m管，灌浆管距孔底不大于50 cm，灌浆按先周围边排、后中排分序加密的原则进行，分两序施工。浆液比级选用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1六级水灰比。浆液比级按由稀至浓的原则逐级变化，在最大设计压力下，注入率不大于2 L/min，继续灌注30 min结束。灌浆完成后，采用最浓一级的浆液封孔。待灌浆施工完成后，将高出覆盖层基面的预埋管割除。

4 预埋管灌浆法施工具有的技术特点

(1)原工艺是每一灌浆段成孔后采用孔口封闭法进行灌浆，调整工艺后的灌浆是通过预埋管进行，一次成孔后通过三根预埋管完成三段灌浆，各段互不干扰，从而提高了施工效率，有效缩短了施工工期30%，节约钻孔成本49%，减少水泥损耗5.9%。

(2)预埋管安装过程中回填料分层下料，杜绝了一次将回填料填入孔内。起拔套管应缓慢向上提升，以确保回填料缓慢沉降，避免预埋管变形或偏移。

(3)为避免固结灌浆过程中水泥浆液随砂砾石裂隙缝向孔口冒浆而影响固结灌浆质量，在预埋管埋设完成后，对孔口2 m范围填充水泥砂浆，待凝24 h后进行覆盖层固结灌浆施工。

(4)覆盖层套阀管灌浆法钻孔过程中辅助工作繁多，套阀管下设完成后需待凝3 d以上，灌浆前应先进行开环，开环采用水固比为8∶1～ 4∶1的稀黏土水泥浆或清水持续灌注5～10 min，然后换用灌浆浆液进行灌浆。预埋灌浆花管孔采用橡胶套保护，由防水胶布固定，灌浆时采用压力水开孔，开孔合格率达98%以上,相对于套阀管灌浆法，预埋管灌浆法既能提高施工进度，还能节约施工成本，灌浆效率更高。

(5)沉管灌浆法适用于松散覆盖层孔深15 m以内、压力较低的灌浆，自下而上分段上提施工。而预埋管灌浆法对覆盖层地层没有限制，钻孔采用偏心跟管钻进工艺，可以减少因地质原因造成的成孔率低的问题。自下而上分段灌浆亦加大了施工难度，灌浆段卡塞的好坏将直接影响灌浆效果，预埋管灌浆法采用的是自上而下灌浆，且通过三根预埋管完成三段灌浆，各段互不干扰。预埋管灌浆法工艺简单，便于现场施工作业人员很快掌握。

5 施工成果检查

本次固结灌浆Ⅰ序平均耗灰量为466.527 kg/m，Ⅱ序平均耗灰量为192.925 kg/m。根据施工图要求，其质量采用地震波测试方法进行检测，在灌浆结束28 d后进行。质量检测单孔纵波共检测9个孔，跨孔纵波共完成9组，其成果见表1。

表1 覆盖层预埋管固结灌浆试验地震纵波速度统计成果表

该覆盖层经固结灌浆施工后对单孔和跨孔地震纵波速度进行分析得知：河床砂砾石固结灌浆共73个单元，各单元灌后单孔和跨孔地震纵波平均波速均在2 222～2 335 m/s范围内，地震波速大于2 200 m/s的点所占比例均大于95%。所有检测孔均满足设计要求。

6 结 语

阿尔塔什大坝基础为典型的覆盖层坝基基础，通过对大坝覆盖层采用预埋管固结灌浆的研究，不但可以降低工程成本，而且确保了总体工程节点进度目标的实现。覆盖层预埋管灌浆法在工程应用中取得了良好的效果，可供类似工程参考。