套管灌浆法在小石峡水电站厂房砂砾石围堰中的应用

郭 杰（新疆水利水电工程建设监理中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

小石峡水电站位于新疆阿克苏地区库玛拉克河中下游温宿县与乌什县交界处，小石峡水电站坝址位于峡谷出山口处。

导流兼深孔泄洪洞出口围堰、厂房围堰处于左岸河漫滩上，上部为砂卵砾石层，厚5～12m，下伏基岩为Q1 砾岩，强风化层厚1.5～2.5m，弱风化层厚30～33m。

2 围堰布置

2.1 平面布置

导流兼深孔泄洪洞出口围堰一端与大坝下游围堰桩号0+110 处相接，另一端与厂房围堰桩号0+035 处相接，围堰堰轴线长度202m。厂房尾水围堰堰顶长度546m。

2.2 围堰结构布置

2.2.1 防渗结构

根据已经进行的帷幕灌浆试验成果和类似的工程经验，堰基水下部分采用水泥帷幕灌浆防渗心墙，水上部分采用土工膜防渗心墙的结构。土工膜与帷幕灌浆的连接采用C20“盖帽混凝土”的形式连接。土工膜分别采用中粗砂和砂砾料作为土工膜砂垫层。

堰基的地面高程▽1435～▽1436m，导流兼深孔泄洪洞出口围堰下卧基岩顶板高程▽1428m 左右，厂房围堰下卧基岩顶板高程▽1426m 左右。砂卵砾石层厚7～10m，基岩强风化层厚1.5～2.5m。帷幕灌浆心墙需穿过强风化层。

根据试验成果,沿围堰轴线布置2 排帷幕孔.孔距2m,排距0.7m,梅花型布置,灌浆效果≤10Lu。

2.3 主要项目及工程量

表1 导流兼深孔泄洪洞出口围堰、厂房围堰工程量

3 帷幕灌浆施工

3.1 施工布置

3.1.1 制浆系统

灌浆主要采取集中制浆、供浆方式。在每施工段附近设置集中制浆站（面积约80m2）制备原浆，通过Ф11/2″～Ф2″的输浆管送0.5:1的水泥浆至各灌浆点，各工作点根据不同需要调制使用。灌浆用普通硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥标号不低于42.5MPa 级。

3.1.2 施工排水

厂房围堰灌浆盖重高程EL1432.00 米（EL是elevation的缩写），低于河床水位（EL1434.50）。在盖重的迎水面开挖一道截水沟，截水沟下游与下游河床较低处（EL1431.8）相接，让截水沟水自流到下游河床。

3.2 施工程序及方法

3.2.1 施工程序

帷幕灌浆试验首先采用循环钻灌法施工，但由于砂卵砾石覆盖层较厚，采用回转式地质钻机进行钻孔施工时塌孔比较严重，施工时难以护壁，成孔难度大，严重影响施工进度。因而灌浆试验钻灌时：采用YGL-100 型履带式跟管钻机进行钻孔，采用套管灌浆法自下而上分段进行灌浆。

3.2.2 套管灌浆法

套管灌浆法是利用钻孔时的护壁套管进行灌浆的方法。它的施工程序是：套管护壁钻孔→下入灌浆管→起拔套管（3～5m）→安装灌浆塞→灌浆→再起拔套管及灌浆管（3～5m）→安装灌浆塞→灌浆→重复上述工序，灌注至孔口。

3.2.3 施工技术要点

套管护壁钻进灌浆孔至设计深度，直至终孔。然后在套管内下入灌浆管至孔底段，起拔套管至第一灌浆段段顶，安装灌浆塞对第一段进行灌浆；之后再分别上提套管和灌浆管，自下而上地逐段灌浆。

由于拔管后容易塌孔，每个灌浆段不能太长，视地层的稳定情况，一般为3～5m。遇复杂地层可适当缩短段长。

采用这种施工方法，钻孔由于有套管护壁，消除了塌孔之虑。采用先进的YGL-100 型履带式跟管钻机跟管钻进，效率高。

在盖重混凝土达到70%强度后进行施工。同一排帷幕孔按I 序孔→II 序→III 序→检查孔的顺序施工。单孔施工工艺流程为：套管护壁钻孔→下入灌浆管→起拔套管（3～5m）→安装灌浆塞→灌浆→再起拔套管及灌浆管（3～5m）→安装灌浆塞→灌浆→重复上述工序，灌注至孔口。相邻两个不同次序孔的灌浆应待I序孔先灌完后，II 序孔方可开始施工。

3.2.2 施工方法

1）钻孔

帷幕灌浆试验钻孔采用YGL-100 型履带式跟管钻机一次性成孔。钻孔过程中，为确保施工质量在设计要求的标准内，施工中严格控制孔深、孔斜。

2）灌浆

套管护壁钻进灌浆孔至设计深度，直至终孔。然后在套管内下入灌浆管至孔底段，起拔套管至第一灌浆段段顶，安装灌浆塞对第一段进行灌浆；之后再分别上提套管和灌浆管，自下而上地逐段灌浆。灌浆水灰比采用5:1；3:1；2:1；1:1 和0.5:1。

3）灌浆段长、压力

由于拔管后容易塌孔，每个灌浆段不能太长，视地层的稳定情况，一般参考表2 执行。

根据灌浆试验中使用的灌浆压力均可以达到结束标准，而且灌浆效果也达到防渗要求。因而围堰帷幕灌浆的灌浆压力采用灌浆试验所得的灌浆压力。灌浆压力见表2。

表2 灌浆段长和压力表

4）灌浆结束标准与封孔

根据灌浆试验结果可以确定，各孔段的结束条件应达到最大灌浆压力，注入率小于或等于2L/min，或停止吸浆，持续时间已达15～30min，可以结束该段灌浆。

灌浆孔灌浆结束后向孔内注入水泥砂浆进行封孔。

3.2.3 特殊情况处理

1）灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，根据具体情况采用嵌缝，表面封堵、低压、浓浆、限流、限量或间歇灌浆等方法处理。

2）帷幕灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，应一泵一孔同时进行灌浆，否则应将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。

3）灌浆作业必须连续进行，若因故中断，按下述原则处理：

1）及早恢复灌浆，否则立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆，若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔，而后恢复灌浆。

2）恢复灌浆后，使用开灌比级的水泥继续灌注，如注入率与中断前相近，即可改用中断前比级的水泥浆液继续灌注。

3）恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且在较短时间内停止吸浆，则需采取补救措施处理。

4 灌浆效果分析

4.1 水泥注入量统计

帷幕灌浆孔共750 孔，其中Ⅰ序孔380个，Ⅱ序孔370个。Ⅰ序孔总注灰量为1944544kg，平均单位注入量217.1kg／m，Ⅱ序孔总注灰量为833376kg，平均单位注入量95.56kg／m。单位注入量Ⅱ序孔明显小于I 序孔，呈递减规律，随着孔序的加密，岩石的可灌性逐渐减小，随着孔排距的加密，注灰量趋于明显减小。单位注灰量Ⅰ:Ⅱ=2.27:1。

4.2 压水试验透水率统计

灌前先导孔共38个，呈均匀布置，共做压水试验152 段，最大透水率为177.62Lu，最小透水率为2.21Lu，平均透水率为55.17Lu。灌前现场压水试验有串孔现象。上述情况表明灌前裂隙较发育。

灌后检查孔共38个，共做压水试验152 段，最大透水率为7.22Lu，最小透水率为0.32Lu，平均透水率为3.43Lu。灌后透水率比灌前相对有明显减小。

4.3 灌浆效果检查

灌浆效果检查主要以检查孔压水试验值和岩芯结石情况来评价。

4.3.1 检查孔压水试验分析

帷幕灌浆效果检查主要以钻孔压水试验为主，共15个检查孔，经钻孔压水试验，透水率最大值4.67Lu，最小值0.80Lu，满足设计小于5Lu的标准。

共设38个检查孔，152 段压水试验，透水率<3Lud的有70 段，占总段数46%，＞3Lu的有82 段，占总段数54%。最大透水率为7.22Lu，最小透水率为0.32Lu。

4.3.2 检查孔结石情况

取芯检查孔5个，检查孔取出的岩芯均有不同厚度的结石，结石分布较广，结石厚度在1 m m—15 mm之间，从水泥结石出现深度看，集中在基岩上部1～3m 之间，说明灌前上部基岩中裂隙较发育。

5 总结

1）孔排距：根据单注和总耗灰量分别比较，上部相对可灌性较好，建议帷幕灌浆尽量采取较小的孔、排距。

2）根距现场灌浆质量和灌浆效果，建议砂砾石围堰帷幕灌浆可以在类似工程中推广应用。