一種承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法與流程

本發明涉及一種承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法，屬于對水電站大壩基礎或其他建筑物基礎存在的構造擠壓破碎帶等不良地質體進行灌漿防滲與加固處理領域。

背景技術：

金沙江向家壩水電站大壩壩基存在構造擠壓破碎帶等不良地質體，關系到壩基應力變形和滲透穩定，是向家壩水電站工程關鍵技術問題。

工程建設期間，向家壩壩基先后進行了常規水泥固結與帷幕灌漿，部分壩段還分別進行了常規水泥與環氧復合灌漿處理，但由于構造擠壓帶結構致密、分布深厚，常規水泥灌漿加固效果難以達到設計所要求技術指標，而常規環氧灌漿費用高、工藝復雜。

向家壩水電站蓄水發電運行后，發現壩基構造擠壓破碎帶防滲帷幕存在一定的缺陷，需要進一步進行防滲帷幕補強灌漿。對此，申請人經過長期的觀察實踐研究，結合向家壩水電站壩基構造擠壓破碎帶地質特征，以及大壩蓄水后壩基鉆孔灌漿存在的承壓滲流不利的灌漿工況條件，創造性地發明了一種承壓滲流條件下不良地質體分兩個階段先固孔止水灌漿后強壓沖擠灌漿復合灌漿技術，用于有效地解決類似向家壩水電站壩基構造擠壓破碎帶滲流條件下不良地質體防滲補強灌漿問題。

技術實現要素：

針對類似向家壩水電站壩基構造擠壓破碎帶滲流條件下不良地質體防滲補強灌漿工程要求，本發明旨在提供一種承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法，該灌漿方法可以有效的對承壓滲流條件下不良地質體灌漿進行固孔止水與高壓沖擠灌注，同時可借助高壓沖擠灌漿復合漿液載體環氧泌出作用，可對不良地質進行有效環氧漿液滲透浸潤固結。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法，其特點是：灌漿采用一種固孔止水灌漿與高壓沖擠灌漿組合工藝進行，包括如下兩個階段：

Ⅰ、第一階段采用一種“鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠”鉆灌工藝，對承壓滲流條件下不良地質體灌漿孔段進行有效的固孔和止水灌漿；

Ⅱ、第二階段采用一種“自下而上、栓塞封閉、強壓沖擠”灌漿工藝，對承壓滲流條件不良地質體進行均一有效的高壓擠劈、壓滲、浸潤灌注，即第一階段固孔止水灌漿完成后，再下入液壓栓塞對灌漿孔段進行分段封閉，按照設定的灌漿段長度依次自下而上對全孔灌漿段進行分段灌漿，分段灌漿采用一種強制性高壓沖擠灌注。

本發明所述的高壓是指壓力≥3MPa。

本發明的灌漿創造性地按照先固孔止水后強壓沖擠兩個階段進行。

第一階段中，“自上而下，鉆灌一體，高壓沖擠”鉆灌工藝可以優選為中國專利ZL2012 1 0348150.2的工藝，為一種用于松軟破碎地層鉆孔灌漿專利技術，主要解決不良地質體灌漿成孔、固孔、止水以及灌漿孔段密實均一性等問題，確保灌漿孔段孔壁完整光滑，為進行第二階強壓沖擠灌漿下入液壓栓塞分段封閉提供安全有效必要條件。

根據本發明的實施例，還可以對本發明作進一步的優化，以下為優化后形成的技術方案：

所述第二階段“自下而上、栓塞封閉、強壓沖擠”灌漿工藝包括如下步驟：

S1、承壓滲流條件下不良地質體灌漿孔固孔止水灌漿完成后，孔內下入一種液壓栓塞，對灌漿孔段按照設定的段長自下而上依次進行灌漿分段封閉；

S2、采用一種脈沖灌漿泵向灌漿孔液壓栓塞封閉段脈沖泵入一種混合漿液，自下而上依次對灌漿孔進行小段長、小脈沖、強擠劈控制性高壓沖擠灌注。

步驟S1與S2中對灌漿孔段按照設定的段長自下而上依次進行分段封閉灌漿的結束標準按照設定的灌入量與灌漿壓力進行控制：

i當單位灌入量達到設定最大單位灌入量、且灌漿壓力大于設定最小灌漿壓力時，或當灌入量達到設定最大灌入量的150％、但灌漿壓力仍小于設定最小灌漿壓力時，則停止高壓沖擠灌漿，并帶壓閉漿一段時間，優選帶壓閉漿至少30min，或閉漿壓力消散歸零后，結束本段灌漿；

ii當灌漿壓力達到設定最大灌漿壓力、且灌入量大于設定最小灌入量時，或當灌漿壓力超過設計最大灌漿壓力的20％、但灌入量仍小于設定最小灌入量時，則停止高壓沖擠灌漿，并帶壓閉漿一段時間，優選帶壓閉漿至少30min，或閉漿壓力消散歸零后，結束本段灌漿。

優選地，所述混合漿液為普通水泥漿液中添加環氧漿液后所形成的水泥環氧混合漿液，該水泥環氧混合漿液在進行密實不良地質體強沖擠灌注時產生環氧漿液高壓泌出。

優選地，所述普通水泥漿液為采用強度等級不低于42.5MP的灌漿用水泥，按水灰比0.6:1-0.8:1配置而成的穩定漿液。更優選地，所述環氧漿液為用于灌漿加固的高滲透環氧漿液。所述環氧漿液摻量為水泥穩定漿液中加水重量的10％-100％。由此，所述混合漿液在進行密實不良地質體強高壓沖擠灌注時，可產生環氧漿液高壓泌出對不良地質體進行滲透浸潤固結作用。。

第二階段步驟S1與S2中，依次自下而上對不良地質體灌漿孔段進行小段長、小脈沖、強擠劈控制性灌注，其中所述小段長是指為確保灌漿均一性而把灌漿孔段分成若干小段依次分別進行灌注，優選分段封閉段長≤1.0m，所述小脈沖是指灌漿泵脈沖量≤1.0L/沖次，優選為0.2L-0.5L/沖次，所述強擠劈劈是指對灌漿封閉段按照設定的脈沖量無回漿調控強制性高壓沖擠灌注。

由此，所述小段長為一種采用液壓雙栓塞自下而上依次進行分段封閉，分段封閉段長≤1.0m；可避免大段長產生小應力面局部劈裂，確保全孔段灌漿有效性與均一性。所述小脈沖為一種脈沖灌漿泵向灌漿封閉小段進行脈沖式灌注，脈沖灌漿泵脈沖量≤0.5L/沖次；可確保對不良地質體灌漿的控制性與有效性。所述強擠劈為一種對灌漿封閉段按照設定的脈沖量無回漿調控強制性高壓沖擠灌注。可確保對不良地質體灌入設定的灌入量，并達到設定的灌漿壓力。

所述液壓栓塞為單栓塞或雙栓塞。其中，所述液壓雙栓塞包括灌漿管，與灌漿管連通的花管，套裝在花管上的上栓塞和下栓塞；所述上栓塞和下栓塞均具有液壓腔；其結構特點是，所述上栓塞的液壓腔與上栓塞液壓管連通，下栓塞的液壓腔與上栓塞液壓腔連通。由此，所述上栓塞和下栓塞的縮脹完全同步操控，可作為采用雙塞封閉分段灌漿法進行基礎防滲或加固處理灌漿用液壓雙栓塞。

所述設定的灌入量與灌漿壓力是一種用于分段灌漿結束標準的基準控制值，可根據灌漿地層的力學性能、脈沖灌漿泵脈沖量與脈沖頻率通過現場試驗確定；所述灌入量是指灌漿封閉段每米長度灌入的漿量；所述灌漿壓力是指脈沖泵出口灌漿管最大脈沖峰值壓力。采用灌入量與灌漿壓力同時進行灌漿結束標準控制，可確保全孔段灌漿壓力與灌入量的有效性與均一性。

本發明的第二階段步驟S1與S2中，所述帶壓閉漿通過液壓雙栓塞封閉分段進行高壓沖擠灌漿后，灌漿封閉段周邊產生一定的彈性變形，在未進行管路孔段與封閉泄壓之前，仍然會存在一定的彈性反壓。所述帶壓閉漿，可對灌漿孔段承壓滲流水進行有效的屏蔽，同時也有利于高壓擠劈漿脈所泌出的環氧漿液充分滲透與浸潤。

由此，采用本發明的一種承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法，進行不良地質體灌漿處理，先通過第一階段“鉆灌一體，自下而上，高壓沖擠”固孔止水灌漿，形成孔壁完整、光滑均一的灌漿孔段；后通過第二階段“栓塞封閉，自下而上，強壓沖擠”灌漿，可有效的對不良地質體進行小段長、小脈沖、強擠劈高壓沖擠灌注，形成一種水泥混合漿液強壓擠劈與環氧漿液泌出滲透浸潤復合灌漿效果，可有效提高不良地質體力學性能與抗滲性能。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：采用本發明進行承壓滲流條件下不良地質體灌漿處理，可有效的解決不良地質體灌漿成孔孔壁坍塌、下塞分段封閉困難、小應力面重復劈裂、灌漿整體效較差等技術難題。

采用本發明進行承壓滲流條件下不良地質體灌漿處理，可同時兼有水泥漿液強壓擠劈與環氧漿液滲透浸潤復合灌漿效果。初步工程應用實踐充分表明，采用本發明進行承壓滲流條件下不良地質體灌漿處理質量效果，明顯好于常規水泥灌漿與常規環氧灌漿處理理質量效果，且較常規環氧灌漿處理單位成本明顯要低。

經過現場驗證，建筑單位給出如下評審意見：

向家壩水電站泄水壩段地質構造極為復雜，撓曲核部破碎帶分布有上下兩個分支帶，上下分支帶及其影響帶多為碎屑或碎屑夾碎塊結構，無膠結，密度大，強度低；兩分支帶之間多為碎塊或塊狀結構，巖體破碎，節理發育，裂隙細微。向家壩水電站泄水壩段撓曲核部破碎帶高壓沖擠灌漿的施工充分結合巖體結構特性及其大壩蓄水后鉆灌過程中外涌內滲動水環境，在前期生產性試驗研究成果基礎上進行工藝完善與優化，提出"固孔止水"與"高壓沖擠"補強灌漿組合工藝，較好的解決了撓曲核部破碎帶鉆灌成孔塌孔、灌漿涌水吐漿、下塞封閉困難、低壓可灌性差、高壓灌漿抬動等諸多技術難題，其技術路線合理，施工工藝可行，贏得了多位院士和專家的高度評價。

向家壩工程共計完成鉆孔44778.3m，固孔止水灌漿30624.4m，高壓沖擠灌漿10216.3m。施工過程中，能嚴格按照設計要求、監理人指示和國家有關規程規范要求進行施工，第三方質量檢查孔成果表明，向家壩水電站泄水壩段撓曲核部破碎帶高壓沖擠灌漿施工質量達到了設計要求的各項指標，施工質量優良。

附圖說明

圖1本發明的一種實施例的灌漿流程示意圖；

圖2目前一種常規的灌漿工藝方法(孔口封閉式灌漿)的示意圖；

圖3目前一種常規的灌漿工藝方法(純壓式灌漿)的示意圖；

圖4目前一種常規的灌漿工藝方法(循環式灌漿)的示意圖；

圖5本發明所設計的一種液壓雙栓塞結構圖；

圖6本發明應用于向家壩壩基不良地質體補強灌漿后典型芯樣圖。

在圖中：

1-灌漿鉆桿連接接頭；2，4-液壓連接管；3-上栓塞；5-下栓塞。

具體實施方式

以下將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

實施例1

一種混合漿液，為一種普通水泥漿液中添加一定量環氧漿液后所形成的水泥環氧混合漿液。所述普通水泥漿液為強度等級不低于42.5MP普通硅酸鹽水泥或其他灌漿用水泥，按水灰比0.6:1-0.8:1配置的穩定漿液。所述環氧漿液為一種用于水下灌漿加固的高滲透環氧漿液，環氧漿液摻量可為水泥穩定漿液中含水重量的10％-100％。

混合漿液中水泥穩定漿液水灰比與環氧漿液混合添加量主要根據地層條件與工程要求通過現場試驗確定，以下為優選的兩種配比。

本發明采用的兩種混合漿液配比與主要性能

注：1、水泥采用強度等級為42.5Mpa高抗硫酸鹽水泥

2、環采用MS-1086E水下高滲透灌漿環氧；環氧漿液可泌出量通過標準砂過濾測定。

實施例2

本發明的一種承壓水滲流條件下不良地質體灌漿方法具體要求如下：

1)本發明采用的主要設備與機具基本配置如下表：

本發明采用的主要設備與機具基本配置表

2)一種承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法，首先按照鉆灌一體工藝要求，灌漿孔孔口鑲鑄Φ89mm孔口管，孔口管穿過混凝土與基巖接觸面進入基巖2.0m；灌漿孔全孔鉆孔結構為Φ75mm小口徑一徑到底；

3)第一階段采用穩定漿液“鉆灌一體，自上而下，高壓沖擠”灌漿工藝進行灌漿孔全孔成孔、固孔、止水，確保整個灌漿孔段均一密實與孔壁的完整光滑，為第二階段下入液壓雙栓塞分段封閉強壓沖擠灌漿，提供安全有效的必要條件。

4)第一階段對灌漿孔段成孔、固孔、止水灌漿完成后，第二階段孔內下入一種液壓雙栓塞，按照規定的灌漿段長依次自下而上進行灌漿分段封閉；

5)采用一種脈沖灌漿泵向灌漿孔封閉段脈沖泵入一種混合漿液，配合孔內液壓雙栓塞分段封閉，依次自下而上對灌漿孔段按照0.5m段長、0.2L/沖次脈沖量、雙栓塞封閉強壓擠劈控制性高壓沖擠灌注；

6)灌漿孔每封閉段灌漿結束標準按照設定的灌入量與灌漿壓力進行控制。

i當單位灌入量達到設定最大單位灌入量、且灌漿壓力大于設定最灌漿壓力時，或當灌入量達到設定最大灌入量的150％、而灌漿壓力仍小于設定最小灌漿壓力時，可停止高壓沖擠灌漿，并帶壓閉漿30min，或閉漿壓力消散歸零后，結束本段灌漿；

ii當灌漿壓力達到設定最大灌漿壓力、且灌入量大于設定最小灌入量時，或當灌漿壓力超過設計最大灌漿壓力的20％，而灌入量仍小于設定最小灌入量時，可停止高壓沖擠灌漿，并帶壓閉漿30min，或閉漿壓力消散歸零后，結束本段灌漿。

7)全灌漿孔段第二階段強壓沖擠灌漿完成后，提出孔內下液壓雙栓塞，對灌漿孔內采用0.5:1水泥濃漿進行全孔機械回填與閉漿。如圖5所示，液壓雙栓塞包括灌漿鉆桿連接接頭1、上栓塞3和下栓塞5。

綜上所述，本發明的承壓滲流條件下不良地質體灌漿方法主要針對灌漿孔內承壓滲流條件，以及不良地質體結構性狀，按照先固孔止水后強壓沖擠兩個階段進行：第一階段固孔止水灌漿，采用一種穩定漿液“鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠”鉆灌工藝對含有承壓涌水的不良地質體灌漿孔進行固孔與止水灌漿，以便形成承壓滲流小、孔壁完整、光滑均一的灌漿孔段；第二階段采用混合漿液“栓塞封閉，自下而上，強壓沖擠”灌漿工藝，可有效的對不良地質體進行小段長、小脈沖、強擠劈灌注，形成一種水泥混合漿液強壓擠劈與環氧漿液泌出滲透浸潤復合灌漿效果，可有效提高不良地質體力學性能與抗滲性能。其中第二階段所用混合漿液，為一種普通水泥漿液中添加一定量環氧漿液后所形成的水泥環氧混合漿液。該混合漿液在進行密實不良地質體強壓沖擠灌注時，可產生環氧漿液高壓泌出進一步對不良地質體進行滲透浸潤固結作用。

上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發明，而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍。