專利名稱：圍堰高效快速防滲堵漏技術的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利水電工程技術領域，關于土壤、地下的防滲堵漏技術，特別指建筑施工臨時工程中，圍堰的高效快速防滲堵漏技術。
背景技術：
在水利(河道)、水電施工工程中，圍堰防滲閉氣作為主體工程施工之前的必須程序，具有不可替代的作用，因此圍堰防滲堵漏處理也誕生了許多新技術，不同的地質條件、不同的圍堰和不同的地區，各工程采用的圍堰防滲堵漏技術也不相同。圍堰是主體工程施工中的控制性工序工程，能否按期完成圍堰的施工，不但影響到主體工程的節點工期，更有可能對整個工程的按期完工造成影響。而作為圍堰的輔助工序——防滲堵漏處理，它的施工進度快慢和施工質量的好壞，不但影響到后續工程的施工進度，防滲堵漏效果的好壞還將直接影響到后續工程施工期間的時間安排和因增加排水量所產生的費用。
在以前的圍堰施工中，主要的辦法是高噴灌漿和防滲墻處理。對高噴灌漿及防滲墻施工都存在一定的局限性。作為高噴灌漿，當工程的地層架空嚴重或圍堰上下游水位差過大時，噴射的漿液難以凝固形成防滲板墻，這在許多圍堰中都出現過類似的情況。而防滲墻對于架空地層，造孔時需要用大量的粘土進行回填，鉆孔遇到大孤石，首先要采取預爆的方式進行處理，同時施工設備體積大，重型、大型設備用量多，施工成本大，工期過長，對于一般的短期圍堰使用此方法很不經濟。
在防滲堵漏施工的灌漿技術方面也有一些專利申請出現，申請號為95110914.6，名稱為《土壤防滲劑及使用方法》公開了一種含有單寧的土壤防滲劑，其主要成分為單寧、水玻璃和鐵鹽，該發明所提供的土壤防滲技術，只要在施工現場具備一定的水源條件，挖一個水坑即可配制施工。防滲劑的調配計量也很粗放，對操作人員的技術要求不高。因此，可廣泛用于固沙造林、灌溉用的蓄水塘壩、水庫、鹽田和魚池等場合的防滲處理，或者用于電廠粉煤灰處理和防止地下水污染等國土整治及水資源保護領域。如申請號為92103293.5，名稱為《瀝青灌漿滲堵漏技術》該發明是一種用于各種水下或地下建筑物或在滲漏條件作業的工作面的防滲堵漏技術，廣泛應用于各種水下建筑物及基礎、隧道、橋樁、圍堰等防滲堵漏技術領域。該發明的特點是將瀝青加熱，然后用耐高溫的耐熱泵將熱瀝青泵入能隔熱保溫的灌漿管道，使之能順利地送入滲水處，達到堵漏的目的。據介紹使用該發明，造價低、工藝簡單，可以改善水電站、橋樁、隧道等地下或水下建筑物的施工條件，提高工程施工質量，縮短施工工期。另外，中請號為97107096.2，名稱為《圍堰堤壩的施工方法》，該發明是以化纖編織布和土料為材料，先把化纖編織布縫制成有輸泥管入口的布袋，再將布袋鋪設在預設的位置，采用泥漿輸送機械向袋內充灌泥漿，袋內泥漿沉淀，土體固結后構成砂袋圍堰堤壩。布袋根據需要可制作成各種規格，可利用灘地土或疏通航道，就近取土。據介紹該發明具有工藝先進，施工進度快，成本低的特點。
在水電站建設中，圍堰建筑堵漏也常采用常規灌漿或雙液灌漿施工方法進行，一般施工工期為三個月以上，而且，以往圍堰灌漿的漿液控制一般是通過摻速凝類化學材料，施工中在漿液中摻加速凝類材料或者通過雙液灌漿進行，其結果經常出現漿液擴散半徑不夠，兩灌漿孔之間出現漏灌的現象，從而導致圍堰防滲失敗。一排成功率僅為30～50％，往往要能過二排以上的灌漿才能達到抽水的效果，通過對以往圍堰采用常規灌漿或雙液灌漿施工失敗原因的分析，結合各圍堰的具體情況，不同的圍堰防滲堵漏施工要求使用不同的灌漿技術進行，發明人通過湖南東坪水電站、銅灣水電站、株溪口水電站、重慶馬巖洞水電站、貴州老江底水電站及貴州光照水電站等寬闊河谷及山區河谷圍堰的施工，成功解決了圍堰防滲堵漏施工的難題，獲得了完整的技術資料，使該技術成熟，確保了圍堰防滲堵漏施工高效、快速、經濟，技術可靠。
發明內容
本發明的發明目的，通過對以往圍堰采用常規灌漿或雙液灌漿施工失敗原因的分析，結合各圍堰的具體情況，不同的圍堰防滲堵漏施工要求使用不同的灌漿技術進行，申請人組織技術攻關，經過多次實驗和具體的實施，成功解決了圍堰防滲堵漏施工的難題，獲得了完整的技術資料，完成了高效、快速圍堰高防滲堵漏技術方案。
本發明的技術方案是這樣的，圍堰高效快速防滲堵漏技術，采用的技術為鉆孔、安裝灌漿射漿管路、灌漿的步驟，其中，鉆孔全孔采用風動潛孔鉆偏心跟管鉆進，鉆孔結束后，安裝好灌漿射漿管路，再用拔管機將孔內套管拔出，然后通過灌漿射漿管路的灌漿尾管2向孔內加壓灌漿，將全部的鉆孔加壓灌漿完畢，就完成了圍堰的高效快速防滲堵漏過程。
本發明圍堰高效快速防滲堵漏技術，灌漿射漿管路，由進漿口8、孔口封閉裝置7、回漿管6、孔口管5、拔管后的鉆孔4、灌漿尾管2、基巖孔1所組成；其中，灌漿尾管2上與孔口封閉裝置7相連，下部深插入基巖孔1中，基巖孔1深入基巖0.5～2.0m，通過灌漿尾管2加壓灌入濃漿，濃漿由基巖孔1往上向松散層3擴散，凝固后形成防滲堵漏部分，通過在圍堰上所鉆的孔進行加壓灌漿防滲堵漏處理，完成圍堰的防滲堵漏過程。
本發明圍堰高效快速防滲堵漏技術，采用的鉆孔、安裝灌漿射漿管路、灌漿的技術的參數為(1)孔深深入基巖0.5～2.0m；(2)鉆孔孔距根據防滲要求及水泥漿液在砂礫石地層中的流動情況，圍堰的孔距在0.8～1.2m；(3)排距及排數在丘陵及平原地區，由于河流流速緩慢，水位差不大，因此布置單排灌漿孔即能滿足強度要求；而峽谷地區由于河流狹窄，水流速度大，水位差大，地層架空嚴重，布置為雙排灌漿孔，稱為序孔；(4)施工次序分為兩序施工，先施工一序孔，后施工二序孔；對于雙排布置的部位，先施工下游排，后施工上游排，為保證在灌漿過程中兩孔不出現相互串漿，一序孔一般相隔4個孔以上進行灌漿；(5)灌漿壓力一序孔灌漿壓力的確定為最高洪水位時相應的水頭壓力，二序孔的灌漿壓力在一序孔的基礎上提高20％左右壓力；(6)水灰比圍堰填筑料為松散堆積體，使用濃漿灌注一序孔，將主要空隙充填后，然后再用稀漿對小的滲水點進行封堵灌注，一序孔采用重量比為0.5∶1的濃漿進行灌注，二序孔首先使用重量比為1∶1的漿液開灌，再變為重量比為0.5∶1的濃漿，對于可灌性較差的地層，降低漿液濃度；其中，水灰比中的灰指水泥，上述的濃漿指純水泥漿液的水灰重量比為1∶1～0.5∶1。
本發明圍堰高效快速防滲堵漏技術，灌漿時首先不在漿液中加速凝類材料，而是當漿液消耗量達到該地層的理論設計量1～1.2倍以后，灌漿仍無回漿或壓力，再加外加劑，膨潤土、水玻璃調成混合濃漿，混合濃漿指純水泥漿液的水灰重量比為1∶1～0.5∶1，或水泥∶砂的重量比為1∶0.5～1∶1，或水泥∶膨潤土的重量比為1∶0.1～1∶0.2，或水泥∶粉煤灰∶膨潤土的重量比為1∶0.2∶0.1，或水泥∶水玻璃的重量比為1∶0.03～1∶0.1；根據實際情況按以下條件進行調整(1)無架空地層、粒徑較小且水流速度相對小的地層在設計范圍內一般都能有回漿或壓力；(2)無架空地層、粒徑較小且水流速度相對大的地層加入10％的膨潤土和3～5％的水玻璃，使漿液在膨脹的同時加速凝固；(3)架空地層、水流速度相對小的地層直接使用砂漿進行灌漿，當出現回漿后，使用純水泥漿液進行灌漿，保證較小的孔隙得到密實。
(4)架空地層、水流速度相對大的地層使用砂漿進行灌漿的同時在漿液中還需加入10％的水玻璃和20％的膨潤土；水流過大時，上述方法未收到效果，就采用雙管或用三管法同時進行灌漿處理。
本發明圍堰高效快速防滲堵漏技術通過國內10多個電站的圍堰施工實踐證明，本技術將原來需要3個月時間才能完成圍堰防滲堵漏的工作在20多天到2個月就能完成，同時，還對工程地層情況復雜，用常規防滲堵漏失敗的圍堰，用本技術處理，一次即達到設計效果，所以采用本技術處理的圍堰防滲效果明顯，不但高效、快速，又經濟。我國有8萬多座中、小型水庫，其中病、險水庫3.8萬多座，目前由于維修、加固、堵漏技術和經費過高的問題無法解決，嚴重制約我國農業生產的發展，同時，這些病、險水庫嚴重威脅水庫下游的人民生命財產安全，已成為當前熱點，另外，每年的江河防汛，對危險地段的加固、防滲堵漏，本技術的推廣使用就能幫助解決這些問題，因此，本技術的實施、推廣有重大的經濟效益和社會效益。
圖1是一段灌漿管路安裝示意圖；圖2是分段灌漿管路安裝示意圖。
在圖1中的，1、基巖孔，2、灌漿尾管，3、松散層，4、鉆孔，5、孔口管，6、回漿管，7、孔口封閉裝置，8、進漿口，11、地面線。
從圖1中可以看出灌漿，灌漿尾管2上與孔口封閉裝置7相連，下部深插入基巖孔1中，基巖孔1深入基巖0.5～2.0m，通過灌漿尾管2加壓灌入濃漿，濃漿由基巖孔1往上向鉆孔4周圍的松散層3擴散，填充孔隙后繼續向上，鉆孔4填滿后，通過孔口管5，從回漿管6溢出，溢出的濃漿可以回收使用。
在圖2中的，1、基巖孔，2、灌漿尾管，3、松散層，4、鉆孔，6、回漿管，7、孔口封閉裝置，8、進漿口，9、灌漿段，10、護壁鋼管，11、地面線。
從圖2中可以看出，這個分段灌漿管路比較圖1多了一個灌漿段9和護壁鋼管10，同樣灌漿尾管2上與孔口封閉裝置7相連，下部深插入基巖孔1中，基巖孔1深入基巖0.5～2.0m，通過灌漿尾管2加壓灌入濃漿，濃漿由基巖孔1往上向鉆孔4下部的灌漿段9向松散層3擴散，填充滿灌漿段9周圍孔隙后，將護壁鋼管10向上拔出，又得到一個新灌漿段，灌漿繼續向上，直到鉆孔4填滿后，通過孔口管5，從回漿管6溢出，溢出的濃漿可以回收使用。
具體實施例方式
實施例通過施工實踐敘述具體實施工藝
1鉆孔全孔采用風動潛孔鉆偏心跟管鉆進，鉆孔直徑一般在φ130mm～φ160mm。鉆機使用SM3000A潛孔鉆機，對于孔深不大于25m的圍堰，也可以使用MG-80錨桿鉆機進行鉆孔，但鉆孔速度沒有潛孔鉆機快。每臺鉆機需配置20m3/min空壓機供風，配備必要的鉆桿及鋼套管。鉆孔結束后，待灌漿射漿管路安裝完畢后，使用拔管機將孔內套管拔出。
2灌漿本技術灌漿后，首先不在漿液中加速凝類材料，而是當漿液消耗達到設計量的1.2倍左右，如果灌漿仍無回漿或壓力，根據具體情況加外加劑。實踐中調制濃漿，濃漿指純水泥漿液水灰重量比為1∶1～0.5∶1，或水泥∶砂的重量比為1∶0.5～1∶1，或水泥∶膨潤土的重量比為1∶0.1～1∶0.2，或水泥∶粉煤灰∶膨潤土的重量比為1∶0.2∶0.1，或水泥∶水玻璃的重量比為1∶0.03～1∶0.1。
根據實際情況按以下條件進行調整(1)無架空地層、粒徑較小且水流速度相對小的地層在設計范圍內一般都能有回漿或壓力；(2)無架空地層、粒徑較小且水流速度相對大的地層加入10％的膨潤土和3～5％的水玻璃，使漿液在膨脹的同時加速凝固；(3)架空地層、水流速度相對小的地層直接使用砂漿進行灌漿，當出現回漿后，使用純水泥漿液進行灌漿，保證較小的孔隙得到密實。
(4)架空地層、水流速度相對大的地層使用砂漿進行灌漿的同時在漿液中還需加入10％的水玻璃和20％的膨潤土；水流過大時，上述方法未收到效果，就采用雙管或用三管法同時進行灌漿處理。
3、不同河流圍堰的灌漿工藝
(1)寬闊河谷圍堰灌漿寬闊河谷具有水流速度不大，水頭落差小，河床基本上為砂礫石層和半風化巖層，無架空現象。利用潛孔鉆機造孔，采用孔底循環、孔口封閉、不分段單排灌漿即可達到防滲要求。
(2)山區河谷圍堰灌漿山區河谷普遍發育成″V″字型或“U”字型，兩岸山勢陡峭，河流湍急，水頭落差大，由于兩岸不穩定巖體崩塌到河谷內，造成地層架空現象嚴重，且大孤石特別發育，地下通道發育平凡。采用一段灌漿，一旦遇到架空地層，水泥漿液或其他混合漿液在水流作用下將難以凝固，必須在漿液中加入大顆粒的砂石(粒徑不大于5mm)，利用砂漿泵等設備將砂漿輸送到架空部位。為此，利用套管作為孔口管，結合架空程度，采用孔底循環、孔口封閉、自下而上分段灌漿的辦法進行處理，用圖2中表示的方法，灌漿段10一般段長控制在1.5～3.0m。
4、幾個電站圍堰施工情況采用本灌漿技術處理圍堰后，先后完成了湖南東坪水電站、株溪口水電站、銅灣水電站、重慶馬巖洞水電站、貴州老江底水電站、貴州光照水電站的圍堰防滲堵漏處理施工，所施工的圍堰抽水后閉氣效果都良好，個別圍堰達到滴水不漏。特別是湖南銅灣水電站一期圍堰施工結束后，得到業主、監理及設計的通報表揚。表1是幾個圍堰的施工情況。
表1 幾個圍堰施工情況介紹施工中，采用的新設備包括(1)國產SM3000A型履帶式液壓鉆機，以柴
油為燃料，移動靈活。其主要技術參數為鉆孔直徑φ76～200mm；最大孔深60m，實際施工中，套管跟進鉆孔最大孔深已達34.87m；工作氣壓0.5～2.4MPa；推進行程3m；鉆孔角度下向傾角70°～90°，側向擺角左右各15°；最高行走速度1.8km/h；爬坡能力大于30°；普通填筑圍堰其造孔生產效率孔深小于15m時，可達到10～15m/h；孔深大于15m時，可達到5～10m/h。(2)大摻量的UB8型砂漿泵，可灌注如下性能的砂漿a、泵送用砂漿中的砂子級配為中砂或細砂，砂粒粒度最大不能超過5mm；b、灰砂體積比控制在1∶2.5以內；c、砂漿應攪拌均勻，稠度控制在8～12厘米。
同時，因采用潛孔鉆沖擊造孔，鋼管護壁，在以往施工時，由于護壁鋼套管材質問題，常常造成護壁管斷裂及管靴脫落的現象，重復使用率低，容易出孔內事故。為此，重新選用了40鉻錳鎳合金的鋼套管，使用中未發生斷裂及脫落現象，雖然材料價格偏貴，但重復使用率高，減少了孔內事故，提高了工效。
5、試驗及檢查5.1試驗為掌握不同類型漿液的特性，在施工老江底圍堰時，委托貴州省建筑科學研究檢測中心進行漿液檢測試驗。試驗結果見表2。
表2 漿液室內試驗成果表
從表2試驗數據可以得出(1)隨著漿液水膠比降低，漿液泌水率、漿液流動度降低，漿液滲透系數減小，漿液彈性模量、結石強度增加，漿液凝結時間縮短。
(2)純水泥漿摻入各種摻合料及外加劑后，其物理性能指標有較大的變化，可根據灌漿地層的變化及要求的不同，選用不同配合比的漿液。
在施工老江底圍堰時，由于堰體內外水位落差較大，同時地層嚴重脫空，因此，在施工中，一序孔普遍使用水泥∶砂∶水玻璃＝1∶1∶0.1的混合漿液進行灌注，個別孔段還采用了雙管同時灌漿。
5.2灌漿檢查圍堰灌漿最直接的檢查是基坑抽水后的直觀檢查，但在抽水前沒有一定的檢查手段，待抽水后發現漏水或滲水時，處理就比較困難。因此，在抽水前主要采取以下兩種方法對灌漿效果進行檢查或評估。
(1)過程檢查根據二序孔的耗漿情況判斷，一般二序孔的單耗量為一序孔的30％左右，超過40％后，應分析孔距、外加劑、地層等因素，找出出現問題的原因。如果是孔距過大，可以適當提高灌漿壓力，加大漿液擴散半徑；如果是外加劑摻量過高，影響漿液擴散，在進行二序孔施工時應盡量使用純水泥漿液進行灌注；如果是地層缺乏可灌性，應考慮改善漿液的顆粒性和流動性；(2)完工檢查一、二序孔全部灌漿結束后，采取孔內抽水或注水試驗進行檢查，也可以采用壓力壓水檢查，但因工期緊張，此工作一般都沒做，而是直接通過基坑抽水檢查。目前在所完成的銅灣水電站二期上游圍堰進行了抽水和注水試驗。其結果見表3。
表3 銅灣水電站上游圍堰灌漿注水試驗成果表
從表3數據反映由于孔口部位為孔口管，該段灌漿效果不太理想，所反映的數據不可信，而以下滲透系數基本穩定在1.0～1.5×10-4之間，證明灌漿達到預期效果。
進行抽水試驗時，將孔內水位抽到高程125m孔內承受水壓力為0.1328MPa，每5分鐘測讀一次孔內水位，平均上升速度為0.17m，上升流量為0.3003L/min，滲透系數k＝1.33×10-4，達到預期效果。
在進行試驗時，由于灌漿孔水泥結石未達到預期強度，故在水頭壓力較大情況下，抽水試驗比注水試驗地層滲透系數偏大些，這屬于正常情況。
權利要求
1.一種圍堰高效快速防滲堵漏技術，其特征是采用的技術為鉆孔、安裝灌漿射漿管路、灌漿的步驟，其中，鉆孔全孔采用風動潛孔鉆偏心跟管鉆進，鉆孔結束后，安裝好灌漿射漿管路，再用拔管機將孔內套管拔出，然后通過灌漿射漿管路的灌漿尾管(2)向孔內加壓灌漿，將全部的鉆孔加壓灌漿完畢，就完成了圍堰的高效快速防滲堵漏過程。
2.根據權利要求1所述的圍堰高效快速防滲堵漏技術，其特征是灌漿射漿管路，由進漿口(8)、孔口封閉裝置(7)、回漿管(6)、孔口管(5)、拔管后的鉆孔(4)、灌漿尾管(2)、基巖孔(1)所組成；其中，灌漿尾管(2)上與孔口封閉裝置(7)相連，下部深插入基巖孔(1)中，基巖孔(1)深入基巖0.5～2.0m，通過灌漿尾管(2)加壓灌入濃漿，濃漿由基巖孔(1)往上向松散層(3)擴散，凝固后形成防滲堵漏部分，通過在圍堰上所鉆的孔進行加壓灌漿防滲堵漏處理，完成圍堰的防滲堵漏過程。
3.根據權利要求1所述的圍堰高效快速防滲堵漏技術，其特征是采用的鉆孔、安裝灌漿射漿管路、灌漿的技術的參數為(1)孔深深入基巖0.5～2.0m；(2)鉆孔孔距根據防滲要求及水泥漿液在砂礫石地層中的流動情況，圍堰的孔距在0.8～1.2m；(3)排距及排數在丘陵及平原地區，由于河流流速緩慢，水位差不大，因此布置單排灌漿孔即能滿足強度要求；而峽谷地區由于河流狹窄，水流速度大，水位差大，地層架空嚴重，布置為雙排灌漿孔，灌漿孔也稱為序孔；(4)施工次序分為兩序施工，先施工一序孔，后施工二序孔；對于雙排布置的部位，先施工下游排，后施工上游排，為保證在灌漿過程中兩孔不出現相互串漿，一序孔一般相隔4個孔以上進行灌漿；(5)灌漿壓力一序孔灌漿壓力的確定為最高洪水位時相應的水頭壓力，二序孔的灌漿壓力在一序孔的基礎上提高20％左右壓力；(6)水灰比圍堰填筑料為松散堆積體，使用濃漿灌注一序孔，將主要空隙充填后，然后再用稀漿對小的滲水點進行封堵灌注，一序孔采用重量比為0.5∶1的濃漿進行灌注，二序孔首先使用重量比為1∶1的漿液開灌，再變為重量比為0.5∶1的濃漿，對于可灌性較差的地層，降低漿液濃度；其中，水灰比中的灰指水泥，上述的濃漿指純水泥漿液的重量比為1∶1～0.5∶1。
4.根據權利要求1所述的圍堰高效快速防滲堵漏技術，其特征是灌漿時首先不在漿液中加速凝類材料，而是當漿液消耗量達到該地層的理論設計量1～1.2倍以后，灌漿仍無回漿或壓力，再加外加劑，膨潤土、水玻璃調成混合濃漿，混合濃漿指∶純水泥漿液的重量比為1∶1～0.5∶1，或水泥∶砂的重量比為1∶0.5～1∶1，或水泥∶膨潤土的重量比為1∶0.1～1∶0.2，或水泥∶粉煤灰∶膨潤土的重量比為1∶0.2∶0.1，或水泥∶水玻璃的重量比為1∶0.0～1∶0.1；根據實際情況按以下條件進行調整(1)無架空地層、粒徑較小且水流速度相對小的地層在設計范圍內一般都能有回漿或壓力；(2)無架空地層、粒徑較小且水流速度相對大的地層加入10％的膨潤土和3～5％的水玻璃，使漿液在膨脹的同時加速凝固；(3)架空地層、水流速度相對小的地層直接使用砂漿進行灌漿，當出現回漿后，使用純水泥漿液進行灌漿，保證較小的孔隙得到密實。(4)架空地層、水流速度相對大的地層使用砂漿進行灌漿的同時在漿液中還需加入10％的水玻璃和20％的膨潤土；水流過大時，上述方法未收到效果，就采用雙管或用三管法同時進行灌漿處理。
全文摘要
本發明圍堰高效快速防滲堵漏技術，屬于水利水電工程技術領域，鉆孔全孔采用風動潛孔鉆偏心跟管鉆進，鉆孔結束后，安裝好灌漿射漿管路，再用拔管機將孔內套管拔出，然后通過灌漿射漿管路的灌漿尾管(2)向孔內加壓灌漿，將全部鉆孔加壓灌漿完畢，就能完成圍堰的高效快速防滲堵漏過程。本技術通過國內10多個電站的圍堰施工實踐證明，將原來需要3個月時間才能完成圍堰防滲堵漏的工作在20多天到2個月就能完成，同時，還對工程地層情況復雜，用常規處理技術失敗的圍堰，用本技術處理，一次即達到設計效果，所以采用本技術處理的圍堰防滲效果明顯，不但高效、快速、又經濟。本技術的推廣使用也能解決病險水庫和江河防汛中的防滲堵漏的問題，有很好的經濟和社會效益。
文檔編號E02D19/04GK101086164SQ20071007775
公開日2007年12月12日 申請日期2007年5月10日 優先權日2007年5月10日
發明者張建軍, 羅朝文, 李定忠, 曾凡順, 詹明華, 武紹元 申請人:水電九局貴州基礎工程有限責任公司