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目前,随着水利水电事业的蓬勃发展,越来越多的大型水利设施需要建立在砂卵石地基上,砂卵石地基的处理就尤为重要。灌浆是砂卵石地基处理的重要技术方法。由于砂卵石地层本身的复杂性和多变性,砂卵石地层中灌浆理论和灌浆技术发展速度已不能满足工程规模不断扩大的需求。因此,还存在许多技术方法需要不断结合工程实际,进行研究和发展。
本文对国内外灌浆发展现状进行了研究,对本工程特点及难点做了详细阐述。结合西霞院砂卵石地层本身的岩性、结构及地层不均匀性和渗透性等,分析了砂卵石地层的可灌性,总结了可灌比、灌浆压力、灌浆目的和灌浆方法对地层可灌性的积极的影响。对比西霞院地层颗粒粒径和水泥粒径,选择了P.042.5的水泥作为施工用灌浆材料,并确立了压力不宣多大,固结灌浆和防渗灌浆兼顾的灌浆方法。通过灌浆理论与试验相结合以及对三种可行的灌浆方法进行对比,初步确定了灌浆使用的机械设备,浆液浓度、灌浆压力等参数选择的范围,确定了门库内外和导墙内外灌浆孔的布置原则。
在施工过程中,不断优化成孔灌浆方案,确定门库内采用循环灌浆法,其它位置采用优化后的花管灌浆法。优化后的花管灌浆法即:工区内采用套管跟管钻进,花管可以轻易下入孔底。花管下入孔底后,焊接孔口管,而后再起拔套管。起拔套管前,可在花管内填满细沙,增加花管重量,增大花管惯性,确保花管平稳,也可在镶筑孔口管完毕后填入细沙。孔口管主要作用是卡灌浆塞,导正孔向的作用。覆口管安装到孔口后,将孔口管与之焊接成一体,焊接工作完成后,用木楔固定。砂浆填铸前,用封隔材料将花管与孔口管隔离,然后将水灰比为0.3:1的水泥砂浆填入孔口管与孔壁之间的空腔,捣实填满抹平。待凝后,扫孔(冲孔)、开口、洗孔、灌浆。后实践证明,这种浅孔的灌浆,使用改良的花管灌浆法不仅能够使钻进和灌浆工艺分开,而且脱离了钻机后,大大降低了灌浆的物化劳动。
通过检查孔和工程CT,对本次灌浆效果通过数据分析、检查孔检验、弹性波CT检测等,肯定了此次灌浆取得了良好的效果。并且得出以下经验和结论:
1.浅层(25m以下)砂卵石地层灌浆设计时,灌浆压力和灌浆材料的选择尤为重要。砂卵石地层相对松散,灌浆的目的是填充地层中孔隙,过大的灌浆压力有可能对相对松散的地层造成劈裂,甚至形成大型渗漏通道,浪费材料,影响灌浆质量。可灌比,在理想模式下计算的结果使用时是能够反映地可灌性的,但取值时需偏保守。因此灌浆材料粒径与砂卵石地层可灌性密切相关,视被灌地层特性选择,必要时需建议使用特殊材料。
2.回转厚壁跟管钻进技术一般应用于覆盖层厚、粒径大、较松散的水利水电工程基础地质勘察钻孔。在本工程中它充分发挥了设备简单、占地少,松散地层护壁效果好,钻进稳定,适宜于大粒径,松散砂卵石地层及狭窄场区露天集中作业,在西霞院左门库、左导墙地基灌浆中的应用,保证了工程的进度。但效率偏低,对于规模大、工期紧得项目,需要投入大量设备以满足工期要求。因此,在其他砂卵石地层灌浆施工中,在条件允许的情况下,可考虑使用效率相对高的冲击钻成孔,减少一次性投入,满足工期要求,节约成本。
3.气动潜孔锤偏心跟管的应用,本工程中它充分发挥了上述优点,加快了工程进度,在左导墙两侧斜孔钻进施工中,弥补了常规跟管钻不能进行斜孔施工、效率低的缺陷。但该技术缺点是施工粉尘和噪音大,因本工程地基是回填砂卵石,粒径大、硬度高,遇到设备故障率高、起拔套管困难等诸多困难,导致其施工效率及应用规模受到限制。但在其纯钻进效率还是值得肯定的。
4.砂砾(卵)石(含回填砂砾石)地基帷幕或固结灌浆施工方法,改良的预埋花管孔内循环灌浆法,有效的分离了灌浆与钻孔程序,降低了灌浆对钻机的依赖性,发挥了8通道灌浆记录仪的先进性,在国内尚未见到类似灌浆方法出现,值得在类似地层中推广应用。
5.在预埋花管孔内循环灌浆法的基础上,为了减少串浆对钻进造成的不良影响,利用灌浆对钻机依赖性大幅减少的特点,在导墙迎水面和背水面实施分区域钻灌作业法。分区域钻灌作业法对于连通性好、可灌性强的地层减少孔内事故发生的几率,在灌浆施工中,甚至基岩帷幕等灌浆作业中均可酌情采用。
6.经过检测,采用改良的预埋花管孔内循环灌浆法对西霞院回填砂卵石地层固结灌浆工程,从前期设计到施工,采取的工艺方法是合适的,灌浆效果显著。西霞院水利枢纽节流至今.经过几年的运行和发电,经过几次大型的黄河调水调沙活动,坝体未因基础问题出现任何质量问题,因此此次灌浆效果还是值得肯定的,灌浆方法和灌浆参数可在类似的灌浆工程中值得借鉴。
最后建议两点:一、砂卵石地层经固结灌浆后,其中架空或大孔结构及大部分连通性较好的孔隙被水泥结石充填,但细砂及粘性土等细颗粒区域的灌浆效果远不如粗颗粒区域好。灌后其整体性虽然进一步得到加强,强度仍在增长过程中,因此,地基固结灌浆后,需对坝体等建筑物进行长期观测。二、为能规范砂卵石灌浆技术要求,在类似地层灌浆施工中,技术参数、施工方案有所依据和参考,建议相关行业或部门根据近年来类似地层的灌浆经验,编制相应的规程规范,以指导砂卵石及类似地层的灌浆施工作业。