船坞工程中帷幕灌浆孔斜成因及处理分析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:imanhuaa
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  摘要:帷幕灌浆是水工建筑物地基防渗处理的主要手段,对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。本文结合船坞工程实例详细介绍了帷幕灌浆施工中产生孔斜的原因和处理办法;总结了帷幕灌浆施工中预防孔斜事故的注意事项,具有一定的工程实际意义。
  关键词:船坞工程帷幕灌浆 孔斜
  1.前言
  帷幕灌浆是指在岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土底板或坝体连接,底部深入相对不透水岩层一定深度,以阻止或减少地基中地下水的渗透。
  船坞工程的帷幕灌浆止水是指用浆液灌入船坞砼底板下岩体或土层的裂隙、孔隙, 形成阻水幕, 以减少渗流量或降低扬压力的灌浆, 即用于阻截或减少地下水流入坞内的连续防渗体。
  孔斜往往是指钻孔发生严重偏斜,与设计方向不符的情况。孔斜是船坞工程帷幕灌浆中常见问题之一,预防及处理不当可能大大增加工程造价,甚至影响工程质量。
  2.工程实例
  2.1工程概况
  大连某修船坞位于瓦房店市的西部,其围堰工程由4条土石坝围堰组成, 东围堰采用旋喷桩与帷幕灌浆止水,西围堰与南围堰经设计修改后钢板桩下增加了旋喷桩与帷幕灌浆止水。
  2.2地质资料
  钻孔揭露的地质资料和区域地层资料,本区地层主要为元古界震旦系中统和新生界第四系全新统,工作区地层由老至新概述如下:
  ⑴震旦系中统南芬组一段(Z1n):该地层岩性主要为石英砂岩和石英岩局部石英砂岩与页岩互层。岩石节理裂隙较发育,地层总体走向为290°—330°,倾向SW,倾角70°—80°。该层中、上部钻进过程中漏水严重。
  ⑵震旦系中统南芬组二段(Z2n):岩性为砂岩和石英砂岩夹页岩。局部地段强风化岩中存在中风化岩壳。全~中风化岩段(上部)节理裂隙发育,岩体多呈散体~碎裂结构,钻进中漏水严重。
  ⑶第四系全新统(Q)
  ①素填土(Q4ml):分布于整体场地的表层。主要成份为碎石和粘性土组成。钻探中坍孔较重,钻进困难,并伴有严重漏浆漏水现象。
  ②淤泥(Q4m):灰黑色,饱水。天然状态下呈软~流塑状态
  ③含砾粉质粘土(Q3dpl):浅黄色~黄红色,很湿,可塑。厚度≤1.00m。,其岩性主要为石英岩。该层段透水性较弱,但缩径较强。
  ④泥砾(Q3dpl):灰黑~灰黄色,湿,中密结构。主要由卵石和粘性土组成,岩性主要为石英岩。该层钻进困难,微有漏浆漏水现象。揭露厚度0.60~1.20 米。
  2.3潮位
  设计高潮位:2.33m
  设计低潮位:0.23m
  极端高潮位(重现期50年):3.33m
  极端低潮位(重现期50年):-1.27m
  2.4帷幕灌浆止水设计
  根据帷幕止水原理,结合地质及基岩渗透情况,设计选用2排梅花型布置,排距0.6m,孔距1.2m,透水率 的帷幕灌漿止水方案。
  2.5帷幕灌浆止水施工
  帷幕灌浆采用双排布置,排距0.6m,孔间距1.2m,帷幕引孔施工顶标高为+3.8m,帷幕引孔深入中风化岩4m,分两段灌浆,第一段中风化4m段,第二段强风化岩面至中风化岩面,引孔最深标高为-24m。
  ⑴ 孔位要求:开孔前复核钻孔桩号,按预埋 管位置正确定位,孔位偏距 ;
  ⑵ 钻机选用:采用汽车钻和地质回转钻机,配金刚石钻头。钻进过程中,控制用水量、压力及回次进尺,以便提高钻进效率,并详细记录钻进过程中的孔内情况,如岩石破碎、各层厚度等。
  ⑶ 成孔验孔:主要对孔深是否达到设计标高、帷幕孔倾斜度、偏离引孔轴线距离是否小于50mm。验收合格后提钻移机。
  ⑷ 钻孔冲洗:为达到良好的灌浆效果,钻孔结束后,应对钻孔进行冲洗。冲孔压力采用该段灌浆压力的80%。将灌浆塞下至灌浆部位,先采用大流量水射流,后采用压力水进行冲洗,待回浆管回清水10min后为止,冲洗后孔内残留物厚度不得超过20cm,对个别孔段冲洗时如回浆管不回水,升不起压力,此时采用最大泵压,增加流量,增大水流冲刷力等方法,使其能达到预期的冲洗效果。
  ⑸ 灌浆方法:采用循环灌浆法自上而下分段灌浆, 段长与钻孔相应;
  ⑹ 灌浆设备和机具的选用:浆液搅拌机、灌浆泵、配管、灌浆塞、孔口封闭器、计量器具( 测斜仪、压力表、流量计、密度计、自动记录仪) 等,应与施工要求相适应,计量器具应定期进行检验,以保计量准确;
  ⑺ 浆液制备:材料选用P.O42.5级普通硅酸水泥,灌浆浆液的浓度应由稀到浓逐级变换,其浆液水灰比可采用2:1、1:1、0.5:1(重量比)等三个比级,开灌水灰比采用2:1。
  ⑻ 灌浆:某一级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应改浓一级灌注;当注入率大于30L/min时,可据具体情况越级变浓。
  ⑼ 封孔标准:在每孔段最大压力下,当注入率不大于0.4L/min时,继续灌注30min;或不大于1L/min时,继续灌注60min,灌浆工作即可结束。
  ⑽ 封孔方法:采用机械压浆封孔法进行封孔(用0.5:1浓浆置换出孔内的稀浆,在终孔段压力下继续灌浆30min,即可结束)。
  3.孔斜成因及处理分析
  帷幕灌浆止水施工中,易出现孔斜现象,假如偏斜度严重发展, 不仅对钻进质量、事故发生率、钻进效率等方面产生不良的影响, 而且会严重影响􀀂“连续帷幕”的形成, 使灌浆质量不能达到要求, 以致不得不进行一定量补充灌浆, 从而使帷幕的造价提高。本工程帷幕灌浆止水施工中,孔斜均较好地控制在规范允许偏差值内。
  3.1孔斜成因
  孔斜作为钻孔事故产生的原因较多,根据钻孔过程中的记录,现对本工程中孔斜事故产生的原因归纳如下:
  ⑴ 本区域覆盖层为淤泥及较为松散的人工填土。因为覆盖层具有较强的活动性,钻出的钻孔孔径较大时,对粗径钻具不能形成强有力的控制,且电动地质钻机不是采用泥浆护璧钻孔,容易塌孔。因而容易导致钻进方向的改变;
  ⑵ 本区域广泛分布节理裂隙较发育的震旦系中统南芬组一段(Z2n)、二段(Z2n)岩层。当钻具在此类散体~破碎较严重的岩层中钻进时,其钻孔孔径较大,此外,破碎岩层往往是软硬岩层共存,因此,钻头容易改变方向;
  ⑶在开孔钻进或浅孔阶段的钻进中,钻机立轴与钻孔不在同一条中心线上,将直接影响钻孔偏斜;使用过高的立轴钻杆与磨损较严重的立轴钻杆定向套管,容易使立轴产生较大的摆动,直接影响到钻头在孔底钻进时的不稳定性;帷幕深孔一般都要安装孔口管,如果孔口管不正,也会直接影响到开孔钻进时的方向;
  ⑷ 在由大孔径换小孔径或扩孔钻进过程中,因为孔壁各部硬度不一,孔径大小也不一致,换径后的钻头很难保持在与原孔中心线一致的方向向下钻进;
  5、孔径越大,受压钻杆产生的弯曲、拉伸、扭曲也会增大,使钻头在孔底钻进时不稳定性增强,从而使钻进方向发生变化;
  ⑹ 钻进时过大的加压,使钻杆产生多段处的严重弯曲,特别是在不利的地质条件下,对产生钻孔偏斜的影响会更大;
  ⑺ 使用磨损过钝的金刚石或硬质合金钻头钻进,会因在金刚石颗粒或合金粒向岩石内切入不稳定的情况下, 容易改变钻头的钻进方向;
  ⑻ 在松散易坍塌的岩层中钻进,冲洗液的排量过大,压力过高,特别是使用粘度很小的泥浆或清水作冲洗液时, 会较严重地破坏孔壁,造成孔内某一局部的坍塌,使孔径扩大。致使粗径钻具容易产生偏斜。
  3.2孔斜处理办法
  ⑴ 扩孔纠偏法
  此种方法适合于浅孔阶段中(一般不超过10m)钻孔已偏斜严重的情况。采取加长粗径钻具,并使用比原钻具直径至少大一级的钻具,从孔口或从孔口管底部位置扩下去。可以扩大处理符合要求的钻孔,矫正钻孔的方向,防止在继续钻进中该孔偏斜严重发展的情况出现。
  ⑵ 短钻具法
  在松软岩层或厚度大的覆盖层中钻进时,当钻孔产生一定偏斜后,可利用较短的粗径钻具进行矫正。因为在上述地质条件下钻孔,孔径一般比较大,而短钻具在较大孔径内较易改变方向。主要通过用轻压力慢转速的操作方法,钻具会因自重垂向钻进。使用的岩心管长度一般可为1~1.5m,钻进3~5m 后进行钻孔测斜。如果孔斜度已减少,则可使用正常钻具钻进;如果没有达到矫正效果,则可加长粗径钻具,从开始矫正位置扫孔后,即或按原孔斜度钻进。
  ⑶ 换径法
  主要是用比原正常钻进用的粗径钻具小一级或二级直径且长度短于1.5m 的粗径钻具钻进。短细的粗径钻具可在较大的孔径内成接近于垂直状态。在进行矫正前,先把孔内岩心取净。钻进时要轻压慢速控制给进。钻进3~5m 后进行测斜。如果孔斜没有减少,可用原正常钻具扩下去,待条件成熟后再进行矫正。如果新孔孔斜度有所减少,可换用带有导向装置的钻具进行扩孔,扩完后换用正常钻具钻进。在容许的情况下,也可用换径的钻具加长后钻进,直至终孔。
  ⑷ 控制法
  控制法主要是在其它矫正方法时有很大困难,或还有不多的距离就抵达终孔的情况下应用。这一方法的主要措施是加长粗径钻具。一般情况下,加长后的粗径钻具不小于原钻具的2 倍。加长粗径钻具后,无疑会增大孔壁对整个粗径钻具按原方向继续钻进的控制力,使原有的孔斜度不再继续扩大。
  ⑸ 扫孔法
  扫孔法是在某一灌浆段钻孔结束时进行孔斜测量,发现偏斜值超过允许值时,先不进行纠偏处理,按正常程序继续进行灌浆,当接近灌浆结束标准时,用比例为0.5(或0.6) ∶1 的浓浆(可加适量的速凝剂)置换出孔内稀浆,并待凝24~48h 后再扫孔,扫孔时注意控制钻压并随时检测孔斜,可使已偏斜的钻孔段得到有效的纠正。但此种办法耗时较长,一般在上述几种方法处理无效的情况下采用。
  ⑹ 补孔法
  在灌浆施工中, 当发现钻孔偏斜严重时, 为防止严重的孔斜对灌浆质量产生影响, 可在该孔附近补钻新的灌浆孔, 一般与原灌浆孔的距离应不大于50cm, 但补钻灌浆孔前应封填好原偏斜灌浆孔。此种情况适用于浅孔阶段中就严重偏斜且在采取多种矫正方法均无效的灌浆孔。
  4.帷幕灌浆钻孔中的注意事项
  为预防孔斜的形成,鉆孔过程中应注意以下事项:
  ⑴ 钻机的安装要水平牢固, 立轴中心与钻孔中心应在同一条垂直线上, 并按要求的孔向对准孔位开孔, 以使钻进中不摆不晃。
  ⑵ 孔口管必须埋设牢固并满足要求, 在开孔钻进与浅孔阶段钻进中, 立轴钻杆不能太长, 否则钻进时摆动性大, 致使立轴转动不稳, 造成钻具摆动性增大。
  ⑶ 使用符合规格的各种钻孔器具, 并随时检查,如发现有弯曲的钻具或有磨损较严重的立轴导管时,应及时更换。
  ⑷ 孔较深以后, 即开始需要从地面减压钻进时,特别要注意钻压的调整, 同时要注意提升吊环必须与立轴及钻孔中心线在一条直线上。
  ⑸ 当岩石换层时, 不论是由软变硬还是由硬变软, 或者是由完整变破碎, 破碎变完整等情况, 均应减压减速钻进, 对其进尺的速度和冲洗液的流量及压力也应加以适当的控制。
  ⑹ 应勤检查钻机有无移动, 立轴钻进的方向有无变化, 发现问题应及时纠正。
  ⑺ 为防止孔斜发生, 应对孔斜及时测量, 及时准确地掌握钻孔的偏斜情况, 以利于及时处理。
  5.结语
  本文以大连某修船坞工程为实例,详细介绍了船坞工程帷幕灌浆施工中孔斜形成原因及处理办法,并总结了预防孔斜形成的相关措施,可作为同类工程施工技术参考。
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