孔口封閉器在水牛家大壩帷幕灌漿中的應(yīng)用

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1、概述 

    水牛家水利樞紐工程帷幕灌漿采用孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，自上而下的灌漿方法。孔口封閉灌漿法是目前國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的施工工藝。其優(yōu)點(diǎn)為：①孔內(nèi)不需下入灌漿塞，施工簡(jiǎn)便，可以節(jié)省大量時(shí)間和人力；②每段灌漿結(jié)束后，不需待凝，即可開(kāi)始下一段的鉆進(jìn)，加快了施工進(jìn)度；③多次重復(fù)灌注，有利于保證灌漿質(zhì)量；④可以使用大的灌漿壓力等。近期許多工程相繼采用此法施工。灌漿質(zhì)量比較好，采用孔口封閉灌漿法施工,其主要缺點(diǎn)是灌漿管容易在孔內(nèi)凝住,通常稱為“固管”。固管的因素很多，人為因素和機(jī)械設(shè)備都會(huì)直接影響固管。灌注濃漿時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)容易發(fā)生固管，防止固管的主要措施：灌漿過(guò)程需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)和升降灌漿管，要求使用性能良好的孔口封閉器。水牛家帷幕灌漿施工有數(shù)十家單位，唯有四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程公司(以下簡(jiǎn)稱準(zhǔn)達(dá)公司)，使用的孔口封閉器性能較好，灌漿管在灌漿過(guò)程中始終作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)中還能升降灌漿管，在高壓４ＭＰa灌漿中不發(fā)生漏漿，解決了帷幕灌漿中固管的技術(shù)難題，使固管率從根本上減少。在水牛家大壩左岸主帷幕補(bǔ)強(qiáng)３號(hào)灌漿洞中使用，效果很好。有借鑒之處。

    2、孔口封閉器的構(gòu)造和工作原理

    2.1孔口封閉器的構(gòu)造

    準(zhǔn)達(dá)公司現(xiàn)在使用的孔口封閉器是在原孔口封閉器基礎(chǔ)上改進(jìn)的。改進(jìn)型孔口封閉器是采用Ф９１mm鐵砂鉆頭料和Ф１１０mm圓鋼及高壓接頭經(jīng)加工焊接而成，主要由三部分組成：①孔口封閉器基座；②壓蓋；③橡膠圈?？卓诜忾]器高２６０mm，上部外徑Ф１１０ mm，下部外徑Ф９１mm，壓蓋外徑Ф１１０mm，內(nèi)徑Ф５５mm，具體構(gòu)造見(jiàn)剖面圖１－１；橡膠圈高度５０mm，外徑Ф７５mm，內(nèi)徑Ф５０mm。

    2.2工作原理

    改進(jìn)型孔口封閉器是利用橡膠圈的彈性和韌性在壓蓋壓力作用下膨脹抱緊灌漿管，封閉孔內(nèi)漿液形成孔內(nèi)循環(huán)，并在鉆機(jī)動(dòng)力作用下使灌漿管在孔口封閉器中心靈活轉(zhuǎn)動(dòng)和升降、且不漏漿。從而使灌漿管像攪拌棒一樣攪擾孔內(nèi)流動(dòng)漿液，改變漿液流態(tài)，緩解漿液凝結(jié)速度，達(dá)到克服固管的目的。升降灌漿管可以降低漿液的內(nèi)聚力，刮涮粘附在孔壁和灌漿管壁上的水泥漿，在攪拌作用下迫使其液化分解參與新漿中循環(huán)，起到克服固管的作用。改進(jìn)型孔口封閉器的安裝使用很簡(jiǎn)單：當(dāng)每灌漿孔段造孔結(jié)束后，提出鉆具。配好灌漿管(一般采用Ф５０mm平頭鉆桿作為灌漿管)下至孔底，然后把孔口管護(hù)絲冒御下，再逐個(gè)套入孔口封閉器基座、橡膠圈、壓蓋?；c孔口管上緊后，灌漿管提離孔底５０cm，把橡膠圈壓入基座，上緊壓蓋。連接高壓膠管，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)對(duì)好前車，孔口封閉器安裝完畢。連接循環(huán)管路，架冷卻水管，開(kāi)泵開(kāi)始灌漿。

    3、大壩左岸帷幕補(bǔ)強(qiáng)３號(hào)洞帷幕灌漿

    3.1 灌漿材料和灌漿設(shè)備

    灌漿材料：采用拉法基425#普通硅酸鹽水泥，先由制漿站制成0.5：1濃漿，在由各灌漿孔段根據(jù)實(shí)際情況調(diào)制使用。灌漿設(shè)備：灌漿泵使用ＳＧＢ６－10型多缸柱塞式高壓泵，排漿量100L/min，使用平接頭鉆桿作為射漿管，XY－２型地質(zhì)鉆機(jī)配合使用，灌漿使用計(jì)算機(jī)灌漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)灌漿自動(dòng)記錄。

    3.2帷幕灌漿

    帷幕灌漿一律采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下的灌漿方法。灌漿使用孔口封閉器，射漿管距孔底５０cm ，先導(dǎo)孔孔徑Ф75mm，帷幕灌漿孔孔徑Ф75mm，最大孔深89m，40m以上為補(bǔ)強(qiáng)帷幕，以下為加深帷幕，單排孔孔距2m，灌漿段長(zhǎng)為５m，４段以后灌漿壓力為４ＭＰa，帷幕灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在4ＭＰa 壓力下，注入率不大于1Ｌ／min時(shí)連續(xù)灌注60min，且在設(shè)計(jì)壓力下的灌漿時(shí)間不少于90min。３#洞帷幕有斷層破碎帶Ｆ238，F(xiàn)236，Ｆ240穿過(guò)帷幕線，Ｆ238斷層破碎帶較寬，寬度達(dá)22m，破碎帶的孔吃漿量較大，200號(hào)先導(dǎo)孔第12段，灌入水泥25Ｔ，灌漿待凝８次，先導(dǎo)孔和一序孔大約平均單耗水泥240Ｋg／m左右，技術(shù)規(guī)范要求：帷幕灌漿孔Ⅲ序終孔段單耗水泥不大于50Ｋg／m，其它各序不大于100Kg/m，方可以終孔，否則應(yīng)繼續(xù)加深，直至滿足上述要求。

    ３號(hào)洞帷幕灌漿工程量23028m，合同要求工期一年，其中Ｆ238，F(xiàn)236斷層段和山體斜坡底段３段工程量9160 m，合同要求應(yīng)在2005年5月20號(hào)汛前完成。投入鉆機(jī)14臺(tái)，灌漿泵９臺(tái)，截止4月２號(hào)已完成灌漿帷幕15400m，完成工程的75％。全部工程2005年9月底完工。工期提前4個(gè)月。
   
    ３號(hào)洞帷幕灌漿工程投入的設(shè)備，人力與同期水牛家帷幕工程其它標(biāo)段相比是比較少的，合同工期要求比較緊張，2005年5月20號(hào)汛前工程量已按時(shí)完成，除其它有利條件外，使用改進(jìn)后的孔口封閉器灌漿不發(fā)生固管事故起重要作用。工程質(zhì)量與合同工期都得到保障。

    4、孔口封閉器灌漿工藝評(píng)述

    ３號(hào)洞帷幕灌漿深度范圍的地層是以Ｔ１３－２為主的Ｔ１１－Ｔ１４碎屑巖系，從鉆孔巖石取心看，巖性中硬、脆、裂隙較發(fā)育。灌漿情況很復(fù)雜：很多孔段在１－２ＭＰa壓力作用下地層不吃漿，升至３ＭＰa吃漿率在10－15Ｌ／min，超過(guò)了３ＭＰa吃漿率發(fā)生突變，增至30Ｌ／min，待凝數(shù)次后結(jié)束不了。為保證帷幕灌漿質(zhì)量和不浪費(fèi)水泥，采取降壓限流10L以下長(zhǎng)時(shí)間灌注，實(shí)踐證明降壓限流10Ｌ以下灌注，灌漿效果顯著。問(wèn)題是在灌漿施工中，孔口封閉法灌漿容易發(fā)生固管，準(zhǔn)達(dá)公司改進(jìn)的孔口封閉器，可以限流10Ｌ以下灌注，且長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)灌注而不發(fā)生固管事故。在３號(hào)洞帷幕灌漿施工中，施工比較順利。

    水牛家帷幕灌漿一律采用孔口封閉灌漿法，與３號(hào)洞同期施工中的其它帷幕灌漿標(biāo)段固管率較高，在限流灌注過(guò)程中多發(fā)生固管事故，防止的辦法，在灌注中灌漿管每間隔一定時(shí)間暫停灌漿降壓轉(zhuǎn)動(dòng)和升降一次灌漿管，監(jiān)測(cè)記錄上打印顯示暫停２min。準(zhǔn)達(dá)公司改進(jìn)的孔口封閉器，不用降壓循環(huán)，灌漿管在孔口封閉器中心部位靈活轉(zhuǎn)動(dòng)和升降且不漏漿，不易發(fā)生固管。帷幕灌漿連續(xù)不間斷灌注有利于帷幕灌漿質(zhì)量。

    水牛家帷幕灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在4ＭＰa 壓力下，注入率不大于1Ｌ／min時(shí)繼續(xù)灌注60min，在施工中也易發(fā)生固管事故，針對(duì)其它灌漿標(biāo)段固管率較高的實(shí)際情況，監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)指令允許在達(dá)到結(jié)束壓力，注入率小于5L/min時(shí)，繼續(xù)灌注60min內(nèi)可改變?yōu)?：1的稀漿灌注。個(gè)別標(biāo)段結(jié)束時(shí)間縮短為30min，3號(hào)洞帷幕灌漿中一般都沒(méi)有變3：1的稀漿灌注，不變稀漿有利于工程質(zhì)量。

    帷幕灌漿固管因素很多，帷幕的深孔段更容易固管，深孔段灌漿固管事故的處理非常麻煩，對(duì)人力物力消耗是非常大的，對(duì)“固死”的管要重新移位開(kāi)孔，特別是對(duì)鉆進(jìn)難度較大的地段；近百米的進(jìn)尺要重新開(kāi)孔對(duì)人力物力浪費(fèi)是驚人的?？卓诜忾]器的改進(jìn)對(duì)解決帷幕深孔灌漿固管問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

    5、結(jié)語(yǔ)

    孔口封閉器的改進(jìn)解決了帷幕灌漿中固管的技術(shù)難題。準(zhǔn)達(dá)公司改進(jìn)的孔口封閉器也是在灌漿實(shí)踐中摸索出來(lái)的，起初2003年在水牛家４號(hào)洞帷幕灌漿中使用改進(jìn)前的孔口封閉器，固管率較高，逐步摸索改進(jìn)花費(fèi)了很大的心血，多次改進(jìn)才完善成現(xiàn)在這種程度，準(zhǔn)達(dá)公司改進(jìn)的孔口封閉器給施工帶來(lái)了效益，且構(gòu)造簡(jiǎn)單，易加工制造。