CN106498964B - 一种水利枢纽围堰防渗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利枢纽围堰防渗方法，包括以下步骤：采用跳打法钻孔灌浆；其中，单孔的灌浆施工包括：在所述围堰地层采用钻具一次钻进形成所述灌浆孔，同时中空套管跟进所述钻具置于所述灌浆孔内；钻孔完成后拔出所述钻具，把所述中空套管留在所述灌浆孔内；将连接灌浆设备的双液灌浆塞伸入到所述中空套管内，使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部；所述双液灌浆塞对所述灌浆孔实施连续灌浆操作；在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作。本发明节约施工时间，浆液扩散性好，灌浆效果好。

Description

一种水利枢纽围堰防渗方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种水利枢纽围堰防渗方法。

背景技术

目前，在水利枢纽基础处理工程中，其围堰常采用船挖船抛方式从就近河道挖取淘沙过后的废弃料进行回填，回填料普遍为粒径5～20cm的卵石，造成孔隙率极大；且围堰回填在水中的深度一般均超过15m，卵石回填的堰体架空严重。上述情况造成围堰地层具有易塌孔、灌浆时吃浆量大的特点；且距离出海口近的围堰还要每天受到4次涨落潮的动水流冲刷，防渗问题急需解决。

目前地层防渗问题的解决常采用防渗墙施工或者高喷施工，但是，当围堰平均顶宽为5～6m时，不具备防渗墙施工的条件，且高喷施工也难以成墙。

如果采用只能灌注纯水泥浆液和水泥膨润土膏浆的常规灌浆方法(如孔口封闭自上而下分段钻灌法、套阀管灌浆法)时，一旦遇上动水流冲刷的地层，水泥浆液和水泥膨润土膏浆将很难留存，无法彻底解决防渗问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种水利枢纽围堰防渗方法，采用双液灌浆塞直接卡塞在套管的底部对灌浆孔进行自下而上的开放式灌浆，节约时间，浆液扩散性好，灌浆效果好。

为了实现本发明的上述目的，提供以下技术方案：

一种水利枢纽围堰防渗方法，包括以下步骤：在所述水利枢纽围堰地层采用跳打法钻孔，形成灌浆孔；在每次单孔钻孔作业完成后，即时对所述灌浆孔进行灌浆施工；重复所述在每次单孔钻孔作业完成后，即时对所述灌浆孔进行灌浆施工，完成多孔灌浆施工，从而完成水利枢纽围堰防渗作业；其中，所述的在每次单孔钻孔作业完成后，即时对所述灌浆孔进行灌浆施工包括：在所述围堰地层采用钻具一次钻进形成所述灌浆孔，同时中空套管跟进所述钻具置于所述灌浆孔内；钻孔完成后拔出所述钻具，把所述中空套管留在所述灌浆孔内；将连接灌浆设备的双液灌浆塞伸入到所述中空套管内，使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部；所述灌浆设备将双液浆输送给位于所述中空套管底部的双液灌浆塞，由所述双液灌浆塞对所述灌浆孔实施连续灌浆操作；在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作；其中，所述双液浆包括水泥浆液和水玻璃浆液。

优选的，在所述的将连接灌浆设备的双液灌浆塞伸入到所述中空套管内，使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部的步骤之前，需进行以下步骤：起拔置于所述灌浆孔内的中空套管，使所述中空套管的底端与所述灌浆孔的孔底具有一定距离，以便使即将灌注的双液浆有一个扩散空间。

优选的，所述双液灌浆塞包括：塞体，其内并行设置有用于输送水泥浆液的水泥浆液灌浆管和用于输送水玻璃浆液的水玻璃灌浆管；固定连接在所述塞体底端的浆液混合器，用于将水泥浆液和水玻璃浆液快速混合后以膏状形式流出所述浆液混合器；其中，水玻璃浆液的体积占水泥浆液体积的10～15％。

优选的，所述的使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部的步骤包括：将所述塞体卡塞在所述中空套管底部；以及将所述浆液混合器伸出所述中空套管的底部，从而暴露在所述灌浆孔内。

优选的，所述塞体包括：刚性内管，其内设置所述水泥浆液灌浆管和水玻璃灌浆管；紧固在所述刚性内管外壁的膨胀塞，其与水压泵连接。

优选的，所述的将所述塞体卡塞在所述中空套管底部的步骤包括：将所述刚性内管和膨胀塞下设至所述中空套管底部且不伸出所述中空套管底部；通过所述水压泵向所述膨胀塞内注入水压，使所述膨胀塞逐渐膨胀并卡塞在所述中空套管底部。

优选的，所述双液灌浆塞还包括：固定连接在所述水泥浆液灌浆管底端的第一单向阀；固定连接在所述水玻璃灌浆管底端的第二单向阀；其中，所述第一单向阀和第二单向阀位于所述浆液混合器内。

优选的，所述浆液混合器包括：与所述塞体的底端固定连接的上部直筒段；连接在所述上部直筒段下方的其口径逐渐减小的中间渐变段；连接在所述中间渐变段下方的下部直筒段。

优选的，所述的在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作的步骤包括：实时监测灌浆压力；在灌浆压力小于规定压力时，每灌注至少2min对所述中空套管微动起拔一次，微动幅度为5cm左右；在灌浆压力达到并超过规定压力时，连续起拔所述中空套管。

或者，优选的，所述的在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作的步骤包括：实时监测起拔力；在实际起拔力小于预定的起拔力时，每灌注至少2min对所述中空套管微动起拔一次，微动幅度为5cm左右；在实际起拔力等于并超过预定的起拔力时，连续起拔所述中空套管。

本发明的有益效果体现在以下方面：

1、本发明采用双液灌浆塞直接卡塞在套管的底部对灌浆孔进行自下而上的开放式灌浆，节约时间，浆液扩散性好，灌浆效果好；

2、本发明使用的双液灌浆塞可以使水泥浆液和水玻璃浆液快速混合并且在初凝之前以膏状形式流出，既不会产生铸管，也可以在流出双液灌浆塞以后很快失去流动性，减小不必要的扩散半径，从而节约材料，降低成本，缩短施工时间，经济有效；

3、本发明经过浆液混合器混合后的水泥浆液和水玻璃浆液在流出浆液混合器之前已达到膏状，即使有动水冲刷也很难稀释，灌浆效果明显；

4、本发明的双液灌浆塞的浆液混合器采用口径逐渐变小的中间渐变段，并利用高速流动的浆液的特点，可以达到浆液充分混合并形成膏状，提高灌浆质量。

附图说明

图1是本发明的双液灌浆塞的结构示意图。

附图标记说明：1-塞体；11-水泥浆液灌浆管；12-水玻璃灌浆管；21-第一单向阀；22-第二单向阀；3-浆液混合器；31-上部直筒段；32-中间渐变段；33-下部直筒段。

具体实施方式

本发明提供一种水利枢纽围堰防渗方法，用来解决基坑围堰防渗问题。以青田水利枢纽为例，在采用本发明的防渗方法以前，基坑内部的渗流量超过15万m³/h，采用本发明的防渗方法以后，基坑内部的渗流量约1万m³/h，大大降低了动水变幅对基坑围堰的影响，有效解决了动水变幅区的渗水问题。

本发明的防渗方法如下：在水利枢纽围堰地层采用跳打法钻孔，形成灌浆孔；在每次单孔钻孔作业完成后，即时对钻孔形成的灌浆孔进行灌浆施工；重复上述的在每次单孔钻孔作业完成后，即时对钻孔形成的灌浆孔进行灌浆施工的过程，完成多孔灌浆施工，从而完成水利枢纽围堰防渗作业。

具体的，上述的在每次单孔钻孔作业完成后，即时对钻孔形成的灌浆孔进行灌浆施工的步骤包括：采用钻具一次钻进形成灌浆孔，同时中空套管跟进钻具置于灌浆孔内；钻孔完成后拔出钻具，把中空套管留在灌浆孔内，用于保护灌浆孔壁；起拔置于灌浆孔内的中空套管，使中空套管的底端与灌浆孔的孔底具有一定距离，以便使即将灌注的双液浆有一个扩散空间；将连接灌浆设备的双液灌浆塞伸入到中空套管内，使双液灌浆塞卡塞在中空套管底部；灌浆设备将双液浆输送给位于中空套管底部的双液灌浆塞，由双液灌浆塞对灌浆孔实施连续灌浆操作；在连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔中空套管来逐渐提升双液灌浆塞，使双液灌浆塞完成对灌浆孔的自下而上灌浆操作。

实施时，优先采用潜孔钻具钻孔。当钻孔深度不超过30m时，为防止串浆、铸管，采用间隔10m跳打法施工，孔距控制在1～2m，可根据实际灌浆效果局部加密。

本发明的双液浆采用水泥浆液和水玻璃浆液。在青田围堰地层，根据现场试验，水玻璃浆液的体积占水泥浆液体积的10～15％，水泥浆液的水灰比为0.5:1～0.6:1。水泥浆液和水玻璃浆液的具体体积比可根据实际施工现场调整，不做具体限制，以水泥浆液和水玻璃浆液混合后能以膏状从双液灌浆塞出口流出，遇水不易被冲蚀且具备较好的扩散性为宜。实施时，可以采用两种方法控制水泥浆液和水玻璃浆液的灌注比例：一种通过在输送管路上接流量传感器的方法来控制；另一种通过在各自的储浆桶内安装刻度尺，控制每分钟浆液的液面下降量。

双液灌浆塞包括：用于卡塞在中空套管底部且不伸出中空套管底部的塞体1，其内并行设置有用于输送水泥浆液的水泥浆液灌浆管11和用于输送水玻璃浆液的水玻璃灌浆管12；固定连接在塞体1底端的浆液混合器3，用于暴露在灌浆孔内；第一单向阀21；第二单向阀22；其中，水泥浆液灌浆管11的底端丝扣连接第一单向阀21，顶端连接水泥灌浆设备；水玻璃灌浆管12的底端丝扣连接第二单向阀22，顶端连接水玻璃灌浆设备；第一单向阀21和第二单向阀22位于浆液混合器3内，分别用于将来自水泥浆液灌浆管11的水泥浆液和将来自水玻璃灌浆管12的水玻璃浆液单向引入浆液混合器3后混合，防止浆液倒流而铸管。本实施例中，起拔中空套管后，使中空套管的底端与灌浆孔的孔底之间距离要大于浆液混合器3的长度。

具体的，浆液混合器3包括：与塞体1丝扣连接的上部直筒段31；连接在上部直筒段31下方的其口径逐渐减小的中间渐变段32；连接在中间渐变段32下方的下部直筒段33。其中，中间渐变段32与上部直筒段31丝扣连接。浆液混合器3的内壁和外壁光滑，防止浆液挂壁、铸管。

其中，第一单向阀21包括：第一基座，其上端与水泥浆液灌浆管11底端丝扣连接；安装在第一基座内相接触的第一钢球和第一弹簧；其中，第一钢球的直径大于水泥浆液灌浆管11的内径。第一基座上下相通，在灌浆压力的作用下，水泥浆液挤压第一钢球和第一弹簧后，经过第一基座流向浆液混合器3。

其中，第二单向阀22包括：第二基座，其上端与水玻璃灌浆管12底端丝扣连接；安装在第二基座内相接触的第二钢球和第二弹簧；其中，第二钢球的直径大于水玻璃灌浆管12的内径。第二基座上下相通，在灌浆压力的作用下，水玻璃浆液挤压第二钢球和第二弹簧后，经过第二基座流向浆液混合器3。

本实施例采用丝扣连接的方式，既可以连接牢固，又便于拆卸清理及更换配件。

水泥浆液和水玻璃浆液从浆液混合器3的上部直筒段31流向中间渐变段32时，由于其通过的路径变窄，在很大的灌浆压力作用下，便会在中间渐变段32回旋下行，从而充分混合后以膏状流出。

本发明使双液灌浆塞卡塞在中空套管底部的具体步骤包括：将双液灌浆塞的塞体1卡塞在中空套管底部；以及将双液灌浆塞的浆液混合器3伸出中空套管的底部，从而暴露在灌浆孔内。水泥浆液和水玻璃浆液经过浆液混合器3混合后从其出口以膏状形式直接流向灌浆孔底部，该膏状浆液遇水不易被冲蚀且扩散性更好，保证灌浆质量。

具体的，塞体1包括：刚性内管，其内设置水泥浆液灌浆管11和水玻璃灌浆管12；紧固在刚性内管外壁的膨胀塞。其中，膨胀塞采用橡胶材质，其与水压泵连接，注入水压后其体积膨胀。其中，浆液混合器3的上部直筒段31与塞体1的刚性内管丝扣连接。

将塞体1卡塞在中空套管底部的步骤包括：将紧固连接的刚性内管和膨胀塞下设至中空套管底部且不伸出中空套管底部；通过水压泵向膨胀塞内注入水压，使膨胀塞逐渐膨胀并卡塞在中空套管底部。膨胀塞卡塞在中空套管底部，可实现本发明所述的对灌浆孔的自下而上灌浆；膨胀塞不伸出中空套管底部，可避免划伤膨胀塞而失去卡塞作用。

本发明的在连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔中空套管来逐渐提升双液灌浆塞，使双液灌浆塞完成对灌浆孔的自下而上灌浆操作的具体步骤通过以下方式实现：实时监测灌浆压力；在灌浆压力小于规定压力时，每灌注至少2min对中空套管微动起拔一次，防止双液浆速凝后铸管，微动幅度为5cm左右，避免起拔过快造成浆液灌注量不够而影响灌浆质量；在灌浆压力达到并超过规定压力时，连续起拔中空套管。本发明的规定压力需在开始灌浆前对双液灌浆塞在灌浆孔外试压，压力进行校核后，根据现场实际情况确定不同的实际灌浆压力，试验过程中一方面观察地层吃浆情况，另一方面观察起拔力的大小，确保在灌浆过程中不发生套管铸管事故。本实施例中，钻孔深度不超过30m时，灌浆规定压力为3MPa。

本发明的在连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔中空套管来逐渐提升双液灌浆塞，使双液灌浆塞完成对灌浆孔的自下而上灌浆操作的具体步骤还可以通过以下方式实现：实时监测起拔力；在实际起拔力小于预定的起拔力时，为防止双液浆速凝后铸管，每灌注至少2min对中空套管微动起拔一次，确保拔管机的起拔力在小于预定的起拔力情况下可以轻松摆脱双液浆初凝后的粘滞力，微动幅度为5cm左右，避免起拔过快造成浆液灌注量不够而影响灌浆质量；在实际起拔力等于并超过预定的起拔力时，连续起拔中空套管。本实施例中，预定的起拔力为15MPa。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于包括以下步骤：

在所述水利枢纽围堰地层采用跳打法钻孔，形成灌浆孔；

在每次单孔钻孔作业完成后，即时对所述灌浆孔进行灌浆施工；

重复所述在每次单孔钻孔作业完成后，即时对所述灌浆孔进行灌浆施工，完成多孔灌浆施工，从而完成水利枢纽围堰防渗作业；

其中，所述的在每次单孔钻孔作业完成后，即时对所述灌浆孔进行灌浆施工包括：

在所述围堰地层采用钻具一次钻进形成所述灌浆孔，同时中空套管跟进所述钻具置于所述灌浆孔内；

钻孔完成后拔出所述钻具，把所述中空套管留在所述灌浆孔内；

将连接灌浆设备的双液灌浆塞伸入到所述中空套管内，使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部；

所述灌浆设备将双液浆的水泥浆液和水玻璃浆液分别输送给位于所述中空套管底部的双液灌浆塞，并经双液灌浆塞混合后由所述双液灌浆塞对所述灌浆孔实施连续灌浆操作；

在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作。

2.如权利要求1所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，在所述的将连接灌浆设备的双液灌浆塞伸入到所述中空套管内，使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部的步骤之前，需进行以下步骤：

起拔置于所述灌浆孔内的中空套管，使所述中空套管的底端与所述灌浆孔的孔底具有一定距离，以便使即将灌注的双液浆有一个扩散空间。

3.如权利要求2所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述双液灌浆塞包括：

塞体，其内并行设置有用于输送水泥浆液的水泥浆液灌浆管和用于输送水玻璃浆液的水玻璃灌浆管；

固定连接在所述塞体底端的浆液混合器，用于将水泥浆液和水玻璃浆液快速混合后以膏状形式流出所述浆液混合器；

其中，水玻璃浆液的体积占水泥浆液体积的10～15％。

4.如权利要求3所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述的使所述双液灌浆塞卡塞在中空套管底部的步骤包括：

将所述塞体卡塞在所述中空套管底部；以及

将所述浆液混合器伸出所述中空套管的底部，从而暴露在所述灌浆孔内。

5.如权利要求4所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述塞体包括：

刚性内管，其内设置所述水泥浆液灌浆管和水玻璃灌浆管；

紧固在所述刚性内管外壁的膨胀塞，其与水压泵连接。

6.如权利要求5所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述的将所述塞体卡塞在所述中空套管底部的步骤包括：

将所述刚性内管和膨胀塞下设至所述中空套管底部且不伸出所述中空套管底部；

通过所述水压泵向所述膨胀塞内注入水压，使所述膨胀塞逐渐膨胀并卡塞在所述中空套管底部。

7.如权利要求6所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述双液灌浆塞还包括：

固定连接在所述水泥浆液灌浆管底端的第一单向阀；

固定连接在所述水玻璃灌浆管底端的第二单向阀；

其中，所述第一单向阀和第二单向阀位于所述浆液混合器内。

8.如权利要求7所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述浆液混合器包括：

与所述塞体的底端固定连接的上部直筒段；

连接在所述上部直筒段下方的其口径逐渐减小的中间渐变段；

连接在所述中间渐变段下方的下部直筒段。

9.如权利要求8所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述的在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作的步骤包括：

实时监测灌浆压力；

在灌浆压力小于规定压力时，每灌注至少2min对所述中空套管微动起拔一次，微动幅度为5cm左右；

在灌浆压力达到并超过规定压力时，连续起拔所述中空套管。

10.如权利要求8所述的水利枢纽围堰防渗方法，其特征在于，所述的在所述连续灌浆操作期间，通过逐渐起拔所述中空套管来逐渐提升所述双液灌浆塞，使所述双液灌浆塞完成对所述灌浆孔的自下而上灌浆操作的步骤包括：

实时监测起拔力；

在实际起拔力小于预定的起拔力时，每灌注至少2min对所述中空套管微动起拔一次，微动幅度为5cm左右；

在实际起拔力等于并超过预定的起拔力时，连续起拔所述中空套管。