CN106759250B - 一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法。所述承压渗流条件下不良地质体灌浆方法包括如下两个阶段：Ⅰ、第一阶段采用一种“钻灌一体、自上而下、高压冲挤”钻灌工艺，对承压渗流条件下不良地质体灌浆孔段进行有效的固孔和止水灌浆；Ⅱ、第二阶段采用一种“自下而上、栓塞封闭、强压冲挤”灌浆工艺，对承压渗流条件不良地质体进行均一有效的高压挤劈、压渗、浸润灌注。本发明的灌浆方法可以有效的对承压渗流条件下不良地质体灌浆进行固孔止水与高压冲挤灌注，同时可借助高压冲挤灌浆复合浆液载体环氧泌出作用，可对不良地质进行有效环氧浆液渗透浸润固结。

Description

一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法

技术领域

本发明涉及一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，属于对水电站大坝基础或其他建筑物基础存在的构造挤压破碎带等不良地质体进行灌浆防渗与加固处理领域。

背景技术

金沙江向家坝水电站大坝坝基存在构造挤压破碎带等不良地质体，关系到坝基应力变形和渗透稳定，是向家坝水电站工程关键技术问题。

工程建设期间，向家坝坝基先后进行了常规水泥固结与帷幕灌浆，部分坝段还分别进行了常规水泥与环氧复合灌浆处理，但由于构造挤压带结构致密、分布深厚，常规水泥灌浆加固效果难以达到设计所要求技术指标，而常规环氧灌浆费用高、工艺复杂。

向家坝水电站蓄水发电运行后，发现坝基构造挤压破碎带防渗帷幕存在一定的缺陷，需要进一步进行防渗帷幕补强灌浆。对此，申请人经过长期的观察实践研究，结合向家坝水电站坝基构造挤压破碎带地质特征，以及大坝蓄水后坝基钻孔灌浆存在的承压渗流不利的灌浆工况条件，创造性地发明了一种承压渗流条件下不良地质体分两个阶段先固孔止水灌浆后强压冲挤灌浆复合灌浆技术，用于有效地解决类似向家坝水电站坝基构造挤压破碎带渗流条件下不良地质体防渗补强灌浆问题。

发明内容

针对类似向家坝水电站坝基构造挤压破碎带渗流条件下不良地质体防渗补强灌浆工程要求，本发明旨在提供一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，该灌浆方法可以有效的对承压渗流条件下不良地质体灌浆进行固孔止水与高压冲挤灌注，同时可借助高压冲挤灌浆复合浆液载体环氧泌出作用，可对不良地质进行有效环氧浆液渗透浸润固结。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特点是：灌浆采用一种固孔止水灌浆与高压冲挤灌浆组合工艺进行，包括如下两个阶段：

Ⅰ、第一阶段采用一种“钻灌一体、自上而下、高压冲挤”钻灌工艺，对承压渗流条件下不良地质体灌浆孔段进行有效的固孔和止水灌浆；

Ⅱ、第二阶段采用一种“自下而上、栓塞封闭、强压冲挤”灌浆工艺，对承压渗流条件不良地质体进行均一有效的高压挤劈、压渗、浸润灌注，即第一阶段固孔止水灌浆完成后，再下入液压栓塞对灌浆孔段进行分段封闭，按照设定的灌浆段长度依次自下而上对全孔灌浆段进行分段灌浆，分段灌浆采用一种强制性高压冲挤灌注。

本发明所述的高压是指压力≥3MPa。

本发明的灌浆创造性地按照先固孔止水后强压冲挤两个阶段进行。

第一阶段中，“自上而下，钻灌一体，高压冲挤”钻灌工艺可以优选为中国专利ZL2012 1 0348150.2的工艺，为一种用于松软破碎地层钻孔灌浆专利技术，主要解决不良地质体灌浆成孔、固孔、止水以及灌浆孔段密实均一性等问题，确保灌浆孔段孔壁完整光滑，为进行第二阶强压冲挤灌浆下入液压栓塞分段封闭提供安全有效必要条件。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

所述第二阶段“自下而上、栓塞封闭、强压冲挤”灌浆工艺包括如下步骤：

S1、承压渗流条件下不良地质体灌浆孔固孔止水灌浆完成后，孔内下入一种液压栓塞，对灌浆孔段按照设定的段长自下而上依次进行灌浆分段封闭；

S2、采用一种脉冲灌浆泵向灌浆孔液压栓塞封闭段脉冲泵入一种混合浆液，自下而上依次对灌浆孔进行小段长、小脉冲、强挤劈控制性高压冲挤灌注。

步骤S1与S2中对灌浆孔段按照设定的段长自下而上依次进行分段封闭灌浆的结束标准按照设定的灌入量与灌浆压力进行控制：

i当单位灌入量达到设定最大单位灌入量、且灌浆压力大于设定最小灌浆压力时，或当灌入量达到设定最大灌入量的150％、但灌浆压力仍小于设定最小灌浆压力时，则停止高压冲挤灌浆，并带压闭浆一段时间，优选带压闭浆至少30min，或闭浆压力消散归零后，结束本段灌浆；

ii当灌浆压力达到设定最大灌浆压力、且灌入量大于设定最小灌入量时，或当灌浆压力超过设计最大灌浆压力的20％、但灌入量仍小于设定最小灌入量时，则停止高压冲挤灌浆，并带压闭浆一段时间，优选带压闭浆至少30min，或闭浆压力消散归零后，结束本段灌浆。

优选地，所述混合浆液为普通水泥浆液中添加环氧浆液后所形成的水泥环氧混合浆液，该水泥环氧混合浆液在进行密实不良地质体强冲挤灌注时产生环氧浆液高压泌出。

优选地，所述普通水泥浆液为采用强度等级不低于42.5MP的灌浆用水泥，按水灰比0.6:1-0.8:1配置而成的稳定浆液。更优选地，所述环氧浆液为用于灌浆加固的高渗透环氧浆液。所述环氧浆液掺量为水泥稳定浆液中加水重量的10％-100％。由此，所述混合浆液在进行密实不良地质体强高压冲挤灌注时，可产生环氧浆液高压泌出对不良地质体进行渗透浸润固结作用。。

第二阶段步骤S1与S2中，依次自下而上对不良地质体灌浆孔段进行小段长、小脉冲、强挤劈控制性灌注，其中所述小段长是指为确保灌浆均一性而把灌浆孔段分成若干小段依次分别进行灌注，优选分段封闭段长≤1.0m，所述小脉冲是指灌浆泵脉冲量≤1.0L/冲次，优选为0.2L-0.5L/冲次，所述强挤劈劈是指对灌浆封闭段按照设定的脉冲量无回浆调控强制性高压冲挤灌注。

由此，所述小段长为一种采用液压双栓塞自下而上依次进行分段封闭，分段封闭段长≤1.0m；可避免大段长产生小应力面局部劈裂，确保全孔段灌浆有效性与均一性。所述小脉冲为一种脉冲灌浆泵向灌浆封闭小段进行脉冲式灌注，脉冲灌浆泵脉冲量≤0.5L/冲次；可确保对不良地质体灌浆的控制性与有效性。所述强挤劈为一种对灌浆封闭段按照设定的脉冲量无回浆调控强制性高压冲挤灌注。可确保对不良地质体灌入设定的灌入量，并达到设定的灌浆压力。

所述液压栓塞为单栓塞或双栓塞。其中，所述液压双栓塞包括灌浆管，与灌浆管连通的花管，套装在花管上的上栓塞和下栓塞；所述上栓塞和下栓塞均具有液压腔；其结构特点是，所述上栓塞的液压腔与上栓塞液压管连通，下栓塞的液压腔与上栓塞液压腔连通。由此，所述上栓塞和下栓塞的缩胀完全同步操控，可作为采用双塞封闭分段灌浆法进行基础防渗或加固处理灌浆用液压双栓塞。

所述设定的灌入量与灌浆压力是一种用于分段灌浆结束标准的基准控制值，可根据灌浆地层的力学性能、脉冲灌浆泵脉冲量与脉冲频率通过现场试验确定；所述灌入量是指灌浆封闭段每米长度灌入的浆量；所述灌浆压力是指脉冲泵出口灌浆管最大脉冲峰值压力。采用灌入量与灌浆压力同时进行灌浆结束标准控制，可确保全孔段灌浆压力与灌入量的有效性与均一性。

本发明的第二阶段步骤S1与S2中，所述带压闭浆通过液压双栓塞封闭分段进行高压冲挤灌浆后，灌浆封闭段周边产生一定的弹性变形，在未进行管路孔段与封闭泄压之前，仍然会存在一定的弹性反压。所述带压闭浆，可对灌浆孔段承压渗流水进行有效的屏蔽，同时也有利于高压挤劈浆脉所泌出的环氧浆液充分渗透与浸润。

由此，采用本发明的一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，进行不良地质体灌浆处理，先通过第一阶段“钻灌一体，自下而上，高压冲挤”固孔止水灌浆，形成孔壁完整、光滑均一的灌浆孔段；后通过第二阶段“栓塞封闭，自下而上，强压冲挤”灌浆，可有效的对不良地质体进行小段长、小脉冲、强挤劈高压冲挤灌注，形成一种水泥混合浆液强压挤劈与环氧浆液泌出渗透浸润复合灌浆效果，可有效提高不良地质体力学性能与抗渗性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明进行承压渗流条件下不良地质体灌浆处理，可有效的解决不良地质体灌浆成孔孔壁坍塌、下塞分段封闭困难、小应力面重复劈裂、灌浆整体效较差等技术难题。

采用本发明进行承压渗流条件下不良地质体灌浆处理，可同时兼有水泥浆液强压挤劈与环氧浆液渗透浸润复合灌浆效果。初步工程应用实践充分表明，采用本发明进行承压渗流条件下不良地质体灌浆处理质量效果，明显好于常规水泥灌浆与常规环氧灌浆处理理质量效果，且较常规环氧灌浆处理单位成本明显要低。

经过现场验证，建筑单位给出如下评审意见：

向家坝水电站泄水坝段地质构造极为复杂，挠曲核部破碎带分布有上下两个分支带，上下分支带及其影响带多为碎屑或碎屑夹碎块结构，无胶结，密度大，强度低；两分支带之间多为碎块或块状结构，岩体破碎，节理发育，裂隙细微。向家坝水电站泄水坝段挠曲核部破碎带高压冲挤灌浆的施工充分结合岩体结构特性及其大坝蓄水后钻灌过程中外涌内渗动水环境，在前期生产性试验研究成果基础上进行工艺完善与优化，提出"固孔止水"与"高压冲挤"补强灌浆组合工艺，较好的解决了挠曲核部破碎带钻灌成孔塌孔、灌浆涌水吐浆、下塞封闭困难、低压可灌性差、高压灌浆抬动等诸多技术难题，其技术路线合理，施工工艺可行，赢得了多位院士和专家的高度评价。

向家坝工程共计完成钻孔44778.3m，固孔止水灌浆30624.4m，高压冲挤灌浆10216.3m。施工过程中，能严格按照设计要求、监理人指示和国家有关规程规范要求进行施工，第三方质量检查孔成果表明，向家坝水电站泄水坝段挠曲核部破碎带高压冲挤灌浆施工质量达到了设计要求的各项指标，施工质量优良。

附图说明

图1本发明的一种实施例的灌浆流程示意图；

图2目前一种常规的灌浆工艺方法(孔口封闭式灌浆)的示意图；

图3目前一种常规的灌浆工艺方法(纯压式灌浆)的示意图；

图4目前一种常规的灌浆工艺方法(循环式灌浆)的示意图；

图5本发明所设计的一种液压双栓塞结构图；

图6本发明应用于向家坝坝基不良地质体补强灌浆后典型芯样图。

在图中：

1-灌浆钻杆连接接头；2，4-液压连接管；3-上栓塞；5-下栓塞。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种混合浆液，为一种普通水泥浆液中添加一定量环氧浆液后所形成的水泥环氧混合浆液。所述普通水泥浆液为强度等级不低于42.5MP普通硅酸盐水泥或其他灌浆用水泥，按水灰比0.6:1-0.8:1配置的稳定浆液。所述环氧浆液为一种用于水下灌浆加固的高渗透环氧浆液，环氧浆液掺量可为水泥稳定浆液中含水重量的10％-100％。

混合浆液中水泥稳定浆液水灰比与环氧浆液混合添加量主要根据地层条件与工程要求通过现场试验确定，以下为优选的两种配比。

本发明采用的两种混合浆液配比与主要性能

注：1、水泥采用强度等级为42.5Mpa高抗硫酸盐水泥

2、环采用MS-1086E水下高渗透灌浆环氧；环氧浆液可泌出量通过标准砂过滤测定。

实施例2

本发明的一种承压水渗流条件下不良地质体灌浆方法具体要求如下：

1)本发明采用的主要设备与机具基本配置如下表：

本发明采用的主要设备与机具基本配置表

2)一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，首先按照钻灌一体工艺要求，灌浆孔孔口镶铸Φ89mm孔口管，孔口管穿过混凝土与基岩接触面进入基岩2.0m；灌浆孔全孔钻孔结构为Φ75mm小口径一径到底；

3)第一阶段采用稳定浆液“钻灌一体，自上而下，高压冲挤”灌浆工艺进行灌浆孔全孔成孔、固孔、止水，确保整个灌浆孔段均一密实与孔壁的完整光滑，为第二阶段下入液压双栓塞分段封闭强压冲挤灌浆，提供安全有效的必要条件。

4)第一阶段对灌浆孔段成孔、固孔、止水灌浆完成后，第二阶段孔内下入一种液压双栓塞，按照规定的灌浆段长依次自下而上进行灌浆分段封闭；

5)采用一种脉冲灌浆泵向灌浆孔封闭段脉冲泵入一种混合浆液，配合孔内液压双栓塞分段封闭，依次自下而上对灌浆孔段按照0.5m段长、0.2L/冲次脉冲量、双栓塞封闭强压挤劈控制性高压冲挤灌注；

6)灌浆孔每封闭段灌浆结束标准按照设定的灌入量与灌浆压力进行控制。

i当单位灌入量达到设定最大单位灌入量、且灌浆压力大于设定最灌浆压力时，或当灌入量达到设定最大灌入量的150％、而灌浆压力仍小于设定最小灌浆压力时，可停止高压冲挤灌浆，并带压闭浆30min，或闭浆压力消散归零后，结束本段灌浆；

ii当灌浆压力达到设定最大灌浆压力、且灌入量大于设定最小灌入量时，或当灌浆压力超过设计最大灌浆压力的20％，而灌入量仍小于设定最小灌入量时，可停止高压冲挤灌浆，并带压闭浆30min，或闭浆压力消散归零后，结束本段灌浆。

7)全灌浆孔段第二阶段强压冲挤灌浆完成后，提出孔内下液压双栓塞，对灌浆孔内采用0.5:1水泥浓浆进行全孔机械回填与闭浆。如图5所示，液压双栓塞包括灌浆钻杆连接接头1、上栓塞3和下栓塞5。

综上所述，本发明的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法主要针对灌浆孔内承压渗流条件，以及不良地质体结构性状，按照先固孔止水后强压冲挤两个阶段进行：第一阶段固孔止水灌浆，采用一种稳定浆液“钻灌一体、自上而下、高压冲挤”钻灌工艺对含有承压涌水的不良地质体灌浆孔进行固孔与止水灌浆，以便形成承压渗流小、孔壁完整、光滑均一的灌浆孔段；第二阶段采用混合浆液“栓塞封闭，自下而上，强压冲挤”灌浆工艺，可有效的对不良地质体进行小段长、小脉冲、强挤劈灌注，形成一种水泥混合浆液强压挤劈与环氧浆液泌出渗透浸润复合灌浆效果，可有效提高不良地质体力学性能与抗渗性能。其中第二阶段所用混合浆液，为一种普通水泥浆液中添加一定量环氧浆液后所形成的水泥环氧混合浆液。该混合浆液在进行密实不良地质体强压冲挤灌注时，可产生环氧浆液高压泌出进一步对不良地质体进行渗透浸润固结作用。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (13)

1.一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，灌浆采用一种固孔止水灌浆与高压冲挤灌浆组合工艺进行，包括如下两个阶段：

Ⅰ、第一阶段采用一种“钻灌一体、自上而下、高压冲挤”钻灌工艺，对承压渗流条件下不良地质体灌浆孔段进行有效的固孔和止水灌浆；

Ⅱ、第二阶段采用一种“自下而上、栓塞封闭、强压冲挤”灌浆工艺，对承压渗流条件不良地质体进行均一有效的高压挤劈、压渗、浸润灌注，即第一阶段固孔止水灌浆完成后，再下入液压栓塞对灌浆孔段进行分段封闭，按照设定的灌浆段长度依次自下而上对全孔灌浆段进行分段灌浆，分段灌浆采用一种强制性高压冲挤灌注。

2.根据权利要求1所述的一种承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述第二阶段“自下而上、栓塞封闭、强压冲挤”灌浆工艺包括如下步骤：

S1、承压渗流条件下不良地质体灌浆孔固孔止水灌浆完成后，孔内下入一种液压栓塞，对灌浆孔段按照设定的段长自下而上依次进行灌浆分段封闭；

S2、采用一种脉冲灌浆泵向灌浆孔液压栓塞封闭段脉冲泵入一种混合浆液，自下而上依次对灌浆孔进行小段长、小脉冲、强挤劈控制性高压冲挤灌注。

3.根据权利要求2所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，步骤S1与S2中对灌浆孔段按照设定的段长自下而上依次进行分段封闭灌浆的结束标准按照设定的灌入量与灌浆压力进行控制：

i当单位灌入量达到设定最大单位灌入量、且灌浆压力大于设定最小灌浆压力时，或当灌入量达到设定最大灌入量的150%、但灌浆压力仍小于设定最小灌浆压力时，则停止高压冲挤灌浆，并带压闭浆一段时间或闭浆压力消散归零后，结束本段灌浆；

ii当灌浆压力达到设定最大灌浆压力、且灌入量大于设定最小灌入量时，或当灌浆压力超过设计最大灌浆压力的20%、但灌入量仍小于设定最小灌入量时，则停止高压冲挤灌浆，并带压闭浆一段时间或闭浆压力消散归零后，结束本段灌浆。

4.根据权利要求3所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述带压闭浆均至少30min。

5.根据权利要求2所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述混合浆液为普通水泥浆液中添加环氧浆液后所形成的水泥环氧混合浆液，该水泥环氧混合浆液在进行密实不良地质体强冲挤灌注时产生环氧浆液高压泌出。

6.根据权利要求5所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述普通水泥浆液为强度等级不低于42.5MP的灌浆用水泥，按水灰比0.6:1-0.8:1配置而成的水泥稳定浆液。

7.根据权利要求5所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述环氧浆液为用于灌浆加固的高渗透环氧浆液。

8.根据权利要求5所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述环氧浆液掺量为水泥稳定浆液加水重量的10%-100%。

9.根据权利要求2所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，步骤S2中，所述小段长是指为确保不良地质体灌浆均一性而把灌浆孔分成若干小段依次分别进行灌注，所述小脉冲是指灌浆泵脉冲量≤1.0L/冲次，所述强挤劈是指对灌浆封闭段按照设定的脉冲量无回浆调控强制性高压冲挤灌注。

10.根据权利要求9所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，分段封闭段长≤1.0m。

11.根据权利要求9所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述小脉冲是指灌浆泵脉冲量为0.2L-0.5L/冲次。

12.根据权利要求3所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述带压闭浆是指通过对封闭分段进行高压冲挤灌浆刚结束时，灌浆封闭段周边存在一定的弹性变形，在未进行管路与孔段封闭泄压之前，仍然会存在弹性反压。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的承压渗流条件下不良地质体灌浆方法，其特征在于，所述液压栓塞为单栓塞或双栓塞。