大壩帷幕灌漿衝擊造孔施工方法與流程
2023-10-28 14:30:12
本發明涉及一種灌漿造孔施工方法，具體地說是一種大壩帷幕灌漿衝擊造孔施工方法，屬於灌漿造孔施工方法領域。
背景技術：
修建大壩，攔水造庫，這是人們徵服大自然和改造自然，使其為人類造福的一個重要措施。建造大壩一定要確保大壩安全，否則大壩一旦失事，將會導致巨大的災害。為了使大壩能夠長期地，安全的正常運行，自勘測階段起經過設計,施工值自大壩竣工後的管理和運行，均需全面的慎重的考慮，認真的做好工作。當開始修建大壩時,首先應做好壩基處理工作。實踐經驗證明，基礎處理好後，大壩的興建就比較容易了。大壩的安全也就有了保證。反之，基礎處理好後，才允許正常運行，我國是有這樣的實例的。作為大壩基礎，不論是巖石或砂礫石層，均需具有可靠的防滲性，足夠的耐壓性和一定程度的均質性，但一般天然巖石或砂礫石層很少具備這些條件，所以常常需要進行處理，改善他的各項性能。如果遇到軟弱，破碎多裂隙，節理髮育，滲透性大等地質條件較差的大壩基礎巖石，則更需要進行處理，使之適應築壩工程的需要。
近幾十年來，各國在壩基處理方面，廣泛的採用了灌漿方法，其主要優點是：適用性較大，施工比較簡單，也比較經濟。灌漿施工技術，最早是應用在修建閘和船塢工程中的，即使是壓力作用下將黏土一類的漿液灌入到閘基或船塢邊牆和地板的空隙內。以後再修建礦井隧洞和大壩等工程中使用範圍比較廣泛。在地質條件複雜地區修建大壩，其基礎灌漿的規模常常很大施工比較艱巨，工藝技術也比較複雜。如有的大壩其基礎處理灌漿所用的水泥幾乎與澆築壩體所用的水泥量相等。難度高，勞動量大，成本高。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明設計了一種大壩帷幕灌漿衝擊造孔施工方法，將傳統的地質迴旋造孔改為風動能衝擊造孔安全可靠工序連續穩定，大量節省勞力和施工機械，施工成本明顯低於傳統工藝，效益顯著。
本發明的技術方案為：
大壩帷幕灌漿衝擊造孔施工方法，包括以下步驟：
1、抬動觀測孔鑽孔
（1）在灌漿平洞內計劃布置6組抬動觀測孔，為了更好的進行抬動觀測，觀測孔應儘量布置在每個單元中間或砼分縫位置；
（2）抬動觀測孔為垂直孔，淺層抬動裝置固定端埋入第1段內50cm，深層抬動裝置埋入最後段深度以下2m；
（3）抬動觀測孔採用地質鑽機鑽孔，金剛石鑽頭開孔，孔徑為φ75mm；鑽孔結束後經驗收孔深後及時按技術要求安裝抬動觀測裝置，內管採用φ25mm鋼管，外管採用φ50mm作為護管，所有鋼管的連接全部採用絲扣連接；
（4）抬動觀測裝置在灌漿作業前完成安裝、調試工作；
（5）設有抬動觀測裝置的部位，對其周邊10.0m範圍內的灌漿孔段在裂隙衝洗、壓水試驗及灌漿工程中均進行觀測，並記錄觀測結果；抬動變形觀測採用千分表進行觀測，抬動變形觀測允許值△≤0.2mm，所用千分表須經計量部門鑑定合格，在使用過程中經常檢查，確保了其靈敏性和準確性，在使用和存放期間，對千分表進行了有效的防護，避免出現碰撞、震動現象，影響測試精度；
（6）抬動變形觀測由專人負責，每10min測記一次讀數，變形值上升較快時加密測讀次數，並通知壓力控制人員注意控制灌漿壓力，保障灌漿壓力不再上升，當變形值接近允許值0.2mm時，採取降壓措施，防止發生抬動變形破壞，對施工中發生抬動變形超出允許值的情況，採取立即停止施工的措施，並上報監理、設計單位研究處理措施；
2、先導孔鑽孔
（1）先導孔布置在帷幕灌漿主帷幕中心線上，從ⅰ序孔中選取，每單元1個；
（2）先導孔孔深比相應位置主帷幕孔深10.0m，孔徑為φ91mm；
3、帷幕灌漿孔鑽孔
（1）帷幕灌漿鑽孔採用地質鑽機造孔，金剛石鑽頭鑽進，開孔孔徑為φ91mm，終孔孔徑不小於46mm；
（2）第1段鑽孔結束、壓水試驗、灌漿結束後需埋設孔口管，孔口管伸入巖層2m，並外露混凝土面10cm；孔口管必須鑲鑄牢實，確保外側不冒水、冒漿；
（3）為確保鑽孔孔向準確，在鑽機就位時，用枕木或木板將鑽機墊平，並用水平尺將鑽機座找平，並確保穩固，使鑽機立軸和孔口管的方向與設計孔向一致；
（4）帷幕灌漿孔孔距為2.0m，孔位必須通過測量放點，孔位偏差不得大於10cm；鑽孔深度與設計孔深誤差不大於20cm；
（5）每個帷幕灌漿孔進行孔斜和方位角測量，尤其上部20m範圍內的偏斜和方位角的控制；巖層條件好、下漿量小的孔全孔鑽孔結束後自下而上測斜檢查，每10m一個測點；
4、鑽孔衝洗、裂隙衝洗
鑽機鑽進時，根據土層類別、孔徑大小、鑽孔速度及供漿量來確定相應的鑽進速度，鑽速應符合下列規定：
（1）在淤泥和淤泥質土層中，根據泥漿補給情況，嚴格控制鑽進速度，一般不大於1m/min；在鬆散砂層中，鑽進速度不超過3m/h；
（2）在硬土層中或在巖層中的鑽進速度以鑽機不發生跳動為準；
（3）開始鑽基巖時低錘密擊或間斷衝擊，以免偏斜；如發現鑽孔偏斜，應立即封孔待凝12小時後重新鑽進；
5、灌漿前壓水試驗
帷幕灌漿孔灌漿前作簡易壓水試驗，壓水試驗應結合裂隙衝洗進行，壓水壓力為灌漿壓力的80%，若該值大於1mpa時，則採用1mpa，壓水時間為20min，每5min測讀一次壓入流量，取最終值計算透水率；
6、帷幕灌漿
（1）灌漿方法：帷幕灌漿覆蓋層段採用孔口封閉循環鑽灌法；基巖段採用孔口封閉孔內循環自上而下分段灌漿法，射漿管距離孔底不得大於50cm；同一排上相鄰的兩個次序孔之間，在巖層中鑽孔灌漿的間隔高差不得小於15m；
（2）漿液濃度：帷幕灌漿漿液水灰比純水泥漿採用質量比5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1五個比級，開灌比為5:1；
（3）漿液變換：帷幕灌漿漿液濃度應由稀變濃，逐級變換，漿液變換按以下原則執行：當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；當某一比級漿液的注入量已達300l以上或灌注時間已達30min而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級；當注入率大於30l/min時，可根據具體情況越級變濃；
（4）結束標準：帷幕灌漿各灌漿段在最大設計壓力下，當注入率不大於1l/min時，繼續灌注60min，可結束灌漿；
7、封孔
帷幕灌漿封孔採用全孔灌漿封孔法：全孔灌完後，先用導管注漿法將孔內餘漿置換成質量比0.5:1的濃漿，而後將灌漿塞塞在孔口，進行純壓式灌漿封孔；封孔壓力為最大灌漿壓力，封孔灌漿時間為60min。
最後，進行帷幕灌漿質量檢查，包括以下方面的內容：
（1）根據試驗要求，質量檢查及取芯可在主、副帷幕結束後在該部位進行；
（2）質量檢查以壓水試驗為主，結合施工記錄、成果資料、鑽孔取芯等綜合分析評定，檢查時間在灌漿結束後14天進行；
（3）檢查孔數量為灌漿孔總數的10%；一個單元至少布置一個檢查孔，檢查孔孔深比該部位灌漿孔深5m，檢查孔應分段進行單點法壓水試驗，單段透水率合格標準為q≤5lu；
（4）檢查孔孔位布置由設計、監理及施工三方共同商定，應布置在帷幕中心線上，同時考慮在斷層、裂隙發育等地質條件複雜，注入量大的孔段附近或灌漿過程不正常經分析資料可能對質量有影響的部位；
（5）評定標準為：經檢查孔壓水檢查，混凝土與基巖接觸段及其下一段的透水率合格率為100%，以下各段的合格率應在90%以上，3lu~5lu在10%以下，不合格孔段的透水率不超過設計規定值的150%，且不得集中，灌漿質量可評為合格；
（6）檢查孔鑽孔採用地質鑽機，孔徑為76mm；
（7）檢查孔進行取芯，孔數為總灌漿孔數的2%，巖芯採取率不小於95%，獲得率rqd值不小於80%，混凝土與巖石結合面膠結良好；巖芯應進行拍照、編錄、描述、繪製鑽孔柱狀圖，並妥善保留；
（8）檢查孔結束後，按技術要求進行灌漿和封孔，封孔方法同帷幕灌漿孔的封孔方法。
本發明的優點在於：採用風鑽兩次成孔，第一段2m灌封待凝24小時，再用風鑽一次鑽進至底高程，自下而上分段灌漿，第一段（2m）用地質迴旋鑽為後續再次鑽進做導向孔，把孔斜控制在規範要求的範圍以內，使用風動衝擊潛孔器進行巖石以及右壩肩的溼陷性黏土覆蓋層鑽進，取得了很好的效果，速度快、效率高，鑽進較硬的巖層進尺較快，提高工作效率，降低了操作難度，成本低。
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
具體實施方式
以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例1
大壩帷幕灌漿衝擊造孔施工
施工順序為：抬動觀測孔鑽孔→抬動觀測裝置安裝→帷幕先導孔→主帷幕灌漿孔→副帷幕灌漿孔→連接帷幕（下連接排）灌漿孔→連接帷幕（上連接排）灌漿孔→質量檢查孔（取芯）。
其中，帷幕灌漿採用分序、分段方式：帷幕灌漿分三個次序施工，段長劃分為：第1段：2.0m，第2段：5m，第3段及以下各段為5.0m，終孔段段長不超過7.0m，灌漿壓力第一段0.2mpa，灌漿壓力按每米0.15mp，遇有斷層、地質不良地段，段長不超過5.0m；鑽孔穿過軟弱破碎巖體發現塌孔和集中漏水，不能繼續下鑽時，作為一段；帷幕孔在同一區段內相鄰的兩個次序孔之間，鑽孔灌漿的高差不得小於15m；第一段（2m）用地質迴旋鑽為開孔偏差不得大於5cm，做導向孔把孔斜控制在規範要求的範圍以內；體鑽後改換衝擊器，高壓水管改為風管後再次鑽進至孔底高程。
帷幕灌漿的帷幕孔施工順序為：先導孔→ⅰ序孔→ⅱ序孔→iii序孔；帷幕灌漿各孔施工流程為：測量放孔→鑽機就位→開孔鑽進第一段→鑽孔衝洗及壓水→灌漿→第二段鑽孔直至終孔、壓水、灌漿→封孔→遷移鑽機。
1、抬動觀測孔鑽孔
（1）在灌漿平洞內計劃布置6組抬動觀測孔，為了更好的進行抬動觀測，觀測孔應儘量布置在每個單元中間或砼分縫位置；
（2）抬動觀測孔為垂直孔，淺層抬動裝置固定端埋入第1段內50cm，深層抬動裝置埋入最後段深度以下2m；
（3）抬動觀測孔採用地質鑽機鑽孔，金剛石鑽頭開孔，孔徑為φ75mm；鑽孔結束後經驗收孔深後及時按技術要求安裝抬動觀測裝置，內管採用φ25mm鋼管，外管採用φ50mm作為護管，所有鋼管的連接全部採用絲扣連接；
（4）抬動觀測裝置在灌漿作業前完成安裝、調試工作；
（5）設有抬動觀測裝置的部位，對其周邊10.0m範圍內的灌漿孔段在裂隙衝洗、壓水試驗及灌漿工程中均進行觀測，並記錄觀測結果；抬動變形觀測採用千分表進行觀測，抬動變形觀測允許值△≤0.2mm，所用千分表須經計量部門鑑定合格，在使用過程中經常檢查，確保了其靈敏性和準確性，在使用和存放期間，對千分表進行了有效的防護，避免出現碰撞、震動現象，影響測試精度；
（6）抬動變形觀測由專人負責，每10min測記一次讀數，變形值上升較快時加密測讀次數，並通知壓力控制人員注意控制灌漿壓力，保障灌漿壓力不再上升，當變形值接近允許值0.2mm時，採取降壓措施，防止發生抬動變形破壞，對施工中發生抬動變形超出允許值的情況，採取立即停止施工的措施，並上報監理、設計單位研究處理措施；
2、先導孔鑽孔
（1）先導孔布置在帷幕灌漿主帷幕中心線上，從ⅰ序孔中選取，每單元1個；
（2）先導孔孔深比相應位置主帷幕孔深10.0m，孔徑為φ91mm；
3、帷幕灌漿孔鑽孔
（1）帷幕灌漿鑽孔採用xy-2pc型號地質鑽機造孔，金剛石鑽頭鑽進，開孔孔徑為φ91mm，終孔孔徑不小於46mm；
（2）第1段鑽孔結束、壓水試驗、灌漿結束後需埋設孔口管，孔口管伸入巖層2m，並外露混凝土面10cm；孔口管必須鑲鑄牢實，確保外側不冒水、冒漿；
（3）為確保鑽孔孔向準確，在鑽機就位時，用枕木或木板將鑽機墊平，並用水平尺將鑽機座找平，並確保穩固，使鑽機立軸和孔口管的方向與設計孔向一致；
（4）帷幕灌漿孔孔距為2.0m，孔位必須通過測量放點，孔位偏差不得大於10cm；鑽孔深度與設計孔深誤差不大於20cm；
（5）每個帷幕灌漿孔進行孔斜和方位角測量，尤其上部20m範圍內的偏斜和方位角的控制；巖層條件好、下漿量小的孔全孔鑽孔結束後自下而上測斜檢查，每10m一個測點；
4、鑽孔衝洗、裂隙衝洗
鑽機鑽進時，根據土層類別、孔徑大小、鑽孔速度及供漿量來確定相應的鑽進速度，鑽速應符合下列規定：
（1）在淤泥和淤泥質土層中，根據泥漿補給情況，嚴格控制鑽進速度，一般不大於1m/min；在鬆散砂層中，鑽進速度不超過3m/h；
（2）在硬土層中或在巖層中的鑽進速度以鑽機不發生跳動為準；
（3）開始鑽基巖時低錘密擊或間斷衝擊，以免偏斜；如發現鑽孔偏斜，應立即封孔待凝12小時後重新鑽進；
5、灌漿前壓水試驗
帷幕灌漿孔灌漿前作簡易壓水試驗，壓水試驗應結合裂隙衝洗進行，壓水壓力為灌漿壓力的80%，若該值大於1mpa時，則採用1mpa，壓水時間為20min，每5min測讀一次壓入流量，取最終值計算透水率；
6、帷幕灌漿
（1）灌漿方法：帷幕灌漿覆蓋層段採用孔口封閉循環鑽灌法；基巖段採用孔口封閉孔內循環自上而下分段灌漿法，射漿管距離孔底不得大於50cm；同一排上相鄰的兩個次序孔之間，在巖層中鑽孔灌漿的間隔高差不得小於15m；
（2）漿液濃度：帷幕灌漿漿液水灰比純水泥漿採用質量比5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1五個比級，開灌比為5:1；
（3）漿液變換：帷幕灌漿漿液濃度應由稀變濃，逐級變換，漿液變換按以下原則執行：當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；當某一比級漿液的注入量已達300l以上或灌注時間已達30min而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級；當注入率大於30l/min時，可根據具體情況越級變濃；
（4）結束標準：帷幕灌漿各灌漿段在最大設計壓力下，當注入率不大於1l/min時，繼續灌注60min，可結束灌漿；
7、封孔
帷幕灌漿封孔採用全孔灌漿封孔法：全孔灌完後，先用導管注漿法將孔內餘漿置換成質量比0.5:1的濃漿，而後將灌漿塞塞在孔口，進行純壓式灌漿封孔；封孔壓力為最大灌漿壓力，封孔灌漿時間為60min；
8、帷幕灌漿質量檢查
（1）根據試驗要求，質量檢查及取芯可在主、副帷幕結束後在該部位進行；
（2）質量檢查以壓水試驗為主，結合施工記錄、成果資料、鑽孔取芯等綜合分析評定，檢查時間在灌漿結束後14天進行；
（3）檢查孔數量為灌漿孔總數的10%；一個單元至少布置一個檢查孔，檢查孔孔深比該部位灌漿孔深5m，檢查孔應分段進行單點法壓水試驗，單段透水率合格標準為q≤5lu；
（4）檢查孔孔位布置由設計、監理及施工三方共同商定，應布置在帷幕中心線上，同時考慮在斷層、裂隙發育等地質條件複雜，注入量大的孔段附近或灌漿過程不正常經分析資料可能對質量有影響的部位；
（5）評定標準為：經檢查孔壓水檢查，混凝土與基巖接觸段及其下一段的透水率合格率為100%，以下各段的合格率應在90%以上，3lu~5lu在10%以下，不合格孔段的透水率不超過設計規定值的150%，且不得集中，灌漿質量可評為合格；
（6）檢查孔鑽孔採用地質鑽機，孔徑為76㎜；
（7）檢查孔進行取芯，孔數為總灌漿孔數的2%，巖芯採取率不小於95%，獲得率rqd值不小於80%，混凝土與巖石結合面膠結良好；巖芯應進行拍照、編錄、描述、繪製鑽孔柱狀圖，並妥善保留；
（8）檢查孔結束後，按技術要求進行灌漿和封孔，封孔方法同帷幕灌漿孔的封孔方法。
實例一
農九師167團別理其水庫工程，工程規模為小（1）型，工程等別為四等，主要建築物為四級，洩水建築物為4級；設計洪水重現期為30年至50年，校核洪水標準為1000年一遇。相應洪峰流量50.3m³/s.水庫正常蓄水1057.8m,最大壩高47.5m，壩頂長240m.總庫容471萬立方米。工程規模為小（1）型，工程等級為ⅳ級。永久性主要建築物級別為4級，永久性次要建築物和臨時建築物級別為5級。
別裡其水庫樞紐工程主要建築物包括攔河壩、溢洪道和導流、放水隧洞。
擋水建築物位於別裡其渠首0.13千米的上遊河谷，為粘土心牆砂礫石壩。壩軸線垂直河道布置。壩頂高程1059.5m，壩長240m。防浪牆頂高程1060.5m，牆高2.2m,牆頂高出壩面1.0m，上遊壩坡為1:2.0,下遊壩坡1:1.75，下遊壩坡布置3級之字形上壩道路，道路寬6m，坡度為1：10，採用瀝青路面。上遊圍堰與壩體結合，堰頂高程1027.5m。粘土心牆高程1058.3m，壩頂水平寬度3m，心牆底部坐落與強風化下部，心牆上下遊鋪築反濾層，反濾層寬度為1m,過濾層寬2m。心牆兩側上下遊巖石開挖臨時邊坡1:0.3，覆蓋層開挖臨時邊坡1:1.0.。上下遊壩殼部位對表層0.5m進行清廢處理，兩岸鬆散全新統坡積碎石土，凡是在壩體範圍內的均全部清除。心牆底部澆築0.5m厚蓋板座，並對心牆蓋板進行固結灌漿，灌漿深度5m孔，排距均為3m。帷幕灌漿為設計一排間排距為2m壩長240m兩端各25米延長線共計3807.6m
洩水導流洞布置在壩體的左岸山體內,0-075.81~0+002為有壓洞，0+002-0+164為無壓洞，總長239.81m,由進口段、有壓洞身段、工作閘室段、無壓洞身段、消能段組成。2014年4月1日施工至今，總造價8761.34萬元的山區水庫。壩體結構是黏土心牆壩由大壩，溢洪道，導流洞三大部分組成。基礎處理灌漿採用衝擊造孔，降低成本近40餘萬元，工期提前20以上天。（需要詳細介紹本工程具體情況）
實例二
農九師164團哈姆斯溝水庫工程，哈姆斯溝水庫是以灌溉為主的攔訶式水庫工程，水庫主要由引水工程（卡拉克特河引水渠首和水庫引水管道）和水庫樞紐建築物（大壩、放水涵洞、溢洪道）組成。水庫正常蓄水位797.51m，最大壩高36m，壩頂長440m。總庫容940萬m3，控制灌溉面積5.58萬畝。水庫按50年一遇洪水設計，相應洪峰流量50.0m3/s，1000年一遇洪水校核，相應洪峰流量81m3/s。
根據水庫庫容，工程規模為小(1)型，等別為ⅳ等，永久性主要建築物級別為4級，永久性次要建築物級別為5級，臨時建築物級別為5級，從而確定水庫引水渠首、引水管道、大壩、溢洪道、導流放水涵洞按4級設計，圍堰為5級建築物，臨時建築物均按5級設計。
經調節計算，攔洪庫容為39.5萬m3，調洪庫容為70.0萬m3，總庫容為940.0萬m3。
2013年4月30日開工至今。總造價1.2億元的山區水庫。壩體結構是均質黏土壩，由溢洪道，導流洞三大部分組成基礎處理灌漿採用衝擊造孔，降低成本近100餘萬元，工期提前25以上天。
本發明中所採用的各種設備，均為本領域生產工藝中使用的常規設備，且各設備的操作、參數等均按照常規操作進行，並無特別之處。
最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。