錢(qián) 莉

摘要:重慶黔江小南海水庫(kù)天然地震堆積體帷幕灌漿檢查孔采用小口徑全斷面鉆孔、靜水頭壓水試驗(yàn)的施工工藝,較好地保護(hù)了地層原狀,鉆孔速度快,成孔效率高,壓水呂榮值客觀、真實(shí),在類(lèi)似地層的帷幕灌漿檢查孔施工中具有參考和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞:地震堆積體;檢查孔;帷幕灌漿;靜水頭;呂榮值

中圖分類(lèi)號(hào):TV543文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)20-0169-03

一、概述

小南海水庫(kù)壩體是1856年形成的天然地震崩塌堆積體。天然壩體材料主要為地震崩塌堆積的頁(yè)巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖,塊碎石夾孤石;存在架空、管涌通道、孤石、塊石、堆積和風(fēng)化或沉積碎屑以及覆蓋層等不同的地層結(jié)構(gòu),性能上有明顯差異;不規(guī)則,不可預(yù)見(jiàn),地質(zhì)條件非常復(fù)雜,技術(shù)難度很大。

小南海水庫(kù)天然地震堆積體不同于一般基巖,其帷幕灌漿檢查孔施工工藝,一直是我們尋求解決的重大技術(shù)難題。在天然地震堆積體上進(jìn)行帷幕灌漿,國(guó)內(nèi)無(wú)先例,國(guó)際也屬罕見(jiàn),缺乏類(lèi)似地層帷幕灌漿檢查孔的施工經(jīng)驗(yàn),為此,從帷幕灌漿前期試驗(yàn)就開(kāi)始摸索,主管單位和建設(shè)單位還組織國(guó)內(nèi)知名專(zhuān)家,召開(kāi)了五次現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)咨詢會(huì),國(guó)內(nèi)有關(guān)單位和基礎(chǔ)處理專(zhuān)家,特別是中國(guó)水利水電學(xué)會(huì)地基與基礎(chǔ)處理工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任、著名基礎(chǔ)處理專(zhuān)家孫釗教授對(duì)檢查孔的施工提出了寶貴的意見(jiàn)和建議。

根據(jù)專(zhuān)家的意見(jiàn)和建議,先后進(jìn)行了清水鉆孔、風(fēng)動(dòng)沖擊鉆孔、風(fēng)動(dòng)潛孔偏心錘跟實(shí)管鉆孔(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“跟實(shí)管鉆孔”)、風(fēng)動(dòng)潛孔偏心錘跟花管鉆孔(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“跟花管鉆孔”)和稀泥漿護(hù)壁鉆孔工藝的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:單一使用其中一種鉆孔工藝均不適于此類(lèi)地層。

二、檢查孔施工工藝探索

(一)清水取芯鉆孔

清水取芯鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、掉塊、卡鉆、甚至因塌孔嚴(yán)重?zé)o法繼續(xù)鉆孔等現(xiàn)象,鉆孔事故經(jīng)常發(fā)生,進(jìn)度緩慢。從孔內(nèi)撈出了大量的細(xì)碎石屑和泥質(zhì)石碴(約2m3),其中有兩段壓水試驗(yàn)時(shí)由于供水設(shè)備限制,未能將鉆孔注滿(單位吸水率大于150L/min)。在專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)咨詢會(huì)議上進(jìn)行了專(zhuān)題討論,一方面在地震堆積體中存在著較多的泥砂細(xì)碎石屑沉積組成的地層(專(zhuān)家稱(chēng)之為“砂窩”,以下均簡(jiǎn)稱(chēng)為“砂窩”),這種地層在清水的不斷沖刷、淘洗作用下,破壞了幕體(地層的原狀),因而導(dǎo)致塌孔,使鉆孔難以進(jìn)行;另一方面,由于幕體受到破壞,壓水結(jié)果不能客觀反映真實(shí)透水情況。因此,專(zhuān)家咨詢會(huì)指出單一使用清水取芯鉆孔的工藝不適宜這種特殊的地層,應(yīng)暫停使用。

(二)沖擊鉆孔

沖擊鉆孔的方法,在孤石段及地下水位以上孔段鉆孔較為理想,壓水結(jié)果也較為真實(shí)。但在地下水位以下地層,尤其是“砂窩”地層在風(fēng)水聯(lián)合的不斷沖洗下,受到了很大的破壞,效果很不理想。因此單一采用這種方法也不適宜小南海的地震堆積地層。

(三)跟花管鉆孔

累計(jì)鉆孔180.2m,壓水10段次,其中有3段由于供水設(shè)備限制,實(shí)際透水率未測(cè)出來(lái)。這種鉆孔方法雖然能夠成孔,但壓水效果不理想。其原因主要是較大風(fēng)壓破壞了具有一定粘結(jié)力的弱透水“砂窩”層,并且在孔內(nèi)形成負(fù)壓,出現(xiàn)“揚(yáng)水”現(xiàn)象,對(duì)“砂窩”層產(chǎn)生較大擾動(dòng)。

在專(zhuān)家咨詢會(huì)上,專(zhuān)家們指出此種鉆孔方法有待進(jìn)一步研究試驗(yàn)。

(四)跟實(shí)管鉆孔

跟實(shí)管鉆孔的方法是在跟花管鉆孔的基礎(chǔ)上將花管換成實(shí)管,以減小風(fēng)、水聯(lián)合作用對(duì)地層的沖刷破壞。跟實(shí)管鉆孔對(duì)“砂窩”地層仍有很大的破壞,壓水結(jié)果不能反映客觀實(shí)際,要反映“砂窩”地層的實(shí)際透水情況,在鉆孔過(guò)程中必須對(duì)地層原狀加以保護(hù)。

(五)稀泥漿護(hù)壁鉆孔

稀泥漿護(hù)壁鉆孔,雖然能較好地保護(hù)地層尤其是“砂窩”地層不被撓動(dòng)和破壞,鉆孔速度也較快,壓水呂榮值也能滿足設(shè)計(jì)要求,解決了“砂窩”地層的成孔問(wèn)題,但壓水結(jié)果不真實(shí),專(zhuān)家強(qiáng)調(diào)不能推廣泥漿護(hù)壁鉆孔。

三、小口徑全斷面鉆孔、靜水頭壓水工藝試驗(yàn)施工

由于以上方法均不能很好解決帷幕檢查孔施工問(wèn)題,專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了第三次專(zhuān)家咨詢會(huì)議,會(huì)議肯定了保護(hù)地層原狀的意見(jiàn),同時(shí)指出要打破單一工藝的局限,采用綜合工藝的新思路。參建各方通過(guò)認(rèn)真的分析、討論專(zhuān)家意見(jiàn),形成了新的帷幕灌漿檢查孔施工工藝,即:小口徑全斷面清水鉆孔→靜水頭壓水試驗(yàn)→擴(kuò)孔→下套管護(hù)壁→小口徑全斷面繼續(xù)清水鉆孔的工藝。

(一)施工要求

1.根據(jù)專(zhuān)家咨詢意見(jiàn)及設(shè)計(jì)文件要求,高程635m以上孔段不得使用泥漿,高程635m以下孔段可采用適宜的鉆孔方法鉆孔。

2.段長(zhǎng)劃分:根據(jù)地層及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況決定。

3.檢查孔施工在單元灌漿結(jié)束28天后進(jìn)行。

(二)施工工藝

工藝流程見(jiàn)下圖:

1.鉆孔。高程635m以上采用跟管和外平同徑鉆桿清水回轉(zhuǎn)鉆孔,高程635m以下采用合宜的方法鉆孔,若條件允許,也可采用高程635m以上的方法繼續(xù)鉆孔。

2.壓水試驗(yàn)。(1)采用靜水頭壓水試驗(yàn)。靜水頭取值10m,地下水位以庫(kù)水位為準(zhǔn):當(dāng)?shù)叵滤恢量卓诘木嚯x大于10m時(shí),靜水頭水位線取孔口平;當(dāng)?shù)叵滤恢量卓诘木嚯x小于10m時(shí),靜水頭水位線以高出孔口2m為宜。(2)除跟花管不需要鉆孔沖洗外,其它鉆孔方法均需進(jìn)行鉆孔沖洗。在靜水壓力不能保證沖洗效果的情況下,換用壓力脈動(dòng)沖洗或其它沖洗方法,以保證壓水結(jié)果的可靠性。(3)采用小口徑全斷面鉆孔→靜水頭壓水試驗(yàn)→擴(kuò)孔→下套管護(hù)壁→小口徑全斷面繼續(xù)鉆孔的方法進(jìn)行,具體的做法是:使用SGZ-ⅢA型鉆機(jī)和Φ60mm的復(fù)合片鉆頭與Φ50mm外平等徑鉆桿,清水鉆孔,鉆孔過(guò)程中不起鉆;當(dāng)鉆至段底時(shí),將鉆桿上提50cm進(jìn)行鉆孔沖洗,直到回水變清,并無(wú)沉碴;將流量表接在進(jìn)水管上,并與鉆桿連接,從鉆桿內(nèi)進(jìn)水進(jìn)行壓水試驗(yàn),在進(jìn)水管上控制進(jìn)水量保持孔口水位。每5min測(cè)記一次流量。(4)呂榮值的計(jì)算:第一段采用跟管鉆孔,根據(jù)注水量直接進(jìn)行呂榮值計(jì)算,其下各段若繼續(xù)采用跟管鉆孔,則為綜合壓水,即第二段壓水流量值Q2減去第一段壓水流量值Q1作為第二段的透水率q的計(jì)算值;若采用外平同徑鉆桿回轉(zhuǎn)鉆孔,計(jì)算時(shí),用該段的壓水流量減去上段擴(kuò)孔下入套管后的壓水流量值作為該段透水率q的計(jì)算值。以下各段依次類(lèi)推。(5)壓水流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):在穩(wěn)定的水頭下,每5min測(cè)讀一次壓水流量,連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%,或最大值與最小值之差小于1L/min時(shí),本段靜水頭壓水試驗(yàn)即可結(jié)束,取最終值作為計(jì)算值。

(三)檢查效果分析

小口徑全斷面清水鉆孔、靜水頭壓水試驗(yàn)壓水呂榮值見(jiàn)表1:

由表1可知,所有段次的壓水呂榮值全部滿足設(shè)計(jì)要求,其中,最大呂榮值為5-J-1第二段,呂榮值為11.2Lu;最小為E-J-1第三段,呂榮值為1.0Lu,采用這種工藝施工沒(méi)有再出現(xiàn)孔內(nèi)注水不滿的情況,說(shuō)明這種工藝能較好地保護(hù)地層原狀,適合在這種特殊地層中使用。另外,這種鉆孔方法和地下水位以上的沖擊鉆孔的方法一樣,保護(hù)了地層原狀,而且沖孔能夠返清并基本沒(méi)有沉淀,所以說(shuō)這種方法取得的壓水呂榮值是客觀、真實(shí)的。

四、結(jié)語(yǔ)

小口徑全斷面鉆孔、靜水頭壓水試驗(yàn)壓水工藝較其它鉆進(jìn)方法均具有成本低、勞動(dòng)強(qiáng)度低、效率高、安全性好、壓水試驗(yàn)值可靠的優(yōu)點(diǎn)。從壩后漏水量觀測(cè)結(jié)果看,灌后年漏水量是灌前漏水量的7.25%,進(jìn)一步驗(yàn)證此種鉆孔壓水試驗(yàn)工藝的合理性,此種帷幕灌漿檢查孔施工新工藝的成功應(yīng)用,為類(lèi)似地層帷幕灌漿檢查孔鉆孔壓水試驗(yàn)工藝做出了有益的嘗試,有著較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范(DL/T5148-2001)[S].北京:中國(guó)電力出版社,2002.

作者簡(jiǎn)介:錢(qián)莉(1975-),女,安徽樅陽(yáng)人,中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司工程師,研究方向:水利施工技術(shù)及管理。