天然地震堆积体中帷幕灌浆检查孔施工工艺

摘要:重庆黔江小南海水库天然地震堆积体帷幕灌浆检查孔采用小口径全断面钻孔、静水头压水试验的施工工艺,较好地保护了地层原状,钻孔速度快,成孔效率高,压水吕荣值客观、真实,在类似地层的帷幕灌浆检查孔施工中具有参考和推广价值。

关键词:地震堆积体;检查孔;帷幕灌浆;静水头;吕荣值

中图分类号:TV543文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0169-03

一、概述

小南海水库坝体是1856年形成的天然地震崩塌堆积体。天然坝体材料主要为地震崩塌堆积的页岩及粉砂质页岩,块碎石夹孤石;存在架空、管涌通道、孤石、块石、堆积和风化或沉积碎屑以及覆盖层等不同的地层结构,性能上有明显差异;不规则,不可预见,地质条件非常复杂,技术难度很大。

小南海水库天然地震堆积体不同于一般基岩,其帷幕灌浆检查孔施工工艺,一直是我们寻求解决的重大技术难题。在天然地震堆积体上进行帷幕灌浆,国内无先例,国际也属罕见,缺乏类似地层帷幕灌浆检查孔的施工经验,为此,从帷幕灌浆前期试验就开始摸索,主管单位和建设单位还组织国内知名专家,召开了五次现场技术咨询会,国内有关单位和基础处理专家,特别是中国水利水电学会地基与基础处理工程专业委员会主任、著名基础处理专家孙钊教授对检查孔的施工提出了宝贵的意见和建议。

根据专家的意见和建议,先后进行了清水钻孔、风动冲击钻孔、风动潜孔偏心锤跟实管钻孔(以下简称“跟实管钻孔”)、风动潜孔偏心锤跟花管钻孔(以下简称“跟花管钻孔”)和稀泥浆护壁钻孔工艺的试验。试验表明:单一使用其中一种钻孔工艺均不适于此类地层。

二、检查孔施工工艺探索

(一)清水取芯钻孔

清水取芯钻孔经常出现塌孔、掉块、卡钻、甚至因塌孔严重无法继续钻孔等现象,钻孔事故经常发生,进度缓慢。从孔内捞出了大量的细碎石屑和泥质石碴(约2m3),其中有两段压水试验时由于供水设备限制,未能将钻孔注满(单位吸水率大于150L/min)。在专家现场咨询会议上进行了专题讨论,一方面在地震堆积体中存在着较多的泥砂细碎石屑沉积组成的地层(专家称之为“砂窝”,以下均简称为“砂窝”),这种地层在清水的不断冲刷、淘洗作用下,破坏了幕体(地层的原状),因而导致塌孔,使钻孔难以进行;另一方面,由于幕体受到破坏,压水结果不能客观反映真实透水情况。因此,专家咨询会指出单一使用清水取芯钻孔的工艺不适宜这种特殊的地层,应暂停使用。

(二)冲击钻孔

冲击钻孔的方法,在孤石段及地下水位以上孔段钻孔较为理想,压水结果也较为真实。但在地下水位以下地层,尤其是“砂窝”地层在风水联合的不断冲洗下,受到了很大的破坏,效果很不理想。因此单一采用这种方法也不适宜小南海的地震堆积地层。

(三)跟花管钻孔

累计钻孔180.2m,压水10段次,其中有3段由于供水设备限制,实际透水率未测出来。这种钻孔方法虽然能够成孔,但压水效果不理想。其原因主要是较大风压破坏了具有一定粘结力的弱透水“砂窝”层,并且在孔内形成负压,出现“扬水”现象,对“砂窝”层产生较大扰动。

在专家咨询会上,专家们指出此种钻孔方法有待进一步研究试验。

(四)跟实管钻孔

跟实管钻孔的方法是在跟花管钻孔的基础上将花管换成实管,以减小风、水联合作用对地层的冲刷破坏。跟实管钻孔对“砂窝”地层仍有很大的破坏,压水结果不能反映客观实际,要反映“砂窝”地层的实际透水情况,在钻孔过程中必须对地层原状加以保护。

(五)稀泥浆护壁钻孔

稀泥浆护壁钻孔,虽然能较好地保护地层尤其是“砂窝”地层不被挠动和破坏,钻孔速度也较快,压水吕荣值也能满足设计要求,解决了“砂窝”地层的成孔问题,但压水结果不真实,专家强调不能推广泥浆护壁钻孔。

三、小口径全断面钻孔、静水头压水工艺试验施工

由于以上方法均不能很好解决帷幕检查孔施工问题,专门召开了第三次专家咨询会议,会议肯定了保护地层原状的意见,同时指出要打破单一工艺的局限,采用综合工艺的新思路。参建各方通过认真的分析、讨论专家意见,形成了新的帷幕灌浆检查孔施工工艺,即:小口径全断面清水钻孔静水头压水试验扩孔下套管护壁小口径全断面继续清水钻孔的工艺。

(一)施工要求

1.根据专家咨询意见及设计文件要求,高程635m以上孔段不得使用泥浆,高程635m以下孔段可采用适宜的钻孔方法钻孔。

2.段长划分:根据地层及现场的实际情况决定。

3.检查孔施工在单元灌浆结束28天后进行。

(二)施工工艺

工艺流程见下图:

1.钻孔。高程635m以上采用跟管和外平同径钻杆清水回转钻孔,高程635m以下采用合宜的方法钻孔,若条件允许,也可采用高程635m以上的方法继续钻孔。

2.压水试验。(1)采用静水头压水试验。静水头取值10m,地下水位以库水位为准:当地下水位至孔口的距离大于10m时,静水头水位线取孔口平;当地下水位至孔口的距离小于10m时,静水头水位线以高出孔口2m为宜。(2)除跟花管不需要钻孔冲洗外,其它钻孔方法均需进行钻孔冲洗。在静水压力不能保证冲洗效果的情况下,换用压力脉动冲洗或其它冲洗方法,以保证压水结果的可靠性。(3)采用小口径全断面钻孔静水头压水试验扩孔下套管护壁小口径全断面继续钻孔的方法进行,具体的做法是:使用SGZ-ⅢA型钻机和Φ60mm的复合片钻头与Φ50mm外平等径钻杆,清水钻孔,钻孔过程中不起钻;当钻至段底时,将钻杆上提50cm进行钻孔冲洗,直到回水变清,并无沉碴;将流量表接在进水管上,并与钻杆连接,从钻杆内进水进行压水试验,在进水管上控制进水量保持孔口水位。每5min测记一次流量。(4)吕荣值的计算:第一段采用跟管钻孔,根据注水量直接进行吕荣值计算,其下各段若继续采用跟管钻孔,则为综合压水,即第二段压水流量值Q2减去第一段压水流量值Q1作为第二段的透水率q的计算值;若采用外平同径钻杆回转钻孔,计算时,用该段的压水流量减去上段扩孔下入套管后的压水流量值作为该段透水率q的计算值。以下各段依次类推。(5)压水流量稳定标准:在稳定的水头下,每5min测读一次压水流量,连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%,或最大值与最小值之差小于1L/min时,本段静水头压水试验即可结束,取最终值作为计算值。

(三)检查效果分析

小口径全断面清水钻孔、静水头压水试验压水吕荣值见表1:

由表1可知,所有段次的压水吕荣值全部满足设计要求,其中,最大吕荣值为5-J-1第二段,吕荣值为11.2Lu;最小为E-J-1第三段,吕荣值为1.0Lu,采用这种工艺施工没有再出现孔内注水不满的情况,说明这种工艺能较好地保护地层原状,适合在这种特殊地层中使用。另外,这种钻孔方法和地下水位以上的冲击钻孔的方法一样,保护了地层原状,而且冲孔能够返清并基本没有沉淀,所以说这种方法取得的压水吕荣值是客观、真实的。

四、结语

小口径全断面钻孔、静水头压水试验压水工艺较其它钻进方法均具有成本低、劳动强度低、效率高、安全性好、压水试验值可靠的优点。从坝后漏水量观测结果看,灌后年漏水量是灌前漏水量的7.25%,进一步验证此种钻孔压水试验工艺的合理性,此种帷幕灌浆检查孔施工新工艺的成功应用,为类似地层帷幕灌浆检查孔钻孔压水试验工艺做出了有益的尝试,有着较高的推广应用价值。

参考文献

[1]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(DL/T5148-2001)[S].北京:中国电力出版社,2002.

作者简介:钱莉(1975-),女,安徽枞阳人,中国水利水电第十一工程局有限公司工程师,研究方向:水利施工技术及管理。