水利水电工程的钻探与灌浆

分类：水利论文发表 时间：2012-11-15 11:25 关注：(1)

　　摘要：随着我国经济建设取得巨大成就，基础设施的建设也迈进了一个崭新的阶段，尤其是民生工程更是如此，因为它事关百姓切身利益，水利水电工程作为民生工程中的重中之重，当然也不例外。如何更好地保证水利水电工程的质量，就成为摆在我们面前的一个重要课题，钻探与灌浆是水利水电施工中最主要的技术之一，本文中就钻探与灌浆技术作了一个深入的探讨，希望对以后的水利水电工程建设有所帮助。

　　关键词：水利水电工程;钻探;灌浆

　　1.水利水电工程常规钻探

　　水利水电工程钻探与找矿、采煤钻探、石油勘探及其他类型的钻探均有所不同，在勘探目的、要求及钻进工艺和特点等方面都不一样。水利水电钻探的目的从定性方面来讲，要正确揭露水利枢纽建筑物下的岩性及产状，准确划分层位，评价其稳定性;从定量方面讲，要采取不同层位的原状样进行物理力学试验和水文地质试验，评价地层的承载力、区域稳定性和地层渗透性。从而准确评定大坝设计的合理性、稳定性、安全性和工程造价的可行性。

　　水利水电钻探施工中，必须要对作业环境进行一个全方位、多角度的了解，查明覆盖层的地质组成和厚度等情况，以利于制定合理的施工方案，确保钻探施工的顺利进行。

　　水利水电工程的常规钻探技术通常使用跟管清水钢粒钻进，这种钻探方法的特点是利用钢粒的冲击回旋力破坏岩土层结构，清水是冲洗液，钻探时套管要不断跟进前端，以保护钻探截面的完整性，对岩土层的取样由专门的卡料结构完成，清水作为冲洗液有利有弊，清水价格低廉，容易制备而且能对钻头前端工作部分进行水冷，以降低钻头前端产生的高温，但是清水同时也容易破坏卡料结构获取的岩土层试样，造成难以对水利水电工程施工环境的地质情况做一个准确的判断和分析，即使通过提取返回清洗液中的岩土残渣进行一定程度的补救，但是仍然难以对岩土地貌具体分布做一个判断。钢粒钻进时，冲洗液量的大小也要准确控制，过大造成钻探前端难以迅速推进，过小不利于提取岩土试样。常规钻探一般使用单管钻具，有几种常用口径，Ф168、Ф146、Ф127、Ф108、Ф89，采取这种钻探方式，设备损坏率较高，钻进进度也不快，每月推进50m是平均水平。针对这个弊病，有施工单位作出改进，修改了钻头的外形和尺寸，钻探效率明显提高。另外一种常见钻探方式是采用合金钻头，主要针对岩土层较硬的情况，根据岩土层情况适时调整压力、转速和冲洗液量大小可以缩短工期，提高效率，合金钻头孔径通常有Ф127、Ф108、Ф90和Ф76几种，钻具可以使用单管和双管两种。钻具的种类不断丰富，对于水利水电工程的钻探效率的提高打下了坚实的物质基础，我国在上世纪兴建的小浪底和三峡等大型水电站中成功运用不同钻具出色完成了硬、脆、碎不同地层的钻探就是很好的例证。

　　钻探时由于一些地质比较松散，钻探的同时要特别注意保护坑壁，如上提到的常规钻探中采用套管跟进的方法保护坑壁，套管口径一般较大，有Ф209、Ф168、Ф127、Ф108和Ф89五种常用口径。松散地质条件下的钻探施工不宜把钻头作为唯一钻探动力进行操作，可以对套管施加推力跟进。在西北或西南一些地质比较复杂的环境下极易出现大型孤石，单纯采用钻头钻探的方法极易损坏钻头，结合实际经验，要根据孤石的大小、位置采用合理的爆破技术打孔，但不能影响套管的安全作业。

　　2.水利水电施工中的灌浆工艺

　　灌浆技术是水利工程建筑物建设过程中一项基础施工技术。施工灌浆技术被广泛的运用到大坝坝基防渗和加固处理中,是提高大坝稳固性与安全性的重要技术措施。大坝与水库的地基是否稳固直接关系到水利工程的整体质量,一般情况下,需要进行进一步的处理后才能达到稳定与防渗的要求。

　　我国灌浆技术近期应用在近些年的基础上更具活力的继续向前发展,而无公害、耐久性好、适应工程各种苛刻要求且价格低廉的灌浆浆材的开发、应用和推广;灌浆技术的研究、改进和提高;灌浆设备、仪器生产的定型化、系列化、成套化、标准化和环保化及产品质量的持续改进和提高等必然是其发展方向。

　　根据不同的应用场合，灌浆工艺大致可以分为无塞灌浆技术、混凝土灌浆技术、诱导灌浆技术。

　　无塞灌浆技术是一项自上而下、循环式、不待凝、孔口封闭的灌浆技术，即钻一个比56mm帐幕灌浆孔大20mm的76mm孔，其孔长为1.5m～2.5m，不下入原来一套复杂的灌浆塞，而只下入一根钻杆或无缝钢管作为射浆管，以钻杆与于L壁之间的孔隙作为循环灌浆的回浆管。

　　混凝土灌浆工艺最早应用于坝体堵漏和加固工程中，然后随着建筑业的不断发展被迁移应用到土木工程的施工中，混凝土有着很好的防水抗震等特点，在水利水电工程中有着广阔的应用前景，全国范围内已有多个成功应用混凝土灌浆工艺建筑大坝和水利工程的先例。

　　诱导灌浆是一种比较特殊的灌浆工艺，它是利用电化学的原理根据施工要求设计适当的阻力来阻挡水利水电工程中岩层的侧压力，或者通过控制浆液的成分和温度等参数来控制浆液流动范围，以达到对水利水电工程基础设施的加固目的。

　　灌浆技术的质量控制要结合诸多方面：灌浆工艺的合理与否，操作人员的技术是否到位，工程强度特性等。灌浆工艺质量的大体控制方法是：根据工程既定目标进行现场勘验，然后召集技术人员讨论拟定适合的灌浆工艺，包括选择浆材，参考施工环境的温度分布、地质分布等，力争使灌浆工艺最大程度地契合工程特点。

　　⑴采用劈裂灌浆方式进行灌浆时，劈裂现象必然会首先发生在载体中垂直最小主应力的平面上。

　　⑵劈裂灌浆可以采用数值法和曲线法来表示灌浆载体中发生水力劈裂的条件并判别其性质。当流量与水头呈线性关系时，水在裂隙中呈层流状态，灌浆载体中未发生水力劈裂;流量与水头呈平方根函数时，渗流呈紊流状态，可能裂隙中发生了阻塞或裂隙中的充填料被压密;当流量的增长高于水流的增长时，表明渗流断面已被扩大，这是由于载体劈裂、裂隙充填物被冲走或裂隙变形等原因所致。

　　⑶吸渗作用是将化学浆液对低透介质的渗透，是由于浆液对载体的润湿能力和亲和力，并用接触角θ来表示浆液对载体的润湿。所以，当θ>90°时，浆液是载体的润湿相，亲和力F>0，具有吸渗作用;当θ<90°，无吸渗作用，必须借助外加压力来迫使浆液灌入。

　　某水库建于上个世纪70年代，完工于80年代，由于建库时的资金短缺和其它各种原因，造成最后虽然勉强竣工，但一直被列为险库。2001年批准实施加固施工，整个工程以输水洞地钻孔灌浆为核心项目，输水洞洞长230m，洞径2.0m，衬砌厚度30m，动身为完整坚硬岩石，洞顶地面为舒缓坡状剥蚀斜坡。根据现场地质情况，拟采用风钻造孔灌浆的方法。首先根据洞长和洞顶地形、地物，设计从进口到出口的钻孔位置，每个孔基座平整完后，要复测地面高程符合设计孔深无误方可开钻。当钻至设计孔深前要大水小压钻进，密切注意回水量和水色变化，细心掌握掉钻情况，钻至设计孔深后无漏水和掉钻现象时应测孔斜。灌浆塞可设置在孔口，亦可设置在洞顶以上2m的岩石部位，灌浆配比采用1:1和0.5：1两个比级，洞顶如有掉钻灌注时不起压，灌浆时可适当加入细砂，灌浆压力根据输水洞衬砌耐压值设定，达到灌浆压力后继续灌1h即可停灌封孔。完工后，进行充水试验，经现场勘查表明状况良好，说明该施工方案很好地结合了输水洞的地质情况和设备特点，极富成效。

　　同时，在灌浆系统的成本控制中，运用最优化手段解决费用开销问题，这对于工程监理来说是一个非常重要的环节，施工策略的总体目标是使灌浆效益最大化，也就是说在保证灌浆工艺水准的前提下，要尽可能缩减费用。但是缩减费用并不是盲目减少开支，而是削减不必要的开支，这需要科学的规划管理。需要注意的是，这里只要求负效益尽可能减少，而不是负效益最小。这是因为对于灌浆工程而言，最优解并不一定是理想的运用方法。假定施工控制的目标为已知，那么，在最优运用的策略下满足施工控制要求，就会使负效益为最小。

　　3.结语

　　综上所述，水利水电工程施工中，钻探与灌浆是非常重要的两个施工环节，很大程度上制约着水利水电工程的施工质量，钻探施工中，首先要认真了解岩层土质情况，必要时还要取样，然后根据分析结果制定合理的钻探方案，确保钻探工作的顺利进行。灌浆施工是一项复杂系统而又多变的综合性较强的过程，不仅要有先进的施工理念，还要根据工程结构合理实施灌浆工艺操作，努力降低对环境的污染，同时还要严格控制工程费用，相信通过合理制定工程预案，加强施工各个环节控制，水利水电工程可以得到更加科学、有效的建设，为其它水利水电工程的建设提供有价值的参考和借鉴。

　　参考文献

　　[1]勾文顺.浅谈水利水电地质中的钻探技术[J].施工技术，2009，(5).

　　[2]董炜，周升舟.水利水电工程灌浆施工技术[J].价值工程，2010，(11).