关于纯压式帷幕灌浆施工中气囊式胀塞的问题

气胀塞的使用：
表2：HPP56/100-500型气胀塞主要配件表
名称 规格 单位 参考单价(?) 备注
气胀塞 HPP-56/110-500 套 678 Φ56-110mm；长500mm
接头套件 套 18
专用气胀塞充气管 D6/4mm 100m 263 PN 60Bar
气泵/手泵 100Bar 套 1202 带充气罐、压力表、减压阀等
压力表 100Bar
现场施工使用的2套HPP56/100-500型单腔气胀塞是由法国LMT公司生产的，它适用于孔径为56-110mm的钻孔，最大充气压力为1.5-12.5Mpa。工作压力为灌浆压力的1.5倍。它与机械胀塞相比最大的特点是可以置于孔内任何位置以封闭灌浆段。它还包括表2所示的一些主要配件。
气胀塞由中空钢制芯管、外裹充气囊、充气管接头、充气管、加压气泵（或手泵）、压力表等组成。其外形如图2所示。
外裹充气气囊由加强钢丝网及天然橡胶或SBR橡胶加工而成，所以它只能通过无害气体或水来加压（在寒冷地区使用，水中还需加入防冻剂），而不允许使用油。一般加压气体采用压缩空气或氮气。
在气胀塞的使用过程中，主要注意以下事项：
1． 避免在孔径大或软弱地层中使用，以免气囊变形过大，影响其塑性及韧性。
2． 在孔口段最好代以机械胀塞，避免孔壁钢筋头及不平破损面撕裂气囊表层橡胶。
3． 气囊平时贮存在避免高温、太阳直射，同时还要通风环境的环境，以免加速橡胶的老化。
根据在罗斯法水坝工程中的使用情况。在正常使用状况下，平均每个胀塞的使用次数不低于1000次。胀塞的破损通常为外层气囊表皮破裂，它可以单独拆卸更换，正常使用状态下，气囊的使用次数不会低于500次。

质量检查：
压水试验结束后，检查孔的封堵不论其压水试验的吕容值LU是否小于设计要求的3，均采用与帷幕孔灌浆一样的方法，自下而上每5m一段进行灌浆封孔。这样对帷幕又进行了一次全面的补灌及加密，大大提高了帷幕的可靠性。事实上，从后期所进行的27个倾斜检查孔（检查帷幕宽为12m，倾角为74°-77°）的压水试验结果来看，100％均满足不大于3 LU的设计要求，其中54.7％的结果不大于1LU，86.8%的结果不大于2LU。

质量检查过程中出现的问题及处理方法：
1. 钻孔过程中，孔口不返水。
采用地质钻湿式钻孔，在部分地质条件不太好的区域，部分I序孔钻孔时，出现孔口不返水的现象。说明地下有较大的裂隙。如果在种情况下继续钻孔，一方面会使钻头温度迅速升高，烧损钻头；另一方面钻孔产生的粉尘会堵塞微小裂隙，影响随后的灌浆质量。有这种情况下，采用先行灌浆漏水段，达到灌浆标准后，再待凝6-8h。重新钻孔直到设计孔深，再自下而上分段进行灌浆。如果在随后钻进过程中，还出现漏水现象，采取同样的措施进行处理。
2. 岩层大量漏浆，每段吸浆量超过5000L，或无法施加灌浆压力。
在灌浆过程中，出现掉钻（通常10-20Cm）现象说明有大的裂隙存在。灌浆时吃浆量会相当大，甚至出现进浆管压力表读数持续为零的情况。这时，采用以下两种方法来处理：
（1）水泥浆冲砂灌浆
粒径小于3mm的纯净砂加入孔口搅拌槽1:1的水泥浆中，通过胶管从孔口自流注入，直到孔口返浆为止。在注入5000L砂浆后，孔口尚未返浆时，则停止注入砂浆，待凝6-8h后，扫孔灌浆，如果灌浆状况没有改变，再注入水泥砂浆，如此反复，直到水泥砂浆注满全孔，再扫孔进行最后一次水泥粘土浆灌浆。但值得一提的是，砂一定要加入水泥浆中，而不能直接在孔口加入，以免出现卡孔，而导致看起来已被堵上的假象。现场左岸坡G22A帷幕孔在灌浆过程中，加入纯净海砂，流动性较好的水泥砂浆注入孔后，在约3600L后出现返浆，后扫孔重钻后再次进行灌浆。从后期对应位置C24检查孔压水试验的结果来看，吕容值为2.13，达到了设计要求。必要时还可以加入一定量的速凝剂。山东岸堤水库工程基础帷幕灌浆过程中采用了用搅拌机拌和相应浓度的速凝水泥浆液（水泥中掺加２％左右的氯化钙），通过送浆机用胶管从孔口注入，达到了快速堵漏的目的，效果比较明显。
（２）清水冲填级配料灌浆
在注入5000L砂浆后，孔口仍未返浆时，也可接着注入最大粒径不大于25mm级配良好的石料加水进行封堵。级配料加水后要混合均匀、流动性较好。现场右岸R7帷幕孔在灌浆过程中，注入水泥砂浆5000L后，仍没有明显的效果，后采用加入粘土心墙坝2-1型反滤料，注入约4000L后，又注入1100L水泥砂浆，达到了封堵孔洞目的。从后期对应位置C9检查孔的压水试验结果来看，吕容值为1.06，达到了设计要求。
灌入砂及级配料的目的是先堵住大的渗漏通道，然后再进行灌浆形成防渗帷幕。如果按某些项目要求的不允许中止灌浆、不允许灌注级配料、不限制灌浆量等而持续灌浆直到满足结束标准为止的规定，耗用的水泥量将会相当惊人，以至于在下游几公里处竟发现水泥浆渗露通道。这样做是完全没有必要的，一方面，灌浆耗时、耗材，加大了资金投入，而且也影响了施工进度；另一方面，这样施工达到灌浆结束标准后，形成的不是防渗帷幕（“帷幕”　的本义是围在四周的布幕；《资治通鉴》中讲-悬挂起来用于遮挡的大块布、绸、丝绒等裹以帷幕），而是远远大于坝底宽度的防渗厚壁。也许这样做，有利于帷幕的永久性。试想一个水工建筑物的寿命一般为50年，就算有500年寿命的防渗幕墙又有什么用呢？
3. 地表冒浆。
地表冒浆主要是由于出现地面连通裂隙，而灌浆压力又较大的情况。右岸山坡及左右岸平台灌浆时由于地面无砼压重，在天然地面直接进行钻孔灌浆时均多次出现在地表冒浆的现象。无压重的裸露地面灌浆，现场由于工程布置，地表5m无挡水要求，均进行了自流式注浆封孔，而未加压进行灌浆。在两岸坡段在帷幕灌浆前也进行了坝基固结灌浆。地表冒浆后，采用降低压力，间隙15分钟多次反复脉动加压的办法均达到了设计的灌浆结束标准。
4. 钻孔内返沙，不成孔。
左岸640平台G26A帷幕孔在钻孔过程中，孔深4-16m范围内孔口大量返砂，致使孔径扩大，无法下塞灌浆。这说明遇到了影响成孔的地下砂层，后采用将钻杆伸到孔底，停钻并不断供水通过孔口返水将砂带出，大约持续2h后，孔口返水基本干净，然后通过伸入到钻底的钢管注入0.6:1的浓水泥浆，待凝12h后形成结块，重新在结块中钻孔、灌浆，取得了明显的效果。
5. 压力表读数不稳。
灌浆泵的加压方式类似于砼泵，为不连续加压。所以压力表的读数很不稳定。尽管大多数灌浆泵内均设有钢球稳压装置，但压力表读数还是不很稳定。现场施工过程中，按照埃及籍监理工程师的建议制作了如图4所示的简易稳压装置，取得了明显的效果。该装置在灌浆时使用不很方便，浓浆易于堵死调压腔，但在压水试验时，效果却相当明显。加压时，压力表指针只有轻微的跳动，方便于准确读数并进行有效的压力控制。

防渗帷幕：
防渗帷幕根据前期沿坝轴线的钻孔勘测及压水试验结果，确定了吕容值LU（Lugeon,单位为L/Min•M•Mpa）=3线。左岸坡及河槽段岩石完整性较差，帷幕钻孔为三排，梅花型面孔，孔距3×1.5m；右岸坡、右岸坝顶平台、位于右岸坡的溢洪道岩石完整性较好，帷幕钻孔为二排，孔距为3×1.5m；溢洪道右侧的右岸山坡未设灌浆平洞，直接在山坡上钻孔灌浆，布置单排孔，孔距为12m。
孔序布置为5孔一组，按I、II、III序孔的顺序进行施工。
防渗帷幕孔设计总数为289个，总长11550m；检查孔共27个，总长1241m。

施工工艺：
由于该水坝位于石灰岩地区。在施工初期，对地质情况没有较大把握，再加上现场施工人员对采用气胀塞自下而上灌浆的施工工艺一直持怀疑态度，故前期在右岸溢流堰平台帷幕灌浆采用了国内比较成熟的施工方法-“孔口封闭法”。在完成灌幕量约1800m后，由于单孔耗浆量太大（平均吃浆量达到了8.4t/m），咨询工程师做出暂停帷幕灌浆，待有关专家鉴定再进行施工的决定。在中途帷幕停止施工的50天时间内，咨询工程师与我方技术人员就灌浆方法及成果进行了多次反复讨论，最终采用了一次成孔，自下而上气胀塞封堵灌浆的方法。相邻灌浆段之间的施工连续进行，无需待凝。如此，某一段灌浆时其下已灌段同样也继续受压；整个孔段灌浆结束后无需闭浆；灌浆孔内不设回浆管，在孔外进浆管分设回浆管（靠近压力表），该回浆管装有阀门以控制灌浆压力。
进行帷幕钻孔、灌浆的主要设备包括：地质钻机、钻头、钻杆、岩芯管、扩孔器、水泥浆高速搅拌机、膨润土搅拌机、水泥浆搅拌机、灌浆泵、气胀塞等。
钻孔分别采用重庆钻机厂生产的XY-2及XY-2PC（廊道内钻孔使用）地质钻机，开孔1m采用φ75mm的金刚石扩孔器，钻头采用硬度25-30，φ59mm的单管孕镶式金刚石钻头，并配有1.5m长的岩芯管。灌浆采用河北生产的KBY-50/70型灌浆泵。全部钻孔施工使用净水循环，在钻孔过程中返水浑浊，钻孔结束后并没有进行专门的钻孔冲、洗。灌浆分段长度为5m，在现场施工过程中基本均未突破该段长。自下而上分段和灌浆压力见表1。
表1：灌浆压力表
段位（m） 60-15 15-10 10-5 5-0
段长（m） 5 5 5 5
灌浆压力（bar） 30 10 6 4
浆液按水泥含量不同分为2:1, 1:1, 0.8:1, 0.6:1 四种。在灌浆过程中，浆液的配比从2:1开始制作，当单位时间吸浆量大30L/分钟时，改变配比到1:1；以此规律递变，直到0.6:1。0.6:1为最终配比，不再变化。施工过程中严格按2:1，1:1, 0.8:1, 0.6:1的步骤变级，严禁越级变浆。
如单段（5m）吸浆量低于2L/分钟并持续10分钟，将视为已被拒绝。如果拒绝压力持续了10分钟，灌浆则被视为结束。如单段吸浆量大于5000L，则暂停灌浆，待凝8-12h后，扫孔重灌。如果第二次吸浆量仍大于5000L，采用水泥浆冲砂灌浆，如果漏洞仍不能堵上，再采用清水充填级配料进行封堵，然后再采用正常浆液进行灌浆，直到达到结束标准为止。
灌浆使用的水泥为当地生产的熟料成份不低于65%的425硅酸盐水泥。膨润土在专门的搅拌槽中加水浸泡不低于24h完全水合作用后，按与水泥的重量比1:0.03的比例掺入水泥浆。如此，一方面增强了水泥浆的稳定性；另一方面改善了水泥浆的流动性，在集中制浆站向灌浆孔的较长距离输浆过程中，避免堵塞输浆管路。在该工程中使用的膨润土为商品膨润土，参数符合如下要求：
--- 筛选分析： 100%通过0.08mm筛；
--- 最大湿度： 10%；
--- 粘度： 18-30 S；
--- 塑性指数： > 400%；
--- 流动性限度： > 500%
--- 制浆能力： > 3 m3/t 　
浆液中未添加任何外加剂。
帷幕形成后，在灌浆廊道内又加设了一道接触灌浆。接触灌浆的布设如图1所示。廊道内除两岸垂直于坝轴线的平段外两侧均布设接触灌浆孔。孔口距廊道底板高度为1.0m。相邻孔之间的水平距离为3m。两侧孔相对位置为平行布置，以方便施工。灌浆压力为0.3Mpa，浆液配比为2:1。当吃浆量大于50L／分钟时，则改变配比为1:1。灌浆结束标准与帷幕灌浆一致。两侧孔均向下倾斜，倾斜坡度为5:1，即与水平面夹角为11°。设计为穿透两侧岩石开挖面1m。在设计过程中，根据开挖后每隔12米所测的廊道开挖典型断面回归出上、下游的开挖轮廊线，以此来确定各设计桩号的接触灌浆孔孔深。在具体的施工过程中，钻到设计孔深后均需观察岩芯情况，确定其是否已到达岩石面以下1m，如果现场情况与设计深度有一定出入，则调整孔深保证其嵌入岩石至少达到1m。
采用气囊式胀塞后，钻孔灌浆进度明显加快。集中制浆，投入四台钻机、二台灌浆泵的情况下、每月可完成钻孔灌浆1600-2100m，日平均进度达到62-81m/工作日比原先采用的孔口封闭法日平均进度18-26m/工作日提高了约200％。