浅谈帷幕灌浆孔口封闭灌浆法

（转载）浅谈帷幕灌浆孔口封闭灌浆法
1.概述
1982年，乌江渡大坝坝基帷幕灌浆使用孔口封闭灌浆法取得成功。此法优点为：①孔内不需下入灌浆塞，施工简便，可以节省大量时间和人力；②每段灌浆结束后，不需待凝，即可开始下一段的钻进，加快了进度；③多次重复灌注，有利于保证灌浆质量；④可以使用大的灌浆压力等。近十年期间，各地许多工程相继采用此法施工。
2.孔口封闭器的构造和工作原理
2.1 孔口封闭器的构造
现在可使用的孔口封闭器是在原孔口封闭器基础上改进的。改进型孔口封闭器是采用Ф９１mm铁砂钻头料和Ф１１０mm圆钢及高压接头经加工焊接而成，主要由三部分组成：①孔口封闭器基座；②压盖；③橡胶圈。孔口封闭器高２６０mm，上部外径Ф１１０ mm，下部外径Ф９１mm，压盖外径Ф１１０mm，内径Ф５５mm，具体构造见剖面图１－１；橡胶圈高度５０mm，外径Ф７５mm，内径Ф５０mm。
2.2 工作原理
　　改进型孔口封闭器是利用橡胶圈的弹性和韧性在压盖压力作用下膨胀抱紧灌浆管，封闭孔内浆液形成孔内循环，并在钻机动力作用下使灌浆管在孔口封闭器中心灵活转动和升降、且不漏浆。从而使灌浆管像搅拌棒一样搅扰孔内流动浆液，改变浆液流态，缓解浆液凝结速度，达到克服固管的目的。升降灌浆管可以降低浆液的内聚力，刮涮粘附在孔壁和灌浆管壁上的水泥浆，在搅拌作用下迫使其液化分解参与新浆中循环，起到克服固管的作用。改进型孔口封闭器的安装使用很简单：当每灌浆孔段造孔结束后，提出钻具。配好灌浆管(一般采用Ф５０mm平头钻杆作为灌浆管)下至孔底，然后把孔口管护丝冒御下，再逐个套入孔口封闭器基座、橡胶圈、压盖。基座与孔口管上紧后，灌浆管提离孔底５０cm，把橡胶圈压入基座，上紧压盖。连接高压胶管，开动钻机对好前车，孔口封闭器安装完毕。连接循环管路，架冷却水管，开泵开始灌浆。
3. 孔口封闭器灌浆工艺评述
3.1 孔口封闭灌浆法是一套完整的施工工艺，有其独特的技术要求。但有些工程采用此法时，不是全套学习应用，而是零星选取，施工工艺中存在这样或那样问题，例如：①不埋孔口管，不用孔口封闭器，而是在每段灌浆时，均使用灌浆栓塞卡紧在孔口以下同一深度处；②不下入灌浆管(或射浆管)或灌浆不下到孔底；③钻孔孔径较大；④每段灌浆结束标准要求不严等，影响灌浆质量。
3.2 孔口封闭灌浆法适用的范围：孔口封闭灌浆法应采用较小的孔径，采用孔口封闭灌浆法时必须埋设孔口管。由于灌浆压力大，故要求孔口管必须镶铸牢固，绝不允许孔口管四周有漏、冒浆现象。孔口管埋入岩石中的深度随使用的最大灌浆压力而定，见表供参考。

表孔口管埋入岩石中的深度
最大灌浆压力(MPa) 3 4 5 6
孔口管埋入岩石中深度(m) 1.0 1.5 2.0 2.0～2.5

3.3采用孔口封闭灌浆法施工，主要缺点就是灌浆管容易在孔内凝住。灌注浓浆时间较长时，尤易发生。为此必须使用性能良好的孔口封闭器，因为在灌浆过程中需要经常转动和升降灌浆管，防止其在灌浆孔内被水泥浆凝住。
由表可以看出：乌江渡和隔河岩大坝是在第四段，即岩面以下5～10m段，就开始使用了最大灌浆压力；龙羊峡大坝也是在第四段，即岩面以下4.5～9.5m段，开始使用最大灌浆压力；而东风大坝虽也是在第四段，但是在岩面以下10～15m段，开始使用最大灌浆压力。各工程不完全一致，通常都是通过现场灌浆试验确定的。
表几个工程灌浆段的段长和灌浆压力实用情况表

段长(m) 岩石中
第一段
(孔口管段) 第二段 第三段 第四段 第五段 第六段
贵州省乌江渡大坝 2/1.0 1/2.0 2/4.0 5/6.0 5/6.0 5/6.0
湖北省隔河岩大坝 2/1.0 1/2.5 2/3.5 5/5.0 5/5.0 5/5.0
青海省龙羊峡大坝 2/1.5 1/2.0 1.5/3.0 5/6.0 5/6.0 5/6.0
贵州省东风大坝 2.4/1.0 2.6/2.5 5/3.5 5/5.0 5/5.0 5/5.0

3.4 采用孔口封闭灌浆法时，由于各工程的地质条件和目的、要求不同，故先导孔和灌浆孔内各灌浆段钻孔冲洗、裂隙冲洗、压水试验或简易压水的做法可能有所不同，对此不宜进行统一规定。设计和施工单位可以根据工程实际情况。 一般常用的原则和做法如下，供参考：
(1) 灌浆孔内各灌浆段灌前仍宜进行钻孔冲洗；
(2)先导孔仍应自上而下分段进行压水试验，采用单点法，按附录A执行。可以采用孔内卡塞法或孔口封闭灌浆法；
(3)灌浆孔各灌浆段灌前仍宜进行简易压水；
(4)压水试验或简易压水可以和裂隙冲洗工序结合进行；
(5)采用孔口封闭灌浆法进行压水试验或简易压水，在计算透水率时，段长值应取未灌段岩石的长度，不包括已灌段在内。
对高压灌浆来讲，最重要的是在灌浆过程中应注意控制压力。压力与注入率必须相适应。由于上抬力与灌浆压力P5/3和注入量V2/3成正比，见公式，而注入量值又和注入率直接相关，高压灌浆使用的灌浆压力大，为防止上抬力过大而引起地面抬动，必须限制与其相应的注入率。
Fmax＝0.31Pmax5/3Vmax2/3/C2/3
式中 Fmax——最大上抬力；
Pmax——最大灌浆压力；
Vmax——最大注入浆量；
C——浆液的内聚力。
另外，这样施工也可以防止浆液扩散范围过大，造成浪费；同时，还可以防止“长时间低压灌浆，最后高压结束”的施工情况。孔口封闭灌浆法每段灌浆都是全孔受压施灌，因而浆液远窜的可能性和地面抬动的危险性大，必须重视。
3.5 帷幕灌浆采用孔口封闭灌浆法施工，其浆液的比级和变换与常规压力灌浆法所用相同。在灌浆过程中当较长时间灌注浓浆时，灌浆管在孔内容易被水泥浆凝住。防止的主要办法，一是灌浆泵一定要保持良好的工作状态，有足够的排浆量，回浆管回浆量宜在15L/min以上，以保证孔内浆液很好地循环流动。另一是在灌浆过程中要经常转动和上下活动灌浆管，特别是在灌注浓浆期间，应加多转动的次数。转动灌浆管时应降低灌浆压力，而灌浆泵不停。灌浆管顶部必须安装能转动的水龙头。在转动灌浆管时，凭借司钻的经验若发现灌浆管活动有阻碍，应立即放开回浆管阀门，加大泵入量，加速浆液流动，藉以冲洗孔内欲将灌浆管凝住的水泥浆。必要时还可将浆液变稀。待灌浆管能正常活动后，再恢复原先灌浆状态继续灌注。若冲洗无效，应立即停止灌浆进行专门处理或提升灌浆管。
4.总结
采用孔口封闭灌浆法施工的又一特点，对灌浆结束标准要求严。主要目的是确保高压灌浆质量，否则将会由于灌浆段愈来愈长，影响新灌浆段的灌浆质量。同时，这也是在每段灌浆结束后可以不待凝的主要原因。在较长时间高压力作用下，灌入岩石裂隙内的水泥浆基本上已排水初凝，再钻进时钻孔用的冲洗水流对其已无影响，所以不需待凝。采用孔口封闭法灌浆，全孔灌浆结束后，应采用“置换和压力灌浆封孔法”封孔，以保证封孔质量。