分段阻塞水泥灌浆施工工法

分段阻塞水泥灌浆施工工法

中国水电基础局有限公司

赵存厚夏可风胡迪煜肖恩尚韩伟

1 前言

基岩灌浆有多种方法，按照卡塞的部位分为孔口封闭灌浆法和分段阻塞灌浆法。上世纪六十年代灌浆技术开始在我国得到发展，初期采用的是国外流行的分段阻塞灌浆法。由于当时我国灌浆塞技术不过关，阻塞效果不好，施工时经常出现卡塞、埋塞事故。自上世纪八十年代在乌江渡水电站的灌浆施工中首次成功采用孔口封闭灌浆法之后，分段阻塞灌浆法在国内长期停止了应用。随着国内材料技术和机械制造技术的提高，1996年中国水利水电基础工程局科研所研究制造了液、气压式胶囊灌浆塞和液压胶球式灌浆塞。

这两种灌浆塞自1996年在小浪底水利枢纽工程中开始研制并使用，之后又在向家坝水电站可利用岩体固结灌浆等工程中成功应用，在此之前国内没有同类的灌浆塞。国外有与液、气压式胶囊灌浆塞同类的产品，通过室内试验和小浪底工程中大量的灌浆实践证明，该灌浆塞与国外同类灌浆塞处于一个技术水平，但价格比国外产品低的多；液压胶球式灌浆塞在国外也未见同类产品。

这两种灌浆塞以其优良的膨胀性和可靠的阻浆效果使高压力下的分段阻塞灌浆法简单可靠，灌浆压力可达15MPa。

2 工法特点

分段阻塞灌浆法具有工效高、弃浆少等优点，我国八十年代以前的灌浆工程主要采用阻塞法，近20年来，由于孔口封闭法的推广，使用范围减少。但国外灌浆仍普遍采用此法。以前阻塞法灌浆主要使用的是机械塞，由于机械塞能适应的灌浆压力不高，安装灌浆塞的劳动强度较大，灌浆段的封闭效果也不理想，灌浆时容易发生绕塞返浆现象而引发孔内事故。随着材料和工艺技术的进步，液、气压式胶囊灌浆塞和液压胶球式灌浆塞的相继出现并不断完善，其性能的不断提高使得阻塞法灌浆的缺点越来越

少、优点越来越明显。

不同型式的阻浆塞都有各自的适用范围和特点，主要根据岩石性质、卡塞深度、灌浆压力等分别选用。传统机械式阻浆塞一般只适用较低压力的灌浆，且不太适合较深的灌浆孔。液、气压式胶囊灌浆塞和液压胶球式灌浆塞可适应较高灌浆压力，并自由调整灌浆段长。如果遇有较破碎的地层，可以适当加长或缩短灌浆段，将塞子卡在岩石相对完整的部位。采用自上而下灌浆法时，由于上部已灌段的透水性很小，可在卡好塞后向孔内注满水，通过孔口的水位变化判断灌浆段是否发生绕塞返浆。还可以通过管路在塞子顶部注水，避免绕塞返浆后发生埋塞事故。

液、气压式胶囊灌浆塞的囊体为钢丝胶囊。使用这种灌浆塞灌浆时，浆液通过中心灌浆管进入灌段。液体或气体通过专用塑料软管压入膨胀胶囊，使其膨胀。这种塞的囊体膨胀率高，一般可以膨胀至原直径的两倍以上，可以适应不同孔径的灌浆作业。

液压胶球式灌浆塞是将传统机械塞的螺杆部分代之液压活塞缸体。工作时，用手压泵将高压水通过高压小胶管送至液压缸体内，缸体伸长，将胶球压缩膨胀，达到分段密封的效果。

阻塞法灌浆的主要问题是如何有效解决绕塞返浆的发生。由于这两种灌浆塞膨胀率高，可适应灌浆孔超径和孔壁不规则的情况。塞子的长度一般为0.5～1m，可以有效防止绕塞返浆的发生。与传统的阻塞灌浆法相比，施工时具有故障率低、工期快、灌浆质量好等优点。

3 适用范围

分段阻塞灌浆法通常适合于岩石相对完整的地层，但对于较破碎地层，通过增加灌浆塞的长度也可以达到良好的灌浆效果，只是成本相对较高。

4 工艺原理

4.1液、气压灌浆塞基本类型与原理

液、气压式灌浆塞（图1）的膨胀力是由专门机具将压力水（油）、压缩气体通过管路施加到灌浆塞上产生的，一般都能承受较高的灌浆压力。液、气压式灌浆塞大体上可分为三类（表1），施工单位通常不能自行制作，需要工厂专业加工。

4.2液、气压胶囊阻浆塞的性能

4.2.1液、气压式胶囊纯压灌浆塞

液、气压式胶囊纯压塞有单塞和双塞双种。胶囊的内筋材料为钢丝胶囊。使用这种阻浆塞灌浆时，浆液通过中心灌浆管进入灌段。液体或气体通过专用塑料软管压入膨胀胶囊，使其膨胀。这种塞的囊体膨胀率高，一般可以膨胀至原直径的两倍以上，可以适应不同孔径的灌浆作业。

钢丝胶囊塞的外套卡在钢丝层上，扣押力大，结合牢固，在高压下不易脱塞，这是钢丝塞的特点之一，正常工作压力≤18MPa。钢丝塞的抗划破性能和抗刺破性能明显，使用寿命高。

4.2.2液、气压胶囊循环灌浆塞

液、气压胶囊循环塞与液、气压胶囊纯压塞的结构基本相同，所不同的是孔内灌浆管为同心双管，以适应浆液循环的要求。它不仅适用于稳定性浆液，也适用于非稳定的浆液。

4.2.3液压胶球阻浆塞

液压胶球阴浆塞是将原机械塞的螺杆部分代之液压活塞缸体，因而能适应较深的灌浆孔。其工作原理是，用手压泵将高压水通过高压小油管送至液压缸体内，液压缸体伸长，将橡胶球压缩膨胀，达到密封效果。灌浆结束后，消除缸内压力，缸体收缩，橡胶球恢复原状。

与机械式灌浆塞相同，其密封能力依赖于橡胶球的压缩膨胀性能。橡胶球的膨胀系数一般在1.25～1.4之间，如能选用性能优良的橡胶球，有效膨胀率可以大于1.5倍。由于液体产生的压力大于机械塞的膨胀压力，因此灌浆塞中的胶球数量可以比机械塞多，塞子的有效工作长度增加，所适应的灌浆压力和密封效果孔优于机械塞。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

施工工工艺流程见图5.1-1。

图5.1-1 施工工工艺流程图

5.1.1 自上而下阻塞灌浆法

自上而下阻塞灌浆法是指自上而下分段钻孔、分段安装灌浆塞进行的灌浆。

采用自上而下灌浆法时，各灌浆段灌浆塞分别安装在其上部已灌灌浆段的底部。如图5.1.1-1所示。

（a）（b）（c）（d）（e）（f）

图5.1.1-1 自上而下灌浆法

a—第一段钻孔；b—第一段灌浆；c—第二段钻孔；d—第二段灌浆；e—第三段钻孔；

f—第三段灌浆；1、2、3—施工顺序

5.1.2 自下而上分段落阻塞灌浆法

自下而上分段落阻塞灌浆法（也称上行式灌浆法）就是将钻孔一次钻到设计孔深，然后自下而上逐段安装灌浆塞进行灌浆的方法（图5.1.2-1）。

图5.1.2-1 自下而上灌浆法

a—钻孔；b第一段灌浆；c-第二段灌浆；d-第三段灌浆；1、2、3—施工顺序

5.1.3 综合灌浆法

综合灌浆法是在钻孔的某些段采用自上而下灌浆，另一些段采用自下而上灌浆的方法。

5.2 操作要点

5.2.1 定孔位

根据高计要求准确标出灌浆孔的位置，并进行复测。