孔口充填和控制灌浆结合治理堆石坝坝体变形的方法与流程

本发明涉及到水利水电工程病险堆石坝坝体加固的技术领域，更加具体来说是孔口充填和控制灌浆结合治理堆石坝坝体变形的方法。

背景技术：

我国上世纪50-70年代特殊历史时期建设的堆石坝，限于当时的施工技术水平，大部分大坝坝体碾压不密实，甚至人工堆砌，未进行碾压，从而导致坝体空隙多、孔隙率大，致使坝体持续变形，且变形较大，长期不收敛。由于坝体持续变形，将导致防渗系统反复破坏，危及大坝安全，因此控制坝体变形是解除堆石坝险情的根本。

对于空隙多、孔隙率大的堆石坝坝体，目前工程加固措施多是直接通过钻杆灌注浓浆或通过钻杆灌注流态水泥砂浆，以减小堆石体孔隙率。上述两类方法均存在通过钻杆灌注浓浆，浆液扩散半径不易控制、耗浆量大等问题。通常情况下，坝体下部极易充填灌注过量，近似形成实体结构，而坝体上部空隙却不能有效充填灌注，致使大坝坝体自重增加较多，从而增加提高坝基抗变形能力的工程措施；而通过钻杆灌注流态水泥砂浆等粗粒材料，存在灌注效率低，坝体空隙充填不均匀，易导致钻杆堵塞等诸多问题。

对于高度不超过30.0m的坝体，采用振冲加密也能减小坝体孔隙率，但存在施工进度慢，工程投资大等问题。目前对于高度超过30.0m的坝体，振冲加密难以有效减小坝体孔隙率，从而控制坝体变形。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出孔口充填和控制灌浆结合治理堆石坝坝体变形的方法，其弥补原坝体的填筑质量缺陷，改善坝体变形特性，提高坝体的抗变形能力。

本发明孔口充填和控制灌浆结合治理堆石坝坝体变形的方法，其特征在于：它包括如下步骤；

①、在坝体的坝顶面使用钻机进行钻孔，保证相邻的横向和纵向之间的钻孔间距为2-6米；

②、使用钻机在坝体顶面自上而下分段进行钻孔，每个钻孔每次钻进的深度为3-6米；

③、在钻孔进口的坝顶面上，将原有的钻杆的一段上安装一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置，同时将钻杆的头部伸入到每次钻进的深度为3-6米的钻孔内；所述的一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置将坝面附近的堆放的水泥砂浆与砂料按照水灰比0.5:1进行充分均匀搅拌，保证钻杆中水泥砂浆的喷射压力为1.5-2.0Mpa，搅拌完成后的高流态砂浆顺着钻杆孔喷射填充到坝体的空隙中；

④、在已经实施步骤③坝体的钻孔上，先将水泥、粉煤灰、膨润土为原料进行混合形成溶液，再将溶液与水按照水灰比0.7-1:1进行配比形成混合成的稳定浆液；同时保证钻杆的灌浆压力为0.1-0.1Mpa，向已经实施步骤③中的坝体的钻孔中进行灌浆；控制稳定浆液的扩散半径为2米；

⑤、将步骤②中的钻孔的基础上，继续使用钻机向下分段进行钻孔；每段的所述的钻孔的长度为3-6米，在每段所述的钻孔中实施步骤③-④的操作直至坝体的底面，使整个钻孔形成一个密实充填灌注桩为止。

在上述技术方案中：在所述的坝体的顶面上的横向和纵向的钻孔的灌浆孔布置顺序均采用间隔灌浆法。

在上述技术方案中：所述的一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置由主轴、螺纹连接体、辅助搅拌臂、竖向射浆孔、水平射浆孔、封闭板组成；在所述的主轴的上下两端均与钻杆通过螺纹连接体螺纹连接；四个所述的辅助搅拌臂在水平面上呈十字型焊接在内部为空腔结构的主轴的轴臂上，在每个所述的辅助搅拌臂的水平臂的中间开有竖向射浆孔,水平臂空腔和主轴空腔贯通，每个所述的辅助搅拌臂的垂直臂为实心结构，且垂直臂的尾部向内收缩；在所述的主轴中间的下方30毫米处设置有四个水平射浆孔，四个所述的水平射浆孔等间距环向布置在所述的主轴上；在所述的主轴的空腔内的尾部设置有封闭板，所述的封闭板与下端的螺纹连接体形成封闭结构，且在所述的封闭板的中间开有封闭板射浆孔。

在上述技术方案中：所述的主轴的直径为50毫米，长度为250毫米；所述的水平臂的长度150毫米，所述的垂直臂为60毫米；每个所述的竖向射浆孔和水平射浆孔的孔径均为5毫米，所述的水平射浆孔有四个，均位于所述的主轴中间的下方30毫米处。

在上述技术方案中：所述的水平射浆孔与主轴的轴心的连线与水平臂之间的夹角为45度。

在上述技术方案中：所述的封闭板为钢制材料制作而成，且所述的封闭板射浆孔孔径为5毫米。

在上述技术方案中：当使用钻杆与坝体竖向角度大于30度时，在坝体的上游坝坡上搭建操作平台。

在上述技术方案中：所述的钻机的每根钻杆的长度为3-6米。

本发明具有如下技术优点：1、本发明完成的充填灌注桩扩散半径可控，在坝体形成系列充填灌注桩，能有效控制坝体变形。

2、本发明施工过程持续、稳定、高效，不发生跑浆、漏浆现象，可连续持续施工，可不采用间歇、待凝等施工技术手段，使工作效率大为提高。

3、本发明与其他的充填灌注方法比较节约材料约30％左右，提高工作效率约25％，节约工程造价约20％。

4、本发明在某项目堆石坝除险加固工程中成功应用，经检测充填灌注有适宜的胶结强度，弥补了原坝体的填筑质量缺陷，大坝施工完成近5年，运行时坝体未发生变形。

附图说明

图1为本发明坝体填充灌注的剖视图。

图2为钻孔平面布置图。

图3为本发明中的一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置剖视图。

图4为本发明中的一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置俯视图。

图中：坝体1、钻孔1.1、射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置2、主轴2.1、螺纹连接2.2、辅助搅拌臂2.3、水平臂2.3.1、垂直臂2.3.2、竖向射浆孔2.4、水平射浆孔2.5、封闭板2.6、封闭板射浆孔2.7、砂料2.8。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1-4所示：本发明孔口充填和控制灌浆结合治理堆石坝坝体变形的方法，其特征在于：它包括如下步骤；

①在坝体1的坝顶面使用钻机上进行钻孔，保证相邻的横向和纵向之间的钻孔1.1间距为2-6米(最优的间距为4米)(图1中的L)；

②使用钻机在坝体1顶面自上而下分段进行钻孔，每个钻孔1.1的深度为3-6米(图1中的H)；所述的钻机采用金刚石地质钻机(比如XY-2PC型钻机)，钻头采用金刚石破芯钻头；

③在钻孔进口的坝顶面上，将原有的钻杆的一段上安装一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置2，同时将钻杆的头部伸入到深度为3-6米的钻孔1.1内(最优的钻孔1.1深度为3米)；所述的一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置2将坝面附近的堆放的砂料和喷射的水泥浆按照水灰比0.5:1进行充分均匀搅拌，钻杆中水泥浆的喷射压力为1.5-2.0Mpa，搅拌完成后的高流态砂浆(图1中的密实填充部分)顺着钻杆孔喷射填充到坝体1的空隙中；

④在已经实施步骤③坝体的钻孔1.1上，先将水泥、粉煤灰、膨润土为原料进行混合形成溶液，再将溶液与水按照水灰比0.7-1:1进行配比形成混合成的稳定浆液；同时保证钻杆的灌浆压力为0.1-0.1Mpa，具体压力应通过现场试验确定(图1中的斜线填充部分)；向已经实施步骤③中的坝体的钻孔1.1中通过钻杆灌注；控制稳定浆液的扩散半径为2米较为合适；

⑤将在步骤②中的钻孔1.1的基础上，继续使用钻机向下分段进行钻孔；每段的所述的钻孔1.1的长度为3-6米(最优的长度为3米)，在每段所述的钻孔1.1中实施步骤③-④的操作直至坝体1的底面，使整个钻孔1.1形成一个密实充填灌注桩为止。

在所述的坝体1的顶面上的横向和纵向的钻孔1.1的灌浆顺序均采用间隔布孔灌浆法，即喷射完一个钻孔1.1之后，间隔一个钻孔1.1，再对下一个钻孔1.1进行喷射灌浆，无论是横向灌浆还是纵向灌浆上均间隔一个钻孔1.1。

所述的一种射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置2，在它的四周堆放有砂料2.8，它包括主轴2.1、螺纹连接体2.2、辅助搅拌臂2.3、竖向射浆孔2.4、水平射浆孔2.5、封闭板2.6；在所述的主轴2.1的上下两端均与钻杆通过螺纹连接体2.2螺纹连接；四个所述的辅助搅拌臂3在水平面上呈十字型焊接在内部为空腔结构的主轴2.1的轴臂上，所述的辅助搅拌臂2.3呈字型，在每个所述的辅助搅拌臂2.3的水平臂2.3.1的中间开有竖向射浆孔2.4，每个所述的辅助搅拌臂2.3的垂直臂2.3.2为实心结构，且垂直臂2.3.2的尾部向内收缩；在所述的主轴2.1中间的下方30毫米处设置有四个水平射浆孔2.5，四个所述的水平射浆孔2.5等间距环向布置在所述的主轴2.1上；在所述的主轴2.1的空腔内的尾部设置有封闭板6，所述的封闭板2.6与下端的螺纹连接体2.2形成封闭结构，且在所述的封闭板2.6的中间开有封闭板射浆孔2.7(参照图3所示)。

所述的主轴2.1的直径为50毫米，长度为250毫米；所述的水平臂2.3.1的长度150毫米，所述的垂直臂2.3.2为60毫米；每个所述的竖向射浆孔2.4和水平射浆孔2.5的孔径均为2.5毫米。

所述的水平射浆孔2.5与主轴2.1的轴心的连线与水平臂2.3.1之间的夹角为2为45度(图4中的a角度即为45度)。

所述的封闭板2.6为钢制材料制作而成，且所述的封闭板射浆孔2.7孔径为2.5毫米。

本发明的中的砂浆浆液的具体流经过程如下；将本发明安装钻杆中，即替换钻杆的一部分。带压的水泥浆流经主轴2.1的轴心管一直至最下端的封闭板2.6，少量水泥浆由封闭板2.6上的封闭板射浆孔2.7流到下方的钻杆中，湿润钻孔，由于封闭板射浆孔2.7较小，并未减小水泥浆的压力，带压力的水泥浆由水平射浆孔2.5和竖向射浆孔2.4喷射至砂料2.1中，由于射流搅拌充填粗粒料坝体空隙的装置2随钻杆同步转动，水泥浆随钻杆搅拌砂浆。

整个待灌浆的水泥浆中的另外一部分水泥浆，由主轴2.1的环空管道流到辅助搅拌臂2.3上的竖向射浆孔2.4和位于主轴2.1上的水平射浆孔2.5，因为在所述的辅助搅拌臂2.3的附近都堆放有砂料8，水泥浆由竖向射浆孔2.4和水平射浆孔2.5射出，并喷射到砂料2.8上，此时的四个辅助搅拌臂2.3转动将水泥浆和砂料2.8充分混合，形成高流态水泥砂浆，并由主轴2.1的外壁的流道(图中箭头标识)流到需要充填的坝体1的空隙上。

当使用钻杆与坝体的竖向角度大于30度时，在坝体1的上游坝坡上搭设操作平台；所述的钻机的每根钻杆的长度为3.0米，即每根钻杆的长度和每节钻孔1.1的深度相匹配。

上述未详细说明的部分均为现有技术。