巖石壩基帷幕灌漿施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖石壩基帷幕灌漿施工方法，涉及帷幕灌漿施工領域，供一種能夠解決帷幕灌漿中的“回漿返濃”問題的巖石壩基帷幕灌漿施工方法。巖石壩基帷幕灌漿施工方法包括如下步驟：a、在巖石壩基內鉆出若干灌漿孔，在各個灌漿孔中選擇一部分作為水力壓裂孔，b、向水力壓裂孔內擠注壓裂液，壓裂液使水力壓裂孔的孔壁巖石產(chǎn)生裂縫；c、向水力壓裂孔內擠注帶有支撐劑的攜砂液，攜砂液可以使裂縫繼續(xù)向前延伸并支撐已經(jīng)壓開的裂縫，使其不閉合；d、向水力壓裂孔內注入頂替液，頂替液將攜砂液全部頂入裂縫；e、通過灌漿孔對巖石壩基進行普通帷幕灌漿操作。本發(fā)明將“水力壓裂”技術應用到帷幕灌漿中，改善巖石壩基可灌性。
【專利說明】巖石壩基帷幕灌漿施工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及帷幕灌漿施工領域，尤其涉及一種巖石壩基帷幕灌漿施工方法。
【背景技術】
[0002]水電行業(yè)中的帷幕灌漿是指在巖石或砂礫石地基中，用深孔灌漿方法建造一道連續(xù)防滲帷幕，以阻止或減少地基中地下水的滲透，并降低滲透水流對擋水建筑物的揚壓力。帷幕灌漿一直是水工建筑物地基防滲處理的主要手段。然而，隨著水電工程規(guī)模不斷增大，一大批200米級別以上高壩大庫工程陸續(xù)上馬，使得帷幕灌漿孔深、灌漿壓力越來越大，帷幕灌漿難度隨之增大。目前在帷幕灌漿中常遇到的問題有:灌漿過程中普遍出現(xiàn)的“回漿返濃”現(xiàn)象；地基承壓水涌水現(xiàn)象；局部地質缺陷造成的滲透耐久性問題等。其中尤以“回漿返濃”現(xiàn)象最普遍，對帷幕灌漿防滲質量(透水率)影響最大。
[0003]“回漿返濃”現(xiàn)象，普遍認為原因是由于巖體中廣泛存在的隱微裂縫發(fā)育，造成漿液中清水流失而水泥顆粒無法進入隱微裂縫造成。傳統(tǒng)處理方法多數(shù)側重于施工過程控制及工序改進或改變灌漿材料，例如增加一排帷幕灌漿孔、適當增大灌漿壓力、改用細水泥灌漿等。某些工程在采用細水泥灌漿后仍然無法能達到規(guī)范要求的滲透系數(shù)，而化學灌漿又由于造價昂貴、工期較長等原因無法大規(guī)模應用。因此，亟需引入一種新的施工技術解決帷幕灌漿中的“回漿返濃”問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是:提供一種能夠解決帷幕灌漿中的“回漿返濃”問題的巖石壩基帷幕灌漿施工方法。
[0005]為解決上述問題采用的技術方案是:巖石壩基帷幕灌漿施工方法包括如下步驟:
[0006]a、在巖石壩基內鉆出若干灌漿孔，各灌漿孔根據(jù)帷幕灌漿需要成排設置，在各個灌漿孔中選擇一部分作為水力壓裂孔，剩下的灌漿孔為普通灌漿孔；
[0007]b、向水力壓裂孔內擠注壓裂液，壓裂液對水力壓裂孔的孔壁巖石施加超過巖石破裂壓力的壓力使巖石產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)持續(xù)向水力壓裂孔內擠注壓裂液，裂縫繼續(xù)向巖石內部擴張；
[0008]C、向水力壓裂孔內擠注帶有支撐劑的攜砂液，攜砂液進入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫，使其不閉合；
[0009]d、向水力壓裂孔內注入頂替液，頂替液將水力壓裂孔內的攜砂液全部頂入裂縫；
[0010]e、通過水力壓裂孔和普通灌漿孔對巖石壩基進行普通帷幕灌漿操作。
[0011]進一步的是:設置有兩排以上灌漿孔時，水力壓裂孔在最接近滲透水源的一排灌漿孔中選擇。
[0012]進一步的是:水力壓裂孔和普通灌漿孔交替設置。
[0013]具體的:壓裂液為水
[0014]具體的:支撐劑為石英砂。[0015]進一步的是:步驟d和e合并進行，頂替液為普通帷幕灌漿操作初期階段采用的稀水泥漿。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:利用“水力壓裂”技術使巖體中形成人工裂縫(組)，從而使水泥顆粒能夠進入裂縫，在不破壞底層完整性、不顯著降低基礎承載力的前提下，改善巖石壩基可灌性，避免“回漿返濃”，提高帷幕灌漿防滲質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是灌漿孔布置俯視圖；
[0018]圖2是水力壓裂孔剖視圖；
[0019]圖中標記為:灌漿孔1、滲透水源2、巖石壩基3、普通灌漿孔4、水力壓裂孔5、裂縫
6、壓裂液7、支撐劑8。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0021]巖石壩基帷幕灌漿施工方法包括如下步驟:
[0022]a、在巖石壩基3內鉆出若干灌漿孔1，各灌漿孔I根據(jù)帷幕灌漿需要成排設置，在各個灌漿孔I中選擇一部分作為水力壓裂孔5，剩下的灌漿孔I為普通灌漿孔4 ；
[0023]b、向水力壓裂孔5內擠注壓裂液7，壓裂液7對水力壓裂孔5的孔壁巖石施加超過巖石破裂壓力的壓力使巖石產(chǎn)生裂縫6，繼續(xù)持續(xù)向水力壓裂孔5內擠注壓裂液7，裂縫6繼續(xù)向巖石內部擴張；
[0024]C、向水力壓裂孔5內擠注帶有支撐劑8的攜砂液，攜砂液進入裂縫6之后，一方面可以使裂縫6繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫6，使其不閉合；
[0025]d、向水力壓裂孔5內注入頂替液，頂替液將水力壓裂孔5內的攜砂液全部頂入裂縫6 ;
[0026]e、通過水力壓裂孔5和普通灌漿孔4對巖石壩基3進行普通帷幕灌漿操作。
[0027]步驟b、C、d實質上與目前廣泛應用于石油和天然氣行業(yè)中的“水力壓裂”技術相同。應用于石油和天然氣行業(yè)中的“水力壓裂”技術作用是利用壓裂液使巖石中產(chǎn)生裂縫，便于石油、天然氣或者頁巖氣排出。本發(fā)明將“水力壓裂”與帷幕灌漿技術結合，“水力壓裂”技術作用使巖石中產(chǎn)生裂縫6，便于水泥顆粒能夠進入裂縫6，在不破壞底層完整性、不顯著降低基礎承載力的前提下，改善巖石壩基可灌性，避免“回漿返濃”，提高帷幕灌漿防滲質量。
[0028]“水力壓裂”為廣泛應用的現(xiàn)有技術，本發(fā)明步驟b、c、d具體設計及施工方式與“水力壓裂”技術一致，因此不存在不能實現(xiàn)的問題。設計時在壩基選取具有代表性試驗孔，進行小型生產(chǎn)性壓裂試驗。得到各高程段的巖體破裂壓力值、裂縫重張壓力、瞬間閉合壓力、裂縫方位以及壓裂液濾失系數(shù)、減阻率等。根據(jù)所得資料進行濾失分析、磨阻分析、應力校正和初步“水力壓裂”設計。將前面得到的參數(shù)代入“水力壓裂”相關設計模型，優(yōu)化施工參數(shù)，完成“水力壓裂”方案設計。
[0029]裂縫6應該基本垂直于滲水方向?！八毫选钡膲毫σ话悴怀^70Mpa，裂縫6長度不宜大于灌漿孔I孔距的70%，應盡力避免裂縫6間貫通，對地基完整性造成影響。裂縫6開口寬度L不宜大于2mm。
[0030]為提高帷幕的防滲性能，有的帷幕灌漿施工需要設置有兩排以上灌漿孔1，此時水力壓裂孔5只需在最接近滲透水源2(即滲入巖石壩基內水的來源，例如河流、水庫、地下水等)的一排灌漿孔I中選擇，不需在其它排的灌漿孔I內進行“水力壓裂”。水力壓裂孔5和普通灌漿孔4最好交替設置。
[0031]石油和天然氣行業(yè)中中壓裂液7有水基壓裂液、油基壓裂液和泡沫壓裂液等。本發(fā)明為了節(jié)省成本，便于取材，壓裂液7可以為水，經(jīng)試驗水作為壓裂液7可以達到施工要求。
[0032]支撐劑8通常有石英砂和人造陶粒等，石英砂適用于淺層或中深層的壓裂，成功率很高，與本發(fā)明施工要求相符。
[0033]為了簡化操作，可將步驟d和e合并進行，頂替液為普通帷幕灌漿操作初期階段采用的稀水泥漿。即不專門往水力壓裂孔5內注入頂替液，進行普通帷幕灌漿時，漿液濃度由稀變濃，稀水泥漿即作為頂替液5，普通帷幕灌漿操作既起了灌漿作用也起了注頂替液作用。
[0034]需要說明的是本發(fā)明的巖石壩基帷幕灌漿施工方法并不適用于所有帷幕灌漿施工中。需要對施工條件進行判斷，具體如下:
[0035](I) “水力壓裂”形成的裂縫6通常為壩基內沿地應力主方向的面狀裂縫群。裂縫6方向(主地應力)方向須與防滲方向(水流向)呈接近垂直向，才能互相搭接，形成連續(xù)的防滲帷幕。從構造地質學來說，大多數(shù)峽谷河流滿足這一條件，但在寬闊河谷及平原地區(qū)，壩基地應力主方向即裂縫6主方向有可能沿順河向，或與順河向小角度相交，不利于人造裂縫的相互搭接，此時則不宜采用“水力壓裂”技術。根據(jù)工程經(jīng)驗，帷幕灌漿孔深與建基面起算的兩側山體高度的比值大于1.0的情況不宜本發(fā)明的巖石壩基帷幕灌漿施工方法。
[0036](2)防滲帷幕灌漿通常與基礎固結灌漿平面區(qū)域重疊，有可能出現(xiàn)后續(xù)“水力壓裂”施工對已完成的固結灌漿造成破壞，降低壩基巖石的完整性和承載能力。因此本發(fā)明的巖石壩基帷幕灌漿施工方法不宜用于帷幕灌漿孔在固結灌漿重疊范圍內的人造裂縫施工。
[0037](3) “水力壓裂”大體可形成垂直裂縫和水平裂縫兩種方位，由于帷幕灌漿區(qū)域在擋水建筑物下方，從地基受力角度來說，水平裂縫組相對豎向裂縫組不易出現(xiàn)因承受上部荷載出現(xiàn)裂縫貫通的情況，顯然更為有利。常見壩址帷幕灌漿孔深在200m以內，通常由地殼淺表水會產(chǎn)生豎直裂縫，此時應對“水力壓裂”工藝平應力占主導地位，即水平主應力大于豎直主應力。(裂縫面總是垂直與最小主應力方向)
[0038]σ Η > σ h > σν
[0039]此時可形成水平裂縫組，但個別工程或較大埋深區(qū)域出現(xiàn)σ ν大于水平主應力情況，則進行專門設計，防止出現(xiàn)縱向裂縫貫通情況。
【權利要求】
1.巖石壩基帷幕灌漿施工方法，其特征在于包括如下步驟: a、在巖石壩基(3)內鉆出若干灌漿孔(1)，各灌漿孔(I)根據(jù)帷幕灌漿需要成排設置，在各個灌漿孔(I)中選擇一部分作為水力壓裂孔(5)，剩下的灌漿孔(I)為普通灌漿孔(4); b、向水力壓裂孔(5)內擠注壓裂液(7)，壓裂液(7)對水力壓裂孔(5)的孔壁巖石施加超過巖石破裂壓力的壓力使巖石產(chǎn)生裂縫(6)，繼續(xù)持續(xù)向水力壓裂孔(5)內擠注壓裂液(7)，裂縫(6)繼續(xù)向巖石內部擴張； C、向水力壓裂孔(5)內擠注帶有支撐劑(8)的攜砂液，攜砂液進入裂縫(6)之后，一方面可以使裂縫(6)繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫(6)，使其不閉合； d、向水力壓裂孔(5)內注入頂替液，頂替液將水力壓裂孔(5)內的攜砂液全部頂入裂縫(6)； e、通過水力壓裂孔(5)和普通灌漿孔(4)對巖石壩基(3)進行普通帷幕灌漿操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的巖石壩基帷幕灌漿施工方法，其特征在于:設置有兩排以上灌漿孔(I)時，水力壓裂孔(5 )在最接近滲透水源(2 )的一排灌漿孔(I)中選擇。
3.根據(jù)權利要求2所述的巖石壩基帷幕灌漿施工方法，其特征在于:水力壓裂孔(5)和普通灌漿孔(4)交替設置。
4.根據(jù)權利要求3所述的巖石壩基帷幕灌漿施工方法，其特征在于:壓裂液(7)為水。
5.根據(jù)權利要求4所述的巖石壩基帷幕灌漿施工方法，其特征在于:支撐劑(8)為石英砂。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的巖石壩基帷幕灌漿施工方法，其特征在于:步驟d和e合并進行，頂替液為普通帷幕灌漿操作初期階段采用的稀水泥漿。
【文檔編號】E02D19/18GK103498478SQ201310504906
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權日:2013年10月23日
【發(fā)明者】彭薇薇, 趙曉峰, 劉暢 申請人:中國水電顧問集團成都勘測設計研究院有限公司