一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺.pdf

本发明公开了一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，包括以下步骤：(1)钻孔与测斜；(2)钻孔冲洗与简易压水；(3)制浆：堵漏浆包括前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆；(4)灌浆；(5)孔口冲灌砾石、粗砂。该工艺将桥接堵漏方法和化学堵漏结合起来，利用堵漏浆膨胀和密封性特征对大裂缝进行堵塞，使得施工效率高，工期短，成本低。

1.  一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)钻孔与测斜
用地质回转钻机钻孔，开孔前采用两点法地锚固定，用角度尺和地质罗盘校正钻机立轴；
(2)钻孔冲洗与简易压水
采用高压水脉动冲洗，冲洗时间为30-60min，然后回清水10min；灌浆前均进行简易压水试验，保证压水压力为1.0MPa；
(3)制浆
堵漏浆包括前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆；
其中，前期低密度膨胀型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：复合填充剂3-5份、复合加固剂4-5份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒2.5-3份、亚麻纤维5-6份、锯末0.5-1份、水80-85份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％，得前期低密度膨胀型堵漏浆；
后期高密度密封型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：硅酸盐水泥20-30份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒5-10份、亚麻纤维5-15份、中砂15-20份、水5-10份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％，得后期高密度密封型堵漏浆；
(4)灌浆
先灌前期低密度膨胀型堵漏浆，4小时后进行后期高密度密封型堵漏浆的灌 注，边灌边向孔内加20-30％细沙，直至孔口返浆；
(5)孔口冲灌砾石、粗砂
用清水在孔口向孔内先后冲灌砾石、粗砂直至堵塞通道。

2.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(3)中所用的聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒，其制备方法包括以下步骤：
①将丙烯酸盐：水按质量比为1:4的比例混合，制成丙烯酸盐水溶液；
②将氢氧化钠：丙烯酸：水按质量比为1:2:5的比例混合；
③将过硫酸钠或过硫酸铵：水按质量比为1:14的比例混合；
④将步骤①中得到的丙烯酸盐水溶液与步骤②、步骤③得到的溶液等体积混合后置于不锈钢反应器中反应40-60min，反应温度为75℃，得到凝胶状流体；
⑤凝胶状流体与细度模数为3.0的中砂按质量比为1:8的比例混合，得到含砂胶体；
⑥将含砂胶体注入塑料模具中，模具孔眼尺寸为3-10mm的正方体凹槽，将模具放置在室外晾晒，在常温下干燥，脱模后即可得到正方形的聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒。

3.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(3)中所用的复合填充剂为聚四氟乙烯树脂，复合加固剂为甲凝。

4.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(3)中所用的锯末粒径为8-10mm。

5.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(3)中所用的亚麻纤维的长度为3-5cm。

6.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在 于，步骤(3)中所用的中砂粒径为0.35-0.5mm。

7.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(3)中前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆的绝对粘度为115-120mPa·s。

8.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(4)中所用的细沙粒径为0.1-0.25mm。

9.  根据权利要求1所述的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，其特征在于，步骤(5)中所用的砾石粒径为2-5mm，粗砂粒径为0.5-2mm。

一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺
技术领域
本发明属于水库坝基或其他岩土体内部含有隐蔽大裂缝的堵漏技术领域， 具体涉及一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺。
背景技术
水利工程对我国的经济发展起着非常重要的作用，不仅可以防洪减灾，还 可以为农业生产和工业用水提供水源，因此水利工程的质量关系到人民的生命 财产，是社会各界广泛关注的问题。水利工程经常出现的问题有渗漏、工程设 备老化、施工工序管理不完善、质量信息反馈体系不健全等。其中，渗漏问题 最严重也最难处理，尤其是坝基地层下大裂缝形成的集中渗漏问题。
目前，堵漏常用的方法主要是桥接堵漏和化学堵漏。常规的桥接堵漏方法， 是根据裂缝大小、漏失速度，将硬颗粒材料，如片状、纤维、粉状架桥来堵漏 裂缝，在加压挤压作用下形成机械堵塞，达到堵漏的目的。桥接堵漏成本低、 应用广泛，但由于堵漏材料自身不易变形而导致堵漏成功率低。化学堵漏主要 根据高聚物发生化学反应，自身可以变形膨胀从而起到堵漏的作用。化学堵漏 虽然效果好，但相对于桥接堵漏方法风险高、成本也高。
发明内容
本发明针对上述不足之处而提供的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺， 该工艺将桥接堵漏方法和化学堵漏结合起来，利用堵漏浆膨胀和密封性特征对 大裂缝进行堵塞，使得施工效率高，工期短，成本低。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺，包括以下步骤：
(1)钻孔与测斜
用地质回转钻机钻孔，开孔前采用两点法地锚固定，用角度尺和地质罗盘 校正钻机立轴；
(2)钻孔冲洗与简易压水
采用高压水脉动冲洗，冲洗时间为30-60min，然后回清水10min；灌浆前 均进行简易压水试验，保证压水压力为1.0MPa；
(3)制浆
堵漏浆包括前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆；
其中，前期低密度膨胀型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：复合填充剂 3-5份、复合加固剂4-5份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒2.5-3份、亚麻纤维5-6 份、锯末0.5-1份、水80-85份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿磨机 磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上 述组分总重量的7％-9％，得前期低密度膨胀型堵漏浆；
后期高密度密封型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：硅酸盐水泥20-30 份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒5-10份、亚麻纤维5-15份、中砂15-20份、水 5-10份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然 后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％， 得后期高密度密封型堵漏浆；
其中，锯末为木材加工过程中散落下来的颗粒物质；
(4)灌浆
先灌前期低密度膨胀型堵漏浆，4小时后进行后期高密度密封型堵漏浆的灌 注，边灌边向孔内加20-30％细沙，直至孔口返浆；
(5)孔口冲灌砾石、粗砂
用清水在孔口向孔内先后冲灌砾石、粗砂直至堵塞通道。
进一步地，步骤(3)中所用的聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒，其制备方法包 括以下步骤：
①将丙烯酸盐：水按质量比为1:4的比例混合，制成丙烯酸盐水溶液；
②将氢氧化钠：丙烯酸：水按质量比为1:2:5的比例混合；
③将过硫酸钠或过硫酸铵：水按质量比为1:14的比例混合；
④将步骤①中得到的丙烯酸盐水溶液与步骤②、步骤③得到的溶液等体积 混合后置于不锈钢反应器中反应40-60min，反应温度为75℃，得到凝胶状流体；
⑤凝胶状流体与细度模数为3.0的中砂按质量比为1:8的比例混合，得到 含砂胶体；
⑥将含砂胶体注入塑料模具中，模具孔眼尺寸为3-10mm的正方体凹槽， 将模具放置在室外晾晒，在常温下干燥，脱模后即可得到正方形的聚丙烯酸钠 交联共聚物颗粒；
进一步地，步骤(3)中所用的复合填充剂为聚四氟乙烯树脂，复合加固剂 为甲凝。
进一步地，步骤(3)中所用的锯末粒径为8-10mm。
进一步地，步骤(3)中所用的亚麻纤维的长度为3-5cm。
进一步地，步骤(3)中所用的中砂粒径为0.35-0.5mm。
进一步地，步骤(3)中前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏 浆的绝对粘度为115-120mPa·s。
进一步地，步骤(4)中所用的细沙粒径为0.1-0.25mm。
进一步地，步骤(5)中所用的砾石粒径为2-5mm，粗砂的粒径为0.5-2mm。
本发明提供的一种堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺有以下有益效果：
(1)本发明材料简单，主要以硅酸盐水泥、聚丙烯酸钠交联共聚物、砂、 亚麻纤维为材料，制备出前期低密度膨胀型堵漏浆和后期的高密度密封型堵漏 浆，前期低密度膨胀型堵漏浆具有较强的封堵能力及填充加固能力，既能封堵 严重漏失地层，又能提高低压地层的承压能力，后期高密度密封型堵漏浆具备 很强的滞留能力和封堵能力高，前期低密度膨胀型堵漏浆和后期的高密度密封 型堵漏浆结合起来可有效地堵塞隐蔽大裂缝隙，防止漏浆。
(2)该工艺将桥接堵漏方法和化学堵漏结合起来，通过先灌前期低密度膨 胀型堵漏浆后灌后期高密度密封型堵漏浆的工艺，能解决裂缝较大且有水流通 的问题，此工艺流程具有施工效率高，工期短，成本低等优点。
附图说明
图1为本发明堵漏坝基隐蔽大裂缝的施工工艺流程图。
具体实施方式
堵漏机理：通过注浆泵将前期低密度膨胀型堵漏浆注入灌浆孔，混合物中 的亚麻纤维，可减小裂缝的尺寸，使聚丙烯酸钠能较快与岩土裂缝接触，较快 着床，聚丙烯酸钠在水中膨胀，3-4h体积可增大80-100倍，可堵塞部分隐蔽大 裂缝；4h后再进行后期的高密度密封型堵漏浆的灌注，由于后期的高密度密封 型堵漏浆内也含有聚丙烯酸钠颗粒，在灌注后能进一步的膨胀堵漏，可将前期 没堵塞的裂缝封好，防止了漏浆，同时因为膨胀力的作用，可抵消部分岩土体 内力，从而可提高了岩土体的整体性和受力性能。
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
首先确定大裂隙存在的具体位置，采用下行式注浆，即钻进一段注一段， 反复交替直到终孔。
具体工艺流程见图1，包括如下步骤：
(1)钻孔与测斜
采用小口径地质回转钻机，金钢石钻头钻孔，开孔前采用两点法地锚固定， 用角度尺和地质罗盘校正钻机立轴；
(2)钻孔冲洗与简易压水
采用高压水脉动冲洗，冲洗时间为30-60min，然后回清水10min；灌浆前 均进行简易压水试验，保证压水压力为1.0MPa；
(3)制浆与检测
堵漏浆包括前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆；
其中，前期低密度膨胀型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：复合填充剂 聚四氟乙烯树脂3-5份、复合加固剂甲凝4-5份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒2.5-3 份、长度为3-5cm的亚麻纤维5-6份、粒径为8-10mm的锯末0.5-1份、水80-85 份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添 加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％，使 浆液绝对粘度为115-120mPa·s，得前期低密度膨胀型堵漏浆；
后期高密度密封型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：硅酸盐水泥20-30 份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒5-10份、长度为3-5cm的亚麻纤维5-15份、粒 径为0.35-0.5mm的中砂15-20份、水5-10份；将各组分按其重量份数称量、混 匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高 效减水剂占占上述组分总重量的7％-9％，使浆液绝对粘度为115-120mPa·s，得 后期高密度密封堵漏浆；
其中，浆液浓度采用标准漏斗粘度计检测；细度主要采用沉降法，用激光 粒度仪校核；
其中，所述的聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒，其制备方法包括以下步骤：
①将丙烯酸盐：水按质量比为1:4的比例混合，制成丙烯酸盐水溶液；
②将氢氧化钠：丙烯酸：水按质量比为1:2:5的比例混合；
③将过硫酸钠或过硫酸铵：水按质量比为1:14的比例混合；
④将步骤①中得到的丙烯酸盐水溶液与步骤②、步骤③得到的溶液等体积 混合后置于不锈钢反应器中反应40-60min，反应温度为75℃，得到凝胶状流体；
⑤凝胶状流体与细度模数为3.0的中砂按质量比为1:8的比例混合，得到 含砂胶体；
⑥将含砂胶体注入塑料模具中，模具孔眼尺寸为3-10mm的正方体凹槽， 将模具放置在室外晾晒，在常温下干燥，脱模后即可得到正方形的聚丙烯酸钠 交联共聚物颗粒；
(4)灌浆
先灌注前期低密度膨胀型堵漏浆，浆液中的亚麻纤维、锯末能将大裂缝孔 径减小，含砂聚丙烯酸钠交连聚合物颗粒能快速着床，在短时间内膨胀100倍 以上，封堵大裂缝；
4小时后，待前期浆液中的充分膨胀封堵大裂缝，进行后期高密度密封型堵 漏浆的灌注，边灌边向孔内加20-30％粒径为0.1-0.25mm的细沙，直至孔口返浆； 为加快浆液凝固，避免浆液沿裂缝流失太远，可在浆液中加速凝剂使其凝固， 其中，速凝剂为1％的水玻璃或2％-4％的氯化钙；
(5)孔口冲灌砾石、粗砂
用清水在孔口向孔内先后冲灌砾石、粗砂，使其沿裂缝流动、积累，堵塞 通道，减少渗水流速，形成反滤，建立阻浆滞浆体；其中，砾石的粒径为2-5mm， 粗砂的粒径为0.5-2mm。
工程应用：
某大坝坝基为深厚覆盖层地基，采用帷幕灌浆，设计深度65m。18m时发 生微漏，漏速5m³/h；钻至井深25m时发生严重井漏，漏速80m³/h，37m时， 发生失返性漏失，初步判断为灰岩裂缝性漏失。随后采用清水强钻至井深45m， 共漏失821m³。强钻期间，18-45m段出现3次放空现象，判断为溶洞型漏失。 为此先后采用桥堵浆、注水泥等多种堵漏方法进行了多次堵漏施工，由于地层 复杂，漏失严重，仍未满足下步施工要求。为提高漏失层承压能力，保证固井 质量，采用本发明制备的膨胀型堵漏浆对18-45m段进行承压堵漏施工。
现场施工沿钻井深度分为3个阶段：第一阶段18-25m；第二阶段25-37m； 第三阶段37-45m。
第一阶段18-25m：
(1)制备前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆
前期低密度膨胀型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：复合填充剂聚四氟 乙烯树脂3份、复合加固剂甲凝5份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒2.5份、长度 为3-5cm的亚麻纤维5份、粒径为8-10mm的锯末1份、水83.5份；将各组分 按其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高 效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％，使浆液绝对粘度 为120mPa·s，得前期低密度膨胀型堵漏浆；
后期高密度密封型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：硅酸盐水泥20份、 聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒10份、长度为3-5cm的亚麻纤维10份、粒径为 0.35-0.5mm的中砂15份、水10份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿 磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂 占占上述组分总重量的7％-9％，使浆液绝对粘度为1180mPa·s，得后期高密度 密封型堵漏浆；
(2)堵漏
光钻杆下至井深25m，灌注32m³低密度膨胀型堵漏浆，注堵漏浆过程中， 泵压逐渐升至1Mpa，用清水替浆5m³，替浆过程中，泵压逐渐升至3MPa，替 浆结束后，起钻至井深18m，返浆4.5m³。
4小时后，灌注25m³高密度密封型堵漏浆，注堵漏浆过程中，泵压逐渐升 至1MPa，用清水替浆6m³，替浆过程中泵压逐渐升至1MPa，替浆结束后，起 钻至井深18m候凝，返浆2.3m³。
第二阶段25-37m：
(1)制备前期低密度膨胀型堵漏浆和后期高密度密封型堵漏浆
前期低密度膨胀型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：复合填充剂聚四氟 乙烯树脂4份、复合加固剂甲凝4份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒3份、长度 为3-5cm的亚麻纤维6份、粒径为8-10mm的锯末1份、水82份；将各组分按 其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效 减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％，使浆液绝对粘度为 118mPa·s，得前期低密度膨胀型堵漏浆；
后期高密度密封型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：早强硅酸盐水泥25 份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒8份、长度为3-5cm的亚麻纤维15份、粒径为 0.35-0.5mm的中砂20份、水8份；将各组分按其重量份数称量、混匀，经湿磨 机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高效减水剂，UNF-5型高效减水剂占 占上述组分总重量的7％-9％，使浆液绝对粘度为120mPa·s，得后期高密度密封 堵漏浆；
(2)堵漏
光钻杆下至井深37m，灌注80m³低密度膨胀型堵漏浆，注堵漏浆过程中， 泵压逐渐升至1Mpa，用清水替浆12m³，替浆过程中，泵压逐渐升至3MPa， 替浆结束后，起钻至井深25m，返浆1.5m³。
4小时后，灌注32m³高密度密封型堵漏浆，注堵漏浆过程中，泵压逐渐升 至1MPa，用清水替浆8m³，替浆过程中泵压逐渐升至1MPa，替浆结束后，起 钻至井深18m候凝，返浆1.3m³。
第三阶段37-45m：
(1)制备前期低密度膨胀型堵漏浆
前期低密度膨胀型堵漏浆由下列重量份数的组分组成：复合填充剂聚四氟 乙烯树脂5份、复合加固剂甲凝4份、聚丙烯酸钠交联共聚物颗粒2.5份、长度 为3-5cm的亚麻纤维5份、粒径为8-10mm的锯末0.5份、水83份；将各组分 按其重量份数称量、混匀，经湿磨机磨制后送入搅拌桶，然后添加UNF-5型高 效减水剂，UNF-5型高效减水剂占上述组分总重量的7％-9％，使浆液绝对粘度 为115mPa·s，得前期低密度膨胀型堵漏浆；
(2)堵漏
光钻杆下至井深45m，灌注32m³低密度膨胀型堵漏浆，注堵漏浆过程中， 泵压逐渐升至1Mpa，注堵漏浆结束后，起钻至井深37m，关闭井1h后挤浆8m³。
效果：
通过检验分析，采用本发明制备出的堵漏浆和施工工艺堵漏坝基岩溶型漏 失段的效果明显，承压满足要求，进而钻至65m深度完成灌浆，未见明显的漏 失。