淺議水工建筑壓力灌漿施工技術

江永深

摘要：本文分析了壓力灌漿施工的基本程序與影響因素，并結合工程實例闡述了壓力灌漿施工技術的應用方法。

關鍵詞：壓力灌漿;施工技術;水工建筑

灌漿是指利用鉆孔或插入的導管，向地層或構筑物中的裂隙、裂縫、孔隙、孔洞內灌入漿液，當漿液凝結硬化為結石后堵塞了這些空隙，從而提高了被灌注地層或構筑物的抗滲性和強度的工程措施。通過充填、壓密、粘合和固化作用，灌漿施工可以達到防滲、補強的目的[1]。灌漿效果取決于眾多因素，但灌漿壓力無疑是重要因素，一般將灌注壓力達到3MPa以上的稱為高壓灌漿，灌注壓力0.5～3MPa稱作中壓灌漿，灌注壓力低于0.5MPa叫做低壓灌漿，常規壓力灌漿是指中壓灌漿和低壓灌漿。灌漿材料也是重要因素，一般以水泥漿、水泥黏土漿、黏土漿居多，也可根據需要使用水泥砂漿、水泥黏土砂漿、水泥粉煤灰漿、水泥水玻璃漿液等，還可以采用化學灌漿材料，如水玻璃、木質素、丙烯酰胺、聚氨酯、環氧樹脂、甲凝、脲醛樹脂等材料。根據灌漿用途，可將灌漿分為固結灌漿、帷幕灌漿、回填灌漿、接縫灌漿、接觸灌漿等形式。按照灌漿施工方式，灌漿分為循環式灌漿、純壓式灌漿、自下而上分段灌漿、自上而下分段灌漿、綜合灌漿、孔口封閉灌漿等多種方法。由于灌漿施工簡單、經濟，因而在水工建筑物防滲、堵漏、加固處理中發揮了巨大的作用。

1 壓力灌漿施工基本程序與影響因素

1.1 灌漿施工的基本程序

灌漿施工必須遵循一定程序，才能保證施工質量和工效。施工程序包括類序、排序、孔序、工序和期序。類序是指將不同類型的灌漿合理安排順序，如混凝土壩巖基灌漿，一般類序是固結灌漿→帷幕灌漿→接觸灌漿→接縫灌漿。排序是指多排孔灌漿施工的順序，如3排帷幕灌漿，一般排序是先施工外面兩排，再施工中間一排。孔序是指每一排灌漿孔的施工順序，一般做法是隔開若干孔灌漿，再插補加密。工序是指每個灌漿孔或每個灌漿段所采取的施工順序，一般做法是：鉆孔→洗孔→壓水試驗→灌漿→封孔。期序是指某些灌漿需要分期進行，如混凝土壩固結灌漿可以分兩期施工，第一期是在大壩混凝土澆筑之前進行1/4孔的較低壓力灌漿;第二期是混凝土澆筑2～3層以后余下3/4孔進行較高壓力灌漿。施工程序應根據工程任務、地質條件、灌漿試驗結果以及以往施工經驗綜合分析比較后確定，一般需要滿足技術先進、質量可靠和經濟合理的要求。

1.2 灌漿施工影響因素分析

1.2.1 灌漿材料

選擇灌漿材料的依據主要是可灌性和經濟性。可灌性是指灌漿材料送進被灌注空隙的難易程度以及漿材特性與被灌注區域特性的適應程度。為滿足可灌性一般要求灌漿材料顆粒細、穩定性好、粘結性強和結石強度高，從經濟上考慮應使用當地易得的材料。水泥是應用最為廣泛的灌漿材料，按照DL/T 5148-2012的規定[2]，灌漿用水泥一般應選擇硅酸鹽水泥、普硅水泥、復合硅酸鹽水泥;當有抗侵蝕或其他要求時，應選擇特種水泥。強度方面，接觸灌漿、接縫灌漿應使用強度等級42.5或以上的水泥，其他類型的灌漿應采用強度等級32.5或以上的水泥。細度方面，要求水泥細度過80μm的篩余小于5%;在特殊地質條件或要求下，可使用超細水泥、干磨細水泥、濕磨細水泥配置的漿液。黏土是使用歷史最為悠久的灌漿材料，因其具有顆粒細、來源廣、穩定性強、可灌性好等特點，摻入水泥漿液中具有改善水泥漿穩定性、流動性的效果。但是自然界中的黏土性質差異很大，不加選擇地使用可能會帶來不好的結果，因此使用前應進行必要的土工試驗，以獲得諸如粒度分布曲線、塑限、液限、塑性指數、含水量、黏粒含量、含砂量等參數。還應測定黏土漿穩定性，必要時摻入化學藥劑提高穩定性。其他灌漿材料，如水、砂、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、石粉等，應符合規范要求并經過試驗證實可灌性良好。外加劑方面，如速凝劑、減水劑、穩定劑等，應符合規范并經過試驗確定。

1.2.2 灌漿孔位布設

灌漿試驗孔的布設依據主要是水工建筑對基巖的要求、基巖地質條件、灌漿用途及施工目標。一般情況下，帷幕灌漿常采用單排孔、雙排孔、三排孔等形式。孔的間距取決于地質條件和灌漿技術條件，一般裂隙發育、透水性強的地區，Ⅰ序孔距可以大些，因為漿液比較容易滲透;反之，裂隙不發育、透水弱的地區，Ⅰ序孔距應該小些。灌漿的序列一般為3～4次。通過分析每個序列孔的注漿量、透水率遞減等情況，即可確定灌漿孔距、排距及施工順序等工藝參數。

1.2.3 灌漿漿液配合比的選擇

我國灌漿施工中一般從稀漿液開始，逐級變濃，直至達到結束標準，并以最后達到的漿液濃度結束。DL/T 5148-2012規定，灌注普通水泥漿液的水灰比采用5、3、2、1、0.8、0.5六個比級，并且灌注時由稀變濃逐級變換;灌注細水泥漿液時采用2、1、0.6或1、0.8、0.6三個比級。目前，歐美國家普遍采用比級單一的稠漿（如0.8），其觀點認為稀液灌漿會留下空穴和滲漏通道，受到地下水侵蝕后原本疏松的水泥石會被溶蝕掉，而稠漿不易析水沉淀，有利于形成均勻穩定的傳播前沿以及前沿后面堅固密實的結石。因此，在國外施工的中國工程公司只能采取折中措施，如采用1.5、1、0.5三個比級[3]。

1.2.4 灌漿壓力的確定與控制

為了使漿液灌注到預定范圍內的空隙中，灌漿壓力必須達到一定數值。一般來說，灌漿壓力大一些漿液填充范圍也大，從而可以減少鉆孔工程量，對于降低工程造價無疑是有利的，同時也易獲得更好的灌漿效果;但是空隙很大的巖體，若灌漿壓力太高，會造成大量吃漿，反而造成材料的浪費，而且還會破壞巖體并造成地面抬升。因此，合理的灌漿壓力一定是在一個合適的范圍內。目前，灌漿壓力主要是通過經驗公式計算或參考同類灌漿工程初定，再結合試驗或初期施工進行調整和修正。需要注意的是灌漿壓力并不是灌漿泵壓力表顯示的壓力值，灌漿壓力（、和分別為壓力表顯示壓力、漿液自重壓力、沿程壓力損失;“-”為壓力表安裝在孔口進漿管上，與純壓灌漿一致;“+”為壓力表安裝在孔口回漿管上，與循環灌漿一致）。

灌漿壓力的控制方法如圖1～2所示。圖1適用于透水性較小、較完整的基巖灌漿，灌漿開始后迅速升壓至規定壓力。在規定壓力下，漿液配合比逐級變濃，直至注入率減少到結束標準，灌漿結束。當基巖透水率很大，難于達到規定的壓力值或注入率太高（>50L/min）時，應采用圖2所示的分級升壓灌漿法。從較小壓力級別開始灌注;當注入率減小至下限（如<20L/min）時，再升高一級壓力;當注入率再減小至下限，繼續升高一級壓力，直至達到規定壓力，并且注入率減少到結束標準，灌漿結束。在灌漿過程中，漿液濃度一般也是由稀到濃，但如果在其中一級壓力下，注入率不減小，漿液應快速變濃甚至越級變濃。

2 壓力灌漿施工技術應用

2.1 工程概況

某水利工程[4]為供水調蓄工程，水庫調節容量約3.8×107m3。由于庫區覆蓋層為砂卵石地層，滲漏嚴重。主壩基巖地質條件復雜，基巖面由上至下分布著強風化礫巖、砂質泥巖和泥巖，壩基防滲方案為防滲墻+灌漿處理。在灌漿施工前，選擇有代表性的樁號ZB0+210.0到ZB0+222.0進行試灌，如圖3。本工程灌漿施工分別采用自上而下、自下而上的分段灌漿方案，并分三序施工，其中Ⅰ序、Ⅱ序采用自上而下的分段灌漿方式，Ⅲ序采用自下而上的分段灌漿方式。試驗效果達到了預期目標，防滲能力滿足小于3 Lu的設計標準;壓水及灌漿抬動觀測值不超過0.07mm。

2.2 施工工藝

施工工藝流程如圖2所示。鉆機型號為GJ-200S，并采用合金或金剛石鉆頭，回轉鉆進工藝。第一段鉆孔孔徑φ91mm，第二段開始鉆孔孔徑φ75mm。孔位、孔深、孔徑、孔斜均按設計要求進行嚴格控制。鉆進結束立即采用大流量水進行沖洗，洗至水清無巖粉，并且沖洗時間不得少于10min，沖洗結束后孔底巖粉厚度不超過20cm。然后進行簡易壓水試驗，試驗壓力為灌漿壓力的80%，并且每5min測記一次流量，連續20min結束。灌漿時，以孔口回漿管上的壓力表顯示值作為人工壓力記錄值，以灌漿自動記錄儀采集的壓力作為灌漿壓力的平均值。灌漿壓力第一、二、三段分別為0.2、0.4、0.6（MPa）。漿液采用水灰比3、2、1、0.8、0.5五個比級，其中開灌水灰比為3。終孔標準為灌漿孔深達到設計要求及灌前壓水試驗透水率≤3Lu，否則應繼續鉆孔至透水率符合要求。自上而下、自下而上的分段灌漿方法分別采用“分段壓力灌漿封孔法”、“置換和壓力灌漿封孔法”進行封孔。封孔務必密實、不返水，否則應重新掃孔、灌漿和再封孔。

3 結語

壓力灌漿技術已成為水工建筑防滲加固的重要手段，與其他防滲加固技術相比，壓力灌漿技術在施工便捷程度、經濟效果方面都有明顯的優勢。然而壓力灌漿未知因素較多且為隱蔽工程，因此在正式施工以前要先進行灌漿試驗，以試驗獲得的資料完善施工方案。

參考文獻：

[1]張景秀.壩基防滲與灌漿技術[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]中國電力企業聯合會.DL/T 5148-2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3]李國清，胡興丹.馬來西亞沐若水電工程中水泥灌漿水灰比選用[J].水利水電技術，2013，44（4）：1-4，7.

[4]楊良權，李波，雷安平，等.南水北調大寧調蓄水庫帷幕灌漿試驗與分析[J].水利水電技術，2013，44（1）：73-78.