如何在灌漿施工中合理應用歐美灌漿理論

林成華 李曉晶 蔣和平

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

前言

中國水電建設行業正大踏步走出國門邁向世界，國際項目中的灌漿工程也隨之成為國內灌漿理論與歐美灌漿理論相互摩擦和碰撞的焦點，而雙方的灌漿理論和施工工藝都各有其獨自的優點，融合兩種灌漿理論在灌漿工程中找到其平衡點從而解決其矛盾與沖突是選擇合適的灌漿施工工藝使工程施工順利進行的前提和必要條件。

1 歐美灌漿理論及特點

長期以來，歐美灌漿工程基本采用瑞士學者隆巴迪（Lombardi）提出的使用穩定漿液采用灌漿強度值灌漿法（GIN灌漿法）施工。GIN灌漿法的基礎理論為：①漿液能否注入巖體裂隙主要取決于裂隙的大小、水泥漿液顆粒的大小和灌漿壓力；②析水率大的漿液在注入裂隙后形成的結石體積會縮小達不到對裂隙充填飽滿的效果，并且該類漿液結石強度較低；③穩定漿液析水率小、不易沉淀，能有效注入巖體裂隙，形成結石后體積變化小能對裂隙進行有效充填，并且其結石強度高具有很好的抗變形能力和耐久性；④灌漿過程中采用灌漿強度值法進行控制，裂隙細微的部位吸漿量小可在較高灌漿壓力的條件下充填飽滿，裂隙寬大的部位吸漿量大，可在注入量的限制條件下即對灌漿段附近的裂隙進行有效灌入又能有效防止漿液擴散過遠造成不必要的浪費。

在歐美國家，上述理論不僅僅用于灌漿工程施工，而且以此為基礎進行研究和發展，形成了包括灌漿工程設計、工程施工、工程質量檢查方法和質量合格評判標準等方面的一整套完善的灌漿理論。

歐美灌漿理論的主要優點：①灌漿漿液一般采用單級水灰比，灌漿過程采用計算機控制，因此施工控制簡便；②灌漿采用純壓式灌漿法，優先采用自下而上分段灌漿的方式，該方法鉆孔與灌漿分離灌漿工效高，而且可減少灌漿漿液的浪費；③濃漿凝結后體積變化小且結石強度高具有對裂隙較好的充填效果和改善基巖力學性能的能力。

2 國內灌漿與歐美灌漿環境的差異——歐美灌漿理論的應用環境和條件

在我國國內已有不少灌漿工程采用歐美這套灌漿理論，但是，取得的灌漿效果卻不如人意。歐美灌漿理論在國內不能有效推廣有以下幾個重要原因：

（1）設計理論和質量檢查標準與歐美灌漿理論不配套。國內灌漿設計以傳統灌漿理論為主，其對灌漿工程的質量檢查標準要求比國外高。國外灌漿工程質量檢查透水率標準一般在3Lu以上，而國內透水率標準一般都（1～3）Lu之間，采用GIN灌漿法在大多數地質條件下的灌漿效果都很難達到3Lu以下標準。

（2）施工方法不配套。國內多數灌漿工程都要求采用自上而下孔內循環灌漿法，不允許采用自下而上純壓式灌漿法，因此，GIN灌漿法采用自下而上純壓式灌漿法施工從而大幅提高施工工效和減少漿液浪費的優點不能得到體現。

（3）灌漿施工工藝和施工參數試驗不充分。灌漿工程施工工藝和施工參數都具有很強的針對性，實施前首先應對工程地質情況進行全面詳細的勘探和了解，根據設計要求擬定工程施工工藝和相應的施工參數，再進行充分的試驗論證和調整，最后制定出正式的符合工程實際情況的施工工藝和參數。

然而，國內灌漿施工在現場試驗這一環節往往不夠重視，在灌漿試驗時也通常直接采用設計指定或套用類似灌漿工程的施工工藝和參數，這樣的施工工藝和孔位布置、灌漿分段、灌漿壓力、結束標準等參數都偏向于保守，這種情況下灌漿試驗的結果一般都能滿足設計要求，但是，也容易造成過多的不必要的資源浪費，工程施工效率也得不到提高。按照類似的方法將GIN灌漿法移植到國內灌漿工程中就行不通了，因為GIN灌漿法的目的就是在保證工程質量的前提下如何提高施工工效、降低能耗、節約資源，這與靠過高的要求和資源消耗來滿足設計要求的方法背道而馳。

（4）國內外經濟環境不同。國外工程一般采用建設項目總承包（EPC承包）的管理方式，工程以總價承包為主，工程項目的設計方和施工方在利益上是同一方，因此，雙方在灌漿工程設計和優化方面配合更緊密、主觀能動性更強。國內灌漿工程主要采取的是單價合同，灌漿工程施工的優化、工程量的減少和漿液注入量的減少都直接影響到相關單位的經濟利益，在這種環境下推廣歐美灌漿理論勢必會困難重重。

綜上所述，筆者認為灌漿工程中應用歐美灌漿理論應具備以及幾個條件：

●灌漿質量檢查透水率合格標準不小于3Lu，灌后透水率不宜作為質量評判的唯一標準，尤其在固結灌漿中應結合聲波檢測和變形模量測試的結果進行綜合評判。

●灌漿宜采用純壓式灌漿法，優先采用自下而上分段灌漿的方式。

●施工前應進行全面詳細的地質勘探和充分的灌漿試驗。

●在工程合同上采用更合理的經濟方式。

3 灌漿中合理應用歐美灌漿理論的基本思路

在我國傳統的灌漿理論體系下應用歐美灌漿理論應以國內常用的施工工藝為基礎，通過現場試驗逐步改善施工工藝和施工參數，以達到優化灌漿施工的目的。其可按如下步驟進行:

（1）根據設計要求按國內相關規范結合實際地質條件擬定基本施工工藝和施工參數。

（2）進行漿液試驗，根據試驗數據擬定初始灌漿漿液配比組，再結合歐美灌漿理論擬定幾組合理的漿液優化配比。

（3）采用初始漿液配比進行基本施工工藝和施工參數試驗，驗證和優化施工工藝和施工參數。

（4）采用擬定的幾組合理的漿液優化配比逐步進行試驗優化灌漿漿液。

（5）針對特殊地質條件進行試驗，制定專項方案。

4 歐美灌漿理論在沐若水電站大壩固結灌漿中的應用實例

4.1 地質條件

馬來西亞沐若水電站大壩為弧形碾壓混凝土重力壩，最大壩高約153m，大壩基巖以砂巖、頁巖、雜砂巖和泥巖為主。大壩的建基面開挖要求：河床壩段開挖至微風化基巖面，左、右岸坡開挖至弱風化基巖面。壩基巖體結構面主要有斷層、裂隙、層間剪切帶（軟弱夾層）等。斷層多為陡傾角，破碎呈線狀，近地表巖體受卸荷及溶蝕影響性狀較差；剪切帶主要順頁巖夾層形成剪切作用較強時泥化程度較高；裂隙在基巖深度12m范圍內較發育，裂隙連通率較高，左岸壩肩邊坡裂隙連通率達80%。因此，大壩基巖需要通過固結灌漿施工較大的提高其巖體的整體性和抗變形能，并對其結構面進行強化處理。

4.2 漿液試驗

根據國內外固結灌漿漿液配比的施工情況分別對多個漿液比級的純水泥漿液進行了試驗，此外，還針對2∶1、1.5∶1、1∶1等三個比級進行了添加膨潤土的試驗，試驗數據見表1。

表1 沐若水電站大壩固結灌漿漿液試驗數據統計表

根據漿液試驗數據可知漿液加入4%膨潤土之后其析水率得到了很大的改善，但是抗壓強度也隨之大幅度降低。就固結灌漿而言水泥漿液結石強度對固結灌漿效果至關重要，經過與國外專家組的多次交鋒，他們不再堅持要求使用穩定漿液。綜合國內外專家意見，擬定了4組漿液配比見表2。

表2 大壩固結灌漿漿液初步選定表

4.3 基本施工工藝

大壩固結灌漿孔的間排距按2.5m×2.5m、2.0 m×2.5m兩種形式布置，透水率合格標準為3Lu。灌漿基本施工工藝如下：

（1）灌漿方法：主要采用自下而上純壓式灌漿法，局部地質條件較差的部位采用自上而下純壓式灌漿法。

（2）灌漿漿液：最初選擇使用2.0∶1、1∶1、0.5∶1等三級水灰比。

（3）漿液變換原則：固結灌漿采用2∶1漿液開灌，當某一比級的漿液注入量已達到300L以上，或灌漿時間已達到30min，而灌漿壓力或注入率變化量均小于10%時，換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30L/min時，越級變濃。

（4）灌前壓水、裂隙沖洗、灌漿結束條件、聲波測試以及檢查孔壓水試驗等均按國內相關規范常規要求執行。

4.4 現場試驗

根據擬定的水灰比，采用2.0∶1、1∶1、0.5∶1等三級水灰比進行了固結灌漿試驗。檢查孔壓水透水率均小于3Lu，其中最大值為2.88Lu，最小值為1.00 Lu。灌后平均聲波值比灌前平均聲波值增長11.5%。

試驗數據和質量檢查結果證明固結灌漿施工工藝滿足設計要求。

4.5 漿液優化試驗

盡管固結灌漿試驗滿足要求，但在在GIN法灌漿理論的影響下，國外專家組對中方采用的漿液比級仍表示懷疑，按照其要求，現場又進行了3組漿液優化試驗，目的是采用較濃漿液開灌。

4.5.1 1.5∶1與2∶1開灌對比試驗

試驗的主要目的是對比1.5∶1、1∶1、0.5∶1和2∶1、1∶1、0.5∶1兩組水灰比漿液的灌漿效果，此外，漿液變換原則中灌漿壓力或注入率變化量小于10%的標準調整成20%。試驗區兩組水灰比灌漿的基巖條件基本一致，施工時間、參數、控制要求等均相同。試驗區灌漿數據統計見表4。

表4 1.5∶1與2∶1開灌對比試驗灌漿數據統計表

由表4數據可知兩組水灰比在漿液注入量上差異不明顯。

壓水檢查結果顯示：1.5∶1和2∶1開灌區檢查孔壓水透水率均小于3Lu。聲波檢測結果1.5∶1開灌區的灌后聲波平均值比灌前增長11.66%，2∶1開灌區的灌后聲波平均值比灌前增長10.02%，1.5∶1開灌區灌后聲波的均勻性也比2∶1開灌區好。

固結灌漿主要目的是增強大壩基巖整體性和抗變形能力，在滿足設計透水率等合格標準的情況下較濃漿液的注入能起到更好的效果，因此，確定固結灌漿施工調整為采用1.5∶1、1∶1、0.5∶1等三級水灰比和新的漿液變換原則。

4.5.2 1.5∶1、0.67∶1兩級水灰比漿液灌漿試驗

采用1.5∶1、0.67∶1漿液進行灌漿試驗部位的基巖條件主要為砂巖、頁巖與砂巖互層。試驗目的為將固結灌漿試驗的三級水灰比簡化為兩級，在灌漿過程中及早采用穩定漿液進行灌注。灌漿數據見表5。

表5 1.5∶1、0.67∶1兩級水灰比漿液試驗灌漿數據統計表

試驗區共布置檢查孔6個，壓水段數12段，其中透水率最小值為1.53Lu，最大值為5.27Lu（已超過合格標準3Lu的150%），透水率大于3Lu的有6段占總段數的50%。聲波檢測孔的灌后聲波值比灌前聲波值平均提高8.0%。采用該組水灰比施工查孔透水率不能滿足設計要求，灌后聲波值比灌前增長率不如采用三級水灰比漿液灌漿。因此，該組水灰比漿液不予采用。

4.5.3 1∶1、0.5∶1兩級水灰比漿液灌漿試驗

采用 1∶1、0.5∶1漿液進行灌漿試驗部位的基巖條件為砂巖，試驗區裂隙發育且連通率較高，試驗區共88個灌漿孔，基巖總進尺為1056.0m，灌漿孔布置進行了加密孔排距為2.0m×2.0m。試驗的目的是研究該組水灰比及布孔方式對大壩基巖裂隙發育、斷層和軟弱夾層影響部位的固結灌漿效果。灌漿數據見表6。

試驗區共布置檢查孔5個，壓水總段數10段，透水率均小于3Lu。該試驗區布置了3個孔內錄像孔，從孔內錄像資料分析水泥漿液對試驗區基巖內裂隙的充填率較高，充填飽滿，密實度較好。因此，該組水灰比漿液在結合孔位加密的情況下（孔位間排距不大于2.0m×2.0m）可以用于裂隙發育、斷層和軟弱夾層的影響較大的缺陷部位，其他部位不宜采用。

表6 1∶1、0.5∶1兩級水灰比漿液試驗灌漿數據統計表

4.6 應用分析

沐若水電站大壩固結灌漿是兩種灌漿理論充分交融，相互妥協的結果，從而也使灌漿效果得到了最大的保證、投資也得到了節省。

（1）設計方采用的是國內的設計理論和規范標準，施工中采用GIN灌漿法很難保證滿足設計要求，所以不宜選用。

（2）以國內灌漿施工工藝為基礎選擇采用了自下而上純壓式灌漿法，灌漿工程施工工效得到很大提高，1臺履帶式潛孔鉆機每天鉆孔可達300m以上。

（3）將國內一般采用的4個固結灌漿漿液比級優化成3個，開灌比級由一般不小于2∶1調整為1.5∶1。優化后，固結灌漿過程控制得到簡化。

（4）對漿液變換條件根據國內規范進行了調整，調整后可盡量減少稀漿的注入量和漿液的過度浪費。

（5）針對裂隙發育、斷層和軟弱夾層的影響較大的缺陷部位采用了兩級水灰比漿液灌注，開灌水灰比為1∶1，滿足了這些部位對固結灌漿效果的特殊要求。

5 結 語

歐美灌漿理論有其獨特的特點和優勢，也有其對應的使用環境和條件，而我國工程建設環境和工程條件還不能與之完全匹配。因此，應用該理論時選擇以國內常用灌漿工藝為基礎，合理應用該理論通過大量試驗對灌漿工藝和參數進行優化是一種可行的方法。