水利工程中灌漿技術的應用

高大鵬

(阜新市水利局，遼寧 阜新 123000)

1 灌漿的分類

灌漿技術是指向地基和結構物縫隙、裂隙、孔洞內注入一定量的能夠凝固的漿液，從而改善地基承載力或結構防滲性能的工程技術[1-2]。截至現今，灌漿技術已有近兩百年的發展歷史，而國內的有關研究相對較晚，我國最早于1950s初才逐漸掌握該工程技術。目前，在水利工程領域灌漿技術的應用日趨成熟，能夠有效解決地基、結構等許多無法滿足工程要求的問題[3]。

1)按材料分類。依據不同的性能要求有多種可供選擇的灌漿材料，結合工程實際合理的選擇灌漿材料對預期目標的實現非常重要。目前，水泥粉煤灰漿、水泥黏土漿、黏土漿和水泥漿等為常用的固結灌漿材料。

2)按地層分類。按照不同的地質條件，可以將灌漿體劃分成上部土層灌漿、砂礫石基灌漿和巖石基灌漿。

3)按壓力分類?？紤]所施加的壓力情況，將灌漿分為常壓和高壓兩種灌漿類型，前者的灌漿泵所施加壓力不超過3MPa，后者的施壓力在3MPa以下。

4)按目的分類。根據功能作用和灌漿目的，水利工程中比較常見的灌漿方法有接縫、接觸、回填、固結、帷幕等灌漿，依次為壩式、結合式、密實性、面式和線形灌漿。

2 灌漿方式與方法

2.1 灌漿方式

1)純壓式灌漿。這種單向流動灌注形式主要是利用灌漿泵壓，將漿液從灌漿桶灌注至裂隙、孔隙、巖層或者土層內，并且能夠有效防止回流。純壓式灌漿具有技術難度低、施工操作簡便、所需設備簡易的優點，但隨著時間的推移漿液的流動速度不斷變緩，易出現沉淀堵塞灌漿管的情況[4]。因此，這種灌注形式一般適用于灌漿深度不超過15m且裂隙發育完整、吸漿量大的部位。

2)循環式灌漿。循環式灌漿相對于純壓式灌漿所需的壓力較小，經灌漿管一部分漿液灌至裂隙、孔隙內，由此可實現灌漿的作用；通過回漿管其它多余漿液則回流至儲漿桶，經灌漿泵輸送至灌漿孔形成灌漿循環流動系統。循環式灌漿能夠保持漿液始終處于流動狀態，明顯提高灌漿效率，并大大降低漿液的沉淀以及堵管的發生概率。此外，通過對回流與送漿漿液相對密度的深入分析，能夠及時有效的判斷漿液吸收狀況。

2.2 灌漿方法

以不同的灌漿順序對同一灌漿孔施工時，將全孔一次灌注法又稱為全段一次性灌漿完成法，而分層灌注法是指對同一灌漿孔分層分時間灌注的方法。其中，分層灌注法進一步分為自下而上或自上而下分段灌漿法、封口灌注法、綜合灌注法等，具體如下：

1)全孔一次灌注。該灌漿方法一般適用于灌漿深度不超過6m、灌漿場地基巖較為完整且施工地質條件良好的工程，具有操作簡便、施工簡單、技術要求低等優點。

2)自下而上分段灌注法。這種灌漿方法也稱為由下至上分層灌注法，這種方式的灌注深度往往較大。若施工質量難以得到有效控制且選用全孔一次灌注難度較大，可以先一次性開挖灌漿孔并符合要求，然后在孔底放置灌漿管道，逐層灌漿施工時必須每隔6m設置一道灌漿塞，直至達到最外層孔口。

3)自上而下分段灌注法。這種灌漿方法也稱為由上至下分層灌注法，其主要施工流程與以上方法完全相反，每隔6m自孔口逐層封口灌漿直至孔底。

4)封口灌注法。該施工方法主要是逐層灌漿逐層鉆孔，每完成一層鉆孔要及時的安裝孔口管，按照從上到下的順序分段鉆孔、灌漿，并保證孔口封閉器及時準確的安裝到位。

5)綜合灌漿法。綜合灌漿法是一種全面考慮所有灌漿孔的方法，結合不同的地質條件灌漿孔密度、設置的深度存在差異，在復雜地帶必須選擇合適的灌漿施工方式。此外，灌漿過程中部分孔還會應用到自下而上或自上而下分層灌注的方法，所以綜合灌漿法是一種交叉的施工方法。

3 灌漿施工

3.1 帷幕灌漿

帷幕灌漿的施工流程主要有質量檢查、漿液灌注、孔洞清洗、壓水試驗、開孔布設等，具體如下：

1)灌漿孔開孔與布設。工程中，硬度強的合金或者金剛石鉆頭加回轉式鉆機屬于灌漿孔開孔與布設常用的施工設備，孔徑一般不大。灌漿孔布設時要符合相應的質量要求，控制設計孔位與實際布孔偏差不超過10cm；開孔深度、灌漿孔孔壁要符合設計標準，孔向準確且孔壁平整。

2)灌注前壓水試驗。正式開工前灌漿體裂縫或已布設的灌漿孔可能會出現塌陷、堵塞的現象，灌注之前通常需要利用水流沖洗清理，并保證灌漿時灌漿孔沉積的雜物厚度不超過0.2m。清洗灌注體裂隙時需用壓力水沖洗，控制壓力不超過1MPa，一般為灌漿壓力的80%，清洗至回水清澈。

3)灌漿方法。帷幕灌漿施工時一般利用循環式灌漿，為了確保帷幕灌漿質量較少選用純壓式灌漿，合理控制每層灌漿長度≤5m，施工過程中可以結合實際情況適當的調整，調整幅度不超過±5m；控制孔底與射漿管距離≤0.5m，以保證上層孔壁不受射漿破壞。采用從上至下分段灌漿法時需要先灌注至層底高程0.5m以上，并將其作為灌漿塞封塞位置，以減少漏灌發生概率。帷幕灌漿必須按照加密內插的灌注程序，單排灌注時要先布設導孔P，然后在兩個導孔中間按分序加密內插的方式內插1個Ⅰ序灌注孔；同理，在Ⅰ序孔與先導孔P中間內插一道Ⅱ序孔，在Ⅱ序孔、Ⅰ序孔、先導孔P中間內插一道Ⅲ序孔[5]。若選用三排或兩排灌注法，應遵循先兩邊后中間、先下游后上游的灌注原則。

4)灌漿壓力。工程中，可以利用以下幾種方法確定帷幕灌漿壓力。①通過現場打設檢查孔、灌漿孔和定水頭灌水試驗來確定，以每分鐘注水量、水表讀數、壓水時間間隔、鉆孔直徑、試驗段長等參數確定；②引入流量Q、試驗段長度L、透水率Lu、灌漿壓力P，利用公式P=Lu×L/Q確定；③結合施工經驗經適當的調整，確定符合工程實際的灌漿壓力。

遵循先稀后濃的原則合理設計灌漿漿液濃度，以5∶1作為初始漿液水灰比，水灰比濃度隨灌漿過程的持續不斷增加至0.5∶1。然而，在壓力不斷增加入漿率不變或入漿率不斷減少灌漿壓濾不變的情況下，應保持水灰比不變；若某濃度漿液灌注時長超過1h或者入漿量超過300L，但入滲率與灌漿壓力無明顯變化時要增加漿液濃度；入漿率>30L/min時可適當增加漿液濃度。以細水泥將制作灌注漿液時，調整漿液濃度時不宜出現過大的變化幅度。

5)封孔方法。在試水試驗確定灌漿壓力以及自上而下分段帷幕灌漿時，維持灌漿作業1h且入漿率0.4L/min以下的情況下可停止灌漿；此外，維持灌注作業1.5h且入漿率1L/min以下的情況下也可停止灌漿。

在試水試驗確定灌漿壓力以及自下而上分段帷幕灌漿時，維持灌注作業0.5h且入滲率在0.4L/min以下的情況下可停止灌漿；同時，維持灌注作業1h且入滲率在1L/min以下的情況下可停止灌漿。

6)質量檢查。總體上，可以從兩個方面入手檢驗檢測灌漿施工質量。①依據施工過程數據記錄分析施工分序、時間控制、灌注量、灌漿壓力值情況，合理判斷是否達到停灌標準；②采取壓水試驗檢查施工質量，以總灌漿孔的10%作為布設的檢查孔數，將檢查孔設置在非正常地帶、地質條件復雜的斷層或破碎帶、帷幕灌漿的中心線上。在完成灌漿施工的15d后按照規范流程開展檢查孔壓水試驗，有五點法或單點法兩種形式[6]。

3.2 化學灌漿

1)化學灌漿的特點?；瘜W灌漿的漿液相對于其他灌漿材料其漿液存在一定的特點。①漿液的凝聚時間可通過配比調整有效地控制，所以具有較好的控制性；②漿液黏度低、混合均勻，其較好的流動性比較適用于微小縫隙的灌漿，化學灌漿可以適用于0.1mm以下的縫隙；③凝聚后的化學漿液可以形成滲透系數小、耐久性強、穩定性高、有機花合體強大的結構，具有明顯的防滲效果，比較適用于較高防滲要求的工程。然而，以高分子有機化合物為主要成分的化學漿液存在一定的毒性，一般適于環保要求的區域。

2)化學漿液類型。一般地，常見的化學漿液有MMA類、EP類、PU類、XT類、C3H5NO類、Na2SiO3·9H2O類等類型。

3)灌漿工序。總體上，帷幕灌漿施工工序與化學灌漿基本相同，具體如下：合理布設壓水試驗所需的試驗孔，然后結合設計要求布設灌漿孔，干燥處理裂縫并清理存在的渣土，最后埋設回漿與灌漿管道，完成灌漿口注水以及封口操作。

4)灌漿方法。根據不同的配置方式，可把化學灌漿劃分成純液和混合液兩種灌漿方式。其中，純液灌漿是指分開存放、單獨運輸、按設計配比分別泵送兩種漿液，并在灌漿孔孔口均勻混合后泵送至預定灌漿孔段的方法。該方法具有復雜的施工過程，但能夠對漿液比例實時調整，所以具有較強的適應性。混合灌漿是指按預先設定的配比，在儲漿桶內均勻混合并泵送至設定灌漿孔段的方法。該方法具有漿液配比準確、施工操作方便等優點，但要及時的輸送已調配好的漿液，否則時間過長就會形成聚合導致無法灌漿。此外，對漿液比例進行調整時，該方法利用余漿調整難度較大。

5)壓送方式。由于具有一定的聚合時間，化學灌漿不宜選用循環式灌漿，工程中大多選用純壓式灌漿，一般有泵壓和氣壓兩種輸送方式。氣壓輸送比較適于淺孔混合液灌漿，其壓力相對較穩但壓力整體較低；與氣壓輸送相比，泵壓輸送存在較大的漿液壓力，對于深孔混合液灌漿具有較強的適用性。

3.3 固結灌漿

1)施工工藝。一般地，固結灌漿包括純壓式、循環式兩種方式，且總體上固結與帷幕灌漿存在相似的工藝流程。

2)技術要求。固結灌漿孔的布設有三序或兩序兩種方式，布設過程中要符合分序加密內插的原則。分段灌漿或從上至下分段鉆進的方法一般適用于有特殊施工要求、地質條件差、壓水試驗要求灌漿壓力≤3MPa或者灌漿孔深超過6m的灌漿，而全孔一次灌漿多適用于灌漿孔基<6m的部位，灌漿孔能夠實現一步到位。灌漿前，可用80%的灌漿壓力(≤1MPa)沖洗裂隙，壓水試驗孔數取灌漿總孔數的5%，以灌漿量<0.4L/min并持續灌注0.5h作為灌漿結束的標準。在完成固結灌漿后要嚴格控制時間，并注重質量檢查工作。灌漿結束27d、14d、3-7d時要實施靜彈性模量、巖體波速、壓水試驗，以合格率≥80%作為壓水試驗質量控制標準，灌漿孔不合格孔段要盡量保持分散，并且不超過設定值的50%。

4 結 論

隨著經濟社會的不斷發展以及水利工程建設的持續推進，對工程質量的要求也逐漸提高，灌漿技術作為增強水利功能、改善防滲和承載力學性能的工程手段，仍需不斷地完善、改進以及創新，為充分發揮水利工程效益以及推進水利事業高質量發展提供技術支撐。