水利水電工程基礎灌漿中特殊地層的灌漿技術應用

潘文 PAN Wen

（廣東水電二局股份有限公司，廣州 511340）

0 引言

某省苗族自治縣鹽井水利工程位于西南山區，屬于大吸量地層、承壓水地段，水利水電工程的基礎灌漿中的特殊地層。這些特殊地層在水利水電工程施工中會帶來極大不良影響，為了能夠提高整體施工質量，達到良好的施工效果，就需要重視起特殊地層中灌漿技術的合理選擇與應用，為滿足施工進度要求，將施工區域鉆孔灌漿施工進行區域劃分。擬定施工區分為三個區域：一、大壩趾板河床段及左、右岸邊坡趾板固結灌漿；二、溢洪道基礎固結灌漿；三、引水隧洞基礎固結灌漿。

1 固結灌漿施工

孔位放樣：為保證灌漿效果，在鉆孔結束后對灌漿孔段在灌漿前采用壓力水進行裂隙沖洗，直至水變清凈為止，孔底沉淀厚度不超過20cm。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，大于1MPa時采用1MPa。進行壓水試驗，先導孔與檢查孔采用單點法或五點法，其他孔采用簡易壓水方法。簡易壓水試驗壓力采用灌漿壓力的80%，最大不超過1MPa，每5min測讀一次壓入流量，連續讀取4次，取最后的流量作為計算流量。

①趾板混凝土澆筑時按施工圖要求預埋Φ76PVC管，單根預埋管長度與趾板實際厚度相同。

②固結基本孔采用潛孔鉆鉆孔，孔徑不小于56mm。固結檢查孔、聲波測試孔、抬動監測孔孔徑不小于76mm，采用地質鉆機鉆孔。

③固結灌漿鉆孔在趾板混凝土強度達到設計強度后進行。

④鉆孔施工當中，使用的機械型號為yt-28型封鉆機鉆孔的孔徑大小為42mm。在實際的鉆孔工作當中，需要嚴格依照相關的規范設計標準來加以執行，需要針對其中的重點施工內容來進行有效的控制，依照相關的工作要求對孔底的偏差控制在1/40的孔洞深度。

⑤施工中嚴格按照分序逐漸加密的原則進行施工，先鉆灌Ⅰ序孔，再鉆灌Ⅱ序孔，最后鉆灌檢查孔。

⑥鉆孔結束后會同監理工程師進行檢查驗收，檢查合格并經監理工程師簽認后，才進行下一道工序施工。

⑦鉆機的安放、孔序、孔位、孔深、傾斜度等方面進行嚴格控制，灌漿孔位與設計位置的偏差不宜大于10cm。

⑧需對所有鉆孔均進行妥善保護，直到驗收合格為止。固結灌漿采用純壓式灌漿法及鉆孔沖洗，如圖1所示。

圖1 灌漿施工流程圖

鉆孔結束后，采用風、水輪換進行沖洗，沖洗壓力：風壓采用10%～20%灌漿壓力，并不大于0.5MPa；水壓采用80%灌漿壓力，但不超過1.0MPa。沖洗時間為20min或回水清凈時止。裂隙沖洗方法：采用高低壓脈沖沖洗的方法，壓力為灌漿壓力的80%，但不超過1.0MPa。沖洗時間為20min或回水清凈時止。

2 特殊地層的灌漿參數方法及條件

灌漿參數的選擇：孔深、孔徑、孔距、壓力、漿液配合比的參數值。

①孔深：8.0、15.0m；②孔徑：76mm；③孔距：孔間距2.5m，排距2.5m、6m；④段長、壓水及灌漿壓力：灌漿段長度依次為2m、3m、5m、5m；沖水壓力為灌漿壓力的80%但不大于1MPa；⑤灌漿漿液水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四個比級。

方法：①采用自上而下分段灌注完成；灌壓力為0.2～0.6MPa，灌漿壓力擬用如表1。

表1 灌漿壓力擬用表

②灌漿采用循環式水壓塞結合孔口封閉器封口灌漿。

③基巖固結灌漿方式采用孔內循環灌漿法，射漿管安裝在距孔底50cm位置。

④溶腔、溶洞段采用純水泥漿進行回填，特殊涌水段需添加外加劑（如水玻璃等）進行封堵。

⑤無特殊地質段的孔段，灌漿結束后待凝。

⑥漿液變換原則如下：1）漿液水灰比：本工程中固結灌漿水泥漿液水灰比（重量比）采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四個比級，開灌水灰比可采用3:1，實際施工水灰比參數根據灌漿試驗確定。2）當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少，或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比。3）當某級漿液灌入量已達300L以上時，或灌注時間已達30min時，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比。4）當注入率每分鐘大于30升時，可根據具體情況越級變濃。5）灌漿過程中，需記錄相關數據，并降低水位到標準高度；有效清洗裂縫與灌漿孔，在灌漿施工未開始之前，必須保證孔壁與孔底干凈；清洗過程中需注重對水壓的控制，沖洗時長可通過孔洞深淺水的清與濁來確定。

固結灌漿結束條件：①固結灌漿在規定壓力下，當注入率每分鐘不大于1升，繼續灌注30分鐘，灌漿即可結束。②當長期達不到結束標準時，報請監理人共同研究處理措施。③灌漿孔結束后，采用導管注漿法封孔，孔口涌水的灌漿孔采用全孔灌漿法封孔。④人工封孔：待孔內水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余0.5m部分采用水泥砂漿人工封填密實，并將孔口壓抹平整。⑤壓水試驗檢查孔完成檢測后，應按以上要求進行灌漿和封孔。

3 特殊地層的基礎灌漿技術應用

3.1 基礎灌漿技術在巖溶地區的應用

在建筑水利水電工程施工過程中，特殊地區并不少見，如果遇到巖溶發育地段的話，需要考慮兩種情況，也就是有沒有填充物。對這兩種情況要分別采用不同的應對方式，這樣才能夠提高整體的基礎灌漿施工質量。另外，也要對巖溶的規模以及深度等具體情況進行實地勘察與了解，并選用合適的方式進行施工，這樣的灌漿施工效果才能更加顯著。

在特殊巖溶地區無填充物的情況下進行水利水電工程施工時，直接回填高流態混凝土是比較好的選擇，并配合導管澆筑方式，這樣能夠防止混凝土出現分離情況。不過在沒有填充物的情況下進行灌漿施工時，一定要嚴格按照相應的灌漿順序來進行，因為這會直接影響水利水電工程的實際施工效果。在使用灌漿技術時，務必要把握好土質，所以在實際灌漿之前，設計工人一定要提前將長期勘察工作做到位，整體把握施工地區的土質、巖層、粉煤灰配比等相關信息，這樣才能夠將關鍵技術的應用效果從根本上提升，并且能夠在不同程度上促進水利水電工程整體性、穩定性、安全性的提高，為我國經濟實現又好又快發展帶來積極影響。而灌漿技術的具體應用會對水利水電工程的施工周期帶來直接影響，所以要控制好灌漿壓力，使其一直保持在合理范圍內，先完成軟土層的灌漿施工，這樣更有助于灌漿技術發揮出最大應用效果，使得水利水電工程施工可行性能夠明顯提高。如果巖溶的空洞比較大，那么就應該將干凈的碎石投入到孔洞之內。通常情況下，碎石的粒徑都不超過40mm，用碎石將其填滿后，再把水泥砂漿進行灌注，這樣更有助于水利水電工程整體穩定性與安全性的提高。

在巖溶地區有填充物的情況下進行水利水電工程施工時，選擇的處理方法一定要科學合理，高壓旋噴灌漿法、高壓灌漿法、花管灌漿法等三種處理方法是比較常見的，其中高壓灌漿法是最為常用的，這樣能夠讓填充物被擠壓得更加密實，使得水利水電工程抗滲透性能夠提高。不過高壓灌漿法在實際應用中并不是完美無缺的，而是存在著一定的不足之處，比如在溶洞地區中高壓灌漿法的應用效果就不明顯，所以在進行填充物加固時就應該使用高壓旋噴灌漿法。高壓旋噴灌漿法又被稱之為旋噴法，在實際應用時，也就是通過噴射裝置，把漿液噴到土體中。這樣才能夠將填充物充分加固。

3.2 基礎灌漿技術在大吸量地層中的應用

多數情況下，在水利水電工程基礎灌漿中，3個小時就能夠完成灌漿，而且并不會產生較大的漿液耗量，不過大量吸漿不止的情況時有發生，這主要是由于地層結構比較特殊，導致了漿液會沿著附近的通道不斷流失，從而難以達到理想的施工效果。在大吸量地層中，可以根據實際情況采用自流式灌漿技術、加速凝劑、間歇灌漿等不同方式。

首先，自流式灌漿技術。為了能夠更好地在水利水電工程基礎灌漿施工中應對大吸量地層，就需要合理應用自流式灌漿技術，也就是對漿液的物理特性進行充分利用，當漿液的流動性呈現出逐漸降低的態勢，灌漿壓力適當提高，這樣的技術方法不僅操作非常簡單便捷，而且相比于其他方式成本更低，在大吸量地層中被大量應用。要想更有效地讓縫隙里的漿液流動速度減緩，限流的方式是比較好的選擇，這樣更有助于加快漿液沉積速度，再將壓力升高，一直到灌漿完成。

其次，加速凝劑。在水利水電工程基礎灌漿施工中將加速凝劑加入到泥漿中，這樣能夠促使水泥漿液的特性發生改變，進而有利于將水泥漿液的凝結速度進一步加快。因此，工作人員應該結合大吸量地層的具體情況，進行加速凝劑的用量選擇，并且要將適量的水玻璃、氯化鈣速凝劑等加入其中，這樣有助于將加速凝劑的使用效果顯著提升。

最后，間歇灌漿。這是當灌注一定時間之后，將灌注施工停止，再過一段時間重新進行灌注。在采用間歇灌注方式時，一定要結合水利水電工程的實際施工要求以及灌漿的目的來具體操作，通常情況下，間歇灌注時間應該在8小時之內但不少于4小時，這樣才不至于出現水泥漿液徹底流失的情況。

3.3 基礎灌漿技術在正在冒水地層中的應用

在水利水電工程施工過程中，冒水地層是比較常見的一種特殊地層，為了能夠更好地應對這一地層，將工程施工質量提高，就需要根據冒水地層的實際情況采取相應的應對處理措施。如果在施工過程中遇到的是沿著裂隙冒水的情況，那么就需要根據該地層的冒水量大小選擇相應的處理方法。首先在處理冒水量較大的地層時，應該在該地層附近鉆出多個深孔，使得裂隙中的水能夠從這些深孔中流出，從而完成地層水的清理。或者將孔口管埋在順著裂隙口鑿開的凹槽內，將其埋完之后用砂漿把凹槽填埋好。其次，在處理冒水量比較小的地層時，就可以利用低壓力灌漿法來完成，也就是在灌漿時分批次的間歇性進行，當前一次灌漿凝結一定時間，然后開始下一次灌漿。因為孔位的布置會對水利水電工程基礎灌漿施工技術的實際應用效果帶來直接影響，所以一定要精準地把握孔位，使其盡量不會受到各種實際因素的影響而出現較大偏差，進而達到更理想的施工效果。一般情況下，孔位的布置會隨著水利水電工程的實際要求改變而不斷變化，所以孔位的布置的適用性會受到一定的限制，這就需要提高相關設計人員的實際工作水平與能力。倘若孔位的布置出現問題，那么勢必會影響整個水利水電工程的施工質量，如果問題比較嚴重的話，甚至會導致工程安全系數發生改變，使得施工風險大大增加，從而為相關企業帶來巨大的經濟損失。

如果在水利水電工程施工過程中遇到的是從集中漏水點冒水的情況，那么就應該事先將一段孔口管埋設在嚴重流水點的冒水地層中，將水集中引導孔口管中進而全都將其排出，并在孔口處用比較濃稠的泥漿進行封堵，再利用低壓泥漿灌漿法進行灌注。同時，還要結合實際灌漿情況，將灌漿壓力適當增加。倘若灌漿量不足的話，也會對灌漿技術的實際應用效果帶來一定影響，在灌漿過程中還需要綜合考慮不同的土質以及巖層的空隙體積等，因為這些都會直接影響著漿液量，只有灌漿充足才能夠讓水利水電工程的整體施工效果更加理想。

3.4 基礎灌漿技術在有承壓水條件下的應用

在地層中含有高壓水源或者是低于水庫水位的廊道處進行灌漿施工非常容易出現承壓水涌出的情況，在這樣的情況下，承壓水的釋放會導致漿液被沖走，從而難以繼續進行灌漿施工。為了能夠應對這一現象，可以選擇的灌漿方法包括壓力屏漿法、化學灌漿法以及閉漿法等。其中壓力屏漿法主要在常規的灌漿操作完成后，使用相同壓力進行5∶1的稀漿循環灌注，將承壓水壓力抵消，從而能夠避免漿液回流情況的發生。閉漿法則是在達到一定的灌漿標準之后，將回漿閥門與進漿閥門關閉，使得封堵后的漿液能夠回流到通道，一直到漿液凝固。化學灌漿主要在巖石內注入化學溶液，使得漏水裂隙能夠被封堵，防止涌水情況出現，從而能夠繼續進行灌漿操作。如果在有承壓水的情況下進行灌漿，濃漿結束法也常常被應用，把濃漿注入到空隙與孔洞之內，使得漿液與承壓水被封堵其中，直到漿液固結為止。

4 特殊地層灌漿的處理方法

由于建筑水利水電工程的施工是一個龐大的體系，因此在施工過程中，特殊的地層由于各種原因可能存在各種意想不到的問題，則需要做出相應的處理，處理的方式會依據特殊地層規模的大小及深度來判斷。比如巖溶有充填物，除了上面介紹的高壓旋噴灌漿法、高壓灌漿法、花管灌漿法之外，還可以根據機器設備不同可以分為單管法，二重管法和三重管法三類，也可以根據成樁形式不同可以分為旋噴法、定噴法、擺噴法三類。在這種情況下，灌漿技術的應用也是有所差別的，在嚴重漏水的情況下大多采用填充及配料的處理方式，通常情況下用粗砂水泥和其他石頭作為填充配料，更加的嚴密緊實。此外，還可以采用灌漿膜袋的方法來進行處理。這種方法所采用的材料具有很強的耐磨性，在施工時可以將水泥裝入模袋中，經過相互擠壓容易去除水泥中的水分，只剩下沙土和水泥，這樣能夠大大降低水泥砂漿中的含氧量，加快了砂漿凝結的速度。這些方法可以充分地保證在嚴重漏水的情況下，使得水分不過多影響工程的施工，讓施工的過程更加穩定。

5 結束語

綜上所述，在水利水電建筑工程特殊地層的灌漿施工過程當中，難以避免地會遇到一些特殊地層，如大吸量地層、正在冒水地層、有承壓水條件等。這些特殊地層的種類是多種多樣的，經過各種基礎灌漿施工技術總結分析，為了確保整體施工質量，就需要根據特殊地層的種類選用與之對應的灌漿技術，有助于處理水利工程地基問題，通過基礎灌漿技術優勢，可以發揮出顯著作用，造福一方。