土木工程中灌漿施工技術(shù)方法分析

梁英福

(黃山市萬(wàn)隆建筑安裝工程有限公司，安徽 黃山 245000)

在現(xiàn)代土木工程中，灌漿施工技術(shù)廣泛用于不良地質(zhì)問(wèn)題處理、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)防滲加固、混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固等諸多場(chǎng)景，這對(duì)改善現(xiàn)場(chǎng)施工形勢(shì)、提高土木工程總體建設(shè)質(zhì)量有著重要現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)，部分施工人員對(duì)灌漿施工技術(shù)缺乏足夠了解，在現(xiàn)場(chǎng)施工期間時(shí)常出現(xiàn)錯(cuò)誤操作行為，致使灌漿技術(shù)功效發(fā)揮受限。因此，在實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)灌漿施工技術(shù)方法的優(yōu)化改進(jìn)，尤為必要。

1 土木工程中的灌漿施工技術(shù)類型

1.1 壓密灌漿

壓密灌漿是提前制備稠度較高的漿液作為灌漿材料，在灌漿部位鉆孔，持續(xù)向孔內(nèi)以較大壓力灌注濃稠漿液，利用漿液擴(kuò)散效應(yīng)來(lái)強(qiáng)制壓縮周圍土體，并在灌漿部位形成漿泡，最終由漿體完全取代原有土體的1項(xiàng)灌漿施工技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)多用于軟基處理、基礎(chǔ)病害治理場(chǎng)景，適用于處理中砂地基、粘土地基和具備適宜排水條件的黏土地基，如果地基排水困難，則需要適當(dāng)降低灌漿速率，避免在土體內(nèi)部形成高孔隙水壓力而影響到最終灌漿效果。在壓密灌漿施工期間，應(yīng)重點(diǎn)掌握鉆孔、制漿、灌漿3道步驟的技術(shù)要點(diǎn)：1)鉆孔。采取分序加密施工方法，參照施工圖紙標(biāo)記各處灌漿孔位置，撒布白灰作為標(biāo)志物，確定各處孔位編號(hào)。隨后，現(xiàn)場(chǎng)配備回旋式等型式的地質(zhì)鉆機(jī)，按照序孔順序依次鉆設(shè)各處灌漿孔，孔徑值控制在75mm左右，分段長(zhǎng)度控制在2～3m，清理孔底沉渣，鉆孔完畢后立即開(kāi)展灌漿作業(yè)，避免因暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)孔壁坍塌等問(wèn)題[1]；2)制漿。制備純水泥漿作為灌漿材料即可，選用32.5標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥，加水?dāng)嚢栊纬杉兯酀{，把首個(gè)序孔內(nèi)的漿液水灰比控制在1∶1，隨著序孔編號(hào)變化而逐級(jí)加濃漿液，直至水灰比調(diào)整到0.5∶1。同時(shí)，為提高施工效率，縮短漿液凝結(jié)時(shí)間，可以摻加5%的水玻璃溶液作為外加劑；3)灌漿。采取孔內(nèi)循環(huán)灌漿方式，根據(jù)吸漿情況來(lái)調(diào)整灌漿壓力，正常情況下，把灌漿壓力控制在0.1～0.4MPa以內(nèi)，連續(xù)性完成灌漿作業(yè)，以灌漿區(qū)域兩側(cè)為起始點(diǎn)，向中心部位延伸灌漿。如果灌漿量較大，則采取2次灌漿方法，首次灌漿完畢后，靜置一段時(shí)間等待漿液初凝，在灌漿孔內(nèi)重新插管灌漿，或是在孔口開(kāi)展補(bǔ)灌作業(yè)，避免出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

1.2 劈裂灌漿

劈裂灌漿是通過(guò)水力劈裂原理，在施工區(qū)域內(nèi)鉆設(shè)灌漿孔，向孔內(nèi)加壓灌注漿液，利用漿液自重力、灌漿壓力，強(qiáng)制劈裂基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成順直連續(xù)的防滲泥墻，平均灌漿壓力遠(yuǎn)超充填式灌漿等其他灌漿技術(shù)，以強(qiáng)化基礎(chǔ)防滲性能、提高基礎(chǔ)密實(shí)度、堵塞漏洞裂縫作為技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。此項(xiàng)技術(shù)有著工效高、易于操作、工藝成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，適用于壩體加固場(chǎng)景，也可用于處理土壤滲透系數(shù)低于10-4cm/s、粒徑不足0.01mm的土層。在劈裂灌漿施工期間，重點(diǎn)掌握鉆孔、制漿、灌漿、封孔4道步驟的技術(shù)要點(diǎn)：1)鉆孔。根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與灌漿施工需求來(lái)布設(shè)各處灌漿孔，鉆孔深度略大于隱患部位設(shè)計(jì)深度，孔位偏差控制在2cm以內(nèi)，保持孔壁豎直狀態(tài)，偏斜率不得超過(guò)2%孔深[2]；2)制漿。選用水泥粘土漿作為灌漿材料，提前使用過(guò)濾篩濾除原材料中的大顆粒物與各類雜物，要求粘土中的黏粒含量與粉粒含量分別不低于20%與40%，塑性指數(shù)控制在10%～25%以內(nèi)，選用32.5及以上標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥，最終制備漿液密度控制在1.3～1.6g/cm3；3)灌漿。采取孔底灌漿方法，率先向孔內(nèi)灌注少量稀漿，泥漿容重保持在1.5g/cm3左右，后續(xù)等待孔口壓力降低后，逐漸把泥漿容重提升至1.6g/cm3以上。分多次開(kāi)展灌漿作業(yè)，首個(gè)序孔灌漿完畢后再行開(kāi)展下處序孔灌漿作業(yè)，單次灌漿量控制在0.4～0.5m3/m左右，終灌后平均灌漿量控制在1.2～1.7m3/m左右；4)封孔。以復(fù)灌次數(shù)超過(guò)5次或是連續(xù)復(fù)灌3次不吃漿作為灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，上拔注漿管，在灌漿孔口部位堆土，重復(fù)向孔口充填少量濃稠漿液，最終在孔口回填夯實(shí)粘土，即可完成封孔作業(yè)。

1.3 電化學(xué)灌漿

電化學(xué)灌漿是在電滲作用下，在地層內(nèi)部形成滲漿通路，確保所灌注化學(xué)漿液均勻填充至地層裂縫孔隙當(dāng)中，起到防滲加固作用的1項(xiàng)灌漿技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)以降低結(jié)構(gòu)透水性、加固地基作為應(yīng)用目標(biāo)，適用于處理滲透系數(shù)不超過(guò)10-4cm/s、孔隙偏小、靜壓力漿液無(wú)法順利注入土層孔隙的土木工程。在電化學(xué)灌漿施工期間，參照施工圖紙?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)待加固土層內(nèi)標(biāo)記各處電極放置位置，選用有孔灌漿漿液管作為陽(yáng)極，選用鐵棒作為陰極，制備水玻璃與氯化鈣溶液等化學(xué)溶液。準(zhǔn)備工作完成后，把化學(xué)溶液在陽(yáng)極位置壓入土層當(dāng)中，向現(xiàn)場(chǎng)電極通入直流電，在電滲作用下，驅(qū)使土層孔隙水持續(xù)從陽(yáng)極部位流向陰極部位，所注入化學(xué)溶液滲流分布在土層孔隙當(dāng)中，產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)后生成硅膠等產(chǎn)物，加速土層固化過(guò)程與持續(xù)提高地層強(qiáng)度。最后，重復(fù)上述操作，輪番向待加固土層內(nèi)注入2種化學(xué)溶液，每隔1～2h交換陰陽(yáng)電極，直至化學(xué)溶液完全填充土層孔隙為止[3]。

1.4 自流可控灌漿

自流可控灌漿是利用自身重力使得漿液均勻、密實(shí)填充地層結(jié)構(gòu)裂隙孔道的1項(xiàng)灌漿技術(shù)，制備高性能砂漿作為灌漿材料，無(wú)需施加注漿壓力，多用于處理松散堆積土層、級(jí)配不均勻砂礫石層、斷層破碎帶、巖溶地層，有著固結(jié)體強(qiáng)度高、灌漿材料來(lái)源豐富、占地面積小、施工噪聲與震動(dòng)小、工效高的顯著優(yōu)勢(shì)。如果工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，可以搭配應(yīng)用自流可控灌漿技術(shù)和傳統(tǒng)壓力灌漿技術(shù)，率先通過(guò)自流可控方法來(lái)灌注地表灌漿孔，完成表層固結(jié)灌漿作業(yè)后，再按照從上到下順序逐層開(kāi)展鉆孔灌漿作業(yè)。在自流可控灌漿施工期間，重點(diǎn)掌握漿液配比、自流灌漿、壓力灌漿3道步驟的技術(shù)要點(diǎn)：1)漿液配比。使用自流控制砂漿和常規(guī)水泥凈漿作為灌漿材料。其中，自流可控砂漿由水泥、砂子、外加劑等原材料加水?dāng)嚢柚瞥桑阉嘤昧靠刂圃? 000kg/m3左右，砂子用量控制在850～1 300kg/m3，拌和水用量控制在230～280kg/m3以內(nèi)，外加劑摻量控制在1.5%～2.0%，體積水灰比控制在0.70～0.90。常規(guī)水泥凈漿以水泥、拌和水作為原材料，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際灌漿情況來(lái)確定水灰比，從0.5∶1到5∶1不等[4]；2)自流灌漿。采取分段逐層灌漿方法，按照工程現(xiàn)場(chǎng)地層條件來(lái)布置若干灌漿段，單段長(zhǎng)度控制在3～8m以內(nèi)，最多不得超過(guò)10m。隨后，施工人員對(duì)所準(zhǔn)備自流可控砂漿的漏斗通過(guò)時(shí)間與初始擴(kuò)展度進(jìn)行測(cè)量，確定無(wú)誤后，參照施工圖紙鉆設(shè)若干數(shù)量灌漿孔，設(shè)置溜槽，直接向孔內(nèi)灌注砂漿，持續(xù)觀測(cè)進(jìn)漿速度。待進(jìn)漿速度不足1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注砂漿，直到砂漿完全注滿灌漿孔，確定砂漿面高度下降值不超過(guò)3cm后，結(jié)束灌漿作業(yè)，對(duì)灌漿孔進(jìn)行封孔處理。

2 土木工程灌漿施工注意事項(xiàng)

2.1 灌漿材料選型

在灌漿施工期間，所選用灌漿材料主要分為：化學(xué)類、粘土類、水泥基類3種類型，各類型灌漿材料的工作性能、應(yīng)用表現(xiàn)與適用范圍略有不同，施工人員需要結(jié)合土木工程情況加以慎重選擇：1)化學(xué)類灌漿材料。由化學(xué)物質(zhì)替代水泥灌漿材料，具體包括：改性環(huán)氧灌漿料、發(fā)泡聚氨酯灌漿料、丙烯酸鹽灌漿料。改性環(huán)氧灌漿料適用于封堵處理寬度不超過(guò)0.2mm的裂縫，或是封堵漏水量較小的部位。發(fā)泡聚氨酯灌漿料作為臨時(shí)性堵漏材料，常用于封堵地下室底板、頂板等部位的明水。丙烯酸鹽灌漿料的膠凝體彈性較大，多用于封堵處理變形縫、后澆帶等部位。使用化學(xué)灌漿材料時(shí)，重點(diǎn)控制固化時(shí)間，并要求現(xiàn)場(chǎng)人員做好個(gè)人防護(hù)工作，避免因接觸有毒性灌漿材料而危及身體健康；2)粘土類灌漿材料。以亞粘土或粘土作為原材料，作為早期工程項(xiàng)目最為常用的灌漿材料，有著成本低廉、漿液穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，但粘結(jié)力、抗?jié)B壓等使用性能略有不足，當(dāng)前多用于臨時(shí)性防滲工程。選用此類材料時(shí)，必須結(jié)合工程建設(shè)需求，精確控制水泥、粘土、拌合水、速凝劑等原材料的用量比例，可以使用適量水泥替代粘土來(lái)改善灌漿效果[5]；3)水泥基類灌漿材料。以硅酸鹽水泥與水石膏作為原材料，經(jīng)過(guò)研磨等預(yù)處理操作后，加水?dāng)嚢柚瞥晒酀{料。此類材料適用于基礎(chǔ)2次灌漿、混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)等用途，經(jīng)過(guò)灌漿處理后不易出現(xiàn)開(kāi)裂縫質(zhì)量通病，但在水力沖擊漿液時(shí)會(huì)出現(xiàn)稀釋現(xiàn)象，影響到灌漿效果，不適用于堵漏明水部位。

2.2 工藝參數(shù)控制

考慮到不同土木工程的建設(shè)要求、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件都存在明顯差異，同類項(xiàng)目灌漿施工技術(shù)方案與工程施工情況不符，如果盲目照搬其他工程技術(shù)方案，將會(huì)導(dǎo)致灌漿施工過(guò)程、灌漿處理效果充滿不確定性，引發(fā)串漿、漏漿等各類型工藝問(wèn)題出現(xiàn)。因此，施工人員需要采取樣板先行措施，提前制定初步技術(shù)方案，在工程現(xiàn)場(chǎng)挑選一處代表性區(qū)域作為試驗(yàn)段，組織開(kāi)展試驗(yàn)段施工，根據(jù)施工過(guò)程與成果檢驗(yàn)報(bào)告來(lái)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)方案，確定漿液注入量、進(jìn)漿速率等工藝參數(shù)的最佳值，以自流可控灌漿技術(shù)位置。1)漿液注入量，綜合分析鉆孔長(zhǎng)度、灌漿長(zhǎng)度、灌漿次序、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件等因素來(lái)確定各段泥漿注入量。例如，在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件為裂隙發(fā)育區(qū)時(shí)，盡量增加漿液注入量，主要控制在200～1 000L/m以內(nèi)；2)進(jìn)漿速率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，當(dāng)進(jìn)漿量到達(dá)該段孔深60%～70%總進(jìn)漿量后，進(jìn)漿速率出現(xiàn)明顯下滑趨勢(shì)，下滑比例在25%～35%不等。因此，施工人員需要同步觀察灌漿孔進(jìn)漿情況，在實(shí)際進(jìn)漿量達(dá)到總進(jìn)漿量65%后，額外采取調(diào)節(jié)漿液濃度等施工控制措施。

2.3 工藝問(wèn)題防治處理

在土木工程灌漿施工期間，受到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜地質(zhì)條件、工藝操作、技術(shù)參數(shù)設(shè)定等因素影響，偶爾出現(xiàn)串漿、漏漿、灌漿中斷等工藝問(wèn)題，對(duì)灌漿施工成效造成明顯影響。對(duì)此，深入了解各類工藝問(wèn)題的形成原因，提前制定防治處理方案，避免工藝問(wèn)題出現(xiàn)，或是把工藝問(wèn)題造成的影響壓制到最低：1)串漿。漿液從灌漿孔內(nèi)流出現(xiàn)象被稱為串漿，形成原因包括：地層孔隙裂縫數(shù)量過(guò)多、灌漿壓力值超標(biāo)、形成灌漿通路。出現(xiàn)串漿問(wèn)題后，施工人員對(duì)灌漿孔進(jìn)行封堵處理，回填適量黏土，或是提前在黏土內(nèi)摻加適量水泥后再回填孔口，封堵孔壁和套管外壁間的間隙部位，繼續(xù)開(kāi)展灌漿作業(yè)。如果常規(guī)封堵措施無(wú)法處理串漿問(wèn)題，則應(yīng)停止鉆孔、灌漿作業(yè)，打入栓塞作為封堵材料，直至先期灌注漿液凝結(jié)后，組織開(kāi)展復(fù)灌作業(yè)[6]；2)漏漿。形成原因包括灌漿壓力超標(biāo)，內(nèi)部存在過(guò)多縫隙，導(dǎo)致所灌注漿液通過(guò)裂縫持續(xù)冒出地面。施工人員盡量采取低壓灌漿方式，提前對(duì)漿液濃度進(jìn)行調(diào)整，或是采取間歇灌漿方式，率先灌注適量泥漿，如果出現(xiàn)漏漿問(wèn)題，靜置一段時(shí)間后再繼續(xù)關(guān)注漿液，重復(fù)上述操作，直到不再出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。而對(duì)于嚴(yán)重漏漿問(wèn)題，在漏漿點(diǎn)嵌填棉花等封堵材料，或是在漏漿點(diǎn)均勻涂刷速凝水泥進(jìn)行堵塞；3)灌漿中斷。在灌漿施工期間，由于出現(xiàn)機(jī)具設(shè)備故障、輸漿管破裂或堵塞、巖層陡峭角裂隙發(fā)育等特殊情況，導(dǎo)致灌漿過(guò)程中斷，很難完全灌注巖石裂縫，整體灌漿質(zhì)量受到影響。要求施工人員提前準(zhǔn)備極限壓力較高的灌漿泵設(shè)備，檢查輸漿管外觀質(zhì)量與清理內(nèi)部浮漿雜物。如果仍舊出現(xiàn)灌漿中斷問(wèn)題，且所灌注漿液凝固，需要重新開(kāi)展灌漿作業(yè)，提出灌漿塞，在灌漿孔位置重新鉆孔，清理鉆孔內(nèi)部后，連續(xù)灌注漿液。

2.4 鉆孔施工控制

鉆孔是灌漿施工過(guò)程中的重要一環(huán)，從早期土木工程灌漿施工情況來(lái)看，常出現(xiàn)孔內(nèi)沉渣量超標(biāo)、孔底偏差超標(biāo)等問(wèn)題，如果忽視此類問(wèn)題直接進(jìn)入灌漿工序，會(huì)對(duì)灌漿施工效果造成明顯影響。因此，在鉆孔結(jié)束后，施工人員需要搭配采取鉆孔沖洗、成孔檢驗(yàn)、壓水試驗(yàn)3項(xiàng)施工控制措施：1)鉆孔沖洗。使用高壓水反復(fù)沖洗孔內(nèi)殘?jiān)瑳_洗時(shí)間控制在20min以上，沖洗壓力控制在0.8MPa左右，沖洗完畢后，檢查孔底沉渣層厚度是否達(dá)標(biāo)，必要時(shí)延長(zhǎng)鉆孔沖洗時(shí)間；2)成孔檢驗(yàn)。對(duì)各處灌漿孔的成孔質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，以孔位誤差、孔底偏差、孔徑值、孔壁垂直度作為檢查重點(diǎn)。例如，要求孔位偏差控制在10cm以內(nèi)，終孔孔底偏差控制在1.5%孔深以內(nèi)；3)壓水試驗(yàn)。鉆孔沖洗結(jié)束10min后，開(kāi)展注水試驗(yàn)與壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)期間重復(fù)多次測(cè)量流量值，再把壓入流量、全壓力、試驗(yàn)段長(zhǎng)度、鉆孔半徑導(dǎo)入計(jì)算公式，求解鉆孔滲透系數(shù)與透水率，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為建設(shè)高品質(zhì)土木工程，最大程度預(yù)防結(jié)構(gòu)滲漏、基礎(chǔ)沉降等質(zhì)量通病出現(xiàn)。施工人員要提升對(duì)灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用力度，全面掌握各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用條件與正確工藝做法，結(jié)合工程情況選擇恰當(dāng)技術(shù)種類，重點(diǎn)關(guān)注灌漿材料選型、工藝參數(shù)控制、質(zhì)量通病防治處理等施工注意事項(xiàng)，切實(shí)滿足土木工程灌漿施工要求。