浅议水工建筑压力灌浆施工技术

江永深

摘要：本文分析了压力灌浆施工的基本程序与影响因素，并结合工程实例阐述了压力灌浆施工技术的应用方法。

关键词：压力灌浆;施工技术;水工建筑

灌浆是指利用钻孔或插入的导管，向地层或构筑物中的裂隙、裂缝、孔隙、孔洞内灌入浆液，当浆液凝结硬化为结石后堵塞了这些空隙，从而提高了被灌注地层或构筑物的抗渗性和强度的工程措施。通过充填、压密、粘合和固化作用，灌浆施工可以达到防渗、补强的目的[1]。灌浆效果取决于众多因素，但灌浆压力无疑是重要因素，一般将灌注压力达到3MPa以上的称为高压灌浆，灌注压力0.5～3MPa称作中压灌浆，灌注压力低于0.5MPa叫做低压灌浆，常规压力灌浆是指中压灌浆和低压灌浆。灌浆材料也是重要因素，一般以水泥浆、水泥黏土浆、黏土浆居多，也可根据需要使用水泥砂浆、水泥黏土砂浆、水泥粉煤灰浆、水泥水玻璃浆液等，还可以采用化学灌浆材料，如水玻璃、木质素、丙烯酰胺、聚氨酯、环氧树脂、甲凝、脲醛树脂等材料。根据灌浆用途，可将灌浆分为固结灌浆、帷幕灌浆、回填灌浆、接缝灌浆、接触灌浆等形式。按照灌浆施工方式，灌浆分为循环式灌浆、纯压式灌浆、自下而上分段灌浆、自上而下分段灌浆、综合灌浆、孔口封闭灌浆等多种方法。由于灌浆施工简单、经济，因而在水工建筑物防渗、堵漏、加固处理中发挥了巨大的作用。

1 压力灌浆施工基本程序与影响因素

1.1 灌浆施工的基本程序

灌浆施工必须遵循一定程序，才能保证施工质量和工效。施工程序包括类序、排序、孔序、工序和期序。类序是指将不同类型的灌浆合理安排顺序，如混凝土坝岩基灌浆，一般类序是固结灌浆→帷幕灌浆→接触灌浆→接缝灌浆。排序是指多排孔灌浆施工的顺序，如3排帷幕灌浆，一般排序是先施工外面两排，再施工中间一排。孔序是指每一排灌浆孔的施工顺序，一般做法是隔开若干孔灌浆，再插补加密。工序是指每个灌浆孔或每个灌浆段所采取的施工顺序，一般做法是：钻孔→洗孔→压水试验→灌浆→封孔。期序是指某些灌浆需要分期进行，如混凝土坝固结灌浆可以分两期施工，第一期是在大坝混凝土浇筑之前进行1/4孔的较低压力灌浆;第二期是混凝土浇筑2～3层以后余下3/4孔进行较高压力灌浆。施工程序应根据工程任务、地质条件、灌浆试验结果以及以往施工经验综合分析比较后确定，一般需要满足技术先进、质量可靠和经济合理的要求。

1.2 灌浆施工影响因素分析

1.2.1 灌浆材料

选择灌浆材料的依据主要是可灌性和经济性。可灌性是指灌浆材料送进被灌注空隙的难易程度以及浆材特性与被灌注区域特性的适应程度。为满足可灌性一般要求灌浆材料颗粒细、稳定性好、粘结性强和结石强度高，从经济上考虑应使用当地易得的材料。水泥是应用最为广泛的灌浆材料，按照DL/T 5148-2012的规定[2]，灌浆用水泥一般应选择硅酸盐水泥、普硅水泥、复合硅酸盐水泥;当有抗侵蚀或其他要求时，应选择特种水泥。强度方面，接触灌浆、接缝灌浆应使用强度等级42.5或以上的水泥，其他类型的灌浆应采用强度等级32.5或以上的水泥。细度方面，要求水泥细度过80μm的筛余小于5%;在特殊地质条件或要求下，可使用超细水泥、干磨细水泥、湿磨细水泥配置的浆液。黏土是使用历史最为悠久的灌浆材料，因其具有颗粒细、来源广、稳定性强、可灌性好等特点，掺入水泥浆液中具有改善水泥浆稳定性、流动性的效果。但是自然界中的黏土性质差异很大，不加选择地使用可能会带来不好的结果，因此使用前应进行必要的土工试验，以获得诸如粒度分布曲线、塑限、液限、塑性指数、含水量、黏粒含量、含砂量等参数。还应测定黏土浆稳定性，必要时掺入化学药剂提高稳定性。其他灌浆材料，如水、砂、粉煤灰、矿渣粉、硅灰、石粉等，应符合规范要求并经过试验证实可灌性良好。外加剂方面，如速凝剂、减水剂、稳定剂等，应符合规范并经过试验确定。

1.2.2 灌浆孔位布设

灌浆试验孔的布设依据主要是水工建筑对基岩的要求、基岩地质条件、灌浆用途及施工目标。一般情况下，帷幕灌浆常采用单排孔、双排孔、三排孔等形式。孔的间距取决于地质条件和灌浆技术条件，一般裂隙发育、透水性强的地区，Ⅰ序孔距可以大些，因为浆液比较容易渗透;反之，裂隙不发育、透水弱的地区，Ⅰ序孔距应该小些。灌浆的序列一般为3～4次。通过分析每个序列孔的注浆量、透水率递减等情况，即可确定灌浆孔距、排距及施工顺序等工艺参数。

1.2.3 灌浆浆液配合比的选择

我国灌浆施工中一般从稀浆液开始，逐级变浓，直至达到结束标准，并以最后达到的浆液浓度结束。DL/T 5148-2012规定，灌注普通水泥浆液的水灰比采用5、3、2、1、0.8、0.5六个比级，并且灌注时由稀变浓逐级变换;灌注细水泥浆液时采用2、1、0.6或1、0.8、0.6三个比级。目前，欧美国家普遍采用比级单一的稠浆（如0.8），其观点认为稀液灌浆会留下空穴和渗漏通道，受到地下水侵蚀后原本疏松的水泥石会被溶蚀掉，而稠浆不易析水沉淀，有利于形成均匀稳定的传播前沿以及前沿后面坚固密实的结石。因此，在国外施工的中国工程公司只能采取折中措施，如采用1.5、1、0.5三个比级[3]。

1.2.4 灌浆压力的确定与控制

为了使浆液灌注到预定范围内的空隙中，灌浆压力必须达到一定数值。一般来说，灌浆压力大一些浆液填充范围也大，从而可以减少钻孔工程量，对于降低工程造价无疑是有利的，同时也易获得更好的灌浆效果;但是空隙很大的岩体，若灌浆压力太高，会造成大量吃浆，反而造成材料的浪费，而且還会破坏岩体并造成地面抬升。因此，合理的灌浆压力一定是在一个合适的范围内。目前，灌浆压力主要是通过经验公式计算或参考同类灌浆工程初定，再结合试验或初期施工进行调整和修正。需要注意的是灌浆压力并不是灌浆泵压力表显示的压力值，灌浆压力（、和分别为压力表显示压力、浆液自重压力、沿程压力损失;“-”为压力表安装在孔口进浆管上，与纯压灌浆一致;“+”为压力表安装在孔口回浆管上，与循环灌浆一致）。

灌浆压力的控制方法如图1～2所示。图1适用于透水性较小、较完整的基岩灌浆，灌浆开始后迅速升压至规定压力。在规定压力下，浆液配合比逐级变浓，直至注入率减少到结束标准，灌浆结束。当基岩透水率很大，难于达到规定的压力值或注入率太高（>50L/min）时，应采用图2所示的分级升压灌浆法。从较小压力级别开始灌注;当注入率减小至下限（如<20L/min）时，再升高一级压力;当注入率再减小至下限，继续升高一级压力，直至达到规定压力，并且注入率减少到结束标准，灌浆结束。在灌浆过程中，浆液浓度一般也是由稀到浓，但如果在其中一级压力下，注入率不减小，浆液应快速变浓甚至越级变浓。

2 压力灌浆施工技术应用

2.1 工程概况

某水利工程[4]为供水调蓄工程，水库调节容量约3.8×107m3。由于库区覆盖层为砂卵石地层，渗漏严重。主坝基岩地质条件复杂，基岩面由上至下分布着强风化砾岩、砂质泥岩和泥岩，坝基防渗方案为防渗墙+灌浆处理。在灌浆施工前，选择有代表性的桩号ZB0+210.0到ZB0+222.0进行试灌，如图3。本工程灌浆施工分别采用自上而下、自下而上的分段灌浆方案，并分三序施工，其中Ⅰ序、Ⅱ序采用自上而下的分段灌浆方式，Ⅲ序采用自下而上的分段灌浆方式。试验效果达到了预期目标，防渗能力满足小于3 Lu的设计标准;压水及灌浆抬动观测值不超过0.07mm。

2.2 施工工艺

施工工艺流程如图2所示。钻机型号为GJ-200S，并采用合金或金刚石钻头，回转钻进工艺。第一段钻孔孔径φ91mm，第二段开始钻孔孔径φ75mm。孔位、孔深、孔径、孔斜均按設计要求进行严格控制。钻进结束立即采用大流量水进行冲洗，洗至水清无岩粉，并且冲洗时间不得少于10min，冲洗结束后孔底岩粉厚度不超过20cm。然后进行简易压水试验，试验压力为灌浆压力的80%，并且每5min测记一次流量，连续20min结束。灌浆时，以孔口回浆管上的压力表显示值作为人工压力记录值，以灌浆自动记录仪采集的压力作为灌浆压力的平均值。灌浆压力第一、二、三段分别为0.2、0.4、0.6（MPa）。浆液采用水灰比3、2、1、0.8、0.5五个比级，其中开灌水灰比为3。终孔标准为灌浆孔深达到设计要求及灌前压水试验透水率≤3Lu，否则应继续钻孔至透水率符合要求。自上而下、自下而上的分段灌浆方法分别采用“分段压力灌浆封孔法”、“置换和压力灌浆封孔法”进行封孔。封孔务必密实、不返水，否则应重新扫孔、灌浆和再封孔。

3 结语

压力灌浆技术已成为水工建筑防渗加固的重要手段，与其他防渗加固技术相比，压力灌浆技术在施工便捷程度、经济效果方面都有明显的优势。然而压力灌浆未知因素较多且为隐蔽工程，因此在正式施工以前要先进行灌浆试验，以试验获得的资料完善施工方案。

参考文献：

[1]张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]中国电力企业联合会.DL/T 5148-2012 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3]李国清，胡兴丹.马来西亚沐若水电工程中水泥灌浆水灰比选用[J].水利水电技术，2013，44（4）：1-4，7.

[4]杨良权，李波，雷安平，等.南水北调大宁调蓄水库帷幕灌浆试验与分析[J].水利水电技术，2013，44（1）：73-78.