刍议水利工程施工中基础灌浆技术应用及灌浆材料选择

2015-08-15江西省水利水电建设有限公司

河南水利与南水北调 2015年24期

关键词：水泥浆分段灌浆

□熊明（江西省水利水电建设有限公司）

0 引言

水利工程建设近些年的发展十分迅速，工程规模和跨度越来越大，施工环境越来越多元复杂。利用基础灌浆技术，可以十分有效地解决水利工程施工中的相关问题，强化施工质量。故而，探究水利工程施工中基础灌浆技术的应用显得尤为重要。

1 基础灌浆技术

所谓基础灌浆就是在施工地层中，使用特定的灌浆材料通过灌注机械将其注入到岩石、孔缝、溶洞、地层等环境中，强化这些结构的整体性，提升其防渗防漏性能，提高其承载性能，保证施工顺利进行。常用的灌浆技术主要有全孔灌浆、分段灌浆以及综合灌浆。

1.1 全孔灌浆

又可以称为全孔一次灌浆，其是一种最为基础也是最为简单的一类基础灌浆施工技术。在实际施工过程中，通过定位好的灌浆孔，利用灌浆设备直接进行钻进，在钻进位置达到预定深度的时候，就可以直接实施灌浆。这种直接钻进的灌浆模式，需要一次性完成灌浆过程。这种方法虽然简单易操作，但是却存在着适用范围不大、孔深制约严重以及灌浆效果一般等问题，在实际施工中，对岩土结构具有较高的要求。

1.2 分段灌浆

可以分为自上而下分段和自下而上分段两种模式。自上而下分段就是在完成钻孔之后，对钻孔分段，每一段的长度一般处在三到五米范围内。进行灌浆时，先对上段孔段进行灌浆，在上段孔段灌浆稳定凝固之后，才能展开后续灌浆。这种灌浆模式的灌浆结果质量很高，适用于许多地质岩层条件较差的区域。而自下而上分段就刚好和自上而下相反，其先对下段进行灌浆，然后对其进行水压试验，在试验结果满足要求之后，才能对上一段展开灌浆。自下而上的分段灌浆施工技术工作量小、操作简单，但是操作控制却十分严格，只有处在正确范围内才能达到预期的灌浆效果。

1.3 综合灌浆

综合灌浆就是联合采用多种灌浆方式进行施工的技术。由于水利工程的施工环境大多比较复杂，许多施工地层的岩层结构整体性不高，比较脆弱和松散，容易在施工过程中发生崩落。而单一的灌浆方式又无法切实解决这些问题时，就需要综合采用多种灌浆方式进行施工，以便更好地控制施工质量。比如升钟水库在进行改建加固施工时，就采用了综合灌浆技术，对施工地层进行了灌浆加固，保证了后续施工进度和安全。

2 灌浆材料选择对基础灌浆技术的作用

2.1 化学材料

通过化学药剂制作而成的灌浆材料具有良好的流动性，能够从十分细小的孔隙进行灌注，还可以根据实际施工需求调节化学灌浆材料的凝结时间。化学灌浆材料通常可以分为有机和无机两种，有机材料主要是各类高分子材料，比如环氧树脂、聚氨酯和丙烯酰胺等；而无机材料主要是以硅酸钠为原料的各种材料，通常称这一类材料为硅化灌浆材料。

利用环氧树脂作为灌浆材料时，其主要是以环氧树脂作为核心，通过添加一定量的增韧剂、稀释剂以及固化剂进行混合制成的。环氧树脂在成型之后具有良好的粘结力和稳定性，可以作为补强混凝土结构的主要材料。对于一些高强度要求的结构，主要是使用环氧树脂进行灌浆来达到施工目的。

聚氨酯又可以称为氰凝，主要是通过促进剂、聚醚以及氰酸酯按照一定比例配置而成的。使用聚氨酯作为灌浆材料时，一般通过单液灌注进行，在遇到水后可以发出气体并生成凝胶，这可以使灌浆液体膨胀渗透，对施工对象形成二次渗透。

使用丙烯酰胺作为灌注材料时，其又可以被称为丙凝，是以三乙醇胺、甲醛以及铁氰化钾等化学物质作为辅助剂。促使丙烯酰胺形成灌注材料。在施工灌注过程中，通常是把原料和氧化剂制成溶液同时灌注。丙烯酰胺具有很低的黏度，可以灌注到较深的缝隙处，达成优良的堵漏效果。

硅化灌浆材料一般有单液法和双液法两种灌注模式，单液法适用于黄土砂质类土层施工，使用强度和粘度都较低的浆液灌注；双液法适用于渗透系数较高的砂质土层，在灌注时先灌注硅酸钠溶液，再灌注氯化钙溶液，两种溶液在化合后可以表现出较高的强度。

2.2 固粒材料

固体灌浆材料主要是水和固体颗粒混合而成的，其制备简单、施工方便、成本低廉、固结防渗性能良好，具有广泛的应用空间。常用的固粒灌浆材料主要有水泥黏土、水泥粉煤灰、水泥浆以及粘土浆四类。

水泥黏土浆液集合了粘土浆的成本低廉和稳定性好以及水泥浆强度高的特点，具有较为广阔的使用空间。此外。还可以调整粘土和水泥的配比，以便适应不同的施工需求。

水泥粉煤灰则是把水泥、粉煤灰以及凝胶混合制作形成的浆液，其具有良好的流动性和稳定性，应用范围逐渐广泛。

水泥浆是灌浆施工中使用最多的材料，其施工便捷、强度较高、结胶性好，适用于低渗透系数和大缝隙的岩层施工。为了减少水泥浆的变形收缩，通常可以加入砂子来增加水泥浆的粘结力，减少水泥浆的流失。

粘土浆是使用时间最长的一类灌浆材料，虽然其成本和稳定性都极具优势，但是由于粘结度和强度都比较低，因此通常只是用于临时施工，不做长期使用。

3 基础灌浆技术在水利工程施工中的实际应用

3.1 基础灌浆技术在水利工程岩溶地区的施工应用

岩溶地区是水利工程施工过程中经常遇见的施工地质，因此探讨灌浆技术在岩溶地区的施工应用具有积极作用。在岩溶地区，一般采用高压灌浆方法进行灌浆施工。通过高压水泥浆对施工地区进行灌浆施工，增加其密实度，使其具有可观的防渗性能。而在水利工程施工中的岩溶地区，一般可以采用高压旋喷基础灌浆技术。高压旋喷需要钻机具有良好的钻透性能，能够钻入较深的地层。在钻机的钻头处安装喷嘴，在泵作用下，水泥浆喷射而出，破坏原有的土层结构，形成新的稳定结构。钻头在钻进过程中需要保持旋转，以促进土层破坏部分和灌注水泥浆能够进行充分搅拌，进而形成坚固的柱状物，对水利工程的地基形成有效加固。

比如，某水库进行坝体防渗施工，其坝体最高处为13.50 m，全长约300 m，顶面宽度为4.10 m。由于坝体地层处于云母片岩，存在风化情况。土层4.50 m深度以上结构松散，属于回填杂土层；在4.50～9 m深度之间具有一定压缩性，属于粉质粘土；而在9～16 m深度之间，存在一定程度渗漏，属于中粗砂粘质层。在其施工中，就可以使用高压旋喷灌浆进行施工，其钻进深度应该在基岩下1～1.50 m，孔距在1.50 m，水泥浆比重＞1.50，提升速度在8～12 cm每分钟，泵压保持在0.30 MPa之下，气压维持在0.40～0.60 MPa之间。在施工过程中，为了控制施工质量，需要处理好两个方面的问题：一是处理好成孔倾斜，在钻进过程中要保持钻机垂直度，根据钻进情况进行不断调整，使垂直度的误差保持在千分之一的范围内；在钻进过程中，感受到地层条件出现明显变化时，需要降低钻进速度。二是处理钻孔漏浆，可以适当加大泥浆比重，将其从1.50提升至2；在钻进孔口出现该问题时，应该停止钻进，将钻杆拔出，使用粉质粘土制成土球对钻孔进行填充，捣实之后再进行钻进。

3.2 基础灌浆技术在水利工程严重漏水中的施工应用

水利工程在施工过程中，严重漏水的情况是比较常见的。根据实际施工经验来说，出现严重漏水问题的原因通常是对水利工程选址不恰当导致的。在选址过程中，由于没有全面地对施工地质条件进行全面勘察，导致在一些容易发生漏水事故的地段进行施工。在遇到严重漏水问题时，采用常规灌浆施工技术的成本较大，而且效果不好，需要采用更加贴合实际的灌浆施工方式。模袋灌浆就是处理这类问题的良好办法，由于模袋耐磨性很好，通过模袋相互挤压，就可以有效降低模袋中浆液含浆量，强化模袋中水泥浆的凝结速度。不仅如此，在模袋的约束下，水泥砂石很难从模袋中发生流失，可以发挥出良好的溶度阻塞效果。例如，在某排灌站施工时，前池施工时发生了严重的漏水问题，其前池长12000 mm、宽5000 mm、高2500 mm。由于排灌站前池的作用只是引水，因此不适宜利用常规的灌浆法进行堵漏施工。在这种情况下，利用模袋灌浆进行堵漏施工就显得很合理了。一般需要根据漏水范围确定合理的施工面积，再制定灌浆浆液配比，级配比要根据实际情况确定，浆液材料一般使用沙土、砂石等混合配置。