水利工程中灌浆技术的应用

夏晓君

摘要：当前，全球变暖的现状，使得极端气候灾害出现更加频繁。其中，水灾给人们的生产生活造成了极大的影响。因此，为了应对洪水和特大洪水，世界各国都在兴修水利工程。在此背景下，要修建出高质量的水利工程，就必须利用先进的施工技术，并将多种施工技术相互协调配合，以发挥其最大效益，从而使水利工程能够真正服务民生和服务经济发展。

关键词：水利工程;灌浆技术;应用

一、基础灌浆在水利工程中的应用

灌浆施工技术是水利建设工程中极为重要的一个环节，在水利工程建设期间，所有施工都很结实，时间紧，施工需要很长时间。在保证施工质量和进度的前提下，将更好地利用灌浆技术，特别是根据不同的地质情况，形成不同的环境因素，合理选择灌浆技术。

表1基础灌浆工艺

二、水利工程灌浆施工技术应用分析

1.采用高压旋喷形式灌浆

在水利工程中应用高压旋喷灌浆技术需要借助机械设备，并根据不同地区水利工程的实际地质情况来选择机械设备和钻机设备。同时，要做好事先的准备工作，待处理好准备阶段的工作后，选择高压泵对水泥浆进行处理;在处理水泥浆的过程中，要考虑到钻机喷嘴飞射容易出现的情况，以避免影响周围环境。针对钻机喷嘴容易飞出这一特殊情况，施工人员可根据水利工程灌浆施工的实际情况提高钻机喷嘴的位置，以便抽出水泥浆液，从而防止污染周围环境和破坏当地地层，保证岩溶地区水利工程的建设质量。

2.采用基础形式灌浆

当某地区的岩溶深度>50m时，高压灌浆技术就会难以正常发挥作用。此时，选择高压灌浆技术，将无法将水泥浆液灌注到钻孔中。针对此，可采取基础灌浆施工技术，并结合水利工程建设所在地的实际地质情况，编

制完善的灌注施工方案，采用科学合理、有效的基础灌浆施工技术。值得注意的是，虽然基础灌浆施工技术的效率比高压灌浆施工技术的效率低，但其可以很好地处理深层岩溶的灌注问题，从而可以使填充物和水泥浆液充分融合，进一步提升水利工程的綜合效益。

3.采用混凝土裂缝形式灌浆

由于混凝土裂缝病害会对工程的稳定性和安全性造成重大影响，因此为了预防混凝土裂缝，提升水利工程的整体稳定性，可采用化学灌浆的方式进行灌浆作业，并借助压泵等专业机械设备将水泥浆液匀速灌注到裂缝处，从而在完成修补裂缝的同时，提升水利工程的整体质量。

三、具体工程应用

1.帷幕灌浆

帷幕灌浆的施工流程主要有质量检查、浆液灌注、孔洞清洗、压水试验、开孔布设等，具体如下：

（1）灌浆孔开孔与布设。工程中，硬度强的合金或者金刚石钻头加回转式钻机属于灌浆孔开孔与布设常用的施工设备，孔径一般不大。灌浆孔布设时要符合相应的质量要求，控制设计孔位与实际布孔偏差不超过10cm;开孔深度、灌浆孔孔壁要符合设计标准，孔向准确且孔壁平整。

（2）灌注前压水试验。正式开工前灌浆体裂缝或已布设的灌浆孔可能会出现塌陷、堵塞的现象，灌注之前通常需要利用水流冲洗清理，并保证灌浆时灌浆孔沉积的杂物厚度不超过0.2m。清洗灌注体裂隙时需用压力水冲洗，控制压力不超过1MPa，一般为灌浆压力的80%，清洗至回水清澈。

（3）灌浆方法。帷幕灌浆施工时一般利用循环式灌浆，为了确保帷幕灌浆质量较少选用纯压式灌浆，合理控制每层灌浆长度≤5m，施工过程中可以结合实际情况适当的调整，调整幅度不超过±5m;控制孔底与射浆管距离≤0.5m，以保证上层孔壁不受射浆破坏。采用从上至下分段灌浆法时需要先灌注至层底高程0.5m以上，并将其作为灌浆塞封塞位置，以减少漏灌发生概率。帷幕灌浆必须按照加密内插的灌注程序，单排灌注时要先布设导孔P，然后在两个导孔中间按分序加密内插的方式内插1个Ⅰ序灌注孔;同理，在Ⅰ序孔与先导孔P中间内插一道Ⅱ序孔，在Ⅱ序孔、Ⅰ序孔、先导孔P中间内插一道Ⅲ序孔。若选用三排或两排灌注法，应遵循先两边后中间、先下游后上游的灌注原则。

（4）灌浆压力。工程中，可以利用以下几种方法确定帷幕灌浆压力。①通过现场打设检查孔、灌浆孔和定水头灌水试验来确定，以每分钟注水量、水表读数、压水时间间隔、钻孔直径、试验段长等参数确定;②引入流量Q、试验段长度L、透水率Lu、灌浆压力P，利用公式P=Lu×L/Q确定;③结合施工经验经适当的调整，确定符合工程实际的灌浆压力。遵循先稀后浓的原则合理设计灌浆浆液浓度，以5∶1作为初始浆液水灰比，水灰比浓度随灌浆过程的持续不断增加至0.5∶1。然而，在压力不断增加入浆率不变或入浆率不断减少灌浆压滤不变的情况下，应保持水灰比不变;若某浓度浆液灌注时长超过1h或者入浆量超过300L，但入渗率与灌浆压力无明显变化时要增加浆液浓度;入浆率>30L/min时可适当增加浆液浓度。以细水泥将制作灌注浆液时，调整浆液浓度时不宜出现过大的变化幅度。

（5）封孔方法。在试水试验确定灌浆压力以及自上而下分段帷幕灌浆时，维持灌浆作业1h且入浆率0.4L/min以下的情况下可停止灌浆;此外，维持灌注作业1.5h且入浆率1L/min以下的情况下也可停止灌浆。

在试水试验确定灌浆压力以及自下而上分段帷幕灌浆时，维持灌注作业0.5h且入渗率在0.4L/min以下的情况下可停止灌浆;同时，维持灌注作业1h且入渗率在1L/min以下的情况下可停止灌浆。

（6）质量检查。总体上，可以从两个方面入手检验检测灌浆施工质量。①依据施工过程数据记录分析施工分序、时间控制、灌注量、灌浆压力值情况，合理判断是否达到停灌标准;②采取压水试验检查施工质量，以总灌浆孔的10%作为布设的检查孔数，将检查孔设置在非正常地带、地质条件复杂的断层或破碎带、帷幕灌浆的中心线上。在完成灌浆施工的15d后按照规范流程开展检查孔压水试验，有五点法或单点法两种形式。

2.化学灌浆

（1）化学灌浆的特点。化学灌浆的浆液相对于其他灌浆材料其浆液存在一定的特点。①浆液的凝聚时间可通过配比调整有效地控制，所以具有较好的控制性;②浆液黏度低、混合均匀，其较好的流动性比较适用于微小缝隙的灌浆，化学灌浆可以适用于0.1mm以下的缝隙;③凝聚后的化学浆液可以形成渗透系数小、耐久性强、稳定性高、有机花合体强大的结构，具有明显的防渗效果，比较适用于较高防渗要求的工程。然而，以高分子有机化合物为主要成分的化学浆液存在一定的毒性，一般适于环保要求的区域。

（2）化学浆液类型。一般地，常见的化学浆液有MMA类、EP类、PU类、XT类、C3H5NO类、Na2SiO3·9H2O类等类型。

（3）灌浆工序。总体上，帷幕灌浆施工工序与化学灌浆基本相同，具体如下：合理布设压水试验所需的试验孔，然后结合设计要求布设灌浆孔，干燥处理裂缝并清理存在的渣土，最后埋设回浆与灌浆管道，完成灌浆口注水以及封口操作。

（4）灌浆方法。根据不同的配置方式，可把化学灌浆划分成纯液和混合液两种灌浆方式。其中，纯液灌浆是指分开存放、单独运输、按设计配比分别泵送两种浆液，并在灌浆孔孔口均匀混合后泵送至预定灌浆孔段的方法。该方法具有复杂的施工过程，但能够对浆液比例实时调整，所以具有较强的适应性。混合灌浆是指按预先设定的配比，在储浆桶内均匀混合并泵送至设定灌浆孔段的方法。该方法具有浆液配比准确、施工操作方便等优点，但要及时的输送已调配好的浆液，否则时间过长就会形成聚合导致无法灌浆。此外，对浆液比例进行调整时，该方法利用余浆调整难度较大。

3.固结灌浆

（1）施工工艺。一般地，固结灌浆包括纯压式、循环式两种方式，且总体上固结与帷幕灌浆存在相似的工艺流程。

（2）技术要求。固结灌浆孔的布设有三序或两序两种方式，布设过程中要符合分序加密内插的原则。分段灌浆或从上至下分段钻进的方法一般适用于有特殊施工要求、地质条件差、压水试验要求灌浆压力≤3MPa或者灌浆孔深超过6m的灌浆，而全孔一次灌浆多适用于灌浆孔基<6m的部位，灌浆孔能够实现一步到位。灌浆前，可用80%的灌浆压力（≤1MPa）冲洗裂隙，压水试验孔数取灌浆总孔数的5%，以灌浆量<0.4L/min并持续灌注0.5h作为灌浆结束的标准。在完成固结灌浆后要严格控制时间，并注重质量检查工作。灌浆结束27d、14d、3-7d时要实施静弹性模量、岩体波速、压水试验，以合格率≥80%作为压水试验质量控制标准，灌浆孔不合格孔

段要尽量保持分散，并且不超过设定值的50%。

四、施工方案1.抬动观测装备安装与变形观测

（1）抬动观测装置施工

为了观测在钻孔冲洗、压水试验、灌浆等过程中可能引起的岩体变形，固结灌浆、帷幕灌浆施工中需进行抬动变形观测。包括抬动孔的钻孔、抬动变形观测的埋设安装及观测、封孔等。固结灌浆根据混凝土盖重厚度及施工部位确定抬动观测孔布置。

1）底板等基础部位的抬动变形观测

底板等基础部位的抬动观测孔采用XY-2PC地质钻机配金刚石钻头进行回转钻进，垂直孔，孔径为Φ91mm，孔深根據各部位混凝土等盖重厚度确定。

抬动观测装置安装步骤如下：

①孔底部0.6m用0.5：1水泥浆充填，随即在孔内下置一根Φ25mm钢管，距管底部0.6m处焊接对中圆形钢板，钢板上设置一橡胶塞（根据监理人指示可采用更为有效的其它仪器）。

②在Φ25mm钢管外套一根Φ70mm钢管，钢管底部与橡胶塞紧密接触，用1：1油膏充填Φ70mm钢管外壁与孔壁间的环状间隙，充填段长各1m。其上用粉细砂充填Φ70mm钢管外壁与孔壁间的环状间隙，再在Φ25mm钢管上端连接一根长25cm的横向钢管。

③在该孔附近30cm处的混凝土面（或基岩面）设置千分表固定装置。

2）洞室边墙和顶拱的变形观测

洞室边墙和顶拱的变形监测孔采用YG-40液压锚固钻机钻孔，孔径Φ56mm。基准杆采用DN10钢管，外套Φ32mmPVC管。

2.抬动变形观测

⑴设有抬动变形观测的部位，其观测孔临近范围内的灌浆孔段在裂隙冲洗、压水试验（含物探测试孔的压水试验）及灌浆过程中均进行观测，将观测成果报监理人审查。

⑵单段抬动变形允许值暂定200μm。

⑶抬动变形观测采用具有变形自动记录及超值自动报警功能的观测装置，同时委派专人进行连续观测记录，在裂隙冲洗、压水试验及灌浆等作业过程中，当变形值接近变形允许值或变形值上升速度较快时，及时报告各工序操作人员采取降低压力措施，防止发生抬动破坏。如施工中发现超过规定的允许值，立即停止施工，报告监理研究处理措施。

⑷抬动变形观测使用的千分表，经常检查，确保其灵敏性和准确性。

⑸抬动变形观测过程中，严格防止碰撞观测装置，保证在正常工作状态下观测，确保测试精度。

⑹灌浆工作结束后，抬动观测孔按监理人的要求进行封孔处理。

结束语：

灌浆施工技术是水利工程建设中的重要施工技术之一，其具有加固地基、预防渗漏危害等优点。对此，需综合考虑水利工程所在地的实际情况，选择恰当的灌浆施工技术，在有效提升水利工程防渗性和整体稳定性的同时，进一步发挥水利工程的作用，从而为经济发展、民生服务以及生态保护做出贡献。

参考文献：

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