水利水电工程灌浆施工控制技术

郭世永 韩家梁

（青州市水利建筑总公司，山东 青州 262500）

0 前言

现如今，灌浆施工技术作为水利水电工程中的常用施工技术，随着水利水电工程的快速发展，灌浆施工技术工艺也逐步成熟。从本质上来说，灌浆施工技术就是把浆液泵送到水利水电工程地基裂缝、断层破碎带或者建筑本身接缝处，通过浆液凝固后的性能来提高水利水电工程的整体稳定性和抗渗透性能。相对于常规工程项目，水利水电工程对于工程整体的质量及抗渗透性能将有更高的实际要求，而灌浆施工技术的应用则可以保证水利水电工程满足相关要求，进而促使灌浆施工技术在当前水利水电工程中得到广泛普及应用。

1 工程概况

某水利水电工程项目位于山东省境内，地处于暖温带季风气候，年降水相对集中，年平均气温介于11℃～14℃，全年无霜期超过180d。水利水电工程所处地区年平均降水量约为550mm～950mm，虽然降水量同比南方地区相对较少，但实际降水阶级分布交不均衡，全年超过60%的降水量集中在夏季时分，极易形成洪涝灾害，反之，在冬季、春季以及秋季易出现旱灾，在该流域建设水利水电设施不仅可以有效提高雨季时的防洪防涝能力，还能将雨季时富裕的水资源进行有效储存，缓解旱季时水资源匮乏等问题。某水利水电工程施工总体组织结构主要分为决策层、管理层、现场调度层以及作业层4 个层次，具体情况如图1所示。

图1 某水利水电工程总体组织结构图

2 水利水电工程施工要求

水利水电作为现代公共服务设施中的重要组成内容，其在施工过程中需要综合考虑地质、气候、环境、人文等诸多设计，并在具体设计过程中结合工程项目现场的具体情况，在保证施工顺序、施工成本的情况下，合理设定水利水电工程建设目标，为后续施工提高重要指导。其次，在施工阶段，由于水利水电工程的特殊性，其在施工过程中将会设计到各类危险品以及种类繁多的生产材料[1]。为能够有效保障水利水电工程施工质量，应根据危险品和材料的保存要求，科学确定危险品和材料的保存方案，并将其进行分类存放，做好严格质量检查以及安全管理，保障材料质量以及项目整体安全性。在施工进行期间，需要做好材料性能和品质检测，有效降低材料风险，从而推进工程进度有序落实，也能够保障工程质量符合标准。最后，项目施工单位还需要在施工中落实绿色生态、可持续发展等绿色环保理念，严格遵循环境保护的相关要求。在施工进行的过程中，针对废弃物进行规划设置，这样能够保证所设置的施工环境更加绿色、环保，助推整个工程项目实现深稳发展。

3 水利水电工程中灌浆施工技术的应用

在工程项目中，由于项目所处地质环境相对复杂，共采用了固结灌浆、帷幕灌浆以及回填灌浆3 种灌浆施工技术。在具体施工过程中，灌浆用水将会在流域中就近取水，并通过泵送管将工程用水引到施工现场。根据水利水电工程的施工要求以及就近原则，在施工现场附近设置电箱，并通过电缆线架设的方式将电缆引入现场，满足现场设备用电需求的同时，减少施工操作运行对社会的影响，保障施工安全。

同时，考虑到施工过程中可能会存在粉尘、噪声、废气、固体污染以及水污染等情况[2]。工程中将会配置有3 台洒水车，并在施工前对施工现场和周边道路进行洒水抑尘；施工区域设置有气体环境监测设备，实时监控施工现场的各类大气污染情况，对现场排污量较大的车辆和燃油设备配置有尾气净化设备；施工中采用低噪声施工设备，降低噪声源产生的噪声，并在施工现场面向居民方向设置有隔音板，对施工现场员工配置有隔音耳罩，提高员工个人噪声污染防护能力；施工现场就近设置有废水处理池、收集和处理施工中所产生的各类废水，并在废水处理后用于现场洒水抑尘。

3.1 固结灌浆

在工程项目中，固结灌浆主要采用单孔灌浆法进行施工。在施工过程中，施工人员根据设计要求进行钻孔，实际孔深需要根据现场的实际情况进行综合考虑，通常钻孔深度为5m～8m，具体钻孔过程中的误差值需要以表1 为依据，结合工程项目钻孔深度情况进行具体确定。在实际灌浆作业过程中，除部分岩石特别破碎区域或者浆液颗粒相对较大等情况，均可以通过一次性全孔灌注[3]。具体浆液浓度可以根据表2 中的混合比例进行由稀到浓进行依次配制和混合。

表1 钻孔深度与允许偏差值

表2 浆液浓度依次配比标准

此外，在施工过程中，需要在浆液浇灌注过程中根据设计标准严格控制灌注压力，通常灌注压力最大值会根据不掀动基础岩石为标准进行确定，以此来保障浆液灌注压力的同时，减少对水利水电工程基础的扰动情况。若是在施工过程中出现串浆情况，那么施工人员便可以采用群孔并联的方式进行灌浆，但灌浆过程中所采用的群孔数量应不多于3 个，并且在灌浆过程中也同样需要严格控制灌浆压力[4]。若是在灌浆过程中出现浆液供应中断情况，那么施工人员应立刻采用补浆措施保障浆液供应的连续性。通常在进行灌浆作业期间，要严格按照灌浆规格和实践要求，对具体的灌浆处理方案进行优化设置，进一步规范具体的灌浆作业流程，督促施工人员严格按照施工秩序规范作业。在借助机械进行施工期间，需要对压力指标进行规范设置，保证灌浆填充更加充实。

3.2 帷幕灌浆

在帷幕灌浆施工过程中，为保证水利水电工程的整体施工质量，将会严格按照施工图纸进行施工，并在施工过程中将基础灌注帷幕孔分为若干的施工区，然后再见每个施工区根据次序加密施工作业的要求划分成为2 个次序，分别记为Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，先对Ⅰ序孔进行帷幕灌浆，然后再对Ⅱ序孔进行帷幕灌浆[5]。施工中，根据工程项目现场的实际情况，设计人员最终确定相邻次序灌浆孔之间的距离应超过15m，该距离不仅可以有效保证水利水电工程岩石基础段帷幕灌浆施工质量，还能够有效控制整体施工成本。

此外，在岩石基础段钻孔作业过程中，由于岩石硬度相对较高，所以在钻孔过程中注意采用地质回旋钻机，具体钻孔直径则需要根据设计方案要求进行灵活确定，钻头作为钻机的重要组成部分，其将会直接影响钻机的工作效率及效果，在对市场上各类钻头进行综合分析后选用了金刚石钻头，以此来保证钻机的工作效率。岩石基础段的灌浆作业将会与钻孔作业同步进行，具体施工中会采用“自上而下”的顺序进行分段钻进，分段灌浆的方式进行，其中接触段的长度应控制在2m 以内，其他钻孔段的长度则应控制在5m～6m[6]。在每钻进段完成钻进以后，施工人员还需要通过测斜仪对钻孔斜度进行测量，进一步确保钻孔能够满足设计质量要求。

3.3 回填灌浆

在工程项目中，部分区域需要采用预埋灌浆管的方式进行回填灌浆。在具体施工过程中，施工人员需要先根据设计要求，在工程项目区域中合理埋设预埋灌浆管，并在灌浆管埋设过程中通过黑铁管将灌浆管引到孔洞以外，并使用膨胀螺丝将灌浆管进行有效固定。在回填灌注过程中，为防止灌浆管出现脱落等情况，综合保证灌浆质量，应以7d 为一个周期对灌浆管的具体固定情况、布局情况进行深入检测。当然，鉴于回填灌浆施工中所涉及的灌浆孔数量相对较多，所以在具体检查过程中可以采用抽样检查的方式来确定灌浆孔的质量情况，并在对选定灌浆孔进行质量检查过程中，应保证抽检的灌浆孔数量不少于灌浆孔总数的5%，并且在所有检测灌浆孔中，如果合格率超过80%，那么便视作为质量合格，反之则质量不合格。在具体灌浆过程中，施工人员可以通过钻孔灌浆法，按照2︰1 的水灰比制备灌浆所需浆液，然后在灌浆初始10min 内，应确保灌浆总流量不超过10L[7]，以该速度进行缓慢灌注，保证灌浆质量及效果。

4 水利水电工程施工试验

4.1 裂缝冲洗

在工程项目中，完成帷幕灌浆接触段钻孔以后，须对接触段进行裂缝冲洗作业。首先，选取压力水脉动法对单孔裂缝和串通孔裂缝进行全面冲洗，如果实际冲洗效果较差，那么还可以选取风水冲洗法对裂缝进行循环冲洗。其次，裂缝冲洗水压力应控制在灌浆压力的80%左右，而在选取风水冲洗法进行裂缝冲洗时，则应将冲洗压力控制在灌浆压力的50%左右。最后为保证整体冲洗成效，裂缝冲洗结束时间应控制在回水变清10min 以后，通常情况下单孔裂缝的实际冲洗时间应控制在10min 以上，而串通孔裂缝的实际冲洗时间则应控制在2h 以上，直至单孔裂缝内残留物的厚度控制在20cm 以内为止。

4.2 压水试验

在灌浆前，需要通过压水对灌浆孔进行裂缝冲洗，为后续灌浆质量的有效提升打下良好基础。通常情况下，灌浆孔冲洗会采用单孔冲洗法，冲洗水压力控制在灌浆压力的80%作业，待回水澄清以后，可立即停止灌浆孔冲洗作业。待完成灌浆孔冲洗以后，现场作业人员还需要根据“由上及下”的顺序对先导孔进行逐段压水试验。在试验过程中，现场作业人员需要通过五点法对先导孔段进行压水试验，通过单点法对帷幕灌浆进行压水试验，试验压力应控制在最大灌浆压力的80%以下。通常情况下，帷幕灌浆过程中的简易压水试验需要结合裂缝冲洗一同进行，试验时间控制在20min 左右，具体压水试验过程中的流量变化情况应每间隔5min 进行一次记录。

5 水利水电工程灌浆施工技术的质量管理措施

5.1 强化浆液配合比控制

在水利水电工程灌浆施工过程中，由于地质、气候、环境等很多因素的影响，具体施工中所采用的浆液配合比以及浆液混合材料也将会一定差异，想要有效提高水利水电工程灌浆施工质量，就必须合理控制浆液配合比，科学选择浆液混合材料[8]。此外，在具体施工过程中，施工人员还需要在浆液配置完成后，对浆液的各项性能进行检测分析，以此来直观判断浆液的配置质量。通常来说，如果浆液配置过程中掺入减水剂，那么浆液的流动值应控制在25s 以上，如果浆液配置中未掺入减水剂，那么浆液的流动值便应控制在16s以上，当然，为保证项目整体质量，浆液的流动值一般需要控制在40s 以下，如果不满足上述要求，那么应根据实际情况对材料配合比进行合理优化[9]。

5.2 灌浆压力控制

水利水电工程灌浆压力控制方法主要有2 种，分别为一次性升压法和分段升压法。其中一次性升压法大多应用于裂缝发育较差、透水性较低、并且岩石层较为坚硬和完整的区域；分段升压法则多用于基础渗透性较强的区域。如果在应用分段升压法过程中出现某级压力下单位吸浆量超过设计标准的情况，那么应立即降低一级灌注压力，然后再进行实际灌注作用。通常来说，分段升压法不应设置过多压力分级，一般分级不应超过3 个，而在采用三级升压法时，可以将注浆压力确定为0.4、0.7、1 或者0.5、0.8、1 个标准大气压。

5.3 加强各部门沟通交流效果

一直以来，水利水电工程各部门之间的沟通交流效果都相对较弱，其一方面导致项目施工中协调管理难度相对较大，另一方面也会在一定程度上影响项目进程，增加项目整体建设成本。对此，应基于信息技术构建水利水电工程管理信息平台，并要求各部门在施工过程中均需要将工程中所涉及到的各类信息上传到平台中，以此来加强各部门之间的数据交互效果，同时也能够方便项目管理人员根据各部门之间的数据信息实时比对设计方案与实际进程之间的差异情况，快速发现和处理施工进程中存在的问题，保障水利水电工程灌浆施工质量。此外，在沟通中还需要明确灌浆作业中可能存在的不良风险，然后在互动交流的过程中总结经验，科学制定预处理方案，以便在遇到操作隐患时能够有效规范和控制。

5.4 加强施工质量监督管理

在施工过程中，项目应做好现场施工质量监督管理工作。以灌浆孔质量检查为例，在对灌浆孔进行质量抽查时，质量检查人员应通过测量岩体波速、静弹性模量等方式对灌浆孔质量进行检测。同时，质量检查人员还需要通过试验检查的方式对灌浆孔进行质量检查。在进行检查时，需依托先进技术载体，对灌浆的粘稠度、泥浆浓度、吸收率等各项指标进行综合检测，并综合国家所提出的灌浆操作标准进行深入统计、对比和分析。在对灌浆孔质量进行判断过程中，应以测试检验结果为主，试验检验结果为辅，2 种检测方式综合对灌浆孔质量进行判断。在完成检测以后，所有检测结果仅需要以电子数据和纸质文档2 种形式进行归档，其中电子数据应上传到信息管理平台中，以此来为各部门判断灌浆孔质量问题的成因提供重要参考，进而为后续施工工艺完善提供支持，从而促进灌浆工艺不断优化和改进，提高整合的施工成效。

6 结语

随着社会经济的不断发展，如今各地区水利水电工程数量也在持续增长。在该背景下，为能够进一步提高水利水电工程施工质量，为人们日常生活提供便利，应在水利水电工程施工过程中科学应用灌浆施工技术、优化灌浆施工工艺，加强对施工现场的质量管理，多方面保证灌浆施工技术的应用成效，综合保证水利水电工程的质量，控制施工成本，推动我国水利水电工程的进一步发展。