基础灌浆施工技术在水利工程中的应用

2022-03-25徐浩根

科技创新导报 2022年8期

徐浩根

（贵州省水利投资（集团）有限责任公司贵州贵阳 550000）

基础灌浆技术作为一种常见且重要的地基处理手段，被广泛应用在水利工程大坝加固处理与防渗环节。因水利工程对地基结构承载力、防渗性能的要求极为严苛，还需要严格遵循因地制宜原则，针对不同施工地质环境及施工情况，设计出具备较高技术可行性与经济适用性的基础灌浆施工技术方案，确保基础灌浆施工技术能够充分发挥出应有的应用价值。

1 基础灌浆施工技术在水利工程中的应用重要性

社会经济的快速发展使水利工程逐渐趋向于大型化转变。因施工现场地质环境日渐复杂，地基结构施工及施工管理难度进一步提升。基础灌浆技术是常见水利工程施工手段，虽在当前已经积累下了较为丰富的施工经验，但在具体实施过程中依然会受到各类因素影响，导致灌浆效果预期目标存在较大差异。

相较于普通建设工程而言，水利工程对地基结构的防渗水功能要求极为严格，需要着重关注工程建设初期地基防渗水处理环节，加强基础灌浆施工技术应用全过程管控力度。

由此可见，为使水利工程始终处于高质高效建设状态，应着重加强基础灌浆施工技术的应用管理工作，严格遵循因地制宜原则，通过分析水利工程施工环境地质特征、水文条件，选择适宜的基础灌浆施工技术手段。

2 基础灌浆施工技术在岩溶地段水利工程中的应用要点

现阶段，岩溶地段已成为水利工程常见施工地质环境，在岩溶地段应用基础灌浆施工技术，需要严格参考同类型工程实施经验，借助大量基础灌浆试验成果，完善基础灌浆施工技术方案。当前，岩溶地段基础施工主要分为无填充物基础施工、有填充物基础施工两种方式。其中，有填充物基础施工对施工质量的要求更为严格，具体基础施工方式应当遵照岩溶区深度及岩溶体量大小确定。

2.1 应用高压灌浆施工技术

在处于岩溶地段水利工程基础灌浆施工过程中，为从根本上保障浆液类填充物的密实度，需使用不冲洗高压水泥灌浆方式，增强基础结构稳定性及防渗水性能。高压灌浆技术手段可以使水泥更好地向土壤渗透［1］，水泥浆液在渗透过程中形成网状结构，进一步增强地基结构的抗劈裂能力，使地基结构稳定性与实际设计要求相符。

2.2 应用高压旋喷灌浆施工技术

高压旋喷灌浆技术手段也是岩溶条件下水利工程基础施工常见形式。具体而言，高压旋喷施工技术需要借助机械钻机等施工设备深入地下结构，钻机处安装适宜结构喷嘴，借助高压泵将水泥浆液从钻机头部的喷嘴中喷射。水泥浆液喷射环节会对原有土层结构造成破坏。钻机头部在边向上提出边高速旋转的过程中，会使水泥浆液与被破坏的土层结构均匀混合在一起［2］，在水泥搅拌物凝固后，会在岩溶区域形成具备较高承载力及防渗水性能的柱体，进一步加固工程地基。

2.3 不同岩溶条件下基础灌浆施工要点

水利工程中的岩溶地段分为浅层岩溶地段与深层岩溶地段两种类型。在浅层岩溶地段使用基础灌浆施工技术过程中，因岩溶深度较浅，需要在施工前将浅层岩溶中的沙土挖出，并借助水泥浆液等回灌到挖除区域，从而实现地基加固目标。在深层岩溶地段使用基础灌浆施工技术过程中，高压旋喷灌浆方式无法发挥出应有应用积极性，需要配合使用其他灌浆技术手段。深层岩溶地段主要就是指岩溶深度到达50m及50m以上［3］，在灌浆时，首先使用常见灌浆手段，对岩溶周边地段展开灌浆处理。在水泥浆液进入至深层岩溶地段后，浆液会排挤岩溶中的其他填充物，使填充物及水泥浆液良好结合在一起，实现快速硬化目标。

3 基础灌浆施工技术在大量吸浆情况下的应用要点

水利工程地基结构岩缝灌浆施工流程需要在1～3h内完成，实际耗灰量较小，施工可控性较强。但由于工程所处地质环境各不相同，在具体施工环节，会受各类因素影响而出现岩缝大量吸浆情况，导致施工存在较大安全隐患。

经过实际调查研究发现，岩溶地段大量吸浆情况主要是由于地层结构较为复杂、水泥浆液从附近地表溢出或沿固定通道逐渐流失造成。为有效解决大量吸浆情况下的基础灌浆流失量大的问题，还需要在具体施工期间着重关注以下要点。

（1）配合使用多次灌浆处理手段。多次灌浆也被称为间接性灌浆，在实施过程中，需要结合基础灌浆技术应用要求，确定一次灌浆数量与灌浆时间。到达灌浆时间后，应中断灌浆，待浆液凝固到标准程度，才可进行后续灌浆。具体灌浆间隔应当满足施工要求，符合基础灌浆施工目的，但要注意多次灌浆时间不可超过8h。多次灌浆结束不必严格遵循设计压力要求，可适当在低压环境下结束灌浆。浆液凝结一段时间，还应当进行后续扫孔、复灌等工作［4］。

（2）着重采用适宜限流技术。基础灌浆期间的限制注入率需要维持在10～15L/min 范围之内。有效控制浆液在缝隙内的流动速率，确保浆液能够以较快速度沉积。在注入率降低后，应逐步提升注浆压力，使注入率始终保持在标准范围内，达到灌浆结束标准后，才可停止灌浆。

（3）适当进行降压处理。采用降低压力或自流手段开展灌浆处理工作，待浆液凝固且不能流动后，才可以逐步恢复灌浆压力，依照正常工序合理降压。

4 基础灌浆施工技术在严重漏水情况下的应用要点

导致水利工程基础施工严重漏水问题的原因较多，比如，水利工程施工场地位于可溶性岩石地段，此类地质条件会形成喀斯特溶洞及溶沟，并伴随严重漏水情况。严重漏水情况下不可使用常规灌浆手段，而是需要配合使用其他灌浆方式。

（1）使用填充级配料处理。利用较为粘稠的水泥冲灌砾石与粗砂，并在具体冲灌过程中着重关注砾石直径的排列。如果在填充处理时的填充效果不佳，还可以适当调整水泥的粘稠度及水泥冲灌及配料。填充级配料主要包括砂石、砾石、砂土，在配置环节形成反过滤层。级配料灌入数量和遵照具体施工环境进行灵活调整。在填充粒料过程中［5］，应当以某一级砾石作为窄缝中的架桥，并将缝隙堵住，增强结构反滤效果。

（2）使用模袋灌浆处理。模袋是一种具备较高强度的纺织品，主要由尼龙、聚丙烯或聚酯物质组成，在实际应用期间的耐磨性能也十分显著。在使用模袋灌浆过程中，浆液中的水分会在压力下渗出，浆液中的砂石颗粒留在模袋内，以有效控制水泥中的水灰比，缩短水泥凝固时间，增强结构固结强度值。不仅如此，受到模袋约束力的影响，水泥不会在具体施工环节出现流散情况，也不会被水流冲走，能够更好应用在不同条件及形状的溶洞中，堵塞住溶洞结构。

5 基础灌浆施工技术在水利工程中的应用案例

本文以某水利工程为例，该水利工程帷幕灌浆施工主要为土石坝帷幕灌浆、混凝土坝帷幕灌浆两项内容。帷幕灌浆为单排灌浆孔，灌浆孔的孔距为2m。坝端为木灌浆孔的深度为29m。挡水坝、引水坝及底孔坝的帷幕灌浆孔深度为27m。溢流坝的帷幕灌浆孔深度为23m。土石坝帷幕灌浆孔共1620 个，混凝土帷幕灌浆孔为1957个，总长度约13330m。在具体灌浆工作开展期间，需要首先开展防渗墙、混凝土盖板浇筑工作，在防渗墙及混凝土盖板强度达到设计要求后，还可以进行基础灌浆。混凝土坝在固结灌浆完毕时还应当做好检查验收工作，验收合格后开展帷幕灌浆工作［6］。

6 基础灌浆施工技术在水利工程中的应用流程及注意事项

6.1 灌浆钻孔

基础灌浆钻孔需要分工序开展，首先进行第一道工序钻孔，其次进行第二道工序。其中，第一道工序为分段钻进，第二道工序为依照规定深度要求开展后续施工。按照规定要求，设置灌浆孔距，帷幕灌浆为单排，孔距值为2m。帷幕灌浆检查孔的位置在基本孔内布置，孔数为基本孔的10%。灌浆孔的深度应当以岩层透水率为依据设置。检查孔深度需要比检查位置的灌浆孔深度小。坝基帷幕灌浆孔的深度需要为地质建议下的帷幕灌浆线。在遇到断层的情况下，破碎带需要进行加密与加深处理。帷幕灌浆孔的先导孔径为75mm，灌浆孔孔径为56mm，检查孔的孔径为75mm。在钻孔工作开展时，钻孔位置偏差也应当得到严格管控，要求钻孔孔位需要与设计位置相当，误差值控制在10cm范围之内，孔底的允许偏差值可以遵照工程实际施工特征进行灵活调整。在钻孔施工时，如误差值超过规定数值，则需要进行重新钻孔，其他灌浆孔及检查孔位的偏差也需要进行相应调整。

6.2 钻孔冲洗

帷幕灌浆应当采用回转式钻机及金刚石钻头方式开展施工工作。在混凝土坝灌浆施工时，金刚石钻头的直径需要为75mm。依照实际施工技术要求，埋设孔口管，然后使用小口径金刚钻头开展后续的分段钻进。在土石坝钻孔工作开展时，需要使用直径为91mm 的金刚钻头钻进到指定深度。在钻孔达到设计要求的深度值后，需要对孔深与孔底进行严格检查。如孔身不满足设计要求或者孔底内有较多残留物质的情况下，则需要采用合理手段对孔身进行灵活处理。检查合格后的钻孔应采用大压力动脉方式冲洗干净，避免后续杂物对灌注质量造成不利影响。

6.3 压水试验

在钻孔施工完成后，还需要开展压水试验工作。压水试验主要就是对岩石条件及情况进行细致检查，确定灌浆参数数值，着重检查灌浆全过程质量。逐一对钻孔实施压水试验，收集到的压水试验成果，如压入流量、实验段长度、实验段内全压力还需要进行合理计算，以计算出透水率。正规压水试验开展过程中，压力应当依照规定要求设置成固定参数，在注入率趋于稳定后，需要进行严格测量。普通钻浆孔灌浆段在灌浆前应当严格设计压水试验流程，每5min读取一次压入流量，共计检测6 次。在灌浆压力为1MPa 或者1MPa以下的情况下，压水试验的压力需要控制在0.3MPa。如果灌浆压力为1MPa 或1MP 以上，则压水试验压力需要控制在1MPa。做好压水试验记录工作，在压水结束后，需要将获得的各类数据记录在案。

6.4 灌浆

首先，采用集中制浆的方式做好制浆工作，在制浆期间，需要对灌浆温度进行严格管控，使灌浆温度始终保持在4～5℃。如浆液温度超出此范围内，则不可再继续使用，制浆时的浆液需要均匀搅拌，搅拌期间还是对浆液浓度进行实时测量，并准确记录下测量结果，浆液搅拌时间应得到合理管控，根据搅拌机类型合理设计搅拌流程。具体而言，在采用高速旋转搅拌机械设备的情况下，搅拌时间需要控制在30s；如使用普通搅拌机械设备，则搅拌时间需要大于3min。

在浆液搅拌结束后，应当对浆液开展详细试验检测，检测合格后的浆液才可以进行运输。在本文水利工程中，浆液主要使用输浆管道运输。运输前，应当保障管路平滑洁净，将管路浆液运输速度控制在合理范围之内。

使用适宜灌浆技术手段，浆液应当做好按分序加密，分段施灌的工作。在第一道工序灌浆时，需要采用自上而下的灌浆顺序。将灌孔封闭，并使用灌孔内循环施工。同时，注浆管长度需要控制在5～6m。先进行混凝土与基岩基础段灌浆，在灌浆浆液凝固后，将基础段灌浆长度控制在小于2m 范围之内。第二道工序的灌浆孔需要采用自下而上的灌注方式。

其他孔段灌浆工作开展时，孔口无涌水的孔段灌浆结束后不必再等待凝结。如果施工条件过于复杂，灌浆后，还需要留有一段的待凝时间，待凝时间应当根据具体施工要求确定。灌浆时的灌浆塞需要设置在合理位置，避免出现漏灌情况。