芻議水利工程基礎(chǔ)處理中的灌漿技術(shù)

沈宏亮陳 鋒

（1.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225002；2.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司揚(yáng)州分公司，江蘇揚(yáng)州 225001）

結(jié)合多年來(lái)從事水利工程建設(shè)工作的經(jīng)驗(yàn)，從理論與實(shí)踐的視角就水利壩基處理工程中的幾種灌漿技術(shù)問(wèn)題，談?wù)劰P者的粗淺認(rèn)識(shí)，與同仁商討。

1 大吸漿量狀況下的灌注方法

在一般的裂隙巖層中灌漿，多數(shù)情況可在1～3 h之內(nèi)結(jié)束灌漿，單位耗灰量通常不超過(guò)100～200 kg/m。然而，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量吸漿不止、灌漿難以結(jié)束的情況，其主要原因是：地層的特殊結(jié)構(gòu)條件促使?jié){液從附近地表冒出，或沿著某一固定的通道流失。

大吸漿量地層一般可按以下方法進(jìn)行處理:

（1）降壓。用低壓甚至用自流式灌漿，待裂隙逐漸充滿漿液、漿液的流動(dòng)性降低后，再逐漸升高壓力，按常規(guī)要求進(jìn)行灌漿。

（2）限流。限制注入率不大于10～15 L/min，以減小漿液在裂隙里的流動(dòng)速度，促使?jié){液盡快沉積。待注入率明顯減小后，將壓力升高，使注入率基本保持在10～15 L/min水平，直至達(dá)到灌漿標(biāo)準(zhǔn)后結(jié)束灌漿。

（3）濃漿灌注。采用最稠的水泥漿（一般為 0.5 ∶1）進(jìn)行灌注。

（4）加速凝劑。在最稠的漿液（一般為 0.5∶1）中摻入水玻璃、氯化鈣等速凝劑。

（5）灌注水泥砂漿。根據(jù)灌注情況，摻砂量可以按水泥重量的10%、20%…100%逐步增加；砂的粒徑也可逐漸變粗。將砂漿攪拌均勻后，用砂漿泵灌注。

（6）間歇灌漿。在灌注一定數(shù)量水泥或灌注一定時(shí)間后，停止灌漿一段時(shí)間。每次間歇之前，根據(jù)地質(zhì)情況、灌漿目的確定水泥灌漿量或灌漿時(shí)間，間歇時(shí)間通常為2～8 h。這種特殊情況下的灌漿，結(jié)束時(shí)不一定要達(dá)到設(shè)計(jì)壓力；若無(wú)法在設(shè)計(jì)壓力下結(jié)束灌漿，可低壓結(jié)束灌漿，待凝一段時(shí)間后掃孔、復(fù)灌，復(fù)灌時(shí)爭(zhēng)取在設(shè)計(jì)壓力下結(jié)束灌漿。

2 特大漏水通道的灌注方法

采取定向爆破法建造的堆石壩，在壩肩巖體中容易產(chǎn)生因大爆破而導(dǎo)致的特大裂隙；在可溶性巖石地區(qū)，由于溶蝕形成的喀斯特溶洞、溶溝造成大量漏水的情況時(shí)有發(fā)生。對(duì)這種特大漏水通道，若采用常規(guī)灌漿方法，不僅會(huì)耗費(fèi)大量的材料，而且有時(shí)根本沒(méi)有成效。對(duì)此，要根據(jù)不同情況進(jìn)行處理。

2.1 無(wú)水流作用和傾角較緩的大裂隙

首先采用灌濃漿、水泥砂漿或間歇灌漿的方法進(jìn)行處理。若效果不明顯，則可改用定量灌注穩(wěn)定漿液或混合漿液的方法。穩(wěn)定漿液適用于遇水性能惡化、注入量大的地層?；旌蠞{液包括：水泥砂漿、水泥粘土漿、水泥粉煤灰漿和水泥水玻璃漿等。

2.2 有水流作用或傾角較陡的大裂隙、大孔洞

（1）沖填級(jí)配料。在孔口用稠水泥漿沖灌粗砂和礫石（粒徑由小到大）。若灌注一段時(shí)間后仍無(wú)效果，再改用濃漿沖灌級(jí)配粒料。配料時(shí)可先攪拌成一定稠度的漿液從孔口倒入，等灌滿后用常規(guī)方法進(jìn)行灌注。所謂級(jí)配料，是土、砂、礫石等粗細(xì)顆粒都有的混合料，能自然形成反濾層。其中包含的粒料應(yīng)先細(xì)后粗，逐級(jí)探索，直到某一級(jí)再也灌不進(jìn)時(shí)即停止。每級(jí)灌入的數(shù)量根據(jù)判斷掌握，可為200～1000 kg。粒料的分級(jí)，可采用2～5 mm、5 ～10 mm、10 ～20 mm、20 ～40 mm、40 mm五級(jí)。充填粒料的目的主要是希望用某一級(jí)礫石在窄縫處形成“架橋”，迅速將縫隙在中途堵住，以便于形成反濾層，最后將通道堵死。

（2）模袋灌漿。模袋采用尼龍、聚酯或聚丙烯等材料用特殊的紡織工藝織成，織物強(qiáng)度要高。在灌漿壓力作用下，模袋內(nèi)水泥漿中的水分可由袋內(nèi)析出，而水泥顆粒不會(huì)外漏。這樣可以降低水灰比，提高固結(jié)強(qiáng)度，縮短固結(jié)時(shí)間。水泥漿液在模袋中凝固，在水下不具有分散性，當(dāng)水流較大時(shí)不會(huì)被沖失；模袋在壓力作用下能產(chǎn)生變形，適應(yīng)不同形狀的溶洞，有利于堵塞。施工時(shí)，首先往袋內(nèi)灌注水灰比為0.6、0.8或1.0的水泥漿，然后將充滿水泥漿的模袋經(jīng)鉆孔投入孔內(nèi)，當(dāng)孔內(nèi)模袋達(dá)到一定數(shù)量后，再在原孔位進(jìn)行灌漿處理。

（3）雙漿液灌漿。雙漿液灌漿是化學(xué)灌漿中的一種，也屬于控制灌漿的范疇。水泥漿液和速凝劑（一般采用水玻璃）分別從兩個(gè)灌漿管進(jìn)入混合器，水泥漿和水玻璃在混合器中充分混合后，在速凝前到達(dá)孔底。為了達(dá)到預(yù)期的防滲效果和滿足防滲體的強(qiáng)度要求，需要對(duì)漿液的擴(kuò)散距離進(jìn)行控制。漿液既不能擴(kuò)散得太遠(yuǎn)造成材料的浪費(fèi)，也不能因漿液的擴(kuò)散范圍太小使防滲體的強(qiáng)度不夠。如果漿液凝結(jié)時(shí)間太短，灌漿孔將被堵??；如果漿液凝結(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，在混合物到達(dá)地層前將被沖走。如何有效地控制灌漿形成有效的截水墻來(lái)堵水，對(duì)巖溶地區(qū)灌漿非常關(guān)鍵。為此，往往需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定雙漿液灌漿中的漿液比例、灌漿壓力、灌漿流量等施工參數(shù)，以達(dá)到有效封堵大漏洞的目的。

3 正在冒水情況的堵水灌漿方法

正在冒水情況的堵水灌漿可根據(jù)具體情況分別采取措施。

3.1 從較大的集中漏水點(diǎn)冒水

此種情況多發(fā)生在巖溶地區(qū)和混凝土中有特大缺陷的地方。應(yīng)針對(duì)出水點(diǎn)，根據(jù)出水量的大小，先埋設(shè)一段適當(dāng)直徑的孔口管，將水集中引到管中導(dǎo)出，再將周?chē)赡苊八皾{的巖縫和孔洞封堵好，然后在孔口管中進(jìn)行反壓灌漿。反壓灌漿的壓力為P=P1+P2，其中，P1為孔口管關(guān)閉后的水穩(wěn)定壓力，P2為正常情況下的灌漿壓力。

3.2 沿裂隙冒水或浸水

對(duì)于冒水量較大的，可采用以下步驟進(jìn)行處理：①鉆若干個(gè)與裂隙相交的深孔，埋上孔口管，將裂隙水從管中引出；②在深孔之間鉆若干個(gè)與裂隙相交的淺孔，埋上孔口管；③沿裂隙口鑿槽，先用棉紗、麻刀等對(duì)裂隙進(jìn)行封堵，然后用砂漿填槽；④對(duì)淺孔用較低壓力灌漿；⑤淺孔待凝一段時(shí)間后，對(duì)深孔用較高壓力進(jìn)行灌漿。

對(duì)于冒水量較小的，可先沿裂隙鑿一深5～10 cm的U形槽，在槽的底部鋪上鐵皮，穿過(guò)鐵皮埋設(shè)若干根灌漿管，其中，在裂隙的最底部和最高部各埋設(shè)一根。用速凝砂漿將槽填平，待砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，從裂隙的較低端向上依次灌漿。

4 有承壓水條件下的灌漿

從灌漿孔中涌出承壓水有兩種情況：一是灌漿地層處于具有較高壓力水源的含水層中；二是水庫(kù)已經(jīng)蓄水，在低于庫(kù)水位的廊道或洞中進(jìn)行灌漿。

此時(shí)灌漿壓力一定要高于涌水壓力，否則漿液將無(wú)法灌入。如果穩(wěn)定涌水壓力為P3，要求的灌漿壓力為P4，那么此時(shí)的灌漿壓力應(yīng)為P=P3+P4。有承壓水條件下，灌漿一般可以按以下方法進(jìn)行：

（1）壓力屏漿法。在正常灌漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，仍維持原水泥漿的濃度或改用5∶1的稀漿，以相同的壓力繼續(xù)循環(huán)灌注一定時(shí)間（如4～8 h）后再結(jié)束，以防止已灌入裂隙內(nèi)的漿液回流。

（2）閉漿。所謂閉漿就是在達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，立即關(guān)閉回漿管閥門(mén)和進(jìn)漿管閥門(mén)，使灌入的漿液仍暫時(shí)處于受壓狀態(tài)，待凝一定時(shí)間后，打開(kāi)閥門(mén)，檢查是否還往外涌水，如無(wú)涌水現(xiàn)象，則認(rèn)為合格。閉漿時(shí)間一般為 6～8 h。

（3）濃漿結(jié)束。在正常灌漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，改用 0.5∶1的濃漿灌注。當(dāng)回漿濃度也達(dá)到0.5∶1時(shí)，再繼續(xù)灌注30 min后，立即將回漿管閥門(mén)和進(jìn)漿管閥門(mén)關(guān)閉進(jìn)行閉漿。

（4）化學(xué)灌漿。如經(jīng)過(guò)上述方法處理后效果仍不顯著，可考慮采用化學(xué)灌漿方法。先采用上述方法將灌漿孔段的注入率減小到一定程度，如小于3～5 L/min，然后再采用化學(xué)灌漿方法進(jìn)行灌漿?；瘜W(xué)溶液在巖石內(nèi)很快凝聚，不僅可以將細(xì)小裂隙灌注密實(shí)，也可將涌水堵住。

5 巖溶地段的灌漿

巖溶發(fā)育地段的灌漿一般多憑經(jīng)驗(yàn)或參考同類(lèi)工程的實(shí)踐和灌漿試驗(yàn)成果進(jìn)行。巖溶地段灌漿應(yīng)根據(jù)有無(wú)充填物采用不同的方法處理。

5.1 無(wú)充填物的情況

（1）對(duì)于大空洞巖溶，可采用直接回填高流態(tài)的混凝土，骨料最大粒徑小于20 mm，混凝土標(biāo)號(hào)一般為C15。若巖溶發(fā)育較深，則需采用溜槽、導(dǎo)管澆注方式，以避兔混凝土出現(xiàn)分離。灌注后待凝7 d，然后重新掃孔，再灌注水泥漿。

（2）對(duì)于空洞較大的巖溶，也可擴(kuò)大灌漿孔孔徑，往孔內(nèi)投入粒徑小于40 mm的干凈碎石，填滿后再灌注水泥砂漿。灌注后待凝3 d，然后重新掃孔進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水，根據(jù)壓水資料確定灌注水泥漿、水泥砂漿或其他混合漿液。

（3）對(duì)于空洞較小的巖溶，可灌注水泥砂漿或其他混合漿液。灌注后待凝3 d，重新掃孔、簡(jiǎn)易壓水，根據(jù)壓水資料確定灌注水泥漿、水泥砂漿或其他混合漿液。

5.2 有充填物的情況

對(duì)于有充填物的巖溶，可視巖溶規(guī)模的大小及深度采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理。

（1）高壓灌漿法。采用不沖洗的高壓水泥灌漿處理巖溶，即：利用較高灌漿壓力將充填物擠壓密實(shí)，提高其抗?jié)B穩(wěn)定性，并籍高壓水泥漿的劈裂作用，使水泥漿以條帶狀向土體中穿插，縱橫交錯(cuò)形成網(wǎng)格包裹。但在較大溶洞地區(qū)，因鉆進(jìn)不易成孔，需下套管或先用旋噴法將溶洞充填物加固后再進(jìn)行高壓灌漿。

（2）高壓旋噴灌漿法。旋噴灌漿法又稱(chēng)旋噴法，是利用鉆機(jī)把帶有特殊噴嘴的灌漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，用高壓脈沖泵將水泥漿液通過(guò)鉆桿下端的噴射裝置，向四周以高速?lài)娙胪馏w，借助流體的沖擊力切削土層，使噴流射程內(nèi)土體遭受破壞，與此同時(shí)，鉆桿一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌希z結(jié)硬化后即在地基中形成直徑比較均勻、具有一定強(qiáng)度的圓柱體（稱(chēng)為旋噴樁），從而使地基得到加固。根據(jù)使用機(jī)具設(shè)備的不同，旋噴法分為：?jiǎn)喂芊?、二重管法和三重管法。根?jù)成樁形式不同，可以分為：旋噴法、定噴法、擺噴法。

（3）花管灌漿法。在含沙含泥巖溶地段進(jìn)行高壓灌漿難以成孔，但若以帶孔眼的鋼管插入溶洞內(nèi)形成人造孔壁，則可防止塌孔，在灌漿過(guò)程中也不易被砂土顆粒堵塞高壓閥門(mén)或灌漿設(shè)備，漿液可以較大的壓力通過(guò)花眼射入土層。籍高壓力的作用，水泥漿可以進(jìn)入到砂土層中去，或?qū)⒊涮钗飰好?，擠出其所含水分，達(dá)到灌注、壓實(shí)充填物的目的。

（4）淺層含泥巖溶的處理。對(duì)于埋藏較淺或出露在灌漿隧洞周?chē)拇笠?guī)模巖溶，可挖除充填物并回填混凝土，再進(jìn)行回填灌漿。

（5）深層巖溶的處理。當(dāng)巖溶埋藏較深（如超過(guò)50 m），采用花管法或旋噴法等輔助措施灌漿均有困難時(shí)，可先在巖溶周?chē)M(jìn)行灌漿，使巖溶充填物逐步被水泥漿體擠壓、固結(jié)，然后再用逐步加密的方法進(jìn)行溶洞部位的鉆孔灌漿。

6 結(jié)語(yǔ)

以上所述的灌漿處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：大吸漿量狀況下的處理方法具有操作簡(jiǎn)單、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)，但有時(shí)可能因漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)造成漿液浪費(fèi)；特大漏水通道采用的處理方法操作相對(duì)復(fù)雜些，但體現(xiàn)了控制灌漿的思路，既可保證處理效果又可節(jié)約材料、減少投資；巖溶地區(qū)的地層情況多變，如何有效地控制灌漿，形成有效的截水墻來(lái)堵水，對(duì)巖溶地區(qū)灌漿非常關(guān)鍵；巖溶發(fā)育地段的灌漿處理一般多憑經(jīng)驗(yàn)或參考同類(lèi)工程的實(shí)踐和灌漿試驗(yàn)成果進(jìn)行。總之，對(duì)于水利水電工程壩基灌漿過(guò)程中遇到的各種特殊地層，應(yīng)根據(jù)具體情況，采取一種或多種措施進(jìn)行處理，才能達(dá)到預(yù)期的效果。