淺議水工建筑壓力灌漿施工技術(shù)

江永深

摘要：本文分析了壓力灌漿施工的基本程序與影響因素，并結(jié)合工程實(shí)例闡述了壓力灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：壓力灌漿;施工技術(shù);水工建筑

灌漿是指利用鉆孔或插入的導(dǎo)管，向地層或構(gòu)筑物中的裂隙、裂縫、孔隙、孔洞內(nèi)灌入漿液，當(dāng)漿液凝結(jié)硬化為結(jié)石后堵塞了這些空隙，從而提高了被灌注地層或構(gòu)筑物的抗?jié)B性和強(qiáng)度的工程措施。通過充填、壓密、粘合和固化作用，灌漿施工可以達(dá)到防滲、補(bǔ)強(qiáng)的目的[1]。灌漿效果取決于眾多因素，但灌漿壓力無疑是重要因素，一般將灌注壓力達(dá)到3MPa以上的稱為高壓灌漿，灌注壓力0.5～3MPa稱作中壓灌漿，灌注壓力低于0.5MPa叫做低壓灌漿，常規(guī)壓力灌漿是指中壓灌漿和低壓灌漿。灌漿材料也是重要因素，一般以水泥漿、水泥黏土漿、黏土漿居多，也可根據(jù)需要使用水泥砂漿、水泥黏土砂漿、水泥粉煤灰漿、水泥水玻璃漿液等，還可以采用化學(xué)灌漿材料，如水玻璃、木質(zhì)素、丙烯酰胺、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、甲凝、脲醛樹脂等材料。根據(jù)灌漿用途，可將灌漿分為固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、回填灌漿、接縫灌漿、接觸灌漿等形式。按照灌漿施工方式，灌漿分為循環(huán)式灌漿、純壓式灌漿、自下而上分段灌漿、自上而下分段灌漿、綜合灌漿、孔口封閉灌漿等多種方法。由于灌漿施工簡單、經(jīng)濟(jì)，因而在水工建筑物防滲、堵漏、加固處理中發(fā)揮了巨大的作用。

1 壓力灌漿施工基本程序與影響因素

1.1 灌漿施工的基本程序

灌漿施工必須遵循一定程序，才能保證施工質(zhì)量和工效。施工程序包括類序、排序、孔序、工序和期序。類序是指將不同類型的灌漿合理安排順序，如混凝土壩巖基灌漿，一般類序是固結(jié)灌漿→帷幕灌漿→接觸灌漿→接縫灌漿。排序是指多排孔灌漿施工的順序，如3排帷幕灌漿，一般排序是先施工外面兩排，再施工中間一排?？仔蚴侵该恳慌殴酀{孔的施工順序，一般做法是隔開若干孔灌漿，再插補(bǔ)加密。工序是指每個(gè)灌漿孔或每個(gè)灌漿段所采取的施工順序，一般做法是：鉆孔→洗孔→壓水試驗(yàn)→灌漿→封孔。期序是指某些灌漿需要分期進(jìn)行，如混凝土壩固結(jié)灌漿可以分兩期施工，第一期是在大壩混凝土澆筑之前進(jìn)行1/4孔的較低壓力灌漿;第二期是混凝土澆筑2～3層以后余下3/4孔進(jìn)行較高壓力灌漿。施工程序應(yīng)根據(jù)工程任務(wù)、地質(zhì)條件、灌漿試驗(yàn)結(jié)果以及以往施工經(jīng)驗(yàn)綜合分析比較后確定，一般需要滿足技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠和經(jīng)濟(jì)合理的要求。

1.2 灌漿施工影響因素分析

1.2.1 灌漿材料

選擇灌漿材料的依據(jù)主要是可灌性和經(jīng)濟(jì)性?？晒嘈允侵腹酀{材料送進(jìn)被灌注空隙的難易程度以及漿材特性與被灌注區(qū)域特性的適應(yīng)程度。為滿足可灌性一般要求灌漿材料顆粒細(xì)、穩(wěn)定性好、粘結(jié)性強(qiáng)和結(jié)石強(qiáng)度高，從經(jīng)濟(jì)上考慮應(yīng)使用當(dāng)?shù)匾椎玫牟牧稀Ｋ嗍菓?yīng)用最為廣泛的灌漿材料，按照DL/T 5148-2012的規(guī)定[2]，灌漿用水泥一般應(yīng)選擇硅酸鹽水泥、普硅水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥;當(dāng)有抗侵蝕或其他要求時(shí)，應(yīng)選擇特種水泥。強(qiáng)度方面，接觸灌漿、接縫灌漿應(yīng)使用強(qiáng)度等級42.5或以上的水泥，其他類型的灌漿應(yīng)采用強(qiáng)度等級32.5或以上的水泥。細(xì)度方面，要求水泥細(xì)度過80μm的篩余小于5%;在特殊地質(zhì)條件或要求下，可使用超細(xì)水泥、干磨細(xì)水泥、濕磨細(xì)水泥配置的漿液。黏土是使用歷史最為悠久的灌漿材料，因其具有顆粒細(xì)、來源廣、穩(wěn)定性強(qiáng)、可灌性好等特點(diǎn)，摻入水泥漿液中具有改善水泥漿穩(wěn)定性、流動性的效果。但是自然界中的黏土性質(zhì)差異很大，不加選擇地使用可能會帶來不好的結(jié)果，因此使用前應(yīng)進(jìn)行必要的土工試驗(yàn)，以獲得諸如粒度分布曲線、塑限、液限、塑性指數(shù)、含水量、黏粒含量、含砂量等參數(shù)。還應(yīng)測定黏土漿穩(wěn)定性，必要時(shí)摻入化學(xué)藥劑提高穩(wěn)定性。其他灌漿材料，如水、砂、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、石粉等，應(yīng)符合規(guī)范要求并經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)可灌性良好。外加劑方面，如速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑等，應(yīng)符合規(guī)范并經(jīng)過試驗(yàn)確定。

1.2.2 灌漿孔位布設(shè)

灌漿試驗(yàn)孔的布設(shè)依據(jù)主要是水工建筑對基巖的要求、基巖地質(zhì)條件、灌漿用途及施工目標(biāo)。一般情況下，帷幕灌漿常采用單排孔、雙排孔、三排孔等形式?？椎拈g距取決于地質(zhì)條件和灌漿技術(shù)條件，一般裂隙發(fā)育、透水性強(qiáng)的地區(qū)，Ⅰ序孔距可以大些，因?yàn)闈{液比較容易滲透;反之，裂隙不發(fā)育、透水弱的地區(qū)，Ⅰ序孔距應(yīng)該小些。灌漿的序列一般為3～4次。通過分析每個(gè)序列孔的注漿量、透水率遞減等情況，即可確定灌漿孔距、排距及施工順序等工藝參數(shù)。

1.2.3 灌漿漿液配合比的選擇

我國灌漿施工中一般從稀漿液開始，逐級變濃，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，并以最后達(dá)到的漿液濃度結(jié)束。DL/T 5148-2012規(guī)定，灌注普通水泥漿液的水灰比采用5、3、2、1、0.8、0.5六個(gè)比級，并且灌注時(shí)由稀變濃逐級變換;灌注細(xì)水泥漿液時(shí)采用2、1、0.6或1、0.8、0.6三個(gè)比級。目前，歐美國家普遍采用比級單一的稠漿（如0.8），其觀點(diǎn)認(rèn)為稀液灌漿會留下空穴和滲漏通道，受到地下水侵蝕后原本疏松的水泥石會被溶蝕掉，而稠漿不易析水沉淀，有利于形成均勻穩(wěn)定的傳播前沿以及前沿后面堅(jiān)固密實(shí)的結(jié)石。因此，在國外施工的中國工程公司只能采取折中措施，如采用1.5、1、0.5三個(gè)比級[3]。

1.2.4 灌漿壓力的確定與控制

為了使?jié){液灌注到預(yù)定范圍內(nèi)的空隙中，灌漿壓力必須達(dá)到一定數(shù)值。一般來說，灌漿壓力大一些漿液填充范圍也大，從而可以減少鉆孔工程量，對于降低工程造價(jià)無疑是有利的，同時(shí)也易獲得更好的灌漿效果;但是空隙很大的巖體，若灌漿壓力太高，會造成大量吃漿，反而造成材料的浪費(fèi)，而且還會破壞巖體并造成地面抬升。因此，合理的灌漿壓力一定是在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。目前，灌漿壓力主要是通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或參考同類灌漿工程初定，再結(jié)合試驗(yàn)或初期施工進(jìn)行調(diào)整和修正。需要注意的是灌漿壓力并不是灌漿泵壓力表顯示的壓力值，灌漿壓力（、和分別為壓力表顯示壓力、漿液自重壓力、沿程壓力損失;“-”為壓力表安裝在孔口進(jìn)漿管上，與純壓灌漿一致;“+”為壓力表安裝在孔口回漿管上，與循環(huán)灌漿一致）。

灌漿壓力的控制方法如圖1～2所示。圖1適用于透水性較小、較完整的基巖灌漿，灌漿開始后迅速升壓至規(guī)定壓力。在規(guī)定壓力下，漿液配合比逐級變濃，直至注入率減少到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，灌漿結(jié)束。當(dāng)基巖透水率很大，難于達(dá)到規(guī)定的壓力值或注入率太高（>50L/min）時(shí)，應(yīng)采用圖2所示的分級升壓灌漿法。從較小壓力級別開始灌注;當(dāng)注入率減小至下限（如<20L/min）時(shí)，再升高一級壓力;當(dāng)注入率再減小至下限，繼續(xù)升高一級壓力，直至達(dá)到規(guī)定壓力，并且注入率減少到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，灌漿結(jié)束。在灌漿過程中，漿液濃度一般也是由稀到濃，但如果在其中一級壓力下，注入率不減小，漿液應(yīng)快速變濃甚至越級變濃。

2 壓力灌漿施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 工程概況

某水利工程[4]為供水調(diào)蓄工程，水庫調(diào)節(jié)容量約3.8×107m3。由于庫區(qū)覆蓋層為砂卵石地層，滲漏嚴(yán)重。主壩基巖地質(zhì)條件復(fù)雜，基巖面由上至下分布著強(qiáng)風(fēng)化礫巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖，壩基防滲方案為防滲墻+灌漿處理。在灌漿施工前，選擇有代表性的樁號ZB0+210.0到ZB0+222.0進(jìn)行試灌，如圖3。本工程灌漿施工分別采用自上而下、自下而上的分段灌漿方案，并分三序施工，其中Ⅰ序、Ⅱ序采用自上而下的分段灌漿方式，Ⅲ序采用自下而上的分段灌漿方式。試驗(yàn)效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，防滲能力滿足小于3 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);壓水及灌漿抬動觀測值不超過0.07mm。

2.2 施工工藝

施工工藝流程如圖2所示。鉆機(jī)型號為GJ-200S，并采用合金或金剛石鉆頭，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。第一段鉆孔孔徑φ91mm，第二段開始鉆孔孔徑φ75mm?？孜?、孔深、孔徑、孔斜均按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行嚴(yán)格控制。鉆進(jìn)結(jié)束立即采用大流量水進(jìn)行沖洗，洗至水清無巖粉，并且沖洗時(shí)間不得少于10min，沖洗結(jié)束后孔底巖粉厚度不超過20cm。然后進(jìn)行簡易壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80%，并且每5min測記一次流量，連續(xù)20min結(jié)束。灌漿時(shí)，以孔口回漿管上的壓力表顯示值作為人工壓力記錄值，以灌漿自動記錄儀采集的壓力作為灌漿壓力的平均值。灌漿壓力第一、二、三段分別為0.2、0.4、0.6（MPa）。漿液采用水灰比3、2、1、0.8、0.5五個(gè)比級，其中開灌水灰比為3。終孔標(biāo)準(zhǔn)為灌漿孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求及灌前壓水試驗(yàn)透水率≤3Lu，否則應(yīng)繼續(xù)鉆孔至透水率符合要求。自上而下、自下而上的分段灌漿方法分別采用“分段壓力灌漿封孔法”、“置換和壓力灌漿封孔法”進(jìn)行封孔。封孔務(wù)必密實(shí)、不返水，否則應(yīng)重新掃孔、灌漿和再封孔。

3 結(jié)語

壓力灌漿技術(shù)已成為水工建筑防滲加固的重要手段，與其他防滲加固技術(shù)相比，壓力灌漿技術(shù)在施工便捷程度、經(jīng)濟(jì)效果方面都有明顯的優(yōu)勢。然而壓力灌漿未知因素較多且為隱蔽工程，因此在正式施工以前要先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，以試驗(yàn)獲得的資料完善施工方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]張景秀.壩基防滲與灌漿技術(shù)[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.DL/T 5148-2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3]李國清，胡興丹.馬來西亞沐若水電工程中水泥灌漿水灰比選用[J].水利水電技術(shù)，2013，44（4）：1-4，7.

[4]楊良權(quán)，李波，雷安平，等.南水北調(diào)大寧調(diào)蓄水庫帷幕灌漿試驗(yàn)與分析[J].水利水電技術(shù)，2013，44（1）：73-78.