關于堤壩防滲灌漿帷幕上游固結灌漿施工技術的研究

（廣西建工集團 第二建筑工程有限責任公司，廣西 南寧 530022）

【摘 要】文章介紹了堤壩防滲灌漿帷幕上游固結灌漿的施工技術方案，闡述其功能效果、適用范圍、施工工藝和技術要點，旨在為堤壩基礎加固提供技術參考，規(guī)范指導施工過程，提高基礎加固灌漿質(zhì)量。

【關鍵詞】堤壩；固結灌漿；基礎加固；施工技術；技術要點

【中圖分類號】TV543 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）05-0098-04

0 引言

固結灌漿是在巖石節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶的基礎上進行改善，以提高其物理力學性能，實現(xiàn)基礎加固效果的施工技術。堤壩本身自重較大，且上游面有水壓力及滲透水壓力作用，因此堤壩對基礎的要求很高。工程中，通過灌漿工程，采用含水泥的漿液將裂隙和破碎帶進行黏結填充，使巖體均勻性和整體性提高，降低巖石透水性，進而使巖體獲得較高物理力學性能的提升，如抗壓強度和彈性模量提高、變形和不均勻沉降減少等，保證堤壩的基礎安全。

在實際堤壩工程中，基礎防滲灌漿帷幕上游先進行固結灌漿，對基礎加固后，再進行防滲帷幕灌漿，固結灌漿和帷幕灌漿共同作用，保證堤壩基礎的承載力、穩(wěn)定性及防滲效果。本文討論的就是基礎防滲灌漿帷幕上游的固結灌漿的施工工藝及注意事項。

堤壩基礎固結灌漿加固區(qū)域的確定，主要考慮基礎的地質(zhì)情況和基礎巖體的物理性能，如巖體的完整情況、應力條件、大壩的形狀等因素。本文討論的是基礎防滲灌漿帷幕上游基礎灌漿，其一般在壩址上游趾板范圍內(nèi)進行固結灌漿。

1 固結灌漿施工工藝

基礎防滲灌漿帷幕上游固結灌漿孔上有趾板混凝土，該區(qū)域固結灌漿應該在帷幕灌漿施工前完成。固結灌漿按照分序加密原則進行，通過控制孔深、漿液水灰比、灌漿壓力等因素，實現(xiàn)基礎加固。

1.1 固結灌漿試驗

在堤壩基礎地質(zhì)情況比較復雜的地區(qū)，固結灌漿前一般需要進行固結灌漿試驗，以了解地質(zhì)情況，進而可以科學地確定固結灌漿的相關技術參數(shù)，如孔深、孔距、排距、灌漿次序及壓力等，為固結灌漿施工方案的編寫提供數(shù)據(jù)支撐，保障堤壩基礎加固施工的合理性。

1.2 灌漿孔布設

本文討論在堤壩防滲灌漿帷幕前（上游）趾板混凝土上進行固結灌漿，固結灌漿后還進行防滲帷幕灌漿，灌漿區(qū)域相對小，因此工程上灌漿孔孔序一般采用1～2排兩序布孔，孔位在帷幕孔外側(cè)，孔間距離一般為2.5～5 m，灌漿孔排距可以選擇和孔距一樣，或略小于孔距，采用梅花形布設。如果堤壩基礎地質(zhì)條件復雜，工程質(zhì)量要求高，則灌漿孔采用多排3序布孔。

1.3 鉆孔和沖洗

固結灌漿孔的孔深是一個重要參數(shù)，孔徑大小和成孔方式的確定都和孔深相關。目前，灌漿孔的孔深沒有統(tǒng)一的標準或者計算公式進行確定，實際工程往往通過固結灌漿試驗，綜合考慮各種情況來確定。有些工程，參考相類似工程經(jīng)驗對固結灌漿孔深進行確定。

根據(jù)經(jīng)驗，防滲灌漿帷幕上游固結灌漿，灌漿孔深多為6～15 m范圍的中深孔，孔徑常采用50～65 mm，使用鉆孔機械一般為架鉆或大型風鉆。

本文討論固結灌漿是在趾板混凝土范圍內(nèi)進行，因此，在混凝土趾板澆筑時需要先按照設計孔位進行導管預埋，以防止鉆孔破壞混凝土內(nèi)部鋼筋、檢測等相關結構。鉆孔前，應該對灌漿孔進行統(tǒng)一編號和分序，按照先序孔到后序孔的逐序順序進行施工，記錄好現(xiàn)場資料并及時整理資料。

鉆孔結束后，孔中會有巖屑、泥質(zhì)，如果不清理，將對灌漿效果造成不良影響。因此，在灌漿前，應該進行裂隙沖洗。裂隙沖洗采用有壓力水進行，沖洗壓力一般控制為灌漿壓力的80%，且最大值不大于1 MPa，沖洗直至回水清凈。如果地質(zhì)條件良好，則采用單孔沖洗；地質(zhì)條件為巖石破碎、裂隙發(fā)育、空隙相通，則采用群孔沖洗，但注意不能采用群孔串聯(lián)的方式進行沖洗。群孔沖洗效率高，但對設備需求量大，施工過程控制也要求較嚴。

1.4 漿液配置使用

灌漿漿液的配置采用分2種情況：如果地質(zhì)情況相對好，無較大裂縫發(fā)展或地下溶洞，則采用純水泥漿液；否則先采用水泥砂漿進行灌注，等砂漿凝結后并滿足灌注純水泥漿液要求，再換成水泥漿液灌注。

一般來說，大壩選址偏向于選擇地質(zhì)條件較好的區(qū)域，因此壩前防滲灌漿帷幕上游固結灌漿一般采用純水泥漿液，若遇局部大裂隙，則根據(jù)情況采用水泥砂漿灌入填充裂隙，再變換水泥漿液灌注。

純水泥灌漿漿液遵循先稀后濃的原則，灌漿過程采用不同的水灰比，根據(jù)注漿量變換水灰比，目前工地采用的水灰比多為4個比級，即水灰比分別為2、1、0.8、0.6（或0.5）；如果裂隙較多，可采用1、0.8、0.6（或0.5）3個比級。使用過程一般按照先采用大水灰比灌注，有些工地甚至采用水灰比為5的水泥漿液開始灌注。當灌漿量達到換漿要求，再變換小水灰比的水泥漿液灌注，以提高灌注效果。

純水泥漿灌注的施工過程控制，應該注意幾點要求：

{1}灌漿壓力應盡快地達到變漿壓力規(guī)定值。②注意確定灌漿變級的標準，分2種情況：如果灌漿注入量達到300 L以上，則可以進行漿液變級；如果灌漿持續(xù)時間20～30 min，則也應該進行漿液變級。③當巖石裂隙發(fā)育時，會導致水泥漿液注入率過大。工地一般認為當注入率大于30 L/min時，為提高灌漿效率，則考慮越級變濃。

1.5 簡易壓水試驗

固結灌漿不需要是巖石裂隙灌漿，目的是加固基礎，形成的帷幕帶只是輔助防滲，因此不需要所有孔全壓水。為了解灌漿孔的裂隙發(fā)育情況，建議在灌漿前，先進行壓水試驗。壓水試驗孔數(shù)最低限制按照總孔數(shù)的5%進行，如果巖石滲水嚴重和吃漿量大，則壓水試驗孔應增加數(shù)量。簡易壓水試驗嚴格控制壓水壓力、壓水時間和壓水注入量，并做好試驗記錄，為后續(xù)灌漿質(zhì)量檢查提供參考。

1.6 灌漿壓力控制

灌漿壓力原則上是越大，則灌漿填充半徑越大，裂隙填充越密實，灌漿效果越好。但過大的壓力，當超過混凝土蓋板重力，將可能導致蓋板上臺出現(xiàn)裂縫，或者產(chǎn)生串漿、冒漿等灌漿事故。因此，工程要限制灌漿壓力。按照經(jīng)驗，灌漿壓力的選擇一般根據(jù)蓋板厚度、灌漿方法，結合帷幕灌漿壓力進行確定，以提高灌漿效果。

1.7 灌漿施工方法

固結灌漿灌漿一般采用循環(huán)式灌漿方式，灌漿過程中，水泥漿液在攪拌機—注漿管—回漿管—攪拌機的回路中循環(huán)進行灌注，漿液的流動性將避免水泥沉淀，有利于保證灌漿質(zhì)量，因此目前循環(huán)式固結灌漿在工地上大量使用。

基礎防滲灌漿帷幕上游進行固結灌漿，該處的趾板混凝土混凝厚度一般設計為0.5～1 m，灌漿孔深一般為5～10 m的中深孔，因此采用分段式灌漿。

（1）采用自上而下分段灌漿法。當對灌漿質(zhì)量要求較高，但工期要求較寬松，可以采用這種方法。此方法采用分段鉆孔灌漿的方式進行灌漿，先鉆灌上部灌漿段，再進行下部灌漿段的鉆灌。灌漿結束后，應該采用“分段壓力灌漿封孔法”進行封孔。這種施工方法容易控制灌漿壓力，灌漿質(zhì)量效果容易保障，但進度相對慢。

（2）采用自下而上分段灌漿法。大多數(shù)工地采用這種方法進行灌漿，其好處為有利于把控灌漿進度，但灌漿質(zhì)量不如自上而下灌漿質(zhì)量效果好。此方法按照設計深度要求一次性成孔，先進行下部段的灌注，下部段灌漿結束后，將灌漿塞上提灌注上部段，繼續(xù)進行灌漿。灌漿結束后，應該采用置換和壓力灌漿封孔法進行封孔。此方法施工工藝銜接順暢，施工效率高。

1.8 灌漿結束標準

固結灌漿結束標準指標主要是單位水泥漿注入率和時間。灌漿壓力作用下，水泥漿液慢慢填充巖石裂隙，水泥注入率會慢慢減小，當孔段的水泥漿液注入率小于0.4 L/min，并且持續(xù)30 min，那么該孔段的灌漿達到結束標準。在灌漿過程中，由于灌漿孔段長度不等，巖石裂隙發(fā)育不均，注入率大于1 L/min的標準不太科學嚴謹，不能反映所有巖石裂隙是否已經(jīng)灌滿，將有可能影響灌漿質(zhì)量，因此有的工程將規(guī)定的注入率調(diào)小，比如采用不大于0.1或0.2 L /（min·m）的注入率作為灌漿結束標準。

1.9 灌漿質(zhì)量效果檢查

灌漿封孔結束后，應該對灌漿質(zhì)量進行檢查，檢查的方法有很多種，工地主要采用鉆檢查孔進行單點法壓水試驗。如果工地有條件，可以采用測定圍巖灌漿前后的彈性波波速或彈性（變形）模量的方式檢查質(zhì)量效果。此外，地質(zhì)條件復雜且重要工程地段有的會采用聲波、地震波或電磁波CT層析成像，但對設備技術要求較高。通過檢查，如果發(fā)現(xiàn)不合格孔，則可以采用相應措施，如設置加密孔，對該不合格區(qū)域進行灌注，以保證灌漿質(zhì)量。

本文總結工程常見灌漿質(zhì)量檢查經(jīng)驗，重點講述操作相對簡單、對儀器依賴比較小的常用檢查方法。

（1）整理、分析灌漿資料，驗證灌漿效果。如果灌漿質(zhì)量良好，那么各次序孔的單位注入量和透水率整體上應該是I序孔比Ⅱ序孔小。因此，工地有時候可以通過整理分析灌漿資料中的單位注入量和透水率等灌漿記錄數(shù)據(jù)，按照類似工程經(jīng)驗，評定灌漿效果。

（2）鉆設檢查孔檢查。通過分析灌漿資料，選擇單位注入量大的地段或認為灌漿質(zhì)量有疑問的地段布設檢查孔，然后進行壓水試驗和灌漿，通過試驗數(shù)據(jù)和灌漿數(shù)據(jù)判定灌漿質(zhì)量。

檢查孔的鉆設灌漿，考慮到灌注的水泥漿液的強度增長有時間要求，應該在檢查孔部位的灌漿孔灌漿結束后不少于3 d后進行，檢查孔壓水試驗采用的是簡易壓水試驗方法，壓力選擇同部位同高程的灌漿壓力的80%，壓水試驗過程注意如實記錄試驗數(shù)據(jù)。壓水試驗結束后，通過記錄分析壓水試驗數(shù)據(jù)，判定灌漿質(zhì)量是否合格。

目前，有些工地，除了進行檢查空壓水試驗對灌漿質(zhì)量檢查外，還通過分析檢查孔灌漿單位注入量，即要求和單位水泥漿液注入量均小于某一規(guī)定數(shù)值的雙重標準判定灌漿質(zhì)量。該檢查方法對固結灌漿質(zhì)量的檢查更為科學嚴謹，但施工工期長。

2 灌漿特殊情況處理及其他注意事項

2.1 特殊情況及處理

2.1.1 基礎巖石表面冒水

在有大量冒水的情況下，必須采取措施處理，否則將浪費水泥，且嚴重影響灌漿的質(zhì)量。如果遇到基礎冒水，應該及時處理冒水地點，常采用降壓限流處理，待符合灌漿條件后，再恢復正常灌漿。

2.1.2 冒漿或者串孔

由于基礎地質(zhì)情況一般難以完全估計，基礎之上即使有混凝土趾板，但也經(jīng)常發(fā)生串孔或者趾板邊緣冒漿現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的發(fā)生將會影響灌漿的質(zhì)量，因此必須采取措施進行處理。冒漿和串孔的處理措施有很多，技術也很成熟，應根據(jù)工程條件選擇。

（1）采用低壓灌漿法。冒漿或串孔一般由于裂隙貫通，灌漿壓力過大產(chǎn)生，因此可以通過降低灌漿壓力、采用濃漿液的方法進行處理。冒漿嚴重的時候，應直接去除壓力，依靠漿液自重進行灌漿，甚至加入砂或速凝劑等，加快冒漿封堵速度。冒漿封堵后，再逐步提高灌漿的壓力，按正常規(guī)定繼續(xù)進行灌漿。

（2）采用限制進漿量法。通過上述方法還不能封堵冒漿，那么應該限制進漿量，降低灌漿注入率，增加灌漿時間，讓濃漿在裂隙中逐漸沉積凝結封堵住裂隙。之后，再逐漸提高灌漿壓力，恢復正常灌漿。

（3）采用間歇灌漿法。采用濃漿、低壓灌漿，發(fā)現(xiàn)冒漿處出現(xiàn)濃漿時，則暫停灌注。間歇十幾分鐘再行灌漿，反復停灌至冒漿停止，且壓力可恢復達到規(guī)定值后，再進行常規(guī)灌漿。

2.1.3 灌漿中斷

固結灌漿過程中，為保證灌漿水泥漿液凝結的連續(xù)性，盡量防止灌漿中斷。某些特殊情況導致灌漿中斷，則應該盡快恢復灌漿。灌漿的漿液采用開始灌漿時的低濃度漿液，灌漿發(fā)現(xiàn)注入率達到中斷前水平，直接更換中斷前濃度的漿液進行灌注。

2.2 其他施工注意事項

（1）固結灌漿施工采用一個孔一臺灌漿機進行灌注，如果裂隙發(fā)育貫通，灌漿發(fā)生串孔，灌漿孔吸漿量小，則可以考慮采用并聯(lián)灌漿，并聯(lián)孔數(shù)最多3個。多孔灌注嚴禁串聯(lián)，以防灌漿壓力小于設計值，影響灌漿效果。

（2）固結灌漿容易造成趾板或者蓋板出現(xiàn)抬動而出現(xiàn)裂縫，因此在灌漿施工區(qū)域內(nèi)應設置觀測抬動裝置，實時檢測控制灌漿壓力。

（3）爆破的沖擊力將影響灌漿的效果，在灌漿漿液強度穩(wěn)定前，嚴格禁止爆破。根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗，爆破作業(yè)距離灌漿施工的地段不能小于30 m。如果必須爆破，則應該對爆破作業(yè)采取控制爆破質(zhì)點振動速度等措施，盡量減少對灌漿的影響。

（4）灌漿施工過程中，要實時記錄灌漿資料，對灌漿壓力嚴格控制，按照要求變換漿液配級。

3 結語

固結灌漿屬于隱蔽關鍵工程，施工質(zhì)量的好壞影響大壩的安全性能，一旦堤壩基礎出現(xiàn)問題，則有可能造成不可估量的嚴重后果。因此，作為技術人員，應該通過對施工技術的全面掌握和嚴謹實施來保障堤壩基礎施工質(zhì)量。本文通過對堤壩防滲灌漿帷幕上游固結灌漿的施工技術進行闡述，明確指出施工的具體工藝及注意事項，旨在指導工程技術人員科學合理組織施工，全方位地保障堤壩基礎工程質(zhì)量，交出精品工程。

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[責任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】林家富，男，廣西玉林人，本科，廣西建工集團第二建筑工程有限責任公司高級工程師，從事建筑工程技術管理工作。