復(fù)雜因素下水利水電工程基礎(chǔ)灌漿方案設(shè)計(jì)

胡景隆

摘 要：在水利水電工程施工過(guò)程中，基礎(chǔ)灌漿是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文主要對(duì)水利工程基礎(chǔ)灌漿技術(shù)進(jìn)行分析和探討，首先分析灌漿的相關(guān)理論，然后詳細(xì)分析了各種灌漿技術(shù)和方法的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)，以期為后續(xù)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;基礎(chǔ)灌漿;特殊地層;灌漿方法

中圖分類號(hào)：TV543.18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）25-0074-03

Study on Grouting Method Based on Special Stratum in Foundation Grouting of Water Conservancy and Hydropower Projects

HU Jinglong

（Jingtaichuan Electric Power Irrigation Administration， Jingtai Gansu 730400）

Abstract： Foundation grouting is a very important link in the construction of water conservancy and hydropower projects. This paper mainly analyzed and discussed the foundation grouting technology of hydraulic engineering. Firstly， it analyzed the relevant theories of grouting， and then analyzed the characteristics， advantages and disadvantages of various grouting technologies and methods in detail， in order to provide reference for subsequent construction.

Keywords： water conservancy and hydropower engineering;foundation grouting;special strata;grouting method

灌漿是指施工人員在進(jìn)行水利部工程施工中將特定的材料按照標(biāo)準(zhǔn)制成漿液，通過(guò)壓力原理將漿液逐漸注入特殊底層的裂縫內(nèi)，從而使其固化。而對(duì)于灌漿預(yù)加固，則是在水利施工挖開地段將漿液注入其中，以有效降低特殊地層中圍巖的滲透系數(shù)。

1 灌漿理論分析

1.1 灌漿材料

一般來(lái)說(shuō)，灌漿原材料和主劑主要指灌漿后使用的原材料。灌漿材料按其物理和形態(tài)可分為以下兩類：一種是用于灌漿固體顆粒的材料，如水泥、砂、粉煤灰、黏土等;另一種是化學(xué)灌漿材料，如丙烯酸樹脂、酸性水玻璃和CW系列灌漿材料[1-3]。灌漿漿液由各種固體和顆粒灌漿材料組成，其中各種顆粒在一定程度上分散和懸浮，是懸浮液。在工程施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)施工地質(zhì)條件和灌漿目標(biāo)選擇合適的灌漿原材料。

1.1.1 固粒灌漿材料。灌漿漿液中固體顆粒漿液材料的選擇應(yīng)根據(jù)灌漿目的、灌漿孔徑、環(huán)境水等設(shè)計(jì)確定。為了獲得良好的灌漿質(zhì)量和灌漿效果，灌漿用固體顆粒材料應(yīng)具有細(xì)顆粒特性，石材強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，附著力強(qiáng)。水泥是一種粉末狀的水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料，具有來(lái)源廣、價(jià)格低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。水泥的基本成分如表1和表2所示。

1.1.2 化學(xué)灌漿材料。當(dāng)利用一些常規(guī)灌漿無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果時(shí)，可以選擇采用合理簡(jiǎn)便的化學(xué)灌漿方式。但化學(xué)灌漿存在耐久性不理想、結(jié)石強(qiáng)度較低、凝結(jié)速度快、毒性大、對(duì)周圍環(huán)境有污染、價(jià)格相對(duì)昂貴的缺點(diǎn)，因而，施工前工作人員應(yīng)該判定是否采用化學(xué)灌漿方法。化學(xué)灌漿材料一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：第一，材料易于采購(gòu)，價(jià)格低廉，無(wú)毒或低毒，泥漿易于配置;第二，具有較強(qiáng)的抗溶蝕性和抗老化能力，還具有良好的耐久性;第三，黏度低，流動(dòng)性好，易注入細(xì)小裂縫和孔隙;第四，灌漿材料的凝合時(shí)間能根據(jù)工程實(shí)際需要準(zhǔn)確控制[7-9]。

1.2 溶劑

水是灌漿漿液中的主要溶劑。在灌漿工程中，如果要將固體顆粒漿液壓入灌漿體，則需要將溶劑和漿液混合成具有一定流動(dòng)性的漿液，然后才能通過(guò)自流或外壓將漿液注入灌漿部分。《水利水電建設(shè)手冊(cè)》編委會(huì)指出，所有符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水和清潔的河水、湖水均可作為灌漿漿液使用的溶劑。對(duì)于未知水，應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)檢查，開展水泥凝結(jié)時(shí)間和水泥漿體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其中的礦物成分和混凝土含量必須滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144—2001）中施工混凝土拌和使用水的規(guī)定。對(duì)于固體顆粒漿液，漿液中摻入的水主要起承載和水化兩種作用。

承載功能：向固體顆粒漿液中加水，使固體顆粒漿液分散成懸浮狀態(tài)，借助漿液的流動(dòng)性，通過(guò)自流或外壓注入漿體。在灌注過(guò)程中，部分水從漿石中分離出來(lái)（稱為分離水），漿石只起到攜帶漿體的作用。

水化：灌漿漿液中的部分水與固體顆粒漿液（主要與水泥）發(fā)生反應(yīng)，將漿液固化成具有一定密實(shí)度和強(qiáng)度的固體可堵塞裂縫。這部分水叫作混合水[10-12]。

1.3 外加劑

一般來(lái)說(shuō)，水泥灌漿漿液通常不需要添加外加劑。在特殊情況下，為適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和工程需要，可加入外加劑調(diào)整灌漿漿液的性能。在我國(guó)，水泥灌漿的外加劑有許多種，如工程上常用的速凝劑、緩凝劑。在添加外加劑時(shí)，應(yīng)注意在漿液中以水溶液狀態(tài)添加水溶性外加劑。

1.4 灌漿漿液

我國(guó)用于灌漿工程的灌漿液由主劑、溶劑和添加劑組成。它是一種高體積流體，具有很多復(fù)雜的流體特征。漿液特性會(huì)直接影響灌漿時(shí)的可灌、計(jì)算性和灌漿的效果。從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，所有灌漿荷載或者泥漿的基質(zhì)都是一個(gè)可以被描述為動(dòng)力學(xué)的模型。因此，在灌漿的載體中，根據(jù)胡克定律，堅(jiān)硬完整的新鮮巖體應(yīng)該是一種有彈性的物質(zhì)。灌漿工程中使用的灌漿漿液通常由黏度和塑性定義，通常稱為牛頓流體和賓漢流體。

2 基于大吸漿量條件的灌注方法

在一般裂隙地層注水時(shí)，管道應(yīng)在1～3 h內(nèi)完成，單位長(zhǎng)度的灰分消耗量應(yīng)控制100～200 kg。然而，在工程灌漿過(guò)程中，非正常灌漿導(dǎo)致灌漿不良。這一現(xiàn)象的主要原因是特殊的地層條件導(dǎo)致周邊地面和道路淤泥增加。對(duì)于這種特殊的地層條件，灌漿時(shí)應(yīng)遵循以下基本原則。

第一，減壓處理。對(duì)于壓力較低的重力灌漿，當(dāng)裂縫內(nèi)充滿泥漿或泥漿流動(dòng)性大大減弱時(shí)，繼續(xù)增加灌漿壓力，按一般要求注入灌漿。

第二，限流處理。嚴(yán)格控制注入速度在10～15 min，減緩壓裂液的實(shí)際流速，確保泥漿能完全沉積。灌漿速度開始下降后，增加一定的灌漿壓力，確保灌漿速度始終在10～15 min，直到灌漿結(jié)束。

第三，泥漿填充。采用一級(jí)高稠度水泥漿，水泥漿比例一般為0.5∶1。

第四，添加速凝劑。例如，在比較黏稠的泥漿中加入一些速凝劑可以使其加速凝固。

第五，灌注水泥砂漿。根據(jù)實(shí)際澆筑情況和水泥用量的增加，增加砂量;砂的粒度應(yīng)逐漸粗化，隨后方可進(jìn)行灌注。

第六，間歇性灌漿。在注入一定量或一定時(shí)間的水泥后，可以停止?jié)仓?，采用間歇注入。每次間歇注入前，必須根據(jù)地質(zhì)條件和澆筑目的，以2～8 h的間隔確定一定的漿量與時(shí)間。

3 基于特殊大漏水通道條件下的灌注技術(shù)方法

定向爆破施工的堆石壩，壩肩巖體可能因爆破產(chǎn)生裂縫，巖溶區(qū)有溶蝕，形成溶洞和沖溝，產(chǎn)生大量漏水?？紤]到這種特殊情況，采用一般處理方法，不僅會(huì)消耗大量灌漿材料，而且會(huì)引起質(zhì)量問(wèn)題，需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行處理。

第一，沖灌級(jí)配料。泥漿在兩個(gè)孔中循環(huán)后，用于擠出粗砂和礫石。如果水流不影響骨料的緊急排放，可使用清水泥漿進(jìn)行沖洗。在整批處理中，反濾器在孔內(nèi)具有一定的一致性。這種方法在狹窄的縫隙中形成一座橋，直到通道完全堵塞，形成一個(gè)反向?yàn)V波器。

第二，模袋灌漿。模袋主要由高強(qiáng)度復(fù)合材料制成。灌漿水壓連續(xù)作用后，模型袋中的水泥土流入模型袋，但水泥顆粒不會(huì)泄漏，這減少了泥漿的含水量，防止其分散在水中，并且在有更多水時(shí)不會(huì)被沖走。另外，模袋在一定壓力下變形，適應(yīng)右側(cè)洞穴，堵塞洞穴。

第三，雙漿液灌漿。該方法屬于化學(xué)灌漿。水泥和速凝劑通過(guò)管道進(jìn)入攪拌機(jī)，然后到達(dá)孔底快速凝固。為了達(dá)到良好的防滲效果，必須有效控制泥漿的擴(kuò)散距離，不能鋪得太遠(yuǎn)。對(duì)于雙漿液灌漿，還必須防止擴(kuò)散范圍不足，無(wú)法滿足防滲體的要求強(qiáng)度。如果泥漿凝固時(shí)間太短，則會(huì)堵塞管道液孔;如果泥漿凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混合物將被沖走。

4 基于冒水條件的灌漿方法

對(duì)于有裂縫的水流和浸水現(xiàn)象，當(dāng)有較多的水時(shí)，可按以下步驟處理：首先，開挖一個(gè)穿過(guò)裂縫方向和大深度的恒定孔，在孔中填充孔板管，并通過(guò)孔口管集中水;其次，沿裂縫方向堵住溝槽，然后用棉紗堵住整個(gè)裂縫;最后，孔隙在較低壓力下進(jìn)行淺孔灌漿，相反在較高壓力下進(jìn)行深孔灌漿。當(dāng)進(jìn)水量較小時(shí)，沿裂縫方向形成5～10 cm深的槽，槽底設(shè)鐵板，并在鐵板內(nèi)埋設(shè)若干灌漿管。

5 基于有承壓水情況的灌漿方法

灌漿孔中的一個(gè)常見現(xiàn)象是承壓水從地面向外流動(dòng)。灌漿灌溉層主要位于高水壓含水層中。當(dāng)水庫(kù)開始蓄水時(shí)，在通風(fēng)走廊或水位較低的縫隙中灌漿。在灌漿過(guò)程中，灌漿壓力不得超過(guò)沖水灌漿壓力，否則無(wú)法正常注入漿液。注入泥漿的實(shí)際壓力應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的灌漿壓力下穩(wěn)定增加。在實(shí)際壓力排水工程中，灌漿和排水施工應(yīng)采取以下措施。

第一，壓力屏漿法。正常灌漿完成后，應(yīng)使用相同壓力的泥漿連續(xù)循環(huán)灌漿。液體管道必須在時(shí)間達(dá)到4～8 h后才能完成，以防止裂縫內(nèi)泥漿倒流。

第二，封堵和閉漿。在灌漿過(guò)程中，只有在完全達(dá)到結(jié)束涌水標(biāo)準(zhǔn)后，才能關(guān)閉管道閥門，以確保污泥仍處于壓力下。固化一段時(shí)間后，可打開閥門確認(rèn)泥漿是否進(jìn)入水中，如未進(jìn)入，則視為符合要求。閉漿時(shí)間一般控制在6～8 h。

第三，濃漿結(jié)束。正常灌漿達(dá)到可以結(jié)束灌漿的標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)使用密實(shí)的泥漿進(jìn)行灌漿。待返漿濃度與注入漿濃度一致后，關(guān)閉管道上的閥門，開始關(guān)閉漿液。

第四，化學(xué)灌聚。如果采用上述兩種方法后效果不明顯，可考慮采用傳統(tǒng)的化學(xué)灌漿工藝進(jìn)行澆筑。通常，化學(xué)溶液在土壤和巖石中以較快的速度凝結(jié)，可使土壤裂縫縫隙閉合，有效防止土壤水分流入。

6 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了各種灌漿技術(shù)和方法的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際灌漿結(jié)構(gòu)中，需要根據(jù)情況選用合適的灌漿技術(shù)和灌漿方法，以達(dá)到良好的灌漿和處理效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃春峰.水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿辦法研究[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2020（11）：187-188.

[2]呂貴猛.水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（26）：163-164.

[3]梁恒波.水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法探討[J].四川水泥，2018（1）：273.

[4]王建國(guó).水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2018（2）：169.

[5]許厚材.水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法[J].水力發(fā)電，2005（9）：36-38.

[6]馬俊義.水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿技術(shù)[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2016（20）：60-61.

[7]郭青.水利施工中特殊地層灌漿預(yù)加固方法研究[J].長(zhǎng)江技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2021（增刊2）：77-79.

[8]韋世新.水利水電除險(xiǎn)加固工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法[J].建材與裝飾（中旬刊），2008（7）：179-180.

[9]王斌，薛紅偉.水利工程基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（18）：124.

[10]劉學(xué)峰，金威.淺論水利工程基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（22）：73.

[11]周勇.淺論水利工程基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（17）：183.

[12]李昕，潘淼.水利工程灌漿施工安全技術(shù)分析[J].科技傳播，2013（15）：79.

3224500589240