水利工程施工中帷幕灌漿技術研究

劉振路 李 臻

（中國安能集團第一工程局有限公司，廣西 南寧 530028）

0 引言

作為基礎民生工程，水利工程結構與質量始終是社會各界關注的重點。隨著科技的飛速發(fā)展，可以用于水利項目建設的方法越來越多。其中最具代表性的是帷幕灌漿。作為近幾年興起的技術，要想使帷幕灌漿的優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮，關鍵是要明確其特點和注意事項，在規(guī)避常見問題的基礎上，提高施工質量。由此可見，該文研究的內容具有一定的現(xiàn)實意義，相關人員應該引起重視。

1 帷幕灌漿技術介紹

1.1 施工原理

現(xiàn)階段，帷幕灌漿已經(jīng)在水利施工及建筑施工領域中得到了廣泛應用，并且越來越普及，其防滲優(yōu)勢也得到了更為直觀的展示。帷幕灌漿指的是在土層裂縫或巖體孔隙內，通過注入混凝土漿液的方式，形成有良好阻水性的連續(xù)帷幕，確保水利項目滲透壓力以及滲流量可以顯著降低的技術。其應用流程有3個：1）借助地質鉆機進行鉆孔作業(yè)，獲得帷幕鉆孔。2）通過高壓灌注的方式，將基礎材料注入孔內，水利項目所用基礎材料以水泥漿為主，高壓灌注的作用是加強水泥漿的滲透性。3）水泥漿完全凝固形成與土層充分凝結的水泥漿柱就是防水帷幕[1]。

此外，在實際施工時，施工人員應該通過電化、液壓或者氣壓等方式，確保凝固后漿液能夠被盡數(shù)注入軟弱巖土層結構，在此基礎上對巖土層進行擠壓，形成有良好穩(wěn)定性以及強度的結構體。該結構體的作用主要是進行加固，在避免地基出現(xiàn)透水問題的基礎上，使堤壩和邊坡變得更加穩(wěn)定。

1.2 現(xiàn)有方法

1.2.1 分段灌漿

該技術的適用性較強，可以對處于不同水文環(huán)境及地形條件下的水利項目進行建設。如果以施工順序為依據(jù)，可以將該技術細分為自下而上灌漿和自上而下灌漿，不同的灌漿順序往往對應不同的施工要點，下文將逐一說明。

首先是自下而上對該方式進行應用，需要施工人員以孔位高度和鉆孔深度為依據(jù)，在科學地劃分施工區(qū)域的基礎上，確定灌漿工序，避免出現(xiàn)孔位相距較遠、工序錯亂等情況。在實際施工時，應確保先對下部孔位進行灌漿，再對上部孔位進行灌漿，這樣做可以使灌漿質量更接近預期?，F(xiàn)階段，該方法主要用來對硬巖地質進行施工，其優(yōu)勢在于可避免冒漿問題出現(xiàn)。其次是自上而下，該方式和上文所介紹方式的灌漿順序相反，在水利工程建設過程中極為常見。

1.2.2 一次性灌漿

該方法強調的重點是待鉆孔作業(yè)告一段落，用混凝土對現(xiàn)有鉆孔進行澆筑，確保帷幕防水墻可以一次成型。該方法的優(yōu)勢及不足都十分明顯，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在2點：1）簡單易行。2）省略了停頓環(huán)節(jié)，使施工效率得到了顯著提高。但是該技術需要施工人員同時澆筑多個孔洞，并且要保證灌漿作業(yè)持續(xù)開展，這也是其對現(xiàn)場水勢和地形提出水流速度較慢且地形平穩(wěn)要求的原因[2]。如果項目所在區(qū)域不具備以上條件，就不能發(fā)揮一次性灌漿優(yōu)勢，施工人員應對此加以重視。

2 帷幕灌漿應用優(yōu)勢

2.1 安全可靠

作為安全系數(shù)較高的水利施工技術，帷幕灌漿具有良好的安全性、防腐蝕、防水和防滲漏性的原因是有水泥凝固所形成的幕墻。在前期準備階段，設計人員只需要以項目規(guī)模和現(xiàn)場條件為依據(jù)，對基底河水承載壓力進行計算，再對帷幕孔洞直徑加以確定即可。

2.2 簡單易行

基于帷幕灌漿技術對水利大壩進行建設，通常只需要投入較低的成本，就可以取得理想的防滲漏效果。該技術的操作相對簡單，即先在適宜區(qū)域鉆孔，再通過澆筑水泥的方式，形成抗侵蝕性良好的防水帷幕。隨著防水帷幕形成，滲漏問題通常能夠得到有效解決。該技術使用的材料僅為水泥，真正做到了用最低的能耗、最少的成本，使基底滲漏這一水利大壩較為常見的問題得到徹底解決。此外，帷幕灌漿難度較小，施工人員只需要對打孔定位和灌漿環(huán)節(jié)進行嚴格控制，就可以獲得質量符合預期的帷幕，這也是該技術在水利項目中得到廣泛應用的原因之一。

2.3 適用范圍廣

經(jīng)過反復地實踐和優(yōu)化，現(xiàn)階段，帷幕灌漿已經(jīng)趨于完善，這也使得其適用領域由早期的水利工程向其他相關工程延伸，所取得的效果有目共睹。

3 水利項目帷幕灌漿施工分析

3.1 項目概況

某水利工程分為輸配水工程與水源工程，水庫蓄水高度在正常情況下為1 300 m，庫容約為10×108m3。該工程的作用主要是供水及灌溉，屬于Ⅰ型工程。水源樞紐區(qū)域有泄水建筑、擋水建筑和發(fā)電取水口。樞紐工程由溢洪洞、防空洞及取水口構成，渠首電站與取水系統(tǒng)被設置在工程左岸。該工程計劃利用鋼筋混凝土對大壩進行加固，下文將對施工要點進行詳細介紹。

3.2 帷幕灌漿施工要點

3.2.1 測量放線

要想發(fā)揮帷幕灌漿的優(yōu)勢，要科學地布置鉆孔并確定深度，由于上述工作都需要測量所得的精準數(shù)據(jù)提供支持才能順利開展，因此，進行帷幕灌漿的前提是使用全站儀等設備對水利工程進行測量，在明確灌漿軸線的基礎上，結合所收集的項目參數(shù)，確定施工控制點。而測量設計的主體通常為監(jiān)理人員及設計人員，只有保證相關人員全程參與測量作業(yè)，才能為基準數(shù)據(jù)的有效性提供保證，基于基準數(shù)據(jù)對鉆孔進行計算所得結果，更具參考價值[3]。這里提到的計算對象主要是指3個：1）作業(yè)面高度。2）鉆孔布局。3）項目參數(shù)。

3.2.2 鉆機造孔

帷幕灌漿需要對現(xiàn)場巖層和土層進行鉆孔處理，鉆孔形式及質量通常決定了施工質量。在前期準備階段，施工人員需要對鉆孔位置加以確定，在進行鉆孔作業(yè)時，以項目情況為依據(jù)，確定鉆孔方式?，F(xiàn)階段，常用方式為沖擊鉆孔、回轉鉆孔。另外，要想使鉆孔方式的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，還要考慮孔位深度及大小，如果條件允許，施工人員可以對羅盤儀等輔助設備加以應用，在固定鉆孔設備的基礎上，確保鉆孔位置可以得到實時校正，避免出現(xiàn)震動使鉆頭偏移的情況。由于孔位給帷幕屏障造成的影響往往較為直觀，因此，在對孔位進行設計時，設計人員應預留偏差范圍，在保證孔位間距不超過5 m的前提下，結合孔位深度調整偏差。水利工程要求各孔深度一致，即使有細微的差異，其數(shù)值也不得超過表1給定的范圍。要想使鉆孔尺寸相同，在準備階段，施工人員應徹底清理操作平臺，并對鉆孔機高度及位置進行調整。此外，在實際操作時，不同地質、不同強度巖石的存在，通常會給鉆孔深度和尺寸帶來影響，針對上述情況，施工人員應酌情對鉆頭材質與型號加以調整，這樣做可使鉆孔效率達到預期。

表1 鉆孔斜側偏差最大值

3.2.3 沖洗裂隙

鉆孔環(huán)節(jié)告一段落后，就應當開始對裂隙進行沖洗。由施工人員操控高壓水槍，仔細沖洗孔內裂隙，確?？變葻o雜質，為灌漿作業(yè)的順利開展提供保證。實驗證明，由高壓水槍噴射出高壓水流可以徹底清除孔內雜質及淤泥。另外，孔壁殘渣也能一并被帶出孔外，避免在灌漿階段出現(xiàn)孔洞堵塞問題。調查可知，對高壓水槍加以應用的裂隙沖洗方法在水利項目中較為常見，在正常情況下，單孔沖洗時長應控制在20 min左右，待沖洗水無肉眼可見雜質后，再對孔洞進行10 min的沖洗，就可以過渡至下一環(huán)節(jié)[4]。

3.2.4 壓水試驗

該試驗主要用來對鉆孔質量進行檢驗，使灌漿效果能夠達到預期。在帷幕灌漿開始前，由專業(yè)人員通過壓水試驗判斷鉆孔質量是否達到預期。一般來說，沖洗裂隙和壓水試驗應同時開展，這樣設計的目的主要是壓縮工期，提高項目的社會以及經(jīng)濟效益。

壓水試驗過程相對簡單，施工人員只需要保證試驗順序為由上至下即可。由于試驗的目的是判斷孔位能否承受的灌漿壓力，因此，提前對孔位應當承受試驗壓力進行計算很有必要。在試驗正式開始后，專業(yè)人員以技術要求為依據(jù)，在特定時間內對特定水量進行注入，并根據(jù)透水率對試驗成果加以驗證。如果每次采集透水率比之前小，說明“孔洞質量與技術要求相符，對其進行灌漿可達到項目防滲標準”的結論。

3.2.5 灌漿封孔

在分序加密原則的指導下，落實帷幕灌漿環(huán)節(jié)。該項目有2排帷幕孔，施工順序為先下后上，施工人員應將帷幕孔分成ⅠⅡⅢ序，按照順序完成施工。如果有加密孔存在，應在三序施工完成后，再對其進行施工。在位于同排帷幕線的相鄰先序孔深度達到15 cm時，就可以開始為后序孔的施工做準備；在位于相同單元先序排的后序孔深度達到15 cm時，施工人員可對后序排先序孔加以關注，但是要對基巖鉆孔灌漿存在的間隔高差加以控制，確保先序孔與后序孔高差不小于15 m。然后將鉆桿視為射漿管，以項目提出的要求為依據(jù)，利用孔內循環(huán)及孔口封閉技術，使射漿管向灌漿段底部延伸，并保證其與孔底間距不超過50 cm，通過阻塞循環(huán)灌漿的方式，完成孔口施工[5]。同樣，孔底與灌漿尾管的間距也不得超過50 cm。如果灌漿過程有冒漿或串漿等問題存在，施工人員應及時向監(jiān)理工程師匯報，待工程師通過所匯報方案后，再根據(jù)相關方案解決相關問題。灌漿施工的最后一道工序是封孔，可供選用的封孔方法主要有全孔壓力封孔和置換封孔，施工人員應以實際情況為依據(jù)進行選擇，確保封孔質量達到預期標準。

4 常見問題與策略

下文將詳細介紹帷幕灌漿常見問題及解決策略，供相關人員參考。

4.1 涌水問題

如果灌漿孔的用水壓力遠超標準數(shù)值，便會出現(xiàn)涌水問題，進而給后續(xù)環(huán)節(jié)造成影響。要想解決該問題，實證有效的方式是對特殊灌漿技術加以應用。在前期準備階段，詳細檢查涌水的水量及水壓，再以實際情況為依據(jù)，對灌漿作業(yè)所需要的參數(shù)加以確定，為施工的穩(wěn)定性提供保證。如果項目涌水量過大，施工人員可以選擇將速凝劑摻入漿液的方式，灌漿完全凝固后，再進行閉漿處理。

4.2 冒漿問題

事實證明，解決冒漿問題所適用的方法主要為封堵和鉛堵，無論選擇哪種方法，施工人員都要對灌漿壓力進行嚴格控制，在確保進漿量合理的前提下，酌情對灌漿濃度進行增加，待問題得到解決且實際壓力與設定壓力相符后，再開展后續(xù)工作。

4.3 串漿問題

如果條件允許，施工人員可以在串漿問題出現(xiàn)的同時開展灌漿作業(yè)。如果現(xiàn)場情況不支持同時作業(yè)，就要先將串漿孔管堵塞，待灌漿作業(yè)告一段落，再對串漿孔管進行清理與沖洗，并進行下一環(huán)節(jié)。另外，還有一點需要引起重視，即增大相鄰序孔的施工間隔，這樣做可以有效避免新灌入泥漿沖開漿液結石的情況出現(xiàn)，施工效率也得到了顯著提升[6]。

4.4 灌漿中斷

現(xiàn)階段，可以用來避免灌漿中斷所造成的影響持續(xù)擴大的方法有2個：1）如果中斷時間較長，施工人員應先對孔洞進行清掃及沖洗，再開展后續(xù)工作。2）保證灌漿中斷前后所用漿料的水灰比相同。

4.5 鉆孔傾斜

4.5.1 問題成因4.5.1.1 操作失誤

如果施工人員選用的材料磨損較為嚴重，極易由于鉆頭過鈍，導致巖石切入時金剛石粒/合金粒穩(wěn)定性出現(xiàn)大幅波動，進而給鉆進角度及方向帶來影響。如果巖石層較為松散且施工人員沒有對沖洗液進行適量應用，將導致帷幕孔壁坍塌，孔徑大小也會受到影響。

4.5.1.2 地質條件特殊

軟硬巖層極易出現(xiàn)破碎的問題，隨著鉆進作業(yè)的深入，鉆進難度將隨著鉆孔直徑的增加而變大。一旦出現(xiàn)傾角和軟硬巖層同時存在的情況，鉆頭將無法充分地接觸巖層，會影響鉆進速度以及方向。

4.5.2 規(guī)避策略

4.5.2.1 調整鉆具直徑

帷幕灌漿所用鉆具長度不應超過1.5 m，直徑應比正常鉆具少一級至二級，對符合上述條件的鉆具加以應用，可以確保即使存在直徑偏大的孔，其施工速度也能夠得到保證，鉆具處于垂直狀態(tài)的時長可以得到有效壓縮。在更換鉆具前，施工人員應對孔中巖心進行處理，嚴格控制鉆進壓力、范圍和速度，在鉆進長度達到3 m時，由專業(yè)人員對鉆孔進行測量，確保其沒有傾斜問題。如果在測量過程中發(fā)現(xiàn)還有沒解決的問題，施工人員應沿用原有鉆具，在適當時機對其進行調整，在條件允許的情況下，還可酌情對配備導向裝置的先進鉆具加以應用，待開擴孔環(huán)節(jié)結束，才可以換回原有鉆機完成后續(xù)工作。

4.5.2.2 優(yōu)先使用長鉆具

在地質厚度大或巖層覆蓋層松軟的地區(qū)，一旦出現(xiàn)鉆孔傾斜的問題，施工人員就應當立即更換鉆具，在減小鉆具直徑的基礎上，增加長度。如果鉆孔直徑較大，對此類鉆具加以應用，往往容易使鉆進方向發(fā)生變化，施工人員應將巖心管長度控制在1.5 m左右，在鉆進長度達到3 m后，仔細檢查是否有傾斜問題存在。如果檢查結果表明傾斜問題有所緩解，就可以酌情換回原有鉆具，如果傾斜問題仍較為嚴重，施工人員應再次更換鉆具，先用長鉆具對修正區(qū)域做掃孔處理，再根據(jù)傾斜程度調整后續(xù)方案，避免帶來不必要的問題。

4.5.2.3 增加鉆孔直徑

如果傾斜問題出現(xiàn)時，鉆進長度尚未達到10 m，最有效的解決方式是增加鉆孔直徑。施工人員應選擇直徑及長度均較原有鉆具更大的新鉆具，由孔口處/管底處，對現(xiàn)有孔洞進行擴張。事實證明，這樣做可以使與項目要求不符的孔洞得到及時糾正，將嚴重傾斜問題再次出現(xiàn)的概率降至最低。

5 結語

近年來，在水利項目建設環(huán)節(jié)中經(jīng)常使用帷幕灌漿技術，這也從側面說明了帷幕灌漿質量與水利項目質量密切相關。參建人員應該了解該技術的特點及應用方法，真正做到以項目需求為依據(jù)，對相關技術加以應用，實時監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，通過提高施工質量的方式，賦予水利工程更為理想的可靠性、安全性與防滲漏性，為社會發(fā)展助力。