水利工程灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用

李夏 ?崔巍

摘 要：灌漿施工是水利工程常見的防滲技術(shù)，文章闡述該項技術(shù)用于水利建筑基礎(chǔ)中的必要性，列舉常用的基礎(chǔ)灌漿技術(shù)，分析各自特點及優(yōu)勢，介紹灌漿技術(shù)在巖溶地區(qū)、吸漿量增大的水利工程中應(yīng)用情況，總結(jié)促進(jìn)技術(shù)有效應(yīng)用的措施。

關(guān)鍵詞：水利工程;建筑基礎(chǔ);灌漿施工;技術(shù)分析

中圖法分類號：TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1? 灌漿施工技術(shù)應(yīng)用的必要性

水利工程建設(shè)中如遇以下幾個問題，則需合理應(yīng)用灌漿技術(shù)：首先，在建造水利工程的基礎(chǔ)構(gòu)造時，受水流壓力的作用，容易造成建筑基礎(chǔ)不夠穩(wěn)固，降低其穩(wěn)定性，若工作人員沒有及時采用適宜的防滲方法，將不利于水利工程后續(xù)安全投用，縮短工程的使用壽命。其次，建筑基礎(chǔ)對水利工程起到支撐作用，基礎(chǔ)穩(wěn)固性直接影響水利工程的建造質(zhì)量。建筑基礎(chǔ)施工時，嚴(yán)格依照工程的建設(shè)、選址及施工質(zhì)量要求去開展工作，方能確保現(xiàn)場施工活動順利推進(jìn)[1]。最后，水利工程建設(shè)時防滲工作推進(jìn)情況關(guān)系著建筑基礎(chǔ)的建造效果，工人現(xiàn)場施工時如果忽視部分流程或者事項重視度不足，將會影響建筑基礎(chǔ)建設(shè)質(zhì)量，甚至造成項目投用過程中局部坍塌，造成工程的安全事故，影響工程效益的發(fā)揮，而工程的灌漿技術(shù)能發(fā)揮良好的防滲、加固作用，是項目建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2? 常用的灌漿技術(shù)類型

針對水利項目內(nèi)的灌漿施工，按照材料所屬類型的不同可以將其分成水泥、水泥粘土與化學(xué)灌漿，操作過程可靠性高、工藝及機(jī)械設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)性高、適用性強是水泥灌漿的主要特征;水泥粘土灌漿技術(shù)最大的特點是成本支出更低，但是實際結(jié)石強度較差;化學(xué)灌漿技術(shù)特點主要集中在成本偏高、施工過程復(fù)雜、工藝要求嚴(yán)格等方面，多用于處理地質(zhì)條件特殊的裂縫。按照施工目的可以把灌漿技術(shù)分成固結(jié)、接觸以及帷幕灌漿等。

2.1? 固結(jié)灌漿

實際施工中，通常依照水利項目大壩地基的地質(zhì)、壩型、巖石破碎程度及基礎(chǔ)巖石應(yīng)力等客觀條件決定是否應(yīng)用固結(jié)灌漿。針對混凝土重力壩，通常要進(jìn)行壩基全面積固結(jié)灌漿施工;而對砼拱壩或重力拱壩，需要對實際受力相對較大的壩肩拱座巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿;對于水工隧洞，常在襯砌后進(jìn)行巖體固結(jié)灌漿處理對象一般是襯砌施工后的巖體結(jié)構(gòu)。在破碎巖層內(nèi)開挖建造隧洞時，為規(guī)避局部巖體坍塌或集中滲漏的情況，開挖前可以在一定范圍內(nèi)用斜孔或者水平孔進(jìn)行超前固結(jié)灌漿。把砼墊層增設(shè)到土石壩防滲體底部時，需要對墊層下巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。工程實踐中，為了確保灌漿施工質(zhì)量符合設(shè)計要求，需要將適量砼蓋板澆筑在巖基表面或者具有一定厚度的砼以后再行固結(jié)灌漿施工。如果巖石地質(zhì)條件相對較復(fù)雜時，通常要在工程場區(qū)內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿試驗，依次確定孔距、排距、孔深、布灌漿順序等參數(shù)[2]。下淺層固結(jié)灌漿孔經(jīng)常配合應(yīng)用風(fēng)鉆鉆孔，潛孔鉆或巖心鉆適用于處理深層孔，梅花形、方格形與六角形是常用的平面布孔形式。通常將排距與最終孔距控制在3～6m范圍，嚴(yán)格逐漸加密方法進(jìn)行鉆灌。水泥漿液是主要的灌漿材料，當(dāng)巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育的特殊地段內(nèi)實際吃漿量很大時，可以改用灌注水泥砂漿。灌漿操作先由稀漿開始，逐漸增加其濃度，直到抵達(dá)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2? 接觸灌漿

接觸灌漿技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在填充空隙、提高錨著力及接觸面之間的密實度，預(yù)防漏水現(xiàn)象等。如果在巖石地基之上建設(shè)砼壩，當(dāng)砼自體體積收縮以后，兩者之間會形成縫隙，針對這種縫隙要進(jìn)行接觸灌漿，于巖石相對較平緩處，接觸灌漿經(jīng)常和巖石內(nèi)的帷幕灌漿配合應(yīng)用，借此方式實現(xiàn)對壩體砼和巖石的接觸位置的有效處理。在壩肩巖石邊坡45°陡峭位置，接觸灌漿施工設(shè)計及灌漿操作方法和接縫灌漿有很大相似之處，可以應(yīng)用預(yù)埋灌漿盒或其他辦法，也可以通過澆筑砼后再進(jìn)行鉆孔，主要是在接觸位置形成出漿點位或出漿線條，布置進(jìn)漿管、回漿管、排氣管等設(shè)施。當(dāng)現(xiàn)場實測確認(rèn)砼構(gòu)件溫度達(dá)到設(shè)計要求后，就可以在鋼管或鋼板結(jié)構(gòu)物周邊澆筑砼，當(dāng)砼體積發(fā)生收縮以后，兩者之間會會形成縫隙，對這種縫隙也要進(jìn)行灌漿處理。

2.3? 帷幕灌漿

閘壩的巖石或砂礫石地基內(nèi)多采用 帷幕灌漿技術(shù)設(shè)防滲帷幕。帷幕頂部連接砼閘底板或壩體構(gòu)造，底部深到不透水巖層內(nèi)，利用其阻止或減少地基內(nèi)地下水的滲透。帷幕灌漿和處于下游的排水系統(tǒng)協(xié)同作用，也能降低滲透水流對閘壩的揚壓力。20世紀(jì)以后，帷幕灌漿始終是水工建筑物地基防滲處理的主流方法，對水工建筑安全可靠運行起到良好的保障作用。帷幕灌漿多被安置在壩基迎水面下方基礎(chǔ)中，并且會建造出一道連續(xù)且垂直或向上游傾斜的幕墻構(gòu)造。帷幕灌漿技術(shù)應(yīng)用的宗旨是確保建筑地基的滲透穩(wěn)定，降低壩基的滲流量與揚壓力。鉆孔較深是帷幕灌漿技術(shù)的主要特征，現(xiàn)場施工時一般要求孔深進(jìn)巖基單位吸水率等值線之下的3～5m;通常應(yīng)用單孔灌漿，灌漿壓力整體偏大。帷幕灌漿施工均是在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)開展，多將廊道高度控制在3～4m左右，寬2～3m;一般在水庫蓄水之前結(jié)束灌漿操作。

兩岸壩肩平洞和壩體廊道內(nèi)是帷幕灌漿處理土石壩巖基的集中位置，部分工況下先于巖基頂面進(jìn)行操作，隨后按照要求填筑壩體;一些情境下在壩體或壩基廊道內(nèi)進(jìn)行，這樣操作最大的特點是不會和壩體填筑工序相互干擾，完工后能精準(zhǔn)監(jiān)測出帷幕實際運行情況，也可以酌情對帷幕進(jìn)行補灌。帷幕灌漿時應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙布設(shè)鉆孔，漸進(jìn)式加密。針對兩排孔或者多排孔帷幕，通常下游排鉆灌在前，上游排鉆灌操作次之，中間排鉆灌最后進(jìn)行，同排孔經(jīng)常按照3個次序進(jìn)行鉆灌，統(tǒng)一應(yīng)用全孔分段灌漿法[3]。

2.4? 控制性灌漿

這是以瓦礫層防滲帷幕灌漿施工為基礎(chǔ)形成的一種新型防滲漏灌漿施工技術(shù)，現(xiàn)場施工時，帷幕灌漿的鉆孔灌漿依照設(shè)計順序，逐漸加密。針對兩排孔或多排孔帷幕，大部分是先鉆灌下游排，再鉆灌上游排，最后鉆灌中間排。同一排孔經(jīng)常按照3個次序鉆灌。全孔分段灌漿法是常用的灌漿方法。灌漿開始后，通常運用一次升壓法，即將壓力盡快提升到設(shè)計壓力值。當(dāng)?shù)鼗杆暂^大，灌入漿量很多時，為限制漿液擴(kuò)散范疇，可采用由低到高的分級升壓法。將其用在水利工程項目的防滲漏施工領(lǐng)域中，一方面能顯著強化防滲漏帷幕施工性能，另一方面也能科學(xué)調(diào)整防滲漏帷幕工法、工藝應(yīng)用過程，優(yōu)化工程的防滲漏施工效果。將該項技術(shù)用于實際工程中，泥漿壓力與漿液流量均影響著實際灌漿效果，這就要求參建人員應(yīng)加強各方面的管理控制，確保灌漿施工嚴(yán)格按照設(shè)計要求有序推進(jìn)。

2.5? 土壩壩體劈裂灌漿

采用這種灌漿施工技術(shù)，一方面能有效處理傳統(tǒng)施工中壩體局部容易開裂及漏洞等問題，有益于提高抗?jié)B漏性能。水利工程現(xiàn)場施工過程中，如果壩體局部出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏問題，要先對相應(yīng)位置做清晰標(biāo)記，而后結(jié)合設(shè)計要求多次對標(biāo)記位置進(jìn)行灌漿，最后會形成多層防滲漏層，這是增強壩體抗?jié)B能力的基礎(chǔ)。由于壩體自身有一定應(yīng)力作用，壩體會沿著壩軸線發(fā)生劈裂情況，隨后工人把泥漿灌注至裂縫內(nèi)，形成墻體構(gòu)造，即防滲墻[4]。

3? 灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用場景

3.1? 巖溶地區(qū)的水利施工

如果工程建在巖溶地區(qū)時，最大的特點是地基空隙相對較大，只有配合應(yīng)用適宜的技術(shù)手段才能確保水利現(xiàn)場施工活動順利推進(jìn)。有填充物與無填充物是巖溶地區(qū)水利工程施工中常見的兩種情況，和有填充技術(shù)相比，無填充施工技術(shù)應(yīng)用過程更為復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)要求更多。施工時可先采用高端科技儀器精準(zhǔn)探測施工現(xiàn)場巖溶深度、大小等狀況，參照探測數(shù)據(jù)編制科學(xué)的施工方案，確保水利現(xiàn)場施工規(guī)范推進(jìn)。

（1）高壓灌漿

溶巖地區(qū)施工時，人們習(xí)慣應(yīng)用高壓水泥灌漿技術(shù)對建筑基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿處理，這樣能顯著增加填充物的結(jié)實度，提升地基牢固性，增強工程的防滲功能，輔助優(yōu)化水利工程的建設(shè)質(zhì)量。高壓灌漿技術(shù)實際應(yīng)用時還能確保水泥材料在地層熔巖內(nèi)滲透的有效性，塑造出一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，借此方式增強地基的抗拉伸能力，規(guī)避后期投用時局部出現(xiàn)斷裂等情況，進(jìn)一步提升基礎(chǔ)的穩(wěn)固性[5]。

（2）高壓旋噴灌漿

這種技術(shù)能夠把一種專用機(jī)械設(shè)備深入到地基深處進(jìn)行施工，把一種構(gòu)造特殊的噴嘴安裝在鉆頭之前，隨后配合使用高壓水泥泵噴出水泥漿。噴射過程中，水泥對基礎(chǔ)地下的土壤結(jié)構(gòu)起到一定改造作用，高壓設(shè)備的鉆頭在持續(xù)旋轉(zhuǎn)過程中向前突出，以較大旋轉(zhuǎn)速度噴出的水泥能有效結(jié)合處于破碎狀態(tài)中的地下土壤，兩者融合成一種新物質(zhì)，經(jīng)過一定時間后在地質(zhì)條件的作用下這種融合物干燥度會持續(xù)提高，在土體中形成較堅固的柱狀物，借此方式起到加固地基的作用，提升其穩(wěn)定性。采用這種灌漿技術(shù)不僅能確保水泥灌漿料充分滲透至設(shè)計土層內(nèi)，還能規(guī)避現(xiàn)場工人施工時對土層結(jié)構(gòu)造成的破壞，促進(jìn)泥漿和土層的有效結(jié)合過程，使地基基礎(chǔ)更加牢固，進(jìn)而優(yōu)化工程的建造質(zhì)量。

3.2? 吸漿加大的水利工程

在大部分工況下，按常規(guī)施工工序就能確保巖縫灌漿施工順利推進(jìn)，取得相對較理想的效果。但如果巖縫灌漿施工過程中遭遇特殊狀況，如巖縫吸漿量高于設(shè)計值，就會導(dǎo)致巖縫灌漿施工被迫暫停。遇到這種情況，一定要結(jié)合巖縫灌漿施工現(xiàn)場情況，應(yīng)用適宜的方法加以控制，以防浪費掉大量的水泥資源，延長現(xiàn)場施工時間且增加成本支出。

對吸漿量過大的情況，有專人控制水泥漿的灌注速度，以防單位時間中有過多水泥漿注入巖縫中而降低巖縫的現(xiàn)場灌漿效果。同時要采取降壓措施采用適宜方法降低灌漿壓力，以減少水泥漿流速，使其呈自然流動、匯總，在較短時間內(nèi)實現(xiàn)凝固，在水泥漿流失現(xiàn)象完全被解除后，再按照設(shè)計圖紙施工，直到灌漿作業(yè)結(jié)束[6]。

另外也可采用多次灌漿法，即結(jié)合灌漿施工現(xiàn)場實際情況改用間隔灌漿方法進(jìn)行后續(xù)施工。因為前期灌進(jìn)巖縫內(nèi)的漿液伴隨時間推移而發(fā)生凝固，堵住水泥漿的流動通道，有益于減少或規(guī)避過量吸漿這一不良狀況。在這樣的工況中，工人僅需大概每間隔8h進(jìn)行間歇性灌漿即可。

4? 結(jié)語

水利工程項目建設(shè)過程中合理應(yīng)用灌漿施工技術(shù)，對建筑工程質(zhì)量能起到良好的保障作用。實際施工時，施工方一定要嚴(yán)格按照水利項目建設(shè)的實際特點與要求，科學(xué)設(shè)計灌漿施工技術(shù)方案，積極融合應(yīng)用多種灌漿技術(shù)，提升水利工程的防滲施工效果，保障工程建設(shè)的整體質(zhì)量。

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Application of Grouting Construction Technology in Hydraulic Engineering

Li Xia，Cui Wei

（Dalian Water Conservancy Architectural Design Institute Co.，Ltd.，Dalian 116000，China）

Abstract：Grouting construction is a common anti-seepage technology in hydraulic engineering. This paper expounds the necessity of using this technology in the foundation of water conservancy buildings，lists the commonly used basic grouting technologies，analyzes their characteristics and advantages，introduces the application of grouting technology in Karst areas and water conservancy projects where the amount of grouting increases，summarizes and promotes Measures for the effective application of technology.

Key words：hydraulic engineering; building foundation; grouting construction; technical analysis

收稿日期：2021-11-25

作者簡介：李夏，男，工程師，本科，研究方向：水利水電工程。E-mail：651943154@qq.com