水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法

摘要 隨著我國水利水電工程的不斷發(fā)展，應(yīng)用高質(zhì)量的施工技術(shù)高工程施工質(zhì)量是當(dāng)前首要解決的問題?；A(chǔ)灌漿技術(shù)是該工程項(xiàng)目中十分常見且重要的施工技術(shù)，其主要被應(yīng)用于防滲與加固處理工作。合理應(yīng)用基礎(chǔ)灌漿加固技術(shù)能夠有效提高建筑工程防滲性能，尤其是針對(duì)特殊地層的作用更加顯著。但由于特殊地層條件，使得基礎(chǔ)灌漿加固技術(shù)難度增加，再加上建筑工期較長，所以需要進(jìn)一步完善該技術(shù)。基于此，以水利水電工程現(xiàn)狀為研究方向，提出了基礎(chǔ)灌漿與特殊地層灌漿方法，通過案例分析，詳細(xì)探究了特殊地層的灌漿方法，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞 水利工程；水電工程；基礎(chǔ)灌漿；特殊地層

中圖分類號(hào)：TV543 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）04–0154-03

基礎(chǔ)灌漿技術(shù)是我國水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目中一個(gè)十分基礎(chǔ)且重要的環(huán)節(jié)。應(yīng)用基礎(chǔ)灌漿技術(shù)，能夠提高建筑工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗壓性能及防滲性能等，從而對(duì)整個(gè)建筑工程的整體施工質(zhì)量起到重要的保障作用[1]。

然而，在實(shí)際施工的過程中，針對(duì)特殊地層進(jìn)行灌漿操作比較困難，這與基礎(chǔ)灌漿操作有所區(qū)別，需要相關(guān)的技術(shù)人員結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，應(yīng)用合適的灌漿技術(shù)進(jìn)行處理。只有采用科學(xué)合理的灌漿方式，才能進(jìn)一步消除特殊地層存在的安全隱患，從而提高建筑工程施工質(zhì)量，確保其安全性[2]。

1 水利水電工程中基礎(chǔ)灌漿應(yīng)用效果

1.1 防滲

漏水問題是造成水利水電工程發(fā)生地基塌陷與裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。當(dāng)前，基礎(chǔ)灌漿技術(shù)最主要的應(yīng)用要求是防滲。純壓灌漿、循環(huán)灌漿及高壓旋噴灌漿等技術(shù)，都是防滲效果顯著的一些基礎(chǔ)灌漿技術(shù)。其中，純壓灌漿的作用原理是通過外界壓力將漿液直接注入地層的裂縫，以達(dá)到防止?jié)B漏的效果。雖然該方法操作簡單且便捷，但由于漿液的流動(dòng)速度較慢，因此常常會(huì)出現(xiàn)管道堵塞的現(xiàn)象[3]。循環(huán)灌漿的作用原理是通過管道將漿液注入所需的孔段，但是回漿管會(huì)使得部分漿液回流至漿液桶內(nèi)，該方法中的漿液一直保持持續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)，所以不容易堵塞管道，可明顯增強(qiáng)灌漿效果。

由此可見，為了確?；A(chǔ)灌漿施工技術(shù)的順利應(yīng)用，在實(shí)際施工的過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要根據(jù)施工位置、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及施工項(xiàng)目要求等，確保整個(gè)管道孔壁的平整度，在灌漿前及時(shí)清理孔內(nèi)雜質(zhì)和異物，使灌漿得以順利進(jìn)行。

1.2 填充壓密

水利水電工程在實(shí)際施工過程中偶爾會(huì)出現(xiàn)地層的土質(zhì)疏松或含水量較大導(dǎo)致土質(zhì)稀疏的現(xiàn)象發(fā)生，而該類型的土質(zhì)存在導(dǎo)致地面開裂或塌陷等風(fēng)險(xiǎn)。采用科學(xué)合理的灌漿方法，能夠填補(bǔ)地層縫隙，使地層土質(zhì)與漿液得以有效混合，從而形成一種十分緊密的填充物，進(jìn)一步提高土質(zhì)之間的緊密度，以此達(dá)成填充壓密的作用效果[4]。其中，應(yīng)用高壓旋噴灌漿技術(shù)能夠很好地達(dá)成填充壓密的效果，由于其帶有特殊的噴頭，而這種噴頭可以快速噴射出漿液，在此過程中就會(huì)破壞地層內(nèi)的土質(zhì)結(jié)構(gòu)，最后漿液與土質(zhì)之間就會(huì)形成新的填充物，從而達(dá)成壓密效果。

1.3 黏合固化

黏合固化是基礎(chǔ)灌漿技術(shù)的一種應(yīng)用效果體現(xiàn)，將不同的灌漿材料與水泥進(jìn)行有機(jī)混合，使得兩者的混合液與黏土物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)，最終形成十分堅(jiān)硬的、類似于“巖石”的物質(zhì)。而這種物質(zhì)能夠粘合地層中土質(zhì)的裂縫，從而起到填充的作用，進(jìn)一步提高地層強(qiáng)度與抗壓能力。

當(dāng)前，化學(xué)灌漿技術(shù)是黏合固化的主要方式，使用有機(jī)和無機(jī)2種材料，無機(jī)灌漿材料以硅酸鈉（Na2O·nSiO2）（俗稱水玻璃）為主，而有機(jī)灌漿材料則以環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯等為主。無論是有機(jī)灌漿材料還是無機(jī)灌漿材料，兩者都具有較強(qiáng)的黏度，并且是可以靈活調(diào)節(jié)的。因此，應(yīng)用基礎(chǔ)灌漿技術(shù)不僅能夠有效加固縫隙較大的地層，還可以對(duì)地基內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)起到一定的保護(hù)作用[5]。

2 水利水電工程中特殊地層灌漿方式

2.1 堵水灌漿法

特殊地層的灌漿施工技術(shù)會(huì)出現(xiàn)冒水、滲水的現(xiàn)象。如果裂縫冒水情況嚴(yán)重，則需要建筑單位安排專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)觀察具體的出水點(diǎn)，然后將其截?cái)啵瑥亩鴾p少冒水量，以確保后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

然而，針對(duì)特殊地層出現(xiàn)冒水量較大的情況，先要進(jìn)行灌漿處理，借助先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，在地層上鉆出多個(gè)孔洞與裂縫交錯(cuò)排列，再堵塞孔洞，目的是引出裂縫中的水，從而解決地層含水量過多的問題。此外，如果特殊地層同樣出現(xiàn)了冒水現(xiàn)象，就需要根據(jù)裂縫的深度，使用不同壓力的灌漿方式，以此解決冒水問題。需要注意的是，如果冒水量較小，就需要沿著地層裂縫挖出一個(gè)“U”形槽，在其底部鋪設(shè)一段鐵皮，接著再將灌漿管穿過鐵皮進(jìn)行填埋，最后再使用砂漿填平并壓實(shí)整個(gè)“U”形槽，再進(jìn)行灌漿操作[6]。

2.2 大吸漿量的灌漿方式

對(duì)于特殊地層的灌漿技術(shù)而言，可以采用低壓或者自流灌漿方式，通過逐漸加大地層裂縫中土質(zhì)與土質(zhì)之間的擠壓填充力度，逐漸降低待測(cè)漿液的流動(dòng)性，然后逐級(jí)增加地層內(nèi)部壓力，從而能夠順利進(jìn)行灌漿施工。

除此之外，還需注意控制漿液的注入速度，不宜過快也不宜過慢，確保整個(gè)灌注的速度在15～20 L/mm的區(qū)間范圍內(nèi)勻速操作，直至填充完特殊地層后，才能夠結(jié)束施工。

2.3 承壓水的特殊地層的灌漿方法

灌漿孔中出現(xiàn)的冒水現(xiàn)象來自地下水或者是自來水，其中，地下水的壓力相對(duì)較小，而自來水的水壓相對(duì)較大。因此，在應(yīng)用實(shí)際灌漿技術(shù)前，相關(guān)技術(shù)人員需要分析水源，包括勘察測(cè)量水壓、水質(zhì)等因素，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳的灌漿方法。針對(duì)承壓水的特殊地層灌漿方法主要分為2種。

（1）壓力屏漿法。在進(jìn)行灌漿操作后，技術(shù)人員需要進(jìn)一步提高灌漿液的濃度，使其濃度上升至基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的5倍以上，然后再次進(jìn)行灌漿。這樣做的目的在于有效減輕承壓水壓力，從而確保整個(gè)灌漿的作用效果。

（2）化學(xué)灌漿法?；瘜W(xué)灌漿法是一種常用的技術(shù)手段，需要注意的是，相關(guān)技術(shù)人員需要在灌漿液中適當(dāng)添加相關(guān)劑量的凝固劑，使其與地層中的土質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到凝固緊實(shí)的目的。當(dāng)將摻有化學(xué)凝固劑的漿液注入地層時(shí)，能夠及時(shí)與內(nèi)部的巖石、土壤顆粒等物質(zhì)相結(jié)合，以此達(dá)到提高地層承載與抗壓強(qiáng)度的目的[7]。

2.4 巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)灌漿施工方法

（1）高壓灌漿法。如果將水利水電建筑工程的施工位置設(shè)在巖溶地區(qū)，則采用高壓灌漿法能夠很好地解決相關(guān)問題，有效提升地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與防滲水性能。通過應(yīng)用該技術(shù)，不僅能夠有效促進(jìn)水泥向地層內(nèi)部的土層緩慢滲透，還可以使水泥凝固成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而起到高抗壓性的作用。

（2）高壓旋噴灌漿法。在實(shí)際施工的過程中，需要借助機(jī)械鉆機(jī)，將鉆頭深入地層內(nèi)部，還需要在鉆頭位置安裝一個(gè)噴嘴裝置，以輕松噴出水泥漿。而在整個(gè)過程中，高壓鉆機(jī)的運(yùn)作會(huì)破壞土層結(jié)構(gòu)，同時(shí)使噴射出的水泥漿與土層結(jié)構(gòu)充分結(jié)合，在其完全凝固以后，就能夠與土層形成一個(gè)完整的加固體結(jié)構(gòu)，從而使地層結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。

（3）無填充物灌漿法。巖溶地區(qū)可以選用高流態(tài)的混凝土對(duì)空洞位置進(jìn)行回填處理，但是需要確?；靥畹墓橇现睆讲荒艹鲆?guī)定的20 mm。如果發(fā)現(xiàn)巖溶空洞較大，就需采用無填充方式進(jìn)行灌注處理，這樣做的目的是能夠最大限度地避免出現(xiàn)混凝土分崩離析的現(xiàn)象。同時(shí)，還可以利用加大孔洞的方式，在其內(nèi)部添加適量的碎石，待其被填滿之后，最后進(jìn)行漿液灌注。需要注意的是，無論采用哪種方法，都需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與承壓水情況，嚴(yán)格控制整個(gè)澆灌過程。

2.5 嚴(yán)重漏水情況的灌漿方法

（1）如果地層裂縫較大且有明顯傾斜，就需要事先填補(bǔ)裂縫，然后使用濃度較高的漿液或者水泥漿進(jìn)行澆灌，待漿液完全進(jìn)入裂縫完成填補(bǔ)后，再使用化學(xué)灌漿法，還需要相應(yīng)地添加適量的凝固劑，以此加快漿液的凝固速度，最后起到填補(bǔ)作用。

（2）如果地層裂縫較大且有明顯傾斜，同時(shí)還伴有水流現(xiàn)象，則第一步需要進(jìn)行填補(bǔ)，選用高效、快速及濃度高的漿液材料進(jìn)行填補(bǔ)，從而有效避免在填補(bǔ)過程中被較大的流水沖刷掉，進(jìn)而降低濃度，影響填補(bǔ)效果。除此之外，在灌漿操作時(shí)，還需要采用特質(zhì)的灌漿膜袋，過濾掉漿液中多余的水分，從而有效提高材料濃度，確保漿液的質(zhì)量后再進(jìn)行灌漿處理。

3 實(shí)例分析

3.1 工程簡介

某地區(qū)水利電力泵站圍堰施工，采用的是角巖全風(fēng)化土深水填筑，由于周圍區(qū)域巖石眾多，且河床覆蓋層較厚，因此需要應(yīng)用高壓噴射灌漿技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿。圍堰體填料為角巖全風(fēng)化殘基土，基巖多為全風(fēng)化、中風(fēng)、微新角巖，少數(shù)為石英巖、花崗巖，部分地區(qū)有砂卵石覆蓋層，厚度為2～3 m。該施工技術(shù)流程為：定孔→鉆孔→噴灌→回灌→結(jié)束。

第一，先在防滲軸上安裝1.5 m孔距固定孔位，鉆孔分2道工序進(jìn)行施工處理，以防止相鄰孔洞之間間距太近引起串孔現(xiàn)象，所以需要將孔位偏差控制在≤2 cm范圍內(nèi)。第二，待成孔后，一旁的高噴臺(tái)車需要向下噴射漿液管，待現(xiàn)場(chǎng)管理人員檢驗(yàn)后，再進(jìn)行噴涂升級(jí)。第三，噴涂完成后，需要凝結(jié)灌漿體內(nèi)的水，采用水泥漿及時(shí)進(jìn)行回填處理，確保整個(gè)漿面穩(wěn)固不下沉。其中，如果出現(xiàn)漏漿、吃漿等現(xiàn)象，就需要立即采取措施，根據(jù)吃漿的位置、大小等，通過添加多種加固劑進(jìn)行處理。

在應(yīng)用水利水電工程特殊地層灌漿方法的過程中，需要根據(jù)不同情況選擇灌漿方法。堵水灌漿更加重要。灌漿施工是一種特殊的地層，一般發(fā)生在巖溶區(qū)和混凝土的主要缺陷中。在實(shí)施這種地層灌漿方法時(shí)，應(yīng)結(jié)合出水點(diǎn)和出水量設(shè)置相應(yīng)的直徑孔口管，然后將水集中在導(dǎo)管中排出，用泥漿堵塞周圍的冒水巖縫，并利用孔口管進(jìn)行反壓灌漿。如果采用灌漿施工方式，應(yīng)在裂縫間鉆深孔，埋孔口管，引出裂縫中的水，沿裂縫鑿槽，用棉紗和麻刀堵塞。由于應(yīng)用灌漿技術(shù)的方法多樣，通過應(yīng)用灌漿方法和充填級(jí)配料方法，加上應(yīng)用重復(fù)灌漿方法，能夠更好地發(fā)揮出灌漿施工的作用，進(jìn)一步提高建筑工程施工質(zhì)量。

3.2 固結(jié)灌漿

孔位放樣：為了確保整個(gè)灌漿效果，施工人員需要在鉆孔結(jié)束后，用大量的水快速?zèng)_洗整個(gè)灌漿孔段，直至水變清澈為止。同時(shí)，還需要確保整個(gè)孔底沉淀的厚度控制在20 cm以內(nèi)，沖洗壓力也需要控制在＞1 MPa。具體的操作步驟如下。

（1）在混凝土澆筑的過程中，需要按照施工圖紙要求預(yù)埋PVC管，確保PVC長度與趾板厚度相同。

（2）固結(jié)孔采用的是潛孔鉆，確保孔徑55 mm，還需要檢查孔洞、聲波及監(jiān)測(cè)孔徑。

（3）灌漿鉆孔需要在混凝土的強(qiáng)度達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后才能進(jìn)行灌漿操作。

（4）在實(shí)際操作的過程中，使用Y-28鉆孔機(jī)，孔徑大小為45 mm。在施工過程中，操作人員需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，尤其是需要控制施工重點(diǎn)區(qū)域，并按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，將偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（5）在實(shí)際施工的過程中，需要嚴(yán)格按照分級(jí)施工的原則進(jìn)行操作，如先灌注1孔，再灌注2孔，最后進(jìn)行鉆灌檢查。

（6）嚴(yán)格控制鉆機(jī)的放置、孔序、孔位、孔深、傾斜度等。灌漿孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不應(yīng)＞12 cm。

（7）在驗(yàn)收合格之前，需要安排相關(guān)技術(shù)人員妥善看管所有鉆孔（圖1）。

3.3 特殊地層灌漿方法

孔深為16.0 m，孔徑為78 mm，孔距為2.5 m，灌漿段長為2.5 m、3.5 m、5.5 m、5.5 m，灌漿壓力不超過1 MPa。

3.3.1 灌漿具體方法 一是采用分段式

灌注操作，將灌注壓力控制在0.3～0.7 MPa之間；二是采用循環(huán)水進(jìn)行灌注，再結(jié)合孔封閉器進(jìn)行封閉灌漿；三是固結(jié)灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)灌漿法，距離孔底靠近55 cm位置；四是采用純水泥漿進(jìn)行回填處理，如果是特殊地段需要添加一定量的加固劑，以起到堵塞作用；五是針對(duì)沒有特殊地層的孔段處理，只需要進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿后等待其凝結(jié)即可。

3.3.2 漿液變換原則 （1）漿液水灰比例：本工程采用的是3∶1∶2的比例，但要根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定實(shí)際參數(shù)。

（2）如果灌漿壓力保持不變，注射率持續(xù)下降，或者注射率保持不變，壓力持續(xù)上升，則不得改變水灰比。

（3）當(dāng)某一級(jí)漿液的灌注量已經(jīng)達(dá)到4 000 L，或者灌注時(shí)間已經(jīng)達(dá)到30 min，當(dāng)灌漿壓力和注入率沒有變化或變化不明顯時(shí)，應(yīng)改變一級(jí)水灰比。

（4）如果注入率超過35 L/min，可以根據(jù)具體情況越級(jí)變濃。

（5）在灌漿過程中，需要記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，將水位降低至標(biāo)準(zhǔn)高度；裂縫和灌漿孔的有效清洗必須保證孔壁和孔底在灌漿施工開始前的清潔；清洗過程中要注意控制水壓，沖洗時(shí)間可以通過孔深、水深、水濁來確定。

3.3.3 固結(jié)灌漿結(jié)束條件 （1）固結(jié)灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率每分鐘≤1 L，繼續(xù)灌注35 min，灌漿即可結(jié)束。

（2）如果灌注標(biāo)準(zhǔn)始終達(dá)不到施工要求時(shí)，就需要現(xiàn)場(chǎng)施工人員與監(jiān)理人員共同進(jìn)行研究處理。

（3）灌漿孔結(jié)束后，采用導(dǎo)管注漿法封孔，孔口涌水的灌漿孔采用全孔灌漿法封孔。

（4）人工封孔：待孔內(nèi)水泥漿液凝固后，灌漿孔上部空余0.6 m部分采用水泥砂漿人工封填密實(shí)，并將孔口壓抹平整。

（5）壓水試驗(yàn)檢查孔完成檢測(cè)后，應(yīng)按以上要求進(jìn)行灌漿和封孔。

4 結(jié)束語

水利水電工程的灌漿施工技術(shù)，需要充分利用科學(xué)合理化的應(yīng)用手段，再結(jié)合實(shí)際施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，如此一來，能夠有效提高建筑工程施工質(zhì)量，從而推動(dòng)我國建筑工程事業(yè)的長遠(yuǎn)、穩(wěn)定發(fā)展。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Abstract With the continuous development of water conservancy and hydropower projects in China， adopting high-quality construction technology to improve the construction quality was the primary problem to be solved at present. Foundation grouting was a very common and important construction technology in this project， which was mainly used in seepage prevention and reinforcement treatment. The reasonable application of this technology can effectively improve the anti-seepage performance of building engineering， especially for the effect in special strata. However， due to the special stratum conditions， the foundation grouting reinforcement technology was more difficult， and the construction period was longer， so the technology needs to be further improved. Based on this， took the current situation of water conservancy and hydropower projects as the research direction， and put forward the foundation grouting and special stratum grouting methods. Through case analysis， the grouting methods of special stratum were explored in detail， in order to provide certain reference for relevant technical personnel.

Key words Water conservancy project; Hydropower engineering; Foundation grouting; Special strata

作者簡介 薛界民（1970—），男，甘肅張掖人，中級(jí)工程師，主要從事水利水電工程研究。