摘要：本文主要介绍了当今水利水电工程施工中对灌浆技术的应用，包括灌浆技术类别、灌浆方式、灌浆方法以及灌浆技术要领；并对帷幕灌浆、化学灌浆、固结灌浆的施工技术控制进行阐述，对水利水电工程施工中的地基处理、幕墙固结、防渗加固等技术处理环节有较好的参考价值。
关键词：灌浆；水利水电；施工技术；固结；防渗
前言
灌浆技术是指通过一定的压力将能凝固的浆液注入结构物和地基的孔洞、缝隙、裂隙中，改善承载体力学性能、防渗性能以及满足其他功能的一种工程技术。该技术在国外发展较早，距今已有两百余年历史，在国内，该工程技术发展较晚，在50年代初才初步掌握灌浆技术。目前，该技术发展已相对成熟，许多不能满足工程要求的结构和地基所存在的问题，往往可借助灌浆技术得以解决。
1、灌浆的分类
1.1、按灌浆材料分类
根据灌浆需求不同，灌浆材料有多种选择。有针对性的选用合乎本工程需要的灌浆材料，尤为重要。目前常用的固粒灌浆材料主要有水泥浆、黏土浆、水泥黏土浆、水泥粉煤灰浆。
1.2、按灌浆的地层分类
根据灌浆体的地质情况分为岩石基灌浆、砂砾石基灌浆和上部土层灌浆。
1.3、按灌浆的压力分类
根据灌浆泵所施压力不同，压力在3Mpa范围内的灌浆称之为常压灌浆，压力在3Mpa以上的灌浆称之为高压灌浆。
1.4、按灌浆的目的分类
按照灌浆目的和功能，水利水电工程施工中常采用的灌浆方法主要有帷幕、固结、回填、接触、接缝等灌浆。其中帷幕灌浆是一种线形灌浆；固结灌浆是一种面的灌浆；回填灌浆是一种密实性灌浆；接触灌浆是一种结合性灌浆；接缝灌浆是一种坝式灌浆。
2、灌浆方式和灌浆方法
2.1、灌浆方式
根据灌浆液在施工中的流动形式不同，有纯压式灌浆（图一）和循环式灌浆（图二）两种。
2.1.1、纯压式
纯压式灌浆是一种单向流动灌注形式，浆液由灌浆桶经灌浆泵压至灌浆土层、岩层或孔隙、裂隙中，不再回流。这种灌浆方式的优点主要是操作方便，所需设备简易，工作难度较小，缺点是灌浆浆液的流动速度随时间逐渐减缓，过程容易造成浆液沉淀，堵塞灌浆管路。此灌注形式一般在吸浆量大、裂隙发育完整并且灌浆深度15m以内的情况下优先选用。
2.1.2、循环式
相比纯压式灌浆，循环式灌浆灌浆压力相对较小，一部分浆液通过灌浆管灌至孔隙、裂隙，达到灌浆目的，多余的浆液通过回浆管回流至储浆桶，再由灌浆泵送至灌浆孔内，形成一个灌浆循环流动系统。流动状态的灌浆方式。这种灌浆方式的优点一是浆液一直处在流动状态，从而有效减少浆液的沉淀，灌浆效率高。二是可以分析送浆浆液和回流浆液两者的相对密度，根据变化大小判断灌浆层吸收浆液的情况。
2.2、灌浆方法
根据同一灌浆孔灌注施工的顺序不同，人们习惯将一次性完成全段灌浆的方法称之为为全孔一次灌注法。分时间分层对同一灌浆孔进行灌注的方法称之为分层灌注法。其中分层灌注法又包括综合灌注法、封口灌注法、由上至下分层灌注法以及由下至上分层灌注法。
2.2.1、全孔一次灌注
在良好的施工地质条件下，灌浆场地基岩较为完整，并且灌浆深度不大的表层（控制在6米深度以内）灌浆施工中，一般采用全孔一次灌注的方式进行施工，此灌浆方式较为简便。
2.2.2、由下至上分层灌注法
由上至下分层灌注法也叫自下而上分段灌浆法。这种灌注施工一般灌注深度较大，如果采用全孔一次灌注存在较大难度，并且施工质量难以得到控制，因此施工时先将灌浆孔一次性开挖到位，将灌浆管道放置孔底开始每6米设置一道灌浆塞进行逐层灌浆施工，直到最外层孔口为止的施工方式，具体灌注图示详见右图三。
2.2.4、综合灌浆法
综合灌浆法是考虑的整个场地所有的灌浆孔的灌浆形式。在复杂的施工地带，灌浆孔设置的深度、密度根据地质条件的变动而不同，因此在灌浆施工的方式上也会有所不同。存在一部分孔施工时采用由上至下分层灌浆，另一部分孔采用由下至上分层灌浆，这种交叉的施工方法称之为综合灌浆法。
2.2.5、孔口封闭灌浆法
孔口封闭灌浆法是一种逐层钻孔逐层完成灌浆的施工方法。每完成一层的钻孔，在钻孔的孔口安装孔口管，由上至下分段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口安装孔口封闭器进行灌浆的方法。
3、灌浆施工
3.1、帷幕灌浆
帷幕灌浆的施工步骤主要分为灌浆孔布设与开孔、孔洞清洗、灌注前的压水试验、浆液灌注和灌浆质量检查。
3.1.1、灌浆孔布设与开孔
帷幕灌浆时灌浆孔布设与开孔常见的施工设备为回转式钻机加硬度强的金刚石钻头或者合金钻头进行开孔钻进，孔径不宜过大。布设的灌浆孔同时也有一定的质量要求，实际布孔与设计孔位偏差不得大于10厘米；开孔的深度应达到设计要求值；灌浆孔孔壁应平整，孔向应准确。
3.1.2、孔洞清洗、灌浆体裂隙清洗、灌注前的压水试验
布设好的灌浆孔以及灌注体的裂隙在灌浆施工前可能存在内部堵塞塌陷现象。一般在灌注前应用水冲洗清理后，方可进行灌注。确保灌浆孔在灌浆时怒图杂物的沉积厚度小于0.2米。在灌注体的裂隙清洗时，一般使用压力水进行冲洗，冲洗时压力控住在灌浆压力的80%左右，但不得超过1MPa，直到裂隙回水清澈为止。
3.1.3灌浆方式和灌浆方法
帷幕灌浆施工中一般较少选用纯压式灌浆，多数选用循环式灌浆施工，为保证帷幕灌浆质量，每层灌浆长度应控制在5米，在施工需要时可适当调整，调整尺度控住在±5米范围；为确保射浆不破坏上层孔壁，射浆管与孔底距离不得超过0.5米。采用由上至下分层灌浆法时，灌浆塞封塞的正确位置是已灌层层底高层以上0.5m处，防止发生漏灌。帷幕灌浆施工应遵循分序加密内插灌注的原则。若帷幕灌浆施工采用的是单排灌注，应先布设先导孔P；其次根据分序加密内插灌注的原则在每两个先导孔中间内插一个Ⅰ序灌注孔；再次根据此原则在先导孔P和Ⅰ序孔中间内插一道Ⅱ序孔；最后在先导孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔中间内插一道Ⅲ序孔，具体布设见下图五。若灌浆施工采用的是双排或者三排灌注，灌注的原则为先灌下游灌浆孔再灌上游灌浆孔，先两边后中间。
3.1.4、灌浆压力和浆液变换
帷幕灌浆压力的确定可以有几种方法。
一是通过现场灌注试验确定，现场打设试验孔和检查孔，利用定水头灌水试验，记录试验段长、钻孔直径、压水时间间隔、水表读数以及每分钟注入量等参数来确定；
二是通过公式①计算确定。
P=LU×L/Q ………………………… ①
式中P为灌浆压力，LU为试验段透水率，L为试验段长度，Q为流量。
三是根据施工经验判定，再在灌浆过程中进行逐步调整。
帷幕灌浆浆液应先稀后浓，直到封口。初始浆液浓度水灰比宜选用5:1，随着灌浆过程的持续水灰比浓度逐级提高到0.5:1。但在灌浆过程中灌浆压力未调整时，入浆率出现持续减少或入浆率不变压力持续上升的现象，此时不得调整水灰比;若某一浓度浆液的入浆量超300升以上或灌注长超1小时，但灌浆压力和入浆率均无显著变化时时，应增加浆液浓度;若入浆率超30升每分钟时，可稍大幅度增加浆液浓度。若灌注浆液为细水泥浆时，浆液浓度等级幅度不宜过大。
3.1.5、灌浆结束标准和封孔方法
在采用由上至下分层帷幕灌浆法时，在试水试验确定的灌浆压力下，当入浆率维持在0.4升每分钟以下时，维持灌注作业1个小时，则可以停止灌浆; 当入浆率维持在1升每分钟以下时，维持灌注作业1.5小时，则可以停止灌浆。
在采用由下至上分段灌浆法时，在试水试验确定的灌浆压力下，当入浆率维持在0.4升每分钟以下时，维持灌注作业0.5小时，则可以停止灌浆; 当入浆率维持在1升每分钟以下时，维持灌注作业1小时，则可以停止灌浆。
3.1.6、灌浆质量检查
对灌浆施工质量的检验检测主要从两方面入手，一是查验施工过程的数据记录，分析各灌浆孔灌浆压力值、灌注量、时间控制、以及施工分序情况，看看是否满足停灌标准。二是设立施工质量检查孔并进行压水试验。检查孔的数量一般为总灌浆孔的十分之一，且检查孔的布置应选择在帷幕灌浆的中心线区域和施地质条件复杂的破碎、断层、灌浆非正常带。检查孔压水试验应在灌浆施工完成后的15天后进行，可采用单点法或五点法。
3.2、化学灌浆
所谓化学灌浆是指灌浆浆液材料为高分子有机化合物的灌浆。
3.2.1、化学浆液的特点
化学灌浆浆液与其他灌浆材料相比有其自身的特点。一是控制性较好，通过调整配比可有效的控制浆液的凝聚时间；二是化学浆液有较好的流动性，浆液混合均匀、黏度低，可适应微小缝隙的灌浆施工，小于0.1毫米的缝隙也可以进行化学灌浆；三是化学浆液凝聚后形成的有机化合体强度大、稳定性高、耐久性强、渗透系数小，防渗效果佳，对有防渗要求的工程较为适应。但化学浆液为有机高分子化合物，其本身存在一定的毒性，对环保要求高的施工区需慎用。
3.2.2、化学浆液类型
化学浆液主要有Na2SiO3?9H2O类、C3H5NO类、XT类、PU类、EP类、MMA等几种类型。
3.2.3、灌浆的工序
化学灌浆的施工工序与帷幕灌浆大致相同。首先应打设试验孔并进行压水试验，第二步是布设灌浆孔并进行裂缝的渣土清理与干燥处理，第三步埋设灌浆管道和回浆管道，最后进行灌浆口封口处理和注水灌浆。
3.2.4、灌浆方法
根据灌浆浆液的现场配合形式化学灌浆可分为混合液灌浆和纯液灌浆两种。 混合液灌浆的方法是在储浆桶内先将各组成分按预先配比调配均匀组成混合浆液，然后经送浆泵泵送到灌浆孔段内。此种灌浆方法有其优缺点，优点使施工操作方便，浆液配比准确；缺点是一方面调配好的浆液应及时输送至灌浆孔，否则达到时间就会聚合，从而导致无法灌注。另一方面缺点是灌浆过程中利用余浆来调整浆液比例存在一定困难。纯液灌浆法则是将预先已配制浆液分别存放，单独输送，不相混合，用两台送浆泵按规定比例分别送浆，让两种浆液在灌浆孔孔口处的混合器充分混合再送到灌浆孔段内。相比混合液灌浆施工，纯液灌浆施工相对复杂，但该方法的优点是可实时调整浆液比例，适应性强。
3.2. 5、压送浆液的方式
化学灌浆因浆液存在一定的聚合时间问题，因此不适合循环式灌浆，应采用纯压式灌浆。浆液的输送有两种方式：一是气压输送；二是泵压输送。气压输送浆液压力较小，但压力相对较稳，适用于浅孔混合液灌浆。相对气压输送法，泵压输送泵压法浆液压力大，适用于深孔混合液灌浆。
3.3、固结灌浆
3.3.1、灌浆方式与施工工艺
固结灌浆方式包括循环式和纯压式两种；灌浆施工工艺和帷幕灌浆基本相同。
3.3.2、灌浆技术要求
固结灌浆灌浆孔的布设应按分序加密内插灌注的原则进行，可二序布设或三序布设。对于灌浆孔深超6米的、地质条件不好而施工有特殊要求的或者压水试验时灌浆压力大于3MPa的灌浆施工，应采用由上至下分段钻进、分段灌浆的施工方法。对于灌浆孔基岩段长小于6米的固结灌浆，灌浆孔钻进可一步到位，并进行全孔一次灌浆。灌浆前应进行裂隙冲洗，冲洗压力应控制在灌浆压力的80%以内，但不得超过1MPa；压水试验孔数一般按灌浆总孔数的5%选取；灌浆结束的标准为：当灌浆量不大于0.4升每分钟时，继续灌注0.5小时，即可结束灌浆。在固结灌浆完成后的质量检查方面，应注意时间控制。压水试验检查、岩体波速检查、静弹性模量检查应分别在灌浆结束3至7天、14天、28天后进行；质量压水试验检查合格率应在80%以上，不合格灌浆孔孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中 。
4、结束语：
随着经济社会的变化，国家逐年加大水利基础设施建设，同时也对水利工程的质量要求越来越高，灌浆技术作为改善承载体力学性能、防渗性能以及满足其他功能的一种工程技术，需要进行不断的创新、改进并加以完善，有利于为社会创建出高质量、高效益的水利工程。
参考文献
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[4]杨兴斌.帷幕灌浆施工技术在水利工程中的应用分析.2013
论文作者:吴杨明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/13
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