水利工程灌浆施工技术的应用

李夏  崔巍

摘 要：灌浆施工是水利工程常见的防渗技术，文章阐述该项技术用于水利建筑基础中的必要性，列举常用的基础灌浆技术，分析各自特点及优势，介绍灌浆技术在岩溶地区、吸浆量增大的水利工程中应用情况，总结促进技术有效应用的措施。

关键词：水利工程;建筑基础;灌浆施工;技术分析

中图法分类号：TV543                                              文献标志码：A

1  灌浆施工技术应用的必要性

水利工程建设中如遇以下几个问题，则需合理应用灌浆技术：首先，在建造水利工程的基础构造时，受水流压力的作用，容易造成建筑基础不够稳固，降低其稳定性，若工作人员没有及时采用适宜的防渗方法，将不利于水利工程后续安全投用，缩短工程的使用寿命。其次，建筑基础对水利工程起到支撑作用，基础稳固性直接影响水利工程的建造质量。建筑基础施工时，严格依照工程的建设、选址及施工质量要求去开展工作，方能确保现场施工活动顺利推进[1]。最后，水利工程建设时防渗工作推进情况关系着建筑基础的建造效果，工人現场施工时如果忽视部分流程或者事项重视度不足，将会影响建筑基础建设质量，甚至造成项目投用过程中局部坍塌，造成工程的安全事故，影响工程效益的发挥，而工程的灌浆技术能发挥良好的防渗、加固作用，是项目建设的关键环节。

2  常用的灌浆技术类型

针对水利项目内的灌浆施工，按照材料所属类型的不同可以将其分成水泥、水泥粘土与化学灌浆，操作过程可靠性高、工艺及机械设备简单、经济性高、适用性强是水泥灌浆的主要特征;水泥粘土灌浆技术最大的特点是成本支出更低，但是实际结石强度较差;化学灌浆技术特点主要集中在成本偏高、施工过程复杂、工艺要求严格等方面，多用于处理地质条件特殊的裂缝。按照施工目的可以把灌浆技术分成固结、接触以及帷幕灌浆等。

2.1  固结灌浆

实际施工中，通常依照水利项目大坝地基的地质、坝型、岩石破碎程度及基础岩石应力等客观条件决定是否应用固结灌浆。针对混凝土重力坝，通常要进行坝基全面积固结灌浆施工;而对砼拱坝或重力拱坝，需要对实际受力相对较大的坝肩拱座岩体进行固结灌浆;对于水工隧洞，常在衬砌后进行岩体固结灌浆处理对象一般是衬砌施工后的岩体结构。在破碎岩层内开挖建造隧洞时，为规避局部岩体坍塌或集中渗漏的情况，开挖前可以在一定范围内用斜孔或者水平孔进行超前固结灌浆。把砼垫层增设到土石坝防渗体底部时，需要对垫层下岩体进行固结灌浆处理。工程实践中，为了确保灌浆施工质量符合设计要求，需要将适量砼盖板浇筑在岩基表面或者具有一定厚度的砼以后再行固结灌浆施工。如果岩石地质条件相对较复杂时，通常要在工程场区内进行固结灌浆试验，依次确定孔距、排距、孔深、布灌浆顺序等参数[2]。下浅层固结灌浆孔经常配合应用风钻钻孔，潜孔钻或岩心钻适用于处理深层孔，梅花形、方格形与六角形是常用的平面布孔形式。通常将排距与最终孔距控制在3～6m范围，严格逐渐加密方法进行钻灌。水泥浆液是主要的灌浆材料，当岩石节理、裂隙发育的特殊地段内实际吃浆量很大时，可以改用灌注水泥砂浆。灌浆操作先由稀浆开始，逐渐增加其浓度，直到抵达结束标准要求。

2.2  接触灌浆

接触灌浆技术的作用主要体现在填充空隙、提高锚着力及接触面之间的密实度，预防漏水现象等。如果在岩石地基之上建设砼坝，当砼自体体积收缩以后，两者之间会形成缝隙，针对这种缝隙要进行接触灌浆，于岩石相对较平缓处，接触灌浆经常和岩石内的帷幕灌浆配合应用，借此方式实现对坝体砼和岩石的接触位置的有效处理。在坝肩岩石边坡45°陡峭位置，接触灌浆施工设计及灌浆操作方法和接缝灌浆有很大相似之处，可以应用预埋灌浆盒或其他办法，也可以通过浇筑砼后再进行钻孔，主要是在接触位置形成出浆点位或出浆线条，布置进浆管、回浆管、排气管等设施。当现场实测确认砼构件温度达到设计要求后，就可以在钢管或钢板结构物周边浇筑砼，当砼体积发生收缩以后，两者之间会会形成缝隙，对这种缝隙也要进行灌浆处理。

2.3  帷幕灌浆

闸坝的岩石或砂砾石地基内多采用 帷幕灌浆技术设防渗帷幕。帷幕顶部连接砼闸底板或坝体构造，底部深到不透水岩层内，利用其阻止或减少地基内地下水的渗透。帷幕灌浆和处于下游的排水系统协同作用，也能降低渗透水流对闸坝的扬压力。20世纪以后，帷幕灌浆始终是水工建筑物地基防渗处理的主流方法，对水工建筑安全可靠运行起到良好的保障作用。帷幕灌浆多被安置在坝基迎水面下方基础中，并且会建造出一道连续且垂直或向上游倾斜的幕墙构造。帷幕灌浆技术应用的宗旨是确保建筑地基的渗透稳定，降低坝基的渗流量与扬压力。钻孔较深是帷幕灌浆技术的主要特征，现场施工时一般要求孔深进岩基单位吸水率等值线之下的3～5m;通常应用单孔灌浆，灌浆压力整体偏大。帷幕灌浆施工均是在基础灌浆廊道内开展，多将廊道高度控制在3～4m左右，宽2～3m;一般在水库蓄水之前结束灌浆操作。

两岸坝肩平洞和坝体廊道内是帷幕灌浆处理土石坝岩基的集中位置，部分工况下先于岩基顶面进行操作，随后按照要求填筑坝体;一些情境下在坝体或坝基廊道内进行，这样操作最大的特点是不会和坝体填筑工序相互干扰，完工后能精准监测出帷幕实际运行情况，也可以酌情对帷幕进行补灌。帷幕灌浆时应严格按照设计图纸布设钻孔，渐进式加密。针对两排孔或者多排孔帷幕，通常下游排钻灌在前，上游排钻灌操作次之，中间排钻灌最后进行，同排孔经常按照3个次序进行钻灌，统一应用全孔分段灌浆法[3]。

2.4  控制性灌浆

这是以瓦砾层防渗帷幕灌浆施工为基础形成的一种新型防渗漏灌浆施工技术，现场施工时，帷幕灌浆的钻孔灌浆依照设计顺序，逐渐加密。针对两排孔或多排孔帷幕，大部分是先钻灌下游排，再钻灌上游排，最后钻灌中间排。同一排孔经常按照3个次序钻灌。全孔分段灌浆法是常用的灌浆方法。灌浆开始后，通常运用一次升压法，即将压力尽快提升到设计压力值。当地基透水性较大，灌入浆量很多时，为限制浆液扩散范畴，可采用由低到高的分级升压法。将其用在水利工程项目的防渗漏施工领域中，一方面能显著强化防渗漏帷幕施工性能，另一方面也能科学调整防渗漏帷幕工法、工艺应用过程，优化工程的防渗漏施工效果。将该项技术用于实际工程中，泥浆压力与浆液流量均影响着实际灌浆效果，这就要求参建人员应加强各方面的管理控制，确保灌浆施工严格按照设计要求有序推进。

2.5  土坝坝体劈裂灌浆

采用这种灌浆施工技术，一方面能有效处理传统施工中坝体局部容易开裂及漏洞等问题，有益于提高抗渗漏性能。水利工程现场施工过程中，如果坝体局部出现严重的渗漏问题，要先对相应位置做清晰标记，而后结合设计要求多次对标记位置进行灌浆，最后会形成多层防渗漏层，这是增强坝体抗渗能力的基础。由于坝体自身有一定应力作用，坝体会沿着坝轴线发生劈裂情况，随后工人把泥浆灌注至裂缝内，形成墙体构造，即防渗墙[4]。

3  灌浆施工技术的应用场景

3.1  岩溶地区的水利施工

如果工程建在岩溶地区时，最大的特点是地基空隙相对较大，只有配合应用适宜的技术手段才能确保水利现场施工活动顺利推进。有填充物与无填充物是岩溶地区水利工程施工中常见的两种情况，和有填充技术相比，无填充施工技术应用过程更为复杂，标准要求更多。施工时可先采用高端科技仪器精准探測施工现场岩溶深度、大小等状况，参照探测数据编制科学的施工方案，确保水利现场施工规范推进。

（1）高压灌浆

溶岩地区施工时，人们习惯应用高压水泥灌浆技术对建筑基础进行灌浆处理，这样能显著增加填充物的结实度，提升地基牢固性，增强工程的防渗功能，辅助优化水利工程的建设质量。高压灌浆技术实际应用时还能确保水泥材料在地层熔岩内渗透的有效性，塑造出一个网状结构，借此方式增强地基的抗拉伸能力，规避后期投用时局部出现断裂等情况，进一步提升基础的稳固性[5]。

（2）高压旋喷灌浆

这种技术能够把一种专用机械设备深入到地基深处进行施工，把一种构造特殊的喷嘴安装在钻头之前，随后配合使用高压水泥泵喷出水泥浆。喷射过程中，水泥对基础地下的土壤结构起到一定改造作用，高压设备的钻头在持续旋转过程中向前突出，以较大旋转速度喷出的水泥能有效结合处于破碎状态中的地下土壤，两者融合成一种新物质，经过一定时间后在地质条件的作用下这种融合物干燥度会持续提高，在土体中形成较坚固的柱状物，借此方式起到加固地基的作用，提升其稳定性。采用这种灌浆技术不仅能确保水泥灌浆料充分渗透至设计土层内，还能规避现场工人施工时对土层结构造成的破坏，促进泥浆和土层的有效结合过程，使地基基础更加牢固，进而优化工程的建造质量。

3.2  吸浆加大的水利工程

在大部分工况下，按常规施工工序就能确保岩缝灌浆施工顺利推进，取得相对较理想的效果。但如果岩缝灌浆施工过程中遭遇特殊状况，如岩缝吸浆量高于设计值，就会导致岩缝灌浆施工被迫暂停。遇到这种情况，一定要结合岩缝灌浆施工现场情况，应用适宜的方法加以控制，以防浪费掉大量的水泥资源，延长现场施工时间且增加成本支出。

对吸浆量过大的情况，有专人控制水泥浆的灌注速度，以防单位时间中有过多水泥浆注入岩缝中而降低岩缝的现场灌浆效果。同时要采取降压措施采用适宜方法降低灌浆压力，以减少水泥浆流速，使其呈自然流动、汇总，在较短时间内实现凝固，在水泥浆流失现象完全被解除后，再按照设计图纸施工，直到灌浆作业结束[6]。

另外也可采用多次灌浆法，即结合灌浆施工现场实际情况改用间隔灌浆方法进行后续施工。因为前期灌进岩缝内的浆液伴随时间推移而发生凝固，堵住水泥浆的流动通道，有益于减少或规避过量吸浆这一不良状况。在这样的工况中，工人仅需大概每间隔8h进行间歇性灌浆即可。

4  结语

水利工程项目建设过程中合理应用灌浆施工技术，对建筑工程质量能起到良好的保障作用。实际施工时，施工方一定要严格按照水利项目建设的实际特点与要求，科学设计灌浆施工技术方案，积极融合应用多种灌浆技术，提升水利工程的防渗施工效果，保障工程建设的整体质量。

参考文献：

[1]樊启祥，黄灿新，蒋小春，等.水电工程水泥灌浆智能控制方法与系统[J].水利学报，2019，07（2）：10-11.

[2]刘宗显，余佳，吴斌平，等.基于LWOA和MKSVM算法的帷幕灌浆施工质量模糊综合动态评价研究[J].水利水电技术，2020，51（6）：12-13.

[3]奉丽玲，李勇，吴红昆.砂岩地质情况下的基础固结灌浆施工技术[J].施工技术，2019（S01）：30-31.

[4]赵路，刘园，谢诣.水电水利工程压力钢管灌浆孔应力集中敏感性因素研究[J].水力发电，2021，14（07）：121-123.

[5]王瑞英、朱等民、郭炎椿.智能灌浆技术在乌东德水电站帷幕灌浆中的应用[J].人民长江，2020（S02）：41-43.

[6]张荣彪.关于水利水电工程大坝施工中灌浆技术的探讨[J].电子乐园，2020，14（45）：102-104.

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

作者简介：李夏，男，工程师，本科，研究方向：水利水电工程。E-mail：651943154@qq.com