浅谈水利工程灌浆施工

万雅娴

宁夏水利水电工程咨询公司宁夏银川750002

摘要：水利工程灌浆施工是一项较为复杂的工序，要顺利完成灌浆施工工作，就必须对灌浆的材料、灌浆的方法等进行细致的分析研究，再根据实际的工程需要对材料和施工工艺进行科学的调整。这样才能保证灌浆施工的质量，才能保证整个水利工程的质量。

关键词：水利工程；灌浆施工

引言：灌浆施工过程是一个复杂的系统工程，灌浆质量的好坏直接影响水利工程的成败。由于灌浆工程属隐蔽性工程，情况复杂，千差万别，灌浆材料和施工种类较多，在灌浆施工技术应用到水利工程中时，应根据工程的实际情况采取正确的材料和方法，并在施工过程中逐步了解地质条件和灌浆效果，在灌浆过程中进一步修改、补充和完善灌浆工艺，以保证水利工程的整体施工质量。

1灌浆材料

1.1水泥灌浆

水泥灌浆具有胶凝性好、结石强度高、施工方便、成本低等特点，因此在水利灌浆工程施工中得到了广泛的应用。为了保证工程的质量，要求用颗粒细、稳定性好、胶结性强、耐久性好的水泥作为灌浆水泥。主要用硅酸盐大坝水泥或普通硅酸盐水泥，当然如果情况特殊，也可采用特种水泥如抗酸水泥等。水泥的细度是决定灌浆效果的重要因素。灌浆的生效，要求水泥颗粒的粒径要小于裂隙宽度的1／3～1／5。因为细粒水泥的浆液较为稳定，不易沉淀分离，水化反应充分，强度高，胶结牢固，而且更易于灌入细小的裂缝。而如果裂隙较大，则可以掺入一些砂、粘土及拌煤灰等惰性材料。

1.2粘土灌浆

遇水能迅速分解，吸水膨胀并有一定的稳定性和粘结力的粘土，才符合灌浆粘性土的要求。灌浆用的粘土浆，一般将土料浸泡、搅拌、筛滤净化之后拌制而成。为改善浆液的胶结性能，提高结石强度，加速固结，且在水下也能继续凝固，帷幕灌浆，一般多采用水泥粘土浆，而较少用纯粘土浆。浆液的配比是根据帷幕的设计要求而定的。

1.3化学灌浆

化学灌浆以高分子为主要材料配制而成的溶液作为浆液，是一种新型的灌浆。化学浆液具有较好的防渗、堵漏和补强加固功能，常用的化学灌浆材料有环氧树脂、水玻璃、铬木素、甲凝、丙凝和聚氨院浆液等。但是，由于化学灌浆材料大多带有毒性，会污染环境，而且施工工艺复杂，价格也较贵，所以在使用上受到一定的限制。

2岩基灌浆

岩基灌浆有固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆这三类。固结灌浆涉及的平面范围大，孔深一般在5-10m之间。其目的是将坝基裂隙岩石胶结起来，以提高其整体性、均匀性和承载能力。帷幕灌浆是在坝基偏上游部位进行1～3排深孔灌浆，充填和胶结裂隙，构成一道不透水的帐幕，可以减少坝基渗漏，并降低坝底扬压力。为加强结合，提高坝体的抗滑稳定性，防止岩面集中渗漏并增加岩基表面的固结强度，一般采用接触灌浆，即在坝体与岩基的结合面上进行灌浆。灌浆施工一般可以分为钻孔、冲洗、压水试验、灌浆四个工序。

2.1钻孔

灌浆孔一般用回转式钻机钻成，孔深小于10m的，也可用风钻或架钻进行。

因为钻孔的质量直接影响着灌浆的质量，因此，为保证灌浆的质量，就要确保孔向、扎深的设计符合要求，保证钻径上下均匀，孔壁平整，这样可以使灌浆塞易于卡紧，而且在灌浆时不会产生返浆。而且如果钻孔的岩粉细屑少，就可以减少堵塞孔壁裂隙的情况。而钻孔方向不能偏斜，钻孔深度也要达到标准，否则帷幕灌浆可能会出现缺口，留下漏水通道，会大大降低防渗的效果。

2.2冲洗

因为钻孔后会有岩粉残留在孔底和孔壁上，因此为了保证灌浆的质量，必须对岩层裂隙和孔洞进行冲洗，把岩粉冲出孔外。冲洗顺序应是先冲洗钻孔，再冲洗岩层裂缝。为了提高冲洗效率和质量，可以用压力水冲洗。如用压力水和压缩空气轮流冲洗或混合冲洗。在冲洗时，应该注意把冲洗的压力控制在同孔段灌浆压力的80％左右，尽量避免引起裂缝扩张和岩层的松动、变形，钻孔冲洗装置如图1所示。

一般来说，为了让孔内回水的流速可以有效的将留在孔内的岩粉冲洗干净，可以采用风、水联合冲洗或由导管通入大流量水流从孔底向孔外冲洗的方法。当地下水位高时，也可使用扬水冲洗，即将钻孔敞口而将通气管宜插孔底，压入高压空气，顺利实现清洗工作。而在冲洗岩层裂缝时，可以采用单孔和群孔冲洗这两种方法。单孔冲洗，可以将充填挤到灌浆范围以外或沿裂隙冲出地面。而群孔冲洗是同时对几个孔压入水或气，使孔间裂隙中的充填物从敞口孔中带出地面。为了提高冲洗效果，可在冲洗液中加入适量化学药物如碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢铀等，以促进泥质充填物的溶解。

2.3压水试验

为了给岩基灌浆的施工设计提供必要的依据，可通过单位吸水率的测定来了解岩层的渗透性能，即在灌浆前进行压水试验。而在灌浆后，也可以通过压水试验，检查灌浆的质量和效果。

3灌浆施工

3.1灌浆方法

以灌浆时浆液是否部分返回地面和重复使用为依据，灌浆方法可以分为纯压式和循环式两种。

纯压式设备简单，操作方便，只需采用单根灌浆管，在浆液压入钻孔后，完成在间缝隙的扩散，但其浆液流速小，如果灌浆材料是粒状，则会容易产生沉淀并堵塞岩隙和管道，影响灌浆质量。在吸浆量大，有大裂隙存在和孔深不超过12～15m，以及化学浆材都是稀溶液，中途沉淀情况较少的情况下，一般都采用纯压法。而循环式灌浆法则多用于水泥和粘土灌浆，就是把浆液压入钻孔后，让一部分进入岩隙，另一部分则由回浆管返回拌浆筒中搅拌后再用。使用这种方法可根据进浆与回浆浆液的比重差值，判断岩层吸浆情况．而且浆液始终保持循环流动不沉淀，撵浆效果也比较好。

而按照灌浆顺序，灌浆方法又可分为四种：全孔一次溜浆法、自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法和综合灌浆法。

①全孔一次灌浆法。这种方法施工简单，就是将灌浆孔一次钻至全深，灌浆塞置于孔口，一次完成全孔灌浆。但这种方法的灌浆效果较差，使用范围也较窄，仅适于孔深不超过lOm、岩隙少、透水性不大的情况。

②自上而下分段灌浆法。就是将孔深分为段长3～5m的若干段，自上而下钻一段灌一段。在上一段浆液凝固后再钻并灌下一段。如此反复，直至完成。如果地质条件差、岩层破碎、竖向节理裂隙发育，而且灌浆质量要求较高，就采用这种方法。这种灌浆方法可以根据段深的加大，不断地增加灌浆压力，提高灌浆质量，而且当上部灌实后形成完整结石后，在灌下部时，地面也不会冒浆，岩层不会被抬动。此外，采用分段钻灌，进行分段压水试验，更有利于判断各段灌浆质量。但是由于钻机移动次数较多，钻孔工作量大，持凝时间长，所以工作效率低。

③自下而上分段灌浆法。即一次将孔钻至全深，然后自下而上逐段灌浆。这种方法工作量小，施工简便、工效高，但是使用时有所限制，如当上部岩隙多，地层易松动，易冒浆时，就不宜使用，只有当岩层较完整，裂隙少或岩层倾角小于地面且不易留浆时才采用。

④综合灌浆法。实际工作中，岩层多是上部裂隙多而下部完整。因此，在实际工作中可以根据施工的现场情况，兼取以上两法的优点，即上部采用自上而下、下部采用自下而上的钻灌方法。

3.2灌浆压力

所谓灌浆压力指的是灌浆时灌浆段中心处浆液承受的实际压力。为了使浆液更好地压入细小裂缝，并增大浆液的扩散半径，析出多余的水分，提高强浆结石的密实度，可以提高灌浆压力，以有效提高防渗和固结质量。但是如果压力过高，就有可能出现裂缝扩大或抬动上部岩层和坝体的情况，而且浆液也可能会压出应灌范围外，造成浪费。因此，对压力的控制要适当。

3.3浆液浓度的控制

为保证灌浆的质量，在灌浆过程中，必须根据吸浆量的变化情况及时调整浆液的浓度。一般来说稀浆流动性较好，但可能会出现浆液扩散到施工范围以外，造成材料浪费，而且当浆液凝固时其收缩性大，容易造成水泥结石与岩石缝面的分离。而稠浆凝固时收缩小，与缝面粘结较好，防渗、固结质量相对提高。但是，其流动性差，扩散范围小，细小裂缝一般很难灌进去。因此。控制浆液的浓度至关重要，在施工中应该根据实际情况进行调整。在进行浆液浓度的变换时，可以根据每一级浓度的浆液灌入量进行控制。即当某一级浓度的浆液灌入量已达到限量标准，但此时灌浆压力及吸浆量却都没有明显改变时，就换浓一级浆液灌注。而当变浓后吸浆量突然显著下降或灌浆压力突然上升时，则说明变浓不适当，应迅速恢复原浓度继续灌注。

4灌注的注意事项

4.1灌注的注意事项

4.1.1埋设护筒护筒通常是由4～8mm的钢板制作而成，在上部开设2个溢浆孔洞，并且其内径应比钻头直径大100mm。埋设护筒是为了起到保护孔口、防止塌方、维护泥浆面和定位导向作用。在埋设护筒时应使得桩位中心和护筒中心的偏差不能大于50mm，保证准确、稳定。不同的土壤属性，埋设护筒的深度也是有区别的：在砂土中要超过1.5m，在粘土中要超过1m，并且同时满足孔内砂浆面的高度要求。

4.1.2泥浆的制备根据地质情况、桥梁工程施工机械条件来确定泥浆的配合比，并且在确定配合比后，还有经过一系列的实验并经过不断的改善才能最终确定。泥浆在灌注桩钻孔施工中具有重要作用，除了具有防水和防渗作用外，还能起到护壁的作用。而泥浆具有良好的化学和物力稳定性、良好的触变性、适当的比重更有利于作用的发挥，所以在制备泥浆的过程中，除了注重泥浆的配合比外，还对工艺有一定的要求。

4.1.3冲击成孔在冲击前，确保护筒有足够的水和粘土，而为了保证粘土造浆护壁可能性，在冲击的过程中不断加粘土造浆。而为了避免桩位便宜和斜孔，在冲击成孔的时，要注意采取以下措施：①冲击钻应尽量对准护筒中心，偏差应控制在-20～20mm的范围内，最开始进行小冲程密击，锤高度在0.4～6.m的范围内，为了使孔壁能够密实挤压，还要及时添加粘土泥浆护壁。当孔深处在护壁下方3～4m后，可适当地加快冲程与速度。值得注意的是，为了避免由于残渣太多导致的埋桩现象的发生，在造孔的过程中要及时将孔内的残渣排出孔外。②由于在钻进的过程中经常出现偏斜的现象，所以每隔1～2m就应检查一次成孔的垂直度，如有偏斜，应在纠正后才可以继续钻进。③低锤冲击和间断冲击的方式能保证即使是在易于偏斜和变层处的部位，也能保持良好的孔型。

5结语

灌浆施工质量的好坏直接影响到水利工程的质量，因此，在水利工程施工建设中必须重视水利工程灌浆施工的质量，以保证工程的整体建设。

参考文献：

[1]祁庆和.水工建筑物[M].水利电力出版社，1997

[2]张景秀.灌浆法的正用与新规范构想.中国水利水电出版社，2006

[3]杨月林，朱均超.水工建筑物水泥灌浆施工技术.长江出版社，2004