国内外GIN灌浆法的应用与比较分析

曹琳，文丽萍

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710032）

GIN灌浆法是由瑞典灌浆专家隆巴迪（G.Lombardi）等人提出的一种灌浆理论，在国外的工程中已被广泛应用。

我国自20世纪90年代初引进这一理论，并在国内一些工程中进行了试验和少量的生产性运用，笔者有幸参加了采用GIN灌浆法施工的小浪底帷幕补强灌浆工程，以及阿尔及利亚玛乌阿纳大坝帷幕灌浆工程的施工，现对这两个项目GIN灌浆法施工的同异进行比较。

1 工程概况

1.1 玛乌阿纳大坝防渗帷幕灌浆工程

玛乌阿纳大坝位于阿尔及利亚赛提夫市（S魪TIF）玛乌阿纳镇（MAHOUANE），坝体为黏土心墙土石坝，最大坝高88 m，坝顶长884 m，库容1.48亿m3。是阿尔及利亚国家由北向南输水西线工程中的重要项目，主要用于提供农田灌溉水和提供城市饮用水。

玛乌阿纳大坝项目由阿尔及利亚国家投资，法国坤伦贝尔设计咨询局（COYNE ET BELLIER）设计和监理，工程依照欧洲规范设计和施工。

防渗帷幕灌浆设计为单排孔布置，孔深12～55 m，帷幕线坝基段884 m，右岸向上游延伸500 m，左岸向上游延伸410 m，总防渗轴线长1794 m，钻孔灌浆工程量28500 m。帷幕灌浆设计图见图1。

大坝基础主要由泥灰岩、石灰岩构成，河谷底部和两岸下部地层主要为泥灰岩，底部泥灰岩较为完整，右岸下部（坝顶以下24 m）为破碎黏土质泥灰岩，上部为石灰岩，左岸下部分为强风化泥灰岩，中部出露约100 m长的破碎石灰岩岩层，上部由厚12 m的冲积层、砂岩和泥灰岩构成。

1.2 小浪底水利枢纽第四子标段帷幕补强灌浆工程

小浪底水利枢纽位于河南省三门峡市与洛阳市之间的黄河干流上，为黄河最末一级梯级电站。帷幕补强灌浆工程为小浪底水利枢纽工程的组成部分。

第四子标段位于溢洪道北侧4号灌浆洞北端，帷幕灌浆孔在露天施工，灌浆孔为双排布置，孔距一般为2 m、排距2 m。总工程量为14345 m，钻孔最深79.44 m。

图1 玛乌阿纳大坝帷幕灌浆设计图Fig.1 The design of the dam foundation curtain for Mahouane dam

灌浆段地层岩性为三迭系中厚层砂岩和泥质砂岩，硅、钙质胶结，多呈层状构造，倾角缓于6°～7°。地层高倾角（60°～90°）裂隙发育，多为泥钙质充填。地下水为孔隙潜水或裂隙水，受水库蓄水制约，呈饱和状。水流类型为冲蚀型。

2 GIN灌浆法对比

2.1 灌浆方法

长期以来国内的大坝基岩水泥灌浆基本采用循环式灌浆法，在20世纪80年代发展起来的小口径孔口封闭法也是循环法，《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL-T 5148-2001）》也明确规定了帷幕灌浆宜采用循环方式。

标准GIN灌浆法提出的基础就是纯压式灌浆法。只有采用纯压式才能将灌浆能量（即GIN法理论所提出的灌浆强度值P×V值）全部作用于受灌孔段上。

小浪底帷幕灌浆将标准GIN法与我国传统的灌浆法相结合，对GIN法进行了改进，GIN灌浆采用了孔口封闭法[1-3]。

但国外现在基本都偏向于纯压式灌浆，在这方面很灵活。玛乌阿纳大坝帷幕灌浆就是采用的纯压式灌浆法。

孔口封闭法的一个特点就是可对灌段以上部分进行重复灌浆，这就要消耗更多的“能量”，在这一点上与GIN法的理论是相悖的。试想，如上一灌段按最大灌浆量Vmax结束后，当灌注下一灌段时，又有多少浆量是灌入本段的，多少浆量又灌入了上一段，甚至是上上一段的。这样本该以GIN值P×V，或许是以最大灌浆压力Pmax结束的孔段却以最大灌浆量Vmax结束。当GIN法采用了改进型的结束标准“灌浆过程线与GIN曲线相交以后，适当沿曲线下滑一段时间，以达到结束标准”，实际上就和孔口封闭法基本一致了，这种GIN法可以称作降低结束标准的常规的孔口封闭法，不是真正意义上的GIN法了。

有一个很好的现象可以说明以上问题，小浪底帷幕灌浆施工中有几个灌浆孔在孔深10 m左右时，山体背面坡面出现了漏浆现象，这些孔段均是以达到最大灌注量标准结束的，在孔深超过漏浆部位后，灌注过程中这些部位还有漏浆现象发生，这些段位吃浆量均很大，最终也以Vmax结束。

2.2 稳定浆液与浆液配比

采用单一配比的中等稠度的稳定浆液进行灌注是GIN法灌浆技术的核心之一。

稳定浆液具有较小的析水率，较低的凝聚力和良好的流动性。采用膨润土降低浆液的析水率，用高效减水剂改善浆液的流动性，使浆液的结石强度和耐久性得到进一步提高，使浆液的黏滞度和凝聚力降低。

国内外的GIN法灌浆浆液都选择了稳定浆液[4-6]。

玛乌阿纳大坝经过配合比室内试验，选定了3种稳定浆液作为施工浆液，如表1所示。

小浪底电站GIN灌浆也采用了稳定浆液，试验确定的浆液配合比如表2所示。

从表1、表2中看出，浆液的配合比基本相近，都是中等稠度的，各项性能指标也基本接近。

一般来讲，国外多用稳定浆液，其原因之一是采用纯压式灌浆法的需要，纯压式灌浆时灌浆管路和钻孔中浆液流动较慢，浆液容易沉淀，要求浆液具有一定的稳定性。如采用循环式灌浆法，尤其是孔口封闭法，管路及孔内占浆很多，造成的浆液的浪费也很严重，特别是当吸浆量很小时。

表1 玛乌阿纳大坝稳定浆液配合比表Tab.1 The mixture ratio of the stable slurry for Mahouane dam

表2 小浪底电站稳定浆液配合比表Tab.2 The mixture ratio of the stable slurry for Xiaolangdi hydropower plant dam

2.3 GIN值的选择

GIN值是此控制法的重要指标，依据不同地层、不同裂隙发育情况，通过灌浆试验进行确定。小浪底电站GIN值规定如表3所示。

表3 小浪底电站GIN强度值Tab.3 The grouting intensity number(GIN)of Xiaolangdi hydropower plant dam

同时规定以中等灌浆速率（15～20 L/min）进行灌注。

小浪底工程GIN灌浆包络线如图2所示。

图2 小浪底工程GIN灌浆包络线Fig.2 The GIN envelope of Xiaolangdi hydropower project

玛乌阿纳大坝GIN值的规定如表4所示。

表4 玛乌阿纳大坝灌浆工程GIN强度值Tab.4 The grouting intensity number(GIN)of Mahouane dam

另外，鉴于泥灰岩的特点，为防止升压过快造成提前击穿，特别规定了灌浆速率，即以流量<5 L/min开始灌浆，然后每10 min增加5 L/min流量，直到最大流量不超过30 L/min。

最大限量Vmax主要参照限量以及完成上述流量控制过程所需最大浆量来确定，定为1000 L/min，此值相对较大，以便对已击穿的裂隙进行补强。

玛乌阿纳GIN灌浆包络线图如图3所示。

图3 玛乌阿纳大坝灌浆工程GIN包络线Fig.3 The GIN envelope of Mahouane dam

2.4 灌浆结束标准

根据GIN法的定义，其标准的结束标准是：当灌浆过程线与GIN曲线相交后，即灌浆段达到GIN值后就可结束。

小浪底电站GIN法调整了结束标准的概念。其结束标准为：灌浆过程线与GIN曲线相交以后，适当沿曲线下滑一段时间，以达到要求的结束标准。具体为：

1）达到最大压力Pmax，且注入率小于2 L/min时，延续30 min结束；或注入率小于1 L/min时，延续10 min结束。

2）当灌浆量达到Vmax但小于灌浆强度值时，应间歇30 min后恢复灌浆，如果30 min内达到GIN值，按3）条要求结束，否则应再间歇30 min后再灌浆，重复以上过程，直到达到3）条要求的结束标准；但当灌浆量达到2000 L/min时，也可结束。

3）达到GIN值，注入率小于2 L/min时，延续30 min结束；注入率小于1 L/min时，延续10 min结束。

玛乌阿纳大坝所使用的GIN灌浆法结束标准如下：

1）达到最大压力Pmax，且在10 min内流量小于2 L/min，延续10 min结束；

2）达到最大注入量Vmax结束；

3）达到GIN值结束。

从以上结束标准来看，国外、国内的有所区别，国外的GIN法基本较好遵循了GIN的定义，而国内的则是GIN与常规灌浆法的结合，实际上是降低了结束标准的常规孔口封闭灌浆法。

对于达到最大灌浆压力Pmax结束，笔者完全同意给予一定的流量的控制，因为压力P和流量V有关系，当V值较大时就很容易达到最大灌浆压力值Pmax，而这时孔段吃浆量还可能较大。国内国外对控制灌浆速率的要求都不约而同地一致。

2.5 质量检查

由于地层的不均一性，局部区域所做的灌浆试验所得数据并不能真实反映整个项目全部实际情况，在采用GIN法灌浆时，局部地段、层位施灌后不能满足灌后防渗标准是可能的。

国外工程十分注重施工过程的控制和监管，灌后也采用检查孔的形式进行检查，针对现场实际情况灵活处理，对经检查不满足防渗要求的部位或孔段进行分析，然后确定是否采取加密加深加厚等措施，可以从原先设计的三序孔，孔距2 m，加密到4序、5序，孔距0.5 m，甚至更小，最终达到防渗标准值，增加的工程量全部计量支付，玛乌阿纳大坝局部区段通过加密进行了四序孔的施工，最终效果良好，满足了工程的要求。

3 结语

1）GIN灌浆法最好采用纯压式灌浆法。此方式工艺简单，能很好地实现GIN灌浆法的要求。纯压式灌浆法采用栓塞进行灌注，国外灌浆多采用液气压塞，重量轻，起下方便，阻浆效果好。国内现在也研制出了性能较好的液气压阻塞器，使得采用纯压式灌浆法变得很方便可靠。

2）GIN灌浆法要采用稳定浆液。灌浆过程自始至终采用一种配比，采用自动化配浆系统后，浆液的性能质量得到了保障，同时也可以减轻采用多级浆液的配浆的繁琐操作过程。

3）GIN法灌浆施工参数要通过灌浆试验进行确定。有条件的工程要对不同的部位及地层情况分别进行试验，以确定合适的GIN值。

4）GIN灌浆法应严格执行结束标准，经后续加密孔的方式使防渗体逐渐形成。

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