浅谈水利工程中灌浆技术的应用

(中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 丹东 118000)

随着水利工程建设的不断加快，各种各样的问题相继出现，有很多水利工程的地基条件无法满足水利工程专用地基的相关要求。对于这种情况，使用灌浆施工方法进行处理，可以很好地适应地质条件，使地基达到施工要求。

1 灌浆技术简介

水利工程施工时，天然地基在地质结构和水文环境的影响下，常常会有一定的缺陷存在，为了保证水利工程地基的可靠性，需要对这些缺陷进行处理。灌浆技术是一种较为常用的人工处理措施，主要是通过压力将特定混合比配置的混凝土浆液注入到建筑自身的裂缝中，在硬化后达到提升岩基抗震性、防渗性、整体性和稳定性的目的。在施工过程中，想要取得良好的灌浆效果，需要认真研究灌浆材料、灌浆特点和灌浆方法，要根据实际情况对工艺和材料进行调整。目前，使用灌浆技术主要应用于防渗工程和水工坝体加固，根据施工具体目的可以分为高压喷射灌浆、接缝灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆、固结灌浆、补强灌浆，其中使用比较普遍的是接触灌浆、帷幕灌浆和固结灌浆[1]。一般接触灌浆主要是用来提高岸肩接触面的密实性或者坝体混凝土的强度，帷幕灌浆的主要作用是防止建筑物地基渗水，通过帷幕灌浆施工，可以和大坝上游迎水面的坝基构成连续的防渗幕墙，来降低或者阻止地基中的地下水，减少渗流量，削弱坝堤的渗透压力。对于一些地质结构复杂的水利工程项目，在确定压力、灌浆孔深度、灌浆孔距离、灌浆孔排距等参数时，可以使用固结灌浆的方法确定。

2 灌浆技术的应用范围

2.1 岩溶地区灌浆技术的应用

对于岩溶地区，为了使填充物的结构更加密实，一般会采用不冲洗高压水泥灌浆的方法对岩溶地区的地基进行处理，使其具有较高的防渗性和稳定性。另外，利用高压灌浆技术，可以使水泥以条形的状态渗透到土壤中，并在渗透的过程中，形成网状结构。因此，高压水泥灌浆可以使地基具有良好的抗劈裂能力和更高的稳定性。

2.2 严重漏水情况下灌浆技术的应用

在水利工程中，基础很容易产生严重漏水的情况，这主要是由于水利工程建设选点错误造成的。如果使用传统的灌浆技术，不仅成本大，收益也比较低。此时，就需要采用以下两种方法进行处理：

a.模袋灌浆。在采用模袋灌浆法进行施工时，一般以聚丙烯、尼龙等耐磨性比较高的材料作为模袋。通过将水泥砂浆装入到模袋中，水分会随着挤压逐步流失，只剩下砂土和水泥在沙袋中，有效降低了水泥砂浆的含浆量，提升了砂浆的凝结速度，进而起到良好的溶洞阻塞作用。

b.填充级配料。通常情况下，使用的级配料主要有粗砂、水泥、砾石，如果单纯使用级配料进行填充没有取得良好的效果，可以使用黏度相对较高的水泥冲灌级配料，从而形成自然的反过滤层。在进行级配的过程中，要灵活掌握材料的数量，使用加大的粒料在狭窄处组成桥架，从而阻塞灌浆过程中遇到的缝隙，形成反过滤层，将过滤层堵死。

3 灌浆技术的施工控制

3.1 解析灌浆施工控制的概念与结构

a.所谓的灌浆施工控制是一个由若干个子结构组成的、操作繁杂的系统，并在某个“最优化”的条件下得出控制这个系统的措施。该系统不仅能够从数学表述、最优化及模型化技术上正确表述浆液在灌浆载体内的渗流与相互之间影响的法则，还填补了公理化、工程分析及因果反馈等与其相关的内容。

b.下图为灌浆系统的整体控制进程。使用最优性准则与工程分析联合的方法来统筹安排系统的运行，使用最优化方式与普通的浆液渗流理论来控制各子系统。由耦合变量来完成各子系统间的链接，且子系统的独立可以采用先松弛一个、最优化其必要条款等方式来完成。

具有代表性的压水试验曲线示意图

c.在整个系统中先使用最优化分析再使用工程分析：ⓐ先使用最优化分析法分析出施工控制的措施与决策的变量，再用灌浆工程的观点监测分析对施工控制措施与变量进行检验，目的是验证该技术的可行性；ⓑ灌浆时，由于系统已开始运作了一段时间，其状态会出现一些变化，有可能导致输出的内容发生变动[2]。因此在灌浆控制数学模型中输入新的状况变量，并对其灵敏度与反馈信息进行分析，以便识别该系统的稳定能力。

3.2 灌浆工程中质量子系统的控制

在灌浆工程中，质量子系统是由强度、灌注能力与可塑性等组成的。由于质量子系统的控制目标会随着水利总工程的设计、施工、性质要求的变化而变化，因此要依据预设的控制目标选用具体的控制方式，例如选用浆材，为了使浆材实现最优选择，要参考灌浆定理预测、地质条件、浆材性质、施工技术间的联系及渗流场(坝基、混凝土坝体)、温度场的反应进行选择。其中灌浆定理如下：

a.尺寸效应定理。如果灌浆采用的是渗透方式，则浆材的颗粒直径d一定不能小于被灌载体的缝隙D、孔隙R，也就是要使浆材符合孔(缝)隙的尺寸效应：R=DP/d>1，为了降低群粒堵塞的几率，应在施工控制中要求R=DP/d≥3。需要考虑的内容是：若是粒状浆液，尺寸效应与流变效应都会对其产生影响。

b.劈裂定向定理。如果采用的是劈裂灌浆方式，则劈裂现象一定会先在灌浆载体内的垂直最小主应力平面上出现。

c.劈裂判别定理。若采取的是劈裂灌浆，灌浆时，能够利用曲线法(Q=f(p))与数值法来表述浆液在介质中产生水力劈裂的因素及判定其性质。其中数值法主要是分析钻孔压水试验结果，能区别三种状况：

1)当流量和水头的关系是线性函数时，表明渗流形态是层流，也就是介质内没出现水力劈裂。

2)当流量和水头的关系是平方根函数时，表明渗流形态是紊流，缝隙中出现堵塞或压实了填充料。

3)流量的增长速度若比水流的快，说明渗流断面面积增大，通常这种情况是由载体裂隙、劈裂填充材料移位或裂隙变形造成的。Q=f(p)曲线法主要是依据钻孔压水试验结果，按曲线形式(上页图)判定劈裂性质：(a)中p与Q都是直线，表明介质内无水力劈裂；(b)中流量与压力成正比，即流量增加，压力也单方面增加，表明介质内发生了冲刷或塑性变形；(c)中流量呈多向或双向增大，表明介质内发生了弹性变形。

d.吸渗反应定理。吸渗反应是在低透载体和化学浆液内出现的，它们的渗透不是压渗，而是通过浆液对载体介质的润湿与亲和力来完成的。一般润湿是由接触角来表示的，如果接触角大于90°，则能吸渗；若小于90°，则不吸渗，需外加压力。

3.3 灌浆控制中环境效应子系统的控制

在水利枢纽工程中，通常是依据国家对工程要求的生态、经济、时代、长远及全流域等观点来评价灌浆施工对环境产生的影响。要着重强调对自然环境及人文环境的影响。一般能够影响环境的因素有雾、水温、水质、运输、降雨量、水化学、地下水、有害气体、水体污染、施工中的飘尘污染与噪音污染以及废弃料等，在灌浆过程中、交工后要考虑影响工作人员的健康和附近建筑物的安全的因素[4]。

a.使用“质量指标级别值表”来区分质量指标的级别值，见表1。

表1质量指标级别划分

量化值状 态理想良好一般较差恶劣范围值18～88～66～44～22～0代表值97531

b.使用“影响程度级别值表”来区分影响程度的级别值，见表2。

表2影响程度级别值

量化值影 响 程 度极端巨大中度微弱无范围值18～88～66～44～20代表值97530

c.质量指标级别、影响程度级别、时效三者间的关系。在环境效应中的表示方式：0为评价最初时间，t为评价的任意时间，E(t)为质量状态评分，E1(t)为没有实施灌浆。由此得出环境质量的公式为

ΔE(t)=E(t)-E(0)

在t内，实施灌浆工程和没实施灌浆工程的质量变化为

ΔER(t)=E2(t)-E1(t)

对于I(t) (绝对影响程度)， 若从时间上说， 质量的最好与最差是灌浆工程作用于生态环境的最大值， 分别为E(t)=10、E(t)=0。因此当作用限度值为D(t)=10-E(0)时， 是正面作用；C(t)=0-E(0)=-E(0)时，是负面作用。由此可得，I(t) (绝对影响程度)为

R(t) (相对影响程度)为

在灌浆工程中，IT(t)(影响时效)指的是灌浆工程造成环境质量变化的历程、作用的时间与伴随着时间积聚的影响，在环境效应中，它指的是质量变化的累积时间，用“质量·年”来表示。

4 结 语

实施灌浆工程时，其控制系统是非常繁杂的，牵涉的方面也比较多。因此在灌浆过程中要严格控制每一道工序，首先要控制好上述内容，其次就是选择施工时的具体控制措施、方式及参数，只有这样才能完全控制灌浆工程，才能实现灌浆工程的施工目标。

[1] 张跟军.浅谈水利枢纽工程大坝灌浆施工中的抬动控制[J].经营管理者,2009(13)：67-68.

[2] 董炜,周升舟.水利水电工程灌浆施工技术[J]. 价值工程,2010(11)：56-57.

[3] 刘清华.浅谈堤坝防渗施工技术[J]. 中国高新技术企业,2011(9)：34-35.

[4] 卢元海,方伟.小湾水电站坝基固结灌浆特点和施工质量控制[J].西北水电,2008(1):78-79.