水利水电工程灌浆施工技术控制过程的探讨

张建平

(辽宁江河水利水电新技术设计研究院，沈阳 110003)



水利水电工程灌浆施工技术控制过程的探讨

张建平

(辽宁江河水利水电新技术设计研究院，沈阳 110003)

灌浆工程施工一般用于工程辅助施工，如稳定开挖面、增加土层的抗液化能力、建筑物扶正、及地面强化，其灌浆后可达止水、强化、稳定等效果。由于灌浆目的不同，所选择的灌浆方式、灌浆材料、灌浆量、改良效果检核、与灌浆工程成本，也随之不同。文章根据水利水电工程施工的实际，对灌浆施工技术控制过程进行探讨。

水利水电工程；灌浆施工；控制过程；灌浆方式；工程成本

0 引 言

灌浆是指将具胶结性浆液注入欲改良的土体中，其灌浆压力可在土体中形成水力破裂，使土壤造成的裂缝，并对土壤造成挤压作用；浆液固结后对土壤亦可提供加劲作用[1]。浆液灌入机制与土层种类与灌浆材料有关，一般而言可分为挤压灌浆、渗透灌浆，与脉状(劈裂)灌浆等。

1 灌浆施工的机制

1.1 挤压灌浆

此种灌浆方式是通过稠度高的浆液注入地面中，形成接近球形或圆柱形浆体，并推移、挤压邻近土壤，使土壤趋于密实，减少后续所发生的沉陷；甚至补偿先前土壤沉陷的体积，造成地面局部隆起，以扶正倾斜的建筑物。

1)灌注初始阶段：灌注浆液形状类似于球状体，使浆液由内向外推挤土壤，由于土壤受到推挤变形进而造成扰动，使得周围产生一超额孔隙水压力的区域。

2)灌浆压力持续增加：灌注浆液形成的球状体会迅速变大；当灌浆的压力达到足以破坏土壤结构时，浆液便会劈裂形成一弱面；此时造成土壤应力的改变及灌注压力的下降。

3)使用高黏滞度浆液灌注的过程中，由于浆液无法侵入裂缝中，只能造成球体的扩张；同时受到球体扩张影响，仅在出浆口附近有超额孔隙水压力产生[2]。

发现将高稠度的浆液灌入地面后，浆液会向四面八方发展。灌浆初期因垂直阻抗大于水平阻抗，浆体有较往水平发展的趋势；当灌浆团块逐渐扩大，水平阻抗力大于垂直方向时，则浆体开始往上发展。基本上，各种土壤皆可用挤压灌浆工程施工，但因黏土的渗透性低，挤压灌浆成效会受到较大的限制。同时，若在近地表处及无侧限的边坡，因其束制力不足，挤压灌浆所能产生的效果较差。挤压灌浆工程施工的缺点，是为无法在同一点重复灌浆。由于前次灌浆浆液凝结后强度高，使得之后的灌浆无法有效破解推挤，因此必须重新装设灌浆管；否则会导致压送低流动性浆液的压力增加，造成灌浆管内的浆液流动度降低、产生塞管的情形[3]。

1.2 渗透灌浆

本灌浆方式是在不改变土壤颗粒原本的排列状况下，用灌浆液填充颗粒间的孔隙，以取代孔隙水与土中空气。灌浆程序是浆液经由灌浆管，灌注至土壤；浆液以放射状向外扩散流动。浆液渗透范围受到浆材种类、浆液黏滞度、土层种类及渗透系数、灌浆压力及速度等因素影响。

1.3 脉状(劈裂)灌浆

脉状灌浆的改良机制为浆液以水力劈裂(hydro-fracturing)方式侵入地面土壤中，形成手指状、树枝状或矿脉状的改良体，达到压挤、加劲土壤的效果。

2 案例分析

2.1 工程概况

辽宁地区某大坝在初步设计时曾要求心墙沥青混凝土的K值为600-800。在第一标段施工中曾发现，现场取样室内成型试件和现场芯样测试的沥青混凝土K值偏低。为此补充进行了沥青混凝土三轴复核试验和抗拉强度试验。试验发现，沥青混凝土的填料用量和填料细度对K值影响显着[4]。

2.2 土壤渗透系数

细粒料会改变砂土结构，当细粒料充填于土壤颗粒间时，会使孔隙变小，而降低其渗透性。土壤渗透系数的高低与土壤颗粒的粒径分布曲线和蒙脱土(montmorillonite)含量有关。就纯砂土试件与粉土质砂试件做比较，粉土比砂土的粒径小，因此，粉土质砂试件渗透系数本身比纯砂土试件还要低。但是，纯砂土试件添加蒙脱土之后，渗透系数快速降低，甚至比粉土质砂的试件无添加蒙脱土的渗透系数还要低，所以，细粒料的含量对于渗透系数影响重大[5]。再者，当蒙脱土含量>15%时，由于粗颗粒间的空间被蒙脱土所填充，该土壤的渗透性被细颗粒所控制，因此渗透系数很低，所以当蒙脱土含量>15%时，其渗透系数为一定值。当细粒料含量少于5%时，土壤的工程性质是由粗颗粒土壤所控制；而在细粒料含量大于12%时，粗颗粒土壤的颗粒与颗粒之间被细粒料分隔开，此时，土壤的工程性质由细颗粒土壤所控制，如果细粒料含量介于5%-12%之间，则土壤的工程性质由粗颗粒与细颗粒相互影响。就水泥浆液而言，水灰比低者，相对水泥用量多，而水泥用量的增加，意味着粗颗粒的水泥含量也会跟着增加，则在渗透的过程中，砂土就像是一种滤材，其某一部分土壤的粗孔隙孔径，可阻挡某一部份的粗颗粒水泥粒径通过；又某一部份土壤的中孔隙粒径，可阻挡某一部份浆液的中颗粒的水泥粒径通过，最后只让细颗粒的水泥通过。

对于正常压密及轻度过压密黏土层而言，开始灌注的初期，浆液主要是对土壤进行压密作用，激发较多的超额孔隙水压力。当灌注过程结束后，该黏土层随着时间增加、超额孔隙水压力逐渐消散，其灌浆效率减少量较多；反之，在过压密比较大的黏土层内进行灌注时，由于土壤强度较大，灌注的过程中，试件内只有出浆口附近激发正值的超额孔隙水压力，故在灌浆结束后，其灌浆效率减少量则会较少。

2.3 边界效应的影响

以挤压与脉状方式来进行灌浆；在使不同尺寸的试件，使用较小直径的试件，最终灌浆效率明显则高于直径较大的试件。因此，进行现地灌浆时，灌浆孔之间的距离越小，最终灌浆效率也将提高。

2.4 单点灌注及多点灌注的灌浆效率

以挤压方式进行灌浆，考虑单一灌浆管及四支灌浆管同时灌注的方式进行灌浆。得知随着时间的增长，单点灌注灌浆效率降低幅度皆大于多管灌注的情况。由于多管同时进行灌注时，受到边界条件影响较大，故最终的灌浆成效也较优于单点灌注的试件。

3 结 论

在水利水电工程灌浆施工技术探索中，砂土的粉土含量越多可以使试体颗粒的总表面积增加，砂与浆液接触面积就越大，此时浆液所能提供的黏着力也越大，因此表现在单压强度上的值也越大。通过将原本分离的岩石凝结为一个整体，以提高地基的承载力、整体性和抗渗性的一种方法。

[1]刘瑞懿，于习军，肖碧.高水头大流量集中渗漏反向控制灌浆技术研究[J].人民长江，2016(12)：75-78.

[2]张继军，周青高.水利水电工程灌浆施工技术与质量管理措施分析[J].施工技术，2016(S1)：930-932.

[3]魏涛，邵晓妹，张健.水利行业化学灌浆技术最新研究及应用[J].长江科学院院报，2014(02)：77-81.

[4]谢孟良.亭子口水利枢纽蜗壳回填及接触灌浆施工质量监控[J].水力发电，2014(09)：47-48.

[5]夏可风.再谈灌浆工程的计量方法及施工乱象的治理措施[J].水力发电，2013(07)：47-54.

1007-7596(2017)01-0127-02

2017-01-16

张建平(1984-)，男，河北衡水人，助理工程师。

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