水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法

摘要 随着我国水利水电工程的不断发展，应用高质量的施工技术高工程施工质量是当前首要解决的问题。基础灌浆技术是该工程项目中十分常见且重要的施工技术，其主要被应用于防渗与加固处理工作。合理应用基础灌浆加固技术能够有效提高建筑工程防渗性能，尤其是针对特殊地层的作用更加显著。但由于特殊地层条件，使得基础灌浆加固技术难度增加，再加上建筑工期较长，所以需要进一步完善该技术。基于此，以水利水电工程现状为研究方向，提出了基础灌浆与特殊地层灌浆方法，通过案例分析，详细探究了特殊地层的灌浆方法，以期为相关技术人员提供参考。

关键词 水利工程；水电工程；基础灌浆；特殊地层

中图分类号：TV543 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）04–0154-03

基础灌浆技术是我国水利水电工程建设项目中一个十分基础且重要的环节。应用基础灌浆技术，能够提高建筑工程结构强度、抗压性能及防渗性能等，从而对整个建筑工程的整体施工质量起到重要的保障作用[1]。

然而，在实际施工的过程中，针对特殊地层进行灌浆操作比较困难，这与基础灌浆操作有所区别，需要相關的技术人员结合施工现场实际情况，应用合适的灌浆技术进行处理。只有采用科学合理的灌浆方式，才能进一步消除特殊地层存在的安全隐患，从而提高建筑工程施工质量，确保其安全性[2]。

1 水利水电工程中基础灌浆应用效果

1.1 防渗

漏水问题是造成水利水电工程发生地基塌陷与裂缝产生的主要原因之一。当前，基础灌浆技术最主要的应用要求是防渗。纯压灌浆、循环灌浆及高压旋喷灌浆等技术，都是防渗效果显著的一些基础灌浆技术。其中，纯压灌浆的作用原理是通过外界压力将浆液直接注入地层的裂缝，以达到防止渗漏的效果。虽然该方法操作简单且便捷，但由于浆液的流动速度较慢，因此常常会出现管道堵塞的现象[3]。循环灌浆的作用原理是通过管道将浆液注入所需的孔段，但是回浆管会使得部分浆液回流至浆液桶内，该方法中的浆液一直保持持续流动的状态，所以不容易堵塞管道，可明显增强灌浆效果。

由此可见，为了确保基础灌浆施工技术的顺利应用，在实际施工的过程中，相关技术人员需要根据施工位置、现场实际情况及施工项目要求等，确保整个管道孔壁的平整度，在灌浆前及时清理孔内杂质和异物，使灌浆得以顺利进行。

1.2 填充压密

水利水电工程在实际施工过程中偶尔会出现地层的土质疏松或含水量较大导致土质稀疏的现象发生，而该类型的土质存在导致地面开裂或塌陷等风险。采用科学合理的灌浆方法，能够填补地层缝隙，使地层土质与浆液得以有效混合，从而形成一种十分紧密的填充物，进一步提高土质之间的紧密度，以此达成填充压密的作用效果[4]。其中，应用高压旋喷灌浆技术能够很好地达成填充压密的效果，由于其带有特殊的喷头，而这种喷头可以快速喷射出浆液，在此过程中就会破坏地层内的土质结构，最后浆液与土质之间就会形成新的填充物，从而达成压密效果。

1.3 黏合固化

黏合固化是基础灌浆技术的一种应用效果体现，将不同的灌浆材料与水泥进行有机混合，使得两者的混合液与黏土物质发生一系列反应，最终形成十分坚硬的、类似于“岩石”的物质。而这种物质能够粘合地层中土质的裂缝，从而起到填充的作用，进一步提高地层强度与抗压能力。

当前，化学灌浆技术是黏合固化的主要方式，使用有机和无机2种材料，无机灌浆材料以硅酸钠（Na2O·nSiO2）（俗称水玻璃）为主，而有机灌浆材料则以环氧树脂、甲基丙烯酸酯等为主。无论是有机灌浆材料还是无机灌浆材料，两者都具有较强的黏度，并且是可以灵活调节的。因此，应用基础灌浆技术不仅能够有效加固缝隙较大的地层，还可以对地基内钢筋混凝土结构起到一定的保护作用[5]。

2 水利水电工程中特殊地层灌浆方式

2.1 堵水灌浆法

特殊地层的灌浆施工技术会出现冒水、渗水的现象。如果裂缝冒水情况严重，则需要建筑单位安排专业人员到现场仔细观察具体的出水点，然后将其截断，从而减少冒水量，以确保后续施工的顺利进行。

然而，针对特殊地层出现冒水量较大的情况，先要进行灌浆处理，借助先进的技术设备，在地层上钻出多个孔洞与裂缝交错排列，再堵塞孔洞，目的是引出裂缝中的水，从而解决地层含水量过多的问题。此外，如果特殊地层同样出现了冒水现象，就需要根据裂缝的深度，使用不同压力的灌浆方式，以此解决冒水问题。需要注意的是，如果冒水量较小，就需要沿着地层裂缝挖出一个“U”形槽，在其底部铺设一段铁皮，接着再将灌浆管穿过铁皮进行填埋，最后再使用砂浆填平并压实整个“U”形槽，再进行灌浆操作[6]。

2.2 大吸浆量的灌浆方式

对于特殊地层的灌浆技术而言，可以采用低压或者自流灌浆方式，通过逐渐加大地层裂缝中土质与土质之间的挤压填充力度，逐渐降低待测浆液的流动性，然后逐级增加地层内部压力，从而能够顺利进行灌浆施工。

除此之外，还需注意控制浆液的注入速度，不宜过快也不宜过慢，确保整个灌注的速度在15～20 L/mm的区间范围内匀速操作，直至填充完特殊地层后，才能够结束施工。

2.3 承压水的特殊地层的灌浆方法

灌浆孔中出现的冒水现象来自地下水或者是自来水，其中，地下水的压力相对较小，而自来水的水压相对较大。因此，在应用实际灌浆技术前，相关技术人员需要分析水源，包括勘察测量水压、水质等因素，根据实际情况选择最佳的灌浆方法。针对承压水的特殊地层灌浆方法主要分为2种。

（1）压力屏浆法。在进行灌浆操作后，技术人员需要进一步提高灌浆液的浓度，使其浓度上升至基础标准的5倍以上，然后再次进行灌浆。这样做的目的在于有效减轻承压水压力，从而确保整个灌浆的作用效果。

（2）化学灌浆法。化学灌浆法是一种常用的技术手段，需要注意的是，相关技术人员需要在灌浆液中适当添加相关剂量的凝固剂，使其与地层中的土质发生相应的化学反应，从而达到凝固紧实的目的。当将掺有化学凝固剂的浆液注入地层时，能够及时与内部的岩石、土壤颗粒等物质相结合，以此达到提高地层承载与抗压强度的目的[7]。

2.4 岩溶地区的基础灌浆施工方法

（1）高压灌浆法。如果将水利水电建筑工程的施工位置设在岩溶地区，则采用高压灌浆法能够很好地解决相关问题，有效提升地层结构的稳定性与防渗水性能。通过应用该技术，不仅能够有效促进水泥向地层内部的土层缓慢渗透，还可以使水泥凝固成网状结构，从而起到高抗压性的作用。

（2）高压旋喷灌浆法。在实际施工的过程中，需要借助机械钻机，将钻头深入地层内部，还需要在钻头位置安装一个喷嘴装置，以轻松喷出水泥浆。而在整个过程中，高压钻机的运作会破坏土层结构，同时使喷射出的水泥浆与土层结构充分结合，在其完全凝固以后，就能够与土层形成一个完整的加固体结构，从而使地层结构更加稳固。

（3）无填充物灌浆法。岩溶地区可以选用高流态的混凝土对空洞位置进行回填處理，但是需要确保回填的骨料直径不能超出规定的20 mm。如果发现岩溶空洞较大，就需采用无填充方式进行灌注处理，这样做的目的是能够最大限度地避免出现混凝土分崩离析的现象。同时，还可以利用加大孔洞的方式，在其内部添加适量的碎石，待其被填满之后，最后进行浆液灌注。需要注意的是，无论采用哪种方法，都需要相关技术人员结合现场实际情况与承压水情况，严格控制整个浇灌过程。

2.5 严重漏水情况的灌浆方法

（1）如果地层裂缝较大且有明显倾斜，就需要事先填补裂缝，然后使用浓度较高的浆液或者水泥浆进行浇灌，待浆液完全进入裂缝完成填补后，再使用化学灌浆法，还需要相应地添加适量的凝固剂，以此加快浆液的凝固速度，最后起到填补作用。

（2）如果地层裂缝较大且有明显倾斜，同时还伴有水流现象，则第一步需要进行填补，选用高效、快速及浓度高的浆液材料进行填补，从而有效避免在填补过程中被较大的流水冲刷掉，进而降低浓度，影响填补效果。除此之外，在灌浆操作时，还需要采用特质的灌浆膜袋，过滤掉浆液中多余的水分，从而有效提高材料浓度，确保浆液的质量后再进行灌浆处理。

3 实例分析

3.1 工程简介

某地区水利电力泵站围堰施工，采用的是角岩全风化土深水填筑，由于周围区域岩石众多，且河床覆盖层较厚，因此需要应用高压喷射灌浆技术进行基础灌浆。围堰体填料为角岩全风化残基土，基岩多为全风化、中风、微新角岩，少数为石英岩、花岗岩，部分地区有砂卵石覆盖层，厚度为2～3 m。该施工技术流程为：定孔→钻孔→喷灌→回灌→结束。

第一，先在防渗轴上安装1.5 m孔距固定孔位，钻孔分2道工序进行施工处理，以防止相邻孔洞之间间距太近引起串孔现象，所以需要将孔位偏差控制在≤2 cm范围内。第二，待成孔后，一旁的高喷台车需要向下喷射浆液管，待现场管理人员检验后，再进行喷涂升级。第三，喷涂完成后，需要凝结灌浆体内的水，采用水泥浆及时进行回填处理，确保整个浆面稳固不下沉。其中，如果出现漏浆、吃浆等现象，就需要立即采取措施，根据吃浆的位置、大小等，通过添加多种加固剂进行处理。

在应用水利水电工程特殊地层灌浆方法的过程中，需要根据不同情况选择灌浆方法。堵水灌浆更加重要。灌浆施工是一种特殊的地层，一般发生在岩溶区和混凝土的主要缺陷中。在实施这种地层灌浆方法时，应结合出水点和出水量设置相应的直径孔口管，然后将水集中在导管中排出，用泥浆堵塞周围的冒水岩缝，并利用孔口管进行反压灌浆。如果采用灌浆施工方式，应在裂缝间钻深孔，埋孔口管，引出裂缝中的水，沿裂缝凿槽，用棉纱和麻刀堵塞。由于应用灌浆技术的方法多样，通过应用灌浆方法和充填级配料方法，加上应用重复灌浆方法，能够更好地发挥出灌浆施工的作用，进一步提高建筑工程施工质量。

3.2 固结灌浆

孔位放样：为了确保整个灌浆效果，施工人员需要在钻孔结束后，用大量的水快速冲洗整个灌浆孔段，直至水变清澈为止。同时，还需要确保整个孔底沉淀的厚度控制在20 cm以内，冲洗压力也需要控制在＞1 MPa。具体的操作步骤如下。

（1）在混凝土浇筑的过程中，需要按照施工图纸要求预埋PVC管，确保PVC长度与趾板厚度相同。

（2）固结孔采用的是潜孔钻，确保孔径55 mm，还需要检查孔洞、声波及监测孔径。

（3）灌浆钻孔需要在混凝土的强度达到相应的设计标准后才能进行灌浆操作。

（4）在实际操作的过程中，使用Y-28钻孔机，孔径大小为45 mm。在施工过程中，操作人员需要严格按照设计标准进行操作，尤其是需要控制施工重点区域，并按照相应的标准，将偏差控制在标准范围内。

（5）在实际施工的过程中，需要严格按照分级施工的原则进行操作，如先灌注1孔，再灌注2孔，最后进行钻灌检查。

（6）严格控制钻机的放置、孔序、孔位、孔深、倾斜度等。灌浆孔位置与设计位置的偏差不应＞12 cm。

（7）在验收合格之前，需要安排相关技术人员妥善看管所有钻孔（图1）。

3.3 特殊地层灌浆方法

孔深为16.0 m，孔径为78 mm，孔距为2.5 m，灌浆段长为2.5 m、3.5 m、5.5 m、5.5 m，灌浆压力不超过1 MPa。

3.3.1 灌浆具体方法 一是采用分段式

灌注操作，将灌注压力控制在0.3～0.7 MPa之间；二是采用循环水进行灌注，再结合孔封闭器进行封闭灌浆；三是固结灌浆采用孔内循环灌浆法，距离孔底靠近55 cm位置；四是采用纯水泥浆进行回填处理，如果是特殊地段需要添加一定量的加固剂，以起到堵塞作用；五是针对没有特殊地层的孔段处理，只需要进行基础灌浆后等待其凝结即可。

3.3.2 浆液变换原则 （1）浆液水灰比例：本工程采用的是3∶1∶2的比例，但要根据灌浆试验确定实际参数。

（2）如果灌浆压力保持不变，注射率持续下降，或者注射率保持不变，压力持续上升，则不得改变水灰比。

（3）当某一级浆液的灌注量已经达到4 000 L，或者灌注时间已经达到30 min，当灌浆压力和注入率没有变化或变化不明显时，应改变一级水灰比。

（4）如果注入率超过35 L/min，可以根据具体情况越级变浓。

（5）在灌浆过程中，需要记录相关数据，将水位降低至标准高度；裂缝和灌浆孔的有效清洗必须保证孔壁和孔底在灌浆施工开始前的清洁；清洗过程中要注意控制水压，冲洗时间可以通过孔深、水深、水浊来确定。

3.3.3 固结灌浆结束条件 （1）固结灌浆在规定压力下，当注入率每分钟≤1 L，继续灌注35 min，灌浆即可结束。

（2）如果灌注标准始终达不到施工要求时，就需要现场施工人员与监理人员共同进行研究处理。

（3）灌浆孔结束后，采用导管注浆法封孔，孔口涌水的灌浆孔采用全孔灌浆法封孔。

（4）人工封孔：待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余0.6 m部分采用水泥砂浆人工封填密实，并将孔口压抹平整。

（5）压水试验检查孔完成检测后，应按以上要求进行灌浆和封孔。

4 结束语

水利水电工程的灌浆施工技术，需要充分利用科学合理化的应用手段，再结合实际施工技术标准，对施工技术进行优化处理，如此一来，能够有效提高建筑工程施工质量，从而推动我国建筑工程事业的长远、稳定发展。

参考文献

[1] 王络.特殊地层灌浆方法在水利水电工程灌浆施工中的应用[J].中国高新科技，2022（4）：76-77.

[2] 杨爱姣.浅析水利水电工程灌浆施工技术[J].企业科技与发展，2015（15）：30-31.

[3] 张丹，张随周，张于.水利水电施工技术和灌浆施工的应用[J].黑龙江科技信息，2013（27）：206.

[4] 贾绪锦.水利水电工程灌浆施工技术与质量管理对策探析[J].工程建设与设计，2022（18）：124-126.

[5] 乌鲁合别克·达克什.水利工程灌浆施工技术与质量管理的策略分析[J].数码设计，2022（13）：148-150.

[6] 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，2021，47（3）：75-78，125.

[7] 孟庆伟，高海珍.水利工程防渗处理中的灌浆施工技术分析[J].水电水利， 2022，5（12）：148-150.

责任编辑：黄艳飞

Abstract With the continuous development of water conservancy and hydropower projects in China， adopting high-quality construction technology to improve the construction quality was the primary problem to be solved at present. Foundation grouting was a very common and important construction technology in this project， which was mainly used in seepage prevention and reinforcement treatment. The reasonable application of this technology can effectively improve the anti-seepage performance of building engineering， especially for the effect in special strata. However， due to the special stratum conditions， the foundation grouting reinforcement technology was more difficult， and the construction period was longer， so the technology needs to be further improved. Based on this， took the current situation of water conservancy and hydropower projects as the research direction， and put forward the foundation grouting and special stratum grouting methods. Through case analysis， the grouting methods of special stratum were explored in detail， in order to provide certain reference for relevant technical personnel.

Key words Water conservancy project; Hydropower engineering; Foundation grouting; Special strata

作者簡介 薛界民（1970—），男，甘肃张掖人，中级工程师，主要从事水利水电工程研究。