复杂地质工况固结灌浆施工技术

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2023.23.061

［摘 要］随着城市化进程的不断推进，越来越多的工程需要建设在地质条件复杂的地区。而这些地质条件不仅会给工程带来巨大的安全隐患，还容易导致建设周期延长，造成经济损失。因此，如何在复杂地质工况下进行高效、安全、可靠的施工，是摆在建设者面前的一道难题。固结灌浆技术作为一种针对工程存在的不稳定因素进行治理的方法，在地质工况复杂的工程中得到了广泛应用。本文将以固结灌浆技术为主要研究对象，以龙岗河为例，探讨其在复杂地质工况下的施工技术。

［关键词］复杂地质；固结灌浆；施工技术

［中图分类号］TU74文献标志码：A

地质条件是制约固结灌浆施工技术应用和效果的关键因素之一。在复杂地质工况下，如岩溶地区、高渗透性土层、砂岩等地层，传统的固结灌浆施工技术会面临着种种难题，如灌浆效果不佳、灌浆深度不足、施工周期过长等问题。因此，如何针对不同的地质工况制订相应的固结灌浆方案，成为当前工程领域所关注的重点。针对这一问题，近年来国内外学者开展了一系列研究，提出了一些新的固结灌浆方案。例如，通过预留岩体盖重、控制灌浆压力与浓度、采用分孔分序灌浆方法及材料等。同时，一些新的固结灌浆施工技术也不断涌现，如低压浓浆封闭、引管固结灌浆等。复杂地质工况固结灌浆施工技术的研究和应用，将对工程建设和安全保障产生广泛影响。

1 工程概况

龙岗区龙岗河流域、观澜河流域、深圳河流域水务工程。本工程为水利总承包标（含挡墙拆除、拆除挡墙、新建挡墙、水工挡墙饰面、疏浚清淤、排口改造、堰坝、丁坝、水工挡墙改造配套的管线迁改、石笼护坡等）。

区域地质：龙岗河流域的水系主要分布于低丘区及台地区，整体上呈东南高、东北低的特点。干流河谷地貌呈串珠状，宽处为冲积盆地、窄处峡谷，蒲芦陂水库以上的梧桐山河与大康河属低山区。在勘探深度范围内未发现活动断裂、滑坡、崩塌等不良地质现象，属于岩溶地区，场地上覆盖层厚度为2.20～37.00 m，溶洞最小厚度0.2 m，最大厚度10.10 m，下伏基岩为灰岩，勘察显示线溶洞率为10.16 %，见洞隙率为15.66 %，场地岩溶发育等级为岩溶中等发育，场地中等稳定，基本适宜，但当对岩溶进行有效处置后，场地不会发生岩溶地质灾害，场地的稳定性可得到保证。勘察时，钻孔孔口地面标高介于27.87～40.19 m，最大相对高差12.05 m。根据钻探揭露，场地内分布的地层自上而下有第四系人工填土层（Qml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）、第四系不明成因堆积层（Qpr）及石炭系下石炭统测水组灰岩（C1c）。研究区地下水的补给方式以大气降雨入渗和地下径流的横向入渗为主，径流方向整体向龙岗河排泄，勘察期间，测得场地地下水位埋深为0.50～9.00 m，标高26.15 m～37.18 m，场地地下水位年变化幅度约为1.00～3.00 m。地表水和地下水流向总体上径流方向受地形控制，向龙岗河排泄，且受河水涨落影响较大。龙岗区拥有大量的河流和山塘水库，是一个水资源非常丰富的地区，包括龙岗河、坪山河等共计50余条河。龙岗河和坪山河流域拥有平坦、富饶的川地，是龙岗区重要的工业、农业生产基地，其土地资源丰富，现有山塘水库266个，总库容为1.5815亿m³。

灌浆是一种防渗、堵漏和加固措施，其作用是通过改善岩石的物理特性增强岩体的整体性和均匀性，同时还可以增加其抗压强度和弹性模量。对于混凝土重力坝，通常要求采用全过程固结灌浆。对于混凝土拱坝或重力拱坝，则在坝基上游和下游应力集中的部位采用固结灌浆。灌浆钻孔深一般为5～8 m，呈网状，错开排列。对于一些地质条件特殊的工程，均可采用现场灌浆法确定孔间距、孔深、灌浆顺序、灌浆压力等。

２ 固结灌浆施工技术分析

固结灌浆技术是一种常用的岩土工程处理方法，通过向岩石中注入固化剂混合物，使其变成类似岩石的坚硬材料，以提高岩石的力学性能及稳定性。该技术可以有效解决岩体裂隙、破碎和变形等问题，是一种经济、实用的地质灾害治理方法。固结灌浆技术的主要原理是在岩体内部形成一个坚硬的体积，通过填充岩体裂隙和孔隙来提高整体强度和稳定性。一般来说，该技术适用于岩体的混凝土重力坝、地下洞室、巷道支护等工程，并可以有效地改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能，提高岩体的整体性与均质性，降低变形和不均匀沉降_［1］。固结灌浆技术主要分为两种类型：回注式固结灌浆和无盖重固结灌浆。回注式固结灌浆是将固化剂混合物从岩体上部注入生活用水，形成一个管道流体环路，最后通过排空使注入物质充填裂隙、孔洞和破碎带；无盖重固结灌浆则是在岩体内部设立水头压力，将固化剂混合物注入岩体中，然后使用灌浆管道将其均匀分布至整个岩体内。这两种方法各有优缺点，应根据具体情况加以选择。需要注意的是，固结灌浆技术在应用中也有一些难点，如缺乏合适的裂隙封闭材料、基岩表面裂隙封闭困难、无盖重固结灌浆难升压、灌后质量难保证等。因此，在实际应用过程中，需要进行综合考虑和科学处理，以达到最佳的效果^［2］。

3 固结灌浆施工

3.1 抬动观测孔施工

在固结灌浆施工中，通常采用浅层抬动装置进行观测，孔径为75 mm或91 mm，锚固段1.5～2.0 m长，向基岩中钻入13 m。在装置安装24h后进行观测和灌浆，注意抬動时形变允许值不能超过0.2 mm，盖板累计抬动变形为200 μm。根据实际在灌浆单元处布置观测孔，采用地质钻机进行钻孔，孔深15 m，孔位的偏差不能超过100 mm。在锚管外套直径的50 mm钢管，用土工膜包裹护管。锚管顶端与保护管分别高于地面500 mm和300 mm。通过活塞式滑套将锚管与护管连接，确保护管移动自由且密封良好，其移动行程范围保持在50～100mm。当护管与锚管下设到钻孔位置后，将水灰比0.5∶1.0的水泥浆注入锚管，当土工膜与孔壁间隙充满水泥浆后待凝48h。

灌浆抬动采用自动检测仪，通过位移传感器与抬动记录仪或灌浆记录仪相连，其量程要大于10mm。抬动装置安装时要率定测微计，分项验收护管、锚管以及钻孔情况。整体装置安装完毕后对灵敏度和有效性进行检验。装置地面部分设置透明保护装，避免停用期间被污损或碰撞，同时定期对装置情况进行检查，每10min记录一次抬动观测。

3.2 钻孔施工

首先，在钻孔施工前，应该了解工程所处的地层特征和力学性质，选择合适的钻头和钻孔参数。钻孔应该根据地层的硬度、水分等情况进行调整，以保证钻孔施工的顺利进行。其次，钻孔时应注意设备的整体安装和维护，确保钻孔机正常运转。钻孔时应采用正确的打孔顺序，避免出现漏孔和死孔现象，同时要注意保持孔径的垂直度和平行度。除此之外，钻孔施工还需要考虑对于现场环境的保护措施，如防止碎石飞溅和废气排放等。在进行固结灌浆施工时，钻孔水平角度的掌握也是非常重要的。在处理较差的地层时，建议采用较低的水平角度，使钻孔密集度适当提高，从而提高固结效果^［3］。而在处理好的地层上，可以考虑采用较大的水平角度，缩短钻孔时间并提高施工效率。此外，在钻孔施工过程中，需要做好随时检查和调整的准备，及时处理钻头的卡阻和掉头等问题，并根据地层情况及时修改参数，以实现最佳施工效果。最后，在固结灌浆施工结束后，对钻孔进行清理和养护同样也不可忽视。清理目的是将钻孔内的碎石、泥沙等杂质清理干净，以便于施工人员进行下一步施工。养护则可以采用吹风或喷水等方法对固结灌浆剂进行加湿处理，保证其固化质量和强度。除此之外，还应该关注钻孔深度和孔距的控制，确保灌浆剂能够充分填充到孔中，并且达到预期的固化效果。

桩成孔后，在压浆和填灌碎石前，其质量检验的标准如表1所示。

3.3 压水试验

压水试验的主要作用是通过测试不同裂隙的渗透系数，计算得出岩体的总渗透张量，从而保证固结灌浆施工的质量和效果。目前常用的是三段压水试验法，即先通过压水试验测量单个裂缝的渗透系数，然后依据各裂缝的产状叠加渗透系数，得到总体渗透率。由于裂隙的产状及分布情况可能存在差异，因此需要逐个进行压水试验，以获得更加准确的数据。在压水试验中，需要使用专门的压水试验器具——三段压水试验器，该设备能够提供稳定的水源压力和流量，可用于对裂隙中的水进行压力测试。该器具主要由三部分组成，即压力控制系统、压力测试系统和数据记录系统。其中，压力测试系统是最核心的部分，由针阀组成，可测定不同裂隙内的水压变化，从而计算渗透系数。

压水试验的具体操作步骤如下：

第一，清洗裂隙。将裂隙中的杂质和泥沙清理干净，以便进行后续的压水试验。第二，布放试验器具。将三段压水试验器具放置在裂隙上，并确保与裂隙壁贴合紧密。第三，测定基准值。在开始压水试验之前，需要先记录下当前裂隙内的水压和流量，作为后续测试的基准值。第四，逐步加压。按照固定的步长逐步对水进行加压，同时记录下裂隙内的水压和流量。第五，统计数据。当达到设定的压力值后，需要统计并记录每个阶段内的裂隙水压和流量数据，以及加压时间等相关信息。第六，计算渗透系数。通过统计数据计算出各裂隙的渗透系数，并根据产状把渗透系数叠加，计算出岩体的总渗透张量。

需要注意的是，在进行压水试验时，必须严格按照操作流程进行，以确保测试结果的准确性和可靠性。同时，在进行压水试验前，还需要对试验器具进行校准和检测，以保证设备的精度和稳定性。

3.4 灌浆施工

在灌浆前，一定要先处理基础表面。首先，对基础表面进行凿毛，或者使用特殊的补强界面剂进行界面处理。其次，要在灌浆24h前對基础表面进行清理，保证其无碎石、浮灰、油污及离析剂等。提前准备好灌浆设备，一般为高压泵，向目标区域输送浆料。最后，灌浆时要保证灌浆压力、流量，要经常对设备运行情况进行检查，及时排除故障，保证灌浆顺利进行。

在选择灌浆材料时需要根据工程的具体情况来确定。理论上应该选择密度和黏度适当的材料，并且在施工过程中要控制好混合比例，以确保灌浆材料的性能达到最优化。同时，灌浆材料的密度和黏度也要满足施工要求。工程实践表明，深部加固使用高密度灌浆材料，浅部加固使用低密度灌浆材料更为合适。在确定了灌浆材料后，需要准备相应的配比表，以便正确地计算出不同深度的灌浆材料使用量。灌浆的施工参数要通过对地层的具体条件进行实验验证，并在工程实践中对其进行改进和修正，在灌浆时，要根据压力的变化，对灌浆参数进行动态的调整和优化。预先确定的灌浆参数如表2所示。

在进行灌浆时，要控制灌浆料的流动性。灌浆料过于稀薄容易造成渗漏，过于黏稠则不易流动，影响灌浆质量。因此，需要采用合适的灌浆料，控制其水灰比和黏稠度，保证灌浆料的均匀性和流动性。此外，在灌浆工程中还需要注意控制灌浆压力。过高的灌浆压力会使灌浆料渗透到基础表面下，形成空洞，同时也会对基础产生损害，出现开裂等问题。因此，要根据具体情况选择合适的压力值，确保灌浆料顺利灌满空腔。

灌浆完毕，灌浆孔应予以封堵。这是为了防止未固化的灌浆料流失，同时也可以保护已灌浆部位的安全性，避免假灌或者漏灌的情况发生。

4 结语

复杂地质工况的固结灌浆施工技术是现代建筑领域中不可或缺的重要技术之一。对于建筑、挖掘等工程作业时出现的复杂地质条件，通过灌浆固结技术，可以有效地加固地层，提高地基的承载力和稳定性，从而确保建筑安全和基础设施的正常运行。在这个过程中，对于一系列施工参数的选择与优化，以及施工方法的选用，不仅需要考虑实际情况，还需要结合丰富的从业经验和科学研究成果，才能取得最佳效果。固结灌浆孔施工的技术路线和细节步骤，在现阶段已较为成熟，但随着建筑工程的发展，其施工操作也在不断地改进与创新。因此，在进行固结灌浆施工时，必须注重技术规范的实施，并对施工中出现的各种问题及时处理，确保工程质量和工期的达成。同时，在执行固结灌浆施工时，还应根据不同地质环境、孔距、排距、孔深等因素，选择合适的施工方案和固结灌浆剂，以提高效果和保证施工质量。

参考文献

［1］杨志辉. 水库坝基帷幕灌浆施工技术及效果分析［J］. 河南水利与南水北调，2014（16）：50－51．

［2］曹万杰．固结灌浆与帷幕灌浆在坝基处理中的应用［J］．河南水利与南水北调，2019，48（4）：38-39．

［3］罗康勇．溢洪道固结灌浆底板抬动裂缝成因分析及处理［J］. 价值工程，2020，39（15）：182-187．

［作者简介］朱晓春，男，安徽天长人，中电建生态环境集团有限公司，高级工程师，本科，研究方向：工程项目管理。