灌浆技术在水利水电工程中的应用及施工工艺
2017-07-10 17:37 建设工程教育网
摘要：灌浆技术作为水工建筑物地基处理中常用和重要的工程措施，在大坝坝基防渗和除险加固中得到广泛的应用，对大量吸浆量地层，特大漏水通道，正在冒水的堵水，承压水条件下，岩溶地段等特殊地层的灌浆方法和施工工艺进行总结。提出了几点在实践工程中的应用。仅供同行参考学习。
关键词：水泥灌浆、高压水泥灌浆、施工工艺
水利水电工程灌浆技术作为水工建筑物地基处理中常用措施，在水工大坝坝基防渗和除险加固处理中得到广泛的应用，在水利水电工程坝基灌浆中，经常会遇到大吸浆量地层，特大漏水通道，正在冒水的堵水，承压水和岩溶地段等情况，特殊情况的灌浆方法与施工工艺进行总结。
1.大吸浆量情况的灌注方法：
在一般的裂隙岩层中灌浆，多数情况可在1—3h之内结束灌浆，单位耗灰量通常不超过100—200kg/m，然而，有时会出现大量吸浆不止，灌浆难以结束的情况，其主要原因是地层的特殊结构条件促使浆液从附近地表冒出，或沿着某一固定的通道流失。
大吸浆量地层一般可按以下原则进行处理：
（1）降压：用低压甚至用自流式灌浆，等裂隙逐渐充满浆，浆液的流动性降低后，再逐渐升高压力，按常规要求进行灌浆。
（2）限流：限制注入率不大于10—15L/m？m以减少浆液在裂隙里流动速度，促使浆液尽快沉积，待注入率明显减少后，将压力升高，使注入率基本保持在10—15L/m？m水平，直达到灌浆结束标准后结束灌浆。
（3）浓浆灌注，采用最稠的水泥浆（一般为0.5：1）进行灌注。
（4）加速凝剂，在最稠的水泥浆（一般为0.5：1）中掺入水玻璃氯化钙速凝剂。
（5）灌注水泥砂浆，根据灌注情况，掺砂最可以按水泥重量的10%、20%—……100％逐步增加砂的粒径也可逐渐变粗，将砂浆搅拌均后，用砂浆泵灌注。
（6）间歇灌浆，在灌注一定数量水泥或灌注一定时间后，停止灌浆一段时间，每次间歇之前，水泥灌浆量或灌浆时间根据地质情况，灌浆目的确定，间歇时间通常为2—8h，这种特殊情况的灌浆，结束时不一定要达到设计压力，若无法在设计压力结束灌浆，可低至结束灌浆，待凝一段时间后扫孔、复灌，复灌时争取在设计压力下结束灌浆。
2、特大漏水通道的灌注方法
采用定向爆破法建造的堆石土坝，在于坝肩岩体中容易产生爆破而导致的特大裂隙，在可溶性岩石地区，由于溶蚀形成的喀斯溶洞，溶沟造成大量漏水的情况时有发生。对于这种特殊漏水通道，若采常规灌浆方法，不仅会耗费大量的材料，而且有时根本没有成效，对此，要根据不同情况进行处理。
2.1无水流作用和倾角较缓的大裂隙
首先采浓浆，水泥砂浆或间歇灌浆进行处理，若效果不明显，则可改用定量灌注稳定浆液或混合浆液，稳定浆适用于遇水性能恶化，注入量大的地层，混合浆液包括水泥砂浆，水泥粘土浆，水泥粉煤灰浆和水泥玻璃浆等。
2.2有水流作用或倾角较陡的大裂隙、大孔洞
（1）冲填级配料。在孔口用稠水泥浆冲灌粗砂砾石（粒径由小到大）。或灌注一段时间后仍无效果，再改用浓浆冲灌级配粒料、配料时先搅拌成一定稠度的浆液从孔口倒入，等灌满后用常规方法进行灌注，所谓级配料，应是包括土、砂、砾石等粗细颗粒都有的混合料，能自然形成反滤层，其中包含的粒料应是先细后粗，逐级擦素，到某一级再也灌不进去时即停止。每级灌入的数量根据判断来掌握，可为200—1000kg，粒料的分级，可采用2—5mm、5—10mm、10—20mm、20—40mm、40mm五个级别，充填粒料的主要目的，主要是希望用某一级砾石在窄缝处形成“架桥”迅速将缝隙在中途堵住，以便于形成反滤层，最后将通道漏水堵死。
（2）模袋灌浆，模袋采用尼龙、聚脂或聚丙烯等材料用特殊的纺织工艺组成，织物强度高，在灌浆压力作用下，模袋内水泥浆中的水分可由袋内析出，而水泥颗粒不会外漏。这样可以降低水灰比，提高固结强度，缩短固结的时间。水泥浆液在模袋中凝固，在水下不具有分散性，当水流漏较大时不会被冲失；模袋在压力作用下能产生变形，适应不同形状的溶洞，有利于堵塞。施工时首先往袋内灌注水灰比为0.6—0.8或1.0的水泥浆，然后将充满水泥浆的模袋钻孔投入孔内，孔内模袋达到一定数量后再在原孔位进行灌浆处理。
（3）双浆液灌浆。多浆灌注浆是化学灌浆中的一种，也属于控制灌浆的范畴。水泥浆液和速凝剂（一般采用水玻璃）分别从两个灌浆管进入混合器、水泥浆和水玻璃在混合器中充分混合后，在速凝前到达孔底。为了达到预期的防渗效果和满足防渗体强度要求，需要对浆液的扩散距离进行控制，浆液既不能扩散得太远造成材料浪费，又不能因浆液的扩散范围太小使防渗体的强度不够，如果浆液凝结时间太短，灌浆孔冲走。如果浆液凝结的时间太长，在混合物到达地层前将被冲走。如何有效地控制灌浆，形成有效的截水墙来堵水，对岩溶地区灌浆非常关键，为此，往往需要通过现场的试验来确定双浆液灌浆比例，灌浆压力，灌浆流量等施工参数以达到有效封堵大漏洞的目的。
3、正在冒水情况的堵水灌浆方法
正在冒水情况的堵水灌浆可根据具体情况分别采取措施。
3.1从较大的集中漏水点冒水
此种情况多发生在岩溶地区和混凝土中有特大缺陷的地方，应针对出水点，根据出水量的大小，先埋没一段适当直径的孔口管，将水集中引到管中导出，再将周围可能冒水冒浆的岩缝和孔洞封堵好，然后从孔口管中进行反压灌浆，反压灌浆的压力为P=P1+P2，其中：P1为孔口管关闭后的水稳压力，P2为正常情况下灌浆压力。
3.2沿裂缝冒水或浸水
对于冒水量较大的，可采用以下步骤进行处理（1）钻若干个与裂隙交的深孔，埋上孔口管，将裂缝水从管中引出；（2）在深孔之间钻若干个与裂隙相交的浅孔，埋上孔口管；（3）沿裂隙口凿槽，先用棉沙、麻刀等对裂缝进行封堵，然后用砂浆填槽；（4）对浅孔用较低压力灌浆；（5）浅水待凝一段时间后，对深孔用较高压力进行灌浆。对于冒水量较小的，可先沿裂隙凿一深5-10cm的凹形槽，在槽的底部铺一铁皮，穿过铁皮埋没若干根灌浆管，其中裂隙的最低部和最高部各有一根，用速凝砂浆将槽填平砂浆达到一定弧度后，从裂隙的较低端向上依次灌浆。
4、有承压条件下的灌浆
从灌浆孔中涌出承压水有两种情况：一是灌浆地层处于具有较高压力水源的含水层中；二是水库已经蓄水，在低于库水位的廊道或洞中进行灌浆。
此时灌浆压力一定要高于涌水压力，否则浆液将无法灌入，如果稳定涌水压力为P3，要求的灌浆将压力P4，那么此时的灌浆压力应为P=P3+P4，同时为了避免因灌浆压力过高引起地层被压裂或引起基础抬动，应保证P＜P6，P6为地层所能承受的极限压力。承压条件下，灌浆一般可以按以下方法进行。
（1）压力屏浆法，在正常灌浆达到结束标准后，仍维持原水泥的浓度或改用5：1的稀浆，以相同的压力继续循环灌注一定时间（如4-8h）后再结束，以防止已灌入裂隙内的浆液回流。
（2）闭浆，所谓闭浆就是在达到灌浆达到结束标准后，立即关闭回浆管阀门和进浆管阀门，浆方法，使灌入的浆液仍暂时处于受压状态，待凝一定时间后，打开阀门，检查是否达往外涌水，如无涌水现象，则认为合格，闭浆时间一般为6-8h.
（3）浓浆结束，如经过上述依法处理后效果仍不显著，可考虑利用化学灌先采用上述方法将浆孔段的注入率减少到一定程度，例如小于3-5L/min，然后再采用化学灌浆方法进行灌浆，化学溶液在岩石内很快凝聚，不仅可以将细小裂隙密实，也可将涌水堵住。
5、岩溶地段的处理
岩溶地段灌浆根据有无充填物采用不同的方法处理。
5.1无填充物情况
（1）对于大空洞岩溶，可采用直接回填高流态的混凝土，骨料最大粒径小于20mm，混凝土标量一般C15，若岩溶发育较深则需采用溜槽、导管结注方式，以避免混凝土出现分离、灌注后待凝7d，然后重新扫孔灌注水泥浆；（2）对于空洞较大的岩溶，也可以扩大灌浆孔孔径，往孔内投入粒径小于40mm的干净碎石，填满后再灌注水泥砂浆，灌注后待灌注水泥浆，水泥砂浆，灌注后待凝3d，然后重新扫孔进行简易压水，根据压水资料灌注水泥浆，水泥砂浆或其它混合砂浆；（3）对于空洞较小的岩溶，可灌注水泥砂浆或其它混合浆液，灌注后待凝3d，重新扫孔，简易压水，根据压力资料确定灌注水泥浆，水泥砂浆或其他混合浆液。
5.2有充填物情况
对于有充填物的岩溶，视岩溶规模的大小及深度可采用适当的方式进行处理。
（1）高压灌浆法，采用不冲洗的高压水泥灌浆处理岩溶，即利用较高灌浆压力将充填物挤压密实，提高其抗渗稳定性，并籍高压水泥浆的劈裂作用，使水泥浆以条带状向土体中窗杆，纵横交错形成网格包裹，但在较大溶洞地区，因钻进不易成孔，需考虑管或先用旋喷法将溶洞充填物加固后再进行高压灌浆。
（2）高压旋喷灌浆法，旋喷灌浆法又是叫旋喷法，是利用钻孔机带有特殊喷嘴灌浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵将水泥浆液通过钻杆下端的喷嘴装置，向四周高速喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭破坏，与此同时钻杆一面以一定速度旋转，一面低速徐徐上升，使土体与水泥充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具设备不同，旋喷法分为举管法，二重管法和三重管法，根据成柱形式不同，可以分为旋喷法、定喷法、摆喷法。
（3）花管灌注法，在含沙泥溶地段进行高压灌浆难以成孔，若以带孔眼前的钢管插入溶洞内形成人造孔壁，则可防止塌孔，在灌浆过程中也不易被砂土颗粒堵塞高压阀门或灌浆设备，浆液可以较大的压力通过眼射入土层，高压力的作用，水泥浆可以进入到砂土层中去。将充填物压密，挤出基含水分，达到前关注，压实充填物的目的。（4）浅层岩含泥溶油处理。对于埋较浅或出露在灌浆隧洞周围的大规模岩溶，挖除充填物并回填混凝土，再进行回填灌浆。
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