浅析水利工程中帷幕灌浆技术的应用
发布时间：
2020-05-14 09:35
来源：
新华网
【摘要】随着社会经济的不断发展、国民生活的不断提高、科学技术的不断进步，国家对水资源基础设施加大了建设资金投入力度。在水利工程的建设中，帷幕灌浆是水工建筑物地基防渗和加固处理的主要手段，帷幕灌浆技术被广泛应用于水利项目工程建设，其防渗作用和效果越来越显著，在建设工程中起到非常重要的作用。本文主要介绍了以单排孔布置帷幕灌浆技术的施工工艺、施工方法和质量控制，并针对施工过程中常常出现的问题作出相应的措施，确保水利工程建设项目防渗处理的施工质量。
关键词：水利工程 建设施工 帷幕灌浆 技术应用
在水利工程建设中，关系到大坝水工建筑物安危成败的关键问题就是工程建设项目地基防渗处理的好与坏。帷幕灌浆技术是一个关键的环节，是水工建筑物地基防渗和建设加固处理的主要技术手段，对保证水工建筑物的安全运行起着非常重要的作用。帷幕灌浆是通过沿帷幕灌浆线以一定距离布置灌浆孔，采用地质钻进行造孔并深入地基相对隔水层（以地基透水率q＜5Lu），然后向孔洞中注入灌浆材料，使用导入的浆液挤出灌浆孔周围一定范围内岩体或土层裂缝、孔隙中的水体，这样围岩中的缝隙被已经达到一定强度的灌浆材料填充密实，凝固之后形成一道完整的阻水帷幕，以减少坝基的渗流量，降低坝基扬压力，从而有效达到防渗作用。
一、帷幕灌浆主要技术参数
1、帷幕边界及范围的确定。水利工程建设中，对不同类型、不同结构的水工建筑物，依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)和《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148—2001规定，采用相应的防渗标准，一般情况下以地基透水率q＜5Lu为帷幕灌浆下限，帷幕线长度以正常蓄水与两岸地下水位相交为止，对蓄水区渗流通道形成封闭作用。
2、先导孔的选择。在灌浆工程施工中，我们经常会根据施工现场地质结构情况选择一些具有代表性的帷幕灌浆孔作为先导孔，先导孔可在一序孔中选择，且先导孔的间距不宜小于15m，在先导孔内作压水试验和灌浆试验，为灌浆施工提供重要参数依据。并根据先导孔的实验报告对相关设计参数进行优化调整，以最小投资成本达到灌浆防渗效果。
3、施工次序和灌浆方法。帷幕灌浆按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的顺序，逐渐加密的原则进行组织施工，首先施工先导孔，先导孔的实验报告报相关单位审批后再进行其他孔序施工，相连两一序孔施工结束后，可进行区间内二、三孔序施工，二、三序孔依次中间内插分三序进行施工，先导孔为Ⅰ序孔或部分具代表性的Ⅰ序孔。先导孔应自上而下分段进行压水实验，二、三序孔应在末段进行一压水实验，若不满足规范要求时应加长一段，直至达到规范要求。根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148—2001规定，进行帷幕灌浆时，坝体混凝土和基岩接触部位的灌浆段应先行单独进行灌注并待凝。接触段在岩石中的长度不得大于2m，以下灌浆段长度可采用5m～6m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不宜大于10m。
4、灌浆压力。灌浆压力根据工程和地质情况进行分析计算并结合工程类比确定，或各孔的灌浆压力，在先导孔灌浆试验的基础上总结得出，并施工过程中可作适当调整。采用循环灌浆时，压力表应安装在孔口回浆管路上；压力表读数宜读压力表指针摆动的中值，压力表指针摆动范围小于灌浆压力的20％，摆动幅度宜做记录。
5、灌浆材料。灌浆材料采用普通硅酸盐水泥或其它同类水泥，水泥的强度等级不得低于P32.5，且必须合格有效。所用水泥细度的要求须通过80um方孔筛的筛余量不宜大于5％。灌浆施工中若遇到特殊情况，可在水泥浆中掺加速凝剂、粉煤灰或细砂。掺用粉煤灰的品质指标应符合《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-2007的要求。所掺细砂的SO3含量不得大于1％（以重量计），含泥量不得大于3％，有机质含量不得大于3％。
二、帷幕灌浆的施工工艺流程
1、施工工艺流程：测量→布孔→造孔→冲洗→压水试验→灌浆→封孔
2、施工测量。施工测量是为了控制帷幕灌浆孔位的精度，能够按设计要求准确的进行钻孔，也是控制施工质量的第一步。在实际施工中地形起伏不平，通过测量能有效确定灌浆孔位及孔口高程，进而通过钻孔深度计算出帷幕灌浆底线与设计是否一致，确保帷幕灌浆施工质量。
3、灌浆孔布置。严格相关规范或按设计要求在防渗墙轴线上分三序布置灌浆孔，一般孔距为2～4m，孔位轴向偏差不得超过10cm，因故变更孔位时，应征得设计同意，实际孔位应做好相关记录。
4、开钻造孔
①开钻前，应根据施工现场稳固而端正的安置好钻机，使之钻杆、灌浆孔同钻机平台的三个中心点形成一条直线，同时仔细认真检查所有钻具、钻杆和其它相关钻进零部件，确认所有准备工作就绪后才进行钻孔操作。
②孔深应符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148—2001或设计要求，每段结束后，孔底残留岩心和沉淀不应超过20cm。
③帷幕灌浆孔孔底的偏差值不得大于下表中的规定。
钻孔孔底最大允许偏差值
|
孔深（m） |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|
允许偏差（m） |
0.25 |
0.45 |
0.70 |
1.00 |
1.30 |
④钻孔过程中应对岩层、岩性变化及孔内发生的各种异常情况进行详细记录。
⑤钻进结束等待灌浆或灌浆结束等待钻进时，孔口均应堵盖，并妥善加以保护。
5、洗孔及压水试验
① 灌浆孔（段）在灌浆前应进行钻孔冲洗，孔内沉积厚度不得超过20cm。宜采用压力水进行冲洗，直至回水清净时止，冲洗压力为灌浆压力的80％，并不大于1MPa。采用自下而上分段灌浆时，各灌浆孔可灌浆前全孔进行一次裂隙冲洗。对岩溶、断层、大型破碎带、软弱夹层等地质条件复杂地段，以及设计有专门要求的地段，裂隙冲洗应按设计要求进行，或通过现场试验确定。
② 先导孔应自上而下分段进行压水试验，压水试验应在裂隙冲洗后进行，用以了解岩体内裂隙发育情况，为灌浆提供帷幕深度、水泥用量及水灰比的选择，并与已灌的各孔进行综合分析，及时总结，提高施工工艺。
6、灌浆。帷幕灌浆施工中，灌浆浆液应由稀至浓逐级变换，先用开灌比级的浆液进行灌浆，当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，不能改变水灰比。当某级浆液连续注入量已达300L以上，或连续注浆时间已达30分钟，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，灌浆浆液应改浓一级水灰比。当同级浆液注入率大于30L/min时，可根据施工具体情况越级变浓，但越级不能过大。采用自上而下分段灌浆法时，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注60分钟，可结束灌浆；采用自下而上分段灌浆法时，在该灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30分钟，可结束灌浆；
7、封孔。灌浆结束后，用灌浆泵压入水灰比0.5：1的浓水泥浆，浓封完毕后，待凝 3d，孔口上部空余部分采用粘土球扎实封孔。
三、施工中常见的问题及解决对策
1、漏浆现象的技术处理措施
在灌浆施工过程中，由于地质原因岩石或土层的缝隙、孔隙较多，且渗透通道较大或灌浆压力较大时，往往会出现浆液注入率过大的漏浆现象。通常对漏浆现象的处理措施主从以下几方面进行：①漏浆现象发生后，根据施工现场的具体情况采用嵌缝或表面封堵处理；②通过降低灌浆压力，有时甚至是采用自流式的灌浆方式来降低灌浆压力，直到缝隙、孔隙逐渐充满浆液，或是在流动性降低流之后再逐渐提高灌浆的压力；③可采用通过控制浆液流量或改变浆液浓度等级进行调整。限流、限量措施时，一般将进浆量限制在30-40L/min以下，同时采用浓浆进行灌注，必要时可在浆液中掺加砂料或速凝剂进行灌注，直至进浆量明显减少后再慢慢提高灌浆的压力；④若出现岩层在长时间内持续大量进浆时，也可以采用间歇灌浆的方式，即每连续灌注一段时间就停止灌浆，等浆液凝结一段时间再继续灌注。
2、灌浆中断现象的技术处理措施
水利工程建设多在野外作业，有的交通不便，有的地方不通电等，在灌浆施工过程中因停电、机械故障、浆液堵塞及输浆管破裂等原因时，均会导致灌浆过程中断的现象，因此在灌浆施工之前我们必须做好预防措施。①灌浆施工前，认真仔细检查灌浆机械设施是否完好，输浆管材的质量和性能是否满足灌浆施工要求，压力表是否正常等等，确保设备在灌浆施工过程中能顺利进行工作；②在灌浆施工过程中经常对输浆管的连接牢固程度、堵塞情况、破损情况以及灌浆压力表的准确性进行检查，发现问题及时解决；③灌浆施工结束后，及时认真清洗灌浆泵、隔浆塞和高压灌浆阀门等各个部件，保障机械设备完好；④在灌浆施工中，如果发生了灌浆中断，应立即采取相应措施尽量缩短中断的时间，争取尽早复灌。否则应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效时，在恢复灌浆前要对该灌浆孔进行重新扫孔，并使用开灌比级的浆液进行灌浆。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少50％以上，则浆液应逐级加浓继续灌注。如注入率较中断前的减少80％以上，且在短时间内停止吸浆，应采取扫孔后逐级加浓继续灌注，直至结束。
3、串浆现象的技术处理措施
由于工程地质原因，灌浆孔与灌浆孔之间的岩层或土层中缝隙、孔隙较多，并且相互串连，形成串浆通道。在灌浆时浆液串至另一灌浆孔中时，若串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，应一泵一孔。否则应将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。
四、帷幕灌浆质量的检验
帷幕灌浆结束后，采用灌浆检查孔对灌浆质量进行检验，根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148—2001或设计要求确定灌浆检查孔，检查孔的数量为灌浆孔总数的10％，一个单元工程内至少布置一个检查孔。检查孔的布置和数量确定后，在该部位灌浆结束14d后采用五点法进行自上而下分段卡塞压水试验，压水试验结束后，按技术要求进行灌浆和封堵。帷幕灌浆质量检查以压水试验成果为主，防渗墙与岩基接触段及其下一段的合格率应为100％；再以下的各段的合格率应在90％以上，不合格段的透水率值不超过设计规定值的100%，且不集中，并结合对施工记录、成果资料和检验测试资料的分析，进行综合评定。
五、总结
在我国水利工程施工中，帷幕灌浆技术被广泛应用在水利工程的防渗处理。经多年水利工程项目的安全运行证明，采用帷幕灌浆技术防治渗效果显著，作用极其重要。在施工中认真掌握帷幕灌浆的施工技术，不断积极总结经验，制定完善的组织措施，保障水资源基础设施的建设施工质量，不断推进我国水利工程建设又好又快地向前发展。
——向磊
参考文献:
［1］行业标准.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]DL/T5148—2001，中华人民共和国国家经济贸易委员会发布
［2］行业标准.水工混凝土掺用粉煤灰技术规范[S]DL/T5055-2007
［3］行业标准.碾压式土石坝设计规范[S](SL274—2001)
［4］陈平,卜云峰,李浩强.大隆水利枢纽坝基帷幕灌浆施工与质量控制[J].水利水电技术,2005
［5］李文华. 帷幕灌浆在友谊水库除险加固中的应用［J］．水科学与工程技术，2007
［6］曹天强，仲崇江.水利工程施工中帷幕灌浆技术初探[J].黑龙江科技信息，2009
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