论水利水电工程灌浆施工及质量控制

摘 要：灌浆技术是水利工程地基处理中较为常用的施工措施，本文就水利水电工程灌浆技术与质量控制进行了相应的探讨。仅供同行参考！

关键词：水利水电；灌浆施工；质量控制；

1 灌浆施工

1.1 浆液材料基本要求。

常用的水泥浆材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成7.07×7.07×7.07cm立方体试件，标准养护7d，其抗压强度应到5MPa以上。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性,浆体过稠不能均匀布满板底空隙，浆体过稀，干缩性大。在施工中，笔者认为为防止浆体的干缩，浆液中宜掺加一定量膨胀剂。流动度是影响可灌性的主要因素，一般流动度越高，可灌性就越好。由于在现行规范中未对此做明确规定，参照预制梁板压浆施工经验，采用水泥浆稠度试验漏斗，以浆体自由全部流完的时间作为流动度来控制。在标准条件下，不同水灰比、不同材料配比之间的流动度结果及试件强度，水泥净浆不管掺或不掺减水剂，其流动性都比相同条件下水泥粉煤灰浆体的流动性要好。因此，对于不掺减水剂的水泥净浆，其流动度不应小于16s，掺减水剂的浆体可减小到12s，流动度最大应不大于26s。

1.2灌浆准备

首先要做好灌浆机具、料物、劳力和场地等的准备工作。制浆和灌浆机械的布置应考虑灌浆泵容量的大小、输浆距离的远近、扬程高低和料场位置等因素尽量遵循施工干扰少、搬迁次数少以及电源和交通方便等原则。其次，灌浆施工前应确定好观测点位置,埋设好观测设备,并应准备好观测、试验仪器以及观测记录表和成果表。第三，对灌浆所用土料和浆液进行试验。第四，灌浆施工前应做灌浆试验。

1.3灌浆工艺

灌浆施工工艺是土坝安全和保证灌浆质量的关键。根据“坝体分段,区别对待,单排布孔,分序钻灌孔底注浆,全孔灌注,综合控制,少灌多复”的原则,灌浆施工过程主要包括造孔、制浆、灌浆和封孔等工序。

2 灌浆质量子系统控制

灌浆质量子系统主要包括灌入能力、可塑性以及强度特性等。其控制目标因水利枢纽工程性质与设计施工要求而变。其控制方法:根据预定的控制目标进行浆材选择，并参照下述的10个灌浆定理预测和协调地质条件、浆材性质及施工技术工艺之间的关系，以及在坝基或混凝土坝体中的渗流场、温度场诸反应，使其达到最优选择。其灌浆定理概括如下:

(1)尺寸效应定理。对于渗透灌浆，浆材颗粒尺寸d必须小于被灌介质缝隙Dp或孔隙的尺寸R，即必须满足浆材对孔(缝)隙的尺寸效应:

为考虑群粒的堵塞作用的累加影响，式(2)在被用于施工控制时，要求:

注意，若为粒状浆液，其渗流状态除受尺寸效应控制外，同时也受下述流变效应控制。

(2)劈裂定向定理。采用劈裂灌浆方式进行灌浆时，劈裂现象必然会首先发生在载体中垂直最小主应力的平面上。

(3)劈裂判别定理。劈裂灌浆可以采用数值法和Q=f(P)曲线法来表示灌浆载体中发生水力劈裂的条件并判别其性质。

数值法――对钻孔压水试验结果进行分析，可区分三类情况:当流量与水头呈线性关系时，水在裂隙中呈层流状态，灌浆载体中未发生水力劈裂；流量与水头呈平方根函数时，渗流呈紊流状态，可能裂隙中发生了阻塞或裂隙中的充填料被压密；当流量的增长高于水流的增长时，表明渗流断面已被扩大，这是由于载体劈裂、裂隙充填物冲走或裂隙变形等原因所致。

Q=f(P)曲线法――根据钻孔压水试验结果，按照图1中的曲线形式判别劈裂性质:P与Q呈直线关系，灌浆载体未发生水力劈裂，见图1(a)；流量随压力不可逆地增大，载体裂隙发生了冲刷或塑性变形，见图1(b)；流量的增大是可逆的，载体裂隙发生了弹性变形，见图1(c)。

(4)吸渗反应定理。化学浆液对低透介质的渗透主要不是压渗作用，而是由于浆液对载体的润湿能力和亲和力，即所谓吸渗作用。浆液对载体的润湿，以其接触角来表示，若接触角θ>90°，浆液是载体的润湿相，亲和力F>0，有吸渗作用；若θ

3、工程费用子系统控制

在这个系统中，用最优化分析解决问题，即在本系统的运筹中，施工控制策略要使灌浆的净效益最大，而灌浆和施工控制费用尽可能地小。笔者将后者视作是负效益。为了尽可能地减少这种负效益，必须在一定的自然规律和施工条件的约束下，按照最优化原则，结合工程分析考虑施工控制工艺和方法，对整个灌浆系统进行科学的管理。

注意，这里不提负效益最小，而只要求负效益尽可能减少。这是由于在灌浆工程情况下，最优解并不一定是理想的运用方法。

假定施工控制的目标为已知，那么，在最优运用的策略下满足施工控制要求，就会使负效益为最小。这个问题可具体表述为:

式中M为灌浆工程费用，即负效益，元；X为决策变量；Ci(xi)为负效益费用函数，其类型中的主要内容列于表1；xi为决定负效益分量大小的决策变量；r设为浆液设计扩散半径，cm；r(xi)为浆液实际扩散半径，cm；xli，xui为决策变量xi的上、下限；P，P设为施工实际灌浆压力及设计灌浆压力，MPa；t，t设为实际灌浆历时及设计灌浆历时，h。

4、环境效应子系统控制

灌浆施工工程对环境效应的影响评价遵循国家对水利枢纽工程建设要求的长远的观点、时代的观点、生态学的观点、经济的观点和全流域的观点。特别需要强调的是灌浆工程对其总体目标――自然环境、人文社会环境等的需要以确立其价值，并以此为确定权值、评价值的重要依据。

环境效应子系统的评价因子为:气温、湿度、风速、降水量、雾、水质、水温、地下水、水化学、污染带(源)、施工中飘尘、有害气体、生活与生产污染物及水体污染、运输、爆破及施工机械噪声、施工及弃液、弃渣对景观破坏及灌浆全过程和建成后长期对人员健康与邻近建筑物安全的影响等。

环境效应控制质量指标级别值的划分采用“质量指标级别值划分表”，见表2。

(3)质量指标与影响程度和时效的定量关系。设评价初始时间为0，评价的任一时间为t，灌浆工程给环境效应的质量状态评分为E(t)，未灌浆时用E1(t)表示；灌浆时用E2(t)表示。于是，环境质量变化为:

E(t)=E(t)一E(0)(8)

在时间t内，灌浆与不灌浆的环境质量变化则为:

ER(t)=E2(t)一E1(t)(9)

现在讨论绝对影响程度I(t)。

从生态环境受影响的时间动态看，在时间[0，t]内，灌浆工程对生态环境的最大影响程度是使其质量达到最理想或最恶劣，即E(t)=10或E(t)=0。因而D(t)=10-E(0)为有利(正面)影响的限度值；C(t)=0-E(0)=-E(0)为不利(负面)影响的限度值。也就是说，若E(t)=D(t)，表明极端有利(正面)影响；若E(t)=D(t)，表明极端不利(负面)影响；若E(t)=0，则无影响。

5 结语

水利水电灌浆施工过程控制是一个复杂的控制系统，涉及到方方面面。要作好灌浆过程的施工,首先要做好一系列的施工控制，且在施工过程中选取具体的参数、控制手段和方法，才能使灌浆这一隐蔽工程作到可控，从而达到预期的灌浆施工目的。因此,对水利水电工程灌浆的施工技术进行具有一定的实际意义。

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