对如何做好水利工程中帷幕灌浆施工技术的见解

摘要：帷幕灌浆对于水工建筑物基础防渗具有重要意义，是水工建筑物基础处理的重要保证。帷幕灌浆材料主要有水泥浆、水泥黏土浆和化学浆液等。水泥浆效果可靠，灌浆设备和工艺比较简单，材料成本不高，是最常用的灌浆浆液：水泥黏土浆成本低廉，但强度不高，多用于砂砾石层的防渗灌浆或强度要求不高的岩基灌浆：化学浆液成本较高。一般只在特殊情况下使用。以下笔者结合多年工作实践经验，对《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的一些规定提出了几点看法。

关键词：水利工程；帷幕灌浆；施工技术；看法

1、帷幕灌浆造孔

由于帷幕灌浆钻进时一般不需要采取岩心，因此施工单位现在多采用风动潜孔锤的方法进行钻进。因风压由供风设备和操作人员所控制，因此在浅层钻进灌浆时出现如下问题：有的地层由于风压大于岩石的强度而引起岩石的风力劈裂造成灌浆时不必要的水泥浪费；洗孔时洗孔压力小于风压发生岩屑堵塞隙而误认为此段地层不吸浆：病险水库防渗进行灌浆时穿过坝体进入基岩由于风压过大引起坝体变形等。

2、帷幕灌浆方式

帷幕灌浆方式有纯压式和循环式两种。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中明确规定：“应优先采用孔内循环法灌浆”。循环式帷幕灌浆是把浆液压入钻孔以后，一部分进入岩层缝隙中，另一部分由回浆管路返回拌浆筒中。该方法一方面使浆液始终保持循环流动状态，可以防止泥浆沉淀，灌浆效果好；另一方面又可以根据进浆浆液比重的差值，判断岩层的吸浆情况。它要求射浆管插入到距孔底不大于50cm处，以保证剩余的浆液从孔底向上流动，阻止浆液在孔中沉淀。此种方式在采用段顶堵塞法时栓塞结构复杂，往孔内需下两套管子(内管和外管)，操作繁琐。它不适宜于孔径小于65cm的钻孔，常随孔深的加大而施工越感困难，出现“埋射浆管’’事故的机会较多。以往大量的实践经验表明，循环式灌浆并不能十分有效地防止浆液沉淀。例如，当吃浆量较大而需灌注稠浆时，凡历时达2h以上者，很可能会发生水泥浆初凝与射浆管固结到一起的现象，轻者射浆管在短时间内可以处理好，重者全孔报废，射浆管埋在孔内，造成不应有的经济损失乃至延误工期事故。过去为避免和处理这种事故曾付出过高昂的代价，但收效甚小。此外，此种灌注方式还阻碍了灌浆孔径的缩小和钻孔效率的提高。当前在西欧地区及美国等许多国家只在有可能塌孔、涌入泥砂等个别不良地层中才予采用，在他们的有关文献中很少强调过要用循环式灌浆。而纯压式帷幕灌浆是把浆液一次性压入钻孔，再扩大到岩层缝隙里。该法施工虽设备简单、操作方便，但浆液流动速度相对较小，容易产生沉淀，并堵塞岩层缝隙和管路，影响灌浆效果，多用于吸浆量大并有大裂隙存在和孔深不超过15m的情况。纯压式灌浆的特点是浆液进入孔内后即不能再返回灌浆泵来。除被地层空隙吸收的以外，剩余的便留在孔中；在灌浆孔外和灌浆泵的附近都还要再装上1根回浆管，以便将剩余的浆液再循环回来，继续使用。在此种管路系统中，到孔内去的那根支管(即进浆管)如果在压力表以下被意外地堵塞，将会误认为已拒绝吃浆，导致提前结束。

3、帷幕灌桨施工

灌浆施工的次序的原则是逐序缩小孔距，即先疏后密、中间插补的方法逐序施工。其优点是：浆液逐渐加密，可以促进灌浆帷幕的连续性和完整性；能够逐序升高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液结石的密实性；可以逐步地、更加准确地探明地质情况，有利于设计和施工的及时调整；可以减少邻孔的窜灌现象，便于施工。

3.1 帷幕灌桨施工次序

大坝基岩防渗帷幕通常是由一排孔、两排孔或三排孔构成，三排孔以上的较少。在基岩内有地下水活动或在有水头压力的情况下，排序施工可按下面原则进行：有两排孔组成的帷幕，先灌下游排，再灌上游排；由三排孔或多排孔组成的帷幕，先灌下游排，再灌上游排，最后中间排。在基岩内无地下水活动，对于两排孔组成的帷幕没有排序的要求，对于三排孔或多排孔组成的帷幕，先灌两边排，最后灌中间排。

3.2 帷幕灌桨施工方法

灌浆方法的选用主要是根据工程的地质条件、工程的设计要求及钻孔的情况定的。对于灌浆孔本身来说，灌浆方法可以分为两类，一是全孔一次灌浆，二是全孔分段灌浆。灌浆孔或灌浆段的施工工序一般是：钻孔冲洗一压水试验一灌浆一封孔。全孔一次灌浆，就是一次成孔，一次灌浆。这种灌浆方法比较适合与地质条件良好、岩石较完整、漏水较小的情况。全孔分段法又可分为自上而下分段法、自下而上分段法、综合分段法、孔口封闭自上而下灌浆法。

①自上而下分段法。该方法具体的做法是先做上部第一段的钻孔和灌浆，然后做下一段钻孔和灌浆，逐段进行，直到灌浆完毕。该方法的优点是：一是不会产生绕灌浆塞的反浆现象，由于灌浆是从上到下，堵塞了上串裂隙，增大了强度，加之灌浆塞安装在灌段的底部，比较容易将孔隙堵塞严密；二是随着灌浆施工的的深入，各段的灌浆压力能够逐渐加大；三是计算的干料量准确、压水试验成果准确；四是灌浆的质量比较好。由于以上优点，该方法适用于岩石破碎、节理、裂隙发育、渗漏严重的地质条件，广泛运用于当今的水利水电工程中。该方法的缺点是：一是每段灌浆后要有待凝时间，工期相对较长；二是钻孔和灌浆需交替进行，工序有交叉，比较费时；三是容易造成孔斜。

②自下而上分段法。该方法是先将一孔连续钻到设计深度，然后自下而上逐段进行灌浆。该方法的优点是：一是灌浆段之间不需要待凝，节省了时间；二是由于该方法将钻孔和灌浆工序分开，减少了钻灌之间的交叉，使机械的利用效率和施工速度提高较大。

该方法的缺点是：一是灌浆的压力受到一定的限制；二是孔段裂隙在钻进过程中容易堵塞，影响灌浆质量；三是在岩石破碎、裂隙发育或孔径不均的孔段容易产生灌浆塞卡塞不严，易产生绕塞反浆现象，影响灌浆的质量；四是灌浆压水试验和灌后单位注入量数值不很准确。

③综台分段灌浆法。该方法是以上两种方法的综合。这种方法适用于地质条件比较复杂，钻孔较深的情况。例如在遇到灌浆孔内有的岩层坚硬完整、透水性较小，有的则软弱破碎、裂隙发育、透水性较大，则可以在前段采用自下而上的灌浆方法，在后段采用自上而下的施工方法。

④ 孔口封闭自上而下灌浆法。该法就是将孔口封闭器安设在孔口，自上而下分段钻进，逐段灌浆并且不待凝的一种分段灌浆方法。该方法的优点是：一是工艺简单，全部孔段都能自行复灌，可以减少堵塞不严密的麻烦；：是一个机组可以负责钻孔、灌浆，钻灌合一，便于调度；三是不需要待凝，节省时间；四是钻孔孔径小，效率高，成本低，进度快。该方法的缺点是：埋入孔口的管子较多，不易回收，需要消耗部分钢材；全孔多次复灌，孔内使用的水泥量较多；各段压水试验和单位注入量的准确性较差。

4、帷幕灌浆压力

灌浆压力是控制灌浆质量的重要指标，与孔深、岩层性质和灌浆段上有无压重等因素有关，既可根据不同的计算公式得出参考值，也可参考类似工程所用值进行设计，再根据现场灌浆试验确定。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定“帷幕灌浆将灌浆压力尽快升到规定值”。但笔者认为，对灌浆压力和注浆率的掌握应执行这样一条原则：当地层吃浆量很大、在低压或“无压”下即能顺利地注入浆液时，应控制注浆率不能太快；当地层吃浆量较小、注浆困难时，应尽快将压力升到规定值，不能长时间在低压下灌浆。注浆率控制的大小要考虑以下两方面的条件。一是地层条件。对软弱、多具水平向裂隙的浅部岩层，应当小些，以不大于20L／min为宜；对于坚硬和深部岩层，可适当大些，以不大于30L／min为宜。一般说来，大量吃浆并非都是有很大的空洞未被灌满，而常常是沿着连通得很远的裂隙跑到了该灌的范围以外，从或明或暗的“露头’’漏失掉了。在此情况下，采用细流慢灌可促使浆液在近处沉淀、淤塞而不必担心充填距离的不足。二是设备和人员工作条件。当前我国通用的150L和200L高速浆液搅拌机，从加料到搅拌均匀至少需3min～5min，因此若将注浆率加大到50L／min以上，实际上是做不到正常供浆的。从有利于将裂隙充填饱满、密实的角度考虑，灌注速率稍慢一点更加有利，这样可使浆液有更多的时间和机会排除多余水分，形成更加密实的结石，此外还可减小因压面积太大招致岩层破坏的机会。

5、浆液的变换

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定，灌注浆液应遵循由稀到浓，逐级变换的原则。帷幕灌浆浆液水灰比可采用5：1、3：1、2：1、1：1、0．8：1、0．6：1或0．5：1等6个比级，遇注入率大时，也可越级变浓。减小水灰比使用稠浆能改善浆液的稳定性，但减小水灰比又可使粘聚力增大，浆液的流动性变差。因此，笔者认为岩体的可灌性主要取决于水泥的细度模数和其絮凝物大小以及浆体的稳定性，而不是稀释浆体，灌浆要根据地层情况确定适宜的比级，根据采用较小水灰比、稠度高的浆体已成为灌浆界的一种趋势。

6、结束语

综上所述，帷幕灌浆是水工建筑物基础处理的重要手段。随着我国水利水电建设的快速发展，工程项目的规模和功能不断扩大，水利工程作为国民经济基础产业的地位得到进一步明确。因此，大坝基础防渗处理将有更高的要求。以上是笔者结合多年工作实践经验，对《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的一些规定提出了几点看法。