土木工程中灌浆施工技术方法分析

2024-03-28梁英福

建材发展导向 2024年5期

梁英福

(黄山市万隆建筑安装工程有限公司，安徽黄山 245000)

在现代土木工程中，灌浆施工技术广泛用于不良地质问题处理、基础结构防渗加固、混凝土结构补强加固等诸多场景，这对改善现场施工形势、提高土木工程总体建设质量有着重要现实意义。与此同时，部分施工人员对灌浆施工技术缺乏足够了解，在现场施工期间时常出现错误操作行为，致使灌浆技术功效发挥受限。因此，在实践过程中，对灌浆施工技术方法的优化改进，尤为必要。

1 土木工程中的灌浆施工技术类型

1.1 压密灌浆

压密灌浆是提前制备稠度较高的浆液作为灌浆材料，在灌浆部位钻孔，持续向孔内以较大压力灌注浓稠浆液，利用浆液扩散效应来强制压缩周围土体，并在灌浆部位形成浆泡，最终由浆体完全取代原有土体的1项灌浆施工技术。此项技术多用于软基处理、基础病害治理场景，适用于处理中砂地基、粘土地基和具备适宜排水条件的黏土地基，如果地基排水困难，则需要适当降低灌浆速率，避免在土体内部形成高孔隙水压力而影响到最终灌浆效果。在压密灌浆施工期间，应重点掌握钻孔、制浆、灌浆3道步骤的技术要点：1)钻孔。采取分序加密施工方法，参照施工图纸标记各处灌浆孔位置，撒布白灰作为标志物，确定各处孔位编号。随后，现场配备回旋式等型式的地质钻机，按照序孔顺序依次钻设各处灌浆孔，孔径值控制在75mm左右，分段长度控制在2～3m，清理孔底沉渣，钻孔完毕后立即开展灌浆作业，避免因暴露时间过长而出现孔壁坍塌等问题[1]；2)制浆。制备纯水泥浆作为灌浆材料即可，选用32.5标号的普通硅酸盐水泥，加水搅拌形成纯水泥浆，把首个序孔内的浆液水灰比控制在1∶1，随着序孔编号变化而逐级加浓浆液，直至水灰比调整到0.5∶1。同时，为提高施工效率，缩短浆液凝结时间，可以掺加5%的水玻璃溶液作为外加剂；3)灌浆。采取孔内循环灌浆方式，根据吸浆情况来调整灌浆压力，正常情况下，把灌浆压力控制在0.1～0.4MPa以内，连续性完成灌浆作业，以灌浆区域两侧为起始点，向中心部位延伸灌浆。如果灌浆量较大，则采取2次灌浆方法，首次灌浆完毕后，静置一段时间等待浆液初凝，在灌浆孔内重新插管灌浆，或是在孔口开展补灌作业，避免出现分离现象。

1.2 劈裂灌浆

劈裂灌浆是通过水力劈裂原理，在施工区域内钻设灌浆孔，向孔内加压灌注浆液，利用浆液自重力、灌浆压力，强制劈裂基础结构，在结构内部形成顺直连续的防渗泥墙，平均灌浆压力远超充填式灌浆等其他灌浆技术，以强化基础防渗性能、提高基础密实度、堵塞漏洞裂缝作为技术应用目标。此项技术有着工效高、易于操作、工艺成熟、设备简单的优势，适用于坝体加固场景，也可用于处理土壤渗透系数低于10-4cm/s、粒径不足0.01mm的土层。在劈裂灌浆施工期间，重点掌握钻孔、制浆、灌浆、封孔4道步骤的技术要点：1)钻孔。根据工程现场地质条件与灌浆施工需求来布设各处灌浆孔，钻孔深度略大于隐患部位设计深度，孔位偏差控制在2cm以内，保持孔壁竖直状态，偏斜率不得超过2%孔深[2]；2)制浆。选用水泥粘土浆作为灌浆材料，提前使用过滤筛滤除原材料中的大颗粒物与各类杂物，要求粘土中的黏粒含量与粉粒含量分别不低于20%与40%，塑性指数控制在10%～25%以内，选用32.5及以上标号的普通硅酸盐水泥，最终制备浆液密度控制在1.3～1.6g/cm3；3)灌浆。采取孔底灌浆方法，率先向孔内灌注少量稀浆，泥浆容重保持在1.5g/cm3左右，后续等待孔口压力降低后，逐渐把泥浆容重提升至1.6g/cm3以上。分多次开展灌浆作业，首个序孔灌浆完毕后再行开展下处序孔灌浆作业，单次灌浆量控制在0.4～0.5m3/m左右，终灌后平均灌浆量控制在1.2～1.7m3/m左右；4)封孔。以复灌次数超过5次或是连续复灌3次不吃浆作为灌浆结束标准，上拔注浆管，在灌浆孔口部位堆土，重复向孔口充填少量浓稠浆液，最终在孔口回填夯实粘土，即可完成封孔作业。

1.3 电化学灌浆

电化学灌浆是在电渗作用下，在地层内部形成渗浆通路，确保所灌注化学浆液均匀填充至地层裂缝孔隙当中，起到防渗加固作用的1项灌浆技术。此项技术以降低结构透水性、加固地基作为应用目标，适用于处理渗透系数不超过10-4cm/s、孔隙偏小、静压力浆液无法顺利注入土层孔隙的土木工程。在电化学灌浆施工期间，参照施工图纸在现场待加固土层内标记各处电极放置位置，选用有孔灌浆浆液管作为阳极，选用铁棒作为阴极，制备水玻璃与氯化钙溶液等化学溶液。准备工作完成后，把化学溶液在阳极位置压入土层当中，向现场电极通入直流电，在电渗作用下，驱使土层孔隙水持续从阳极部位流向阴极部位，所注入化学溶液渗流分布在土层孔隙当中，产生一系列化学反应后生成硅胶等产物，加速土层固化过程与持续提高地层强度。最后，重复上述操作，轮番向待加固土层内注入2种化学溶液，每隔1～2h交换阴阳电极，直至化学溶液完全填充土层孔隙为止[3]。

1.4 自流可控灌浆

自流可控灌浆是利用自身重力使得浆液均匀、密实填充地层结构裂隙孔道的1项灌浆技术，制备高性能砂浆作为灌浆材料，无需施加注浆压力，多用于处理松散堆积土层、级配不均匀砂砾石层、断层破碎带、岩溶地层，有着固结体强度高、灌浆材料来源丰富、占地面积小、施工噪声与震动小、工效高的显著优势。如果工程现场地质条件较为复杂，可以搭配应用自流可控灌浆技术和传统压力灌浆技术，率先通过自流可控方法来灌注地表灌浆孔，完成表层固结灌浆作业后，再按照从上到下顺序逐层开展钻孔灌浆作业。在自流可控灌浆施工期间，重点掌握浆液配比、自流灌浆、压力灌浆3道步骤的技术要点：1)浆液配比。使用自流控制砂浆和常规水泥净浆作为灌浆材料。其中，自流可控砂浆由水泥、砂子、外加剂等原材料加水搅拌制成，把水泥用量控制在1 000kg/m3左右，砂子用量控制在850～1 300kg/m3，拌和水用量控制在230～280kg/m3以内，外加剂掺量控制在1.5%～2.0%，体积水灰比控制在0.70～0.90。常规水泥净浆以水泥、拌和水作为原材料，根据现场实际灌浆情况来确定水灰比，从0.5∶1到5∶1不等[4]；2)自流灌浆。采取分段逐层灌浆方法，按照工程现场地层条件来布置若干灌浆段，单段长度控制在3～8m以内，最多不得超过10m。随后，施工人员对所准备自流可控砂浆的漏斗通过时间与初始扩展度进行测量，确定无误后，参照施工图纸钻设若干数量灌浆孔，设置溜槽，直接向孔内灌注砂浆，持续观测进浆速度。待进浆速度不足1L/min时，继续灌注砂浆，直到砂浆完全注满灌浆孔，确定砂浆面高度下降值不超过3cm后，结束灌浆作业，对灌浆孔进行封孔处理。

2 土木工程灌浆施工注意事项

2.1 灌浆材料选型

在灌浆施工期间，所选用灌浆材料主要分为：化学类、粘土类、水泥基类3种类型，各类型灌浆材料的工作性能、应用表现与适用范围略有不同，施工人员需要结合土木工程情况加以慎重选择：1)化学类灌浆材料。由化学物质替代水泥灌浆材料，具体包括：改性环氧灌浆料、发泡聚氨酯灌浆料、丙烯酸盐灌浆料。改性环氧灌浆料适用于封堵处理宽度不超过0.2mm的裂缝，或是封堵漏水量较小的部位。发泡聚氨酯灌浆料作为临时性堵漏材料，常用于封堵地下室底板、顶板等部位的明水。丙烯酸盐灌浆料的胶凝体弹性较大，多用于封堵处理变形缝、后浇带等部位。使用化学灌浆材料时，重点控制固化时间，并要求现场人员做好个人防护工作，避免因接触有毒性灌浆材料而危及身体健康；2)粘土类灌浆材料。以亚粘土或粘土作为原材料，作为早期工程项目最为常用的灌浆材料，有着成本低廉、浆液稳定性好的优势，但粘结力、抗渗压等使用性能略有不足，当前多用于临时性防渗工程。选用此类材料时，必须结合工程建设需求，精确控制水泥、粘土、拌合水、速凝剂等原材料的用量比例，可以使用适量水泥替代粘土来改善灌浆效果[5]；3)水泥基类灌浆材料。以硅酸盐水泥与水石膏作为原材料，经过研磨等预处理操作后，加水搅拌制成灌浆料。此类材料适用于基础2次灌浆、混凝土结构加固修补等用途，经过灌浆处理后不易出现开裂缝质量通病，但在水力冲击浆液时会出现稀释现象，影响到灌浆效果，不适用于堵漏明水部位。

2.2 工艺参数控制

考虑到不同土木工程的建设要求、现场地质条件都存在明显差异，同类项目灌浆施工技术方案与工程施工情况不符，如果盲目照搬其他工程技术方案，将会导致灌浆施工过程、灌浆处理效果充满不确定性，引发串浆、漏浆等各类型工艺问题出现。因此，施工人员需要采取样板先行措施，提前制定初步技术方案，在工程现场挑选一处代表性区域作为试验段，组织开展试验段施工，根据施工过程与成果检验报告来优化调整技术方案，确定浆液注入量、进浆速率等工艺参数的最佳值，以自流可控灌浆技术位置。1)浆液注入量，综合分析钻孔长度、灌浆长度、灌浆次序、现场地质条件等因素来确定各段泥浆注入量。例如，在现场地质条件为裂隙发育区时，尽量增加浆液注入量，主要控制在200～1 000L/m以内；2)进浆速率，根据现场施工情况来看，当进浆量到达该段孔深60%～70%总进浆量后，进浆速率出现明显下滑趋势，下滑比例在25%～35%不等。因此，施工人员需要同步观察灌浆孔进浆情况，在实际进浆量达到总进浆量65%后，额外采取调节浆液浓度等施工控制措施。

2.3 工艺问题防治处理

在土木工程灌浆施工期间，受到现场复杂地质条件、工艺操作、技术参数设定等因素影响，偶尔出现串浆、漏浆、灌浆中断等工艺问题，对灌浆施工成效造成明显影响。对此，深入了解各类工艺问题的形成原因，提前制定防治处理方案，避免工艺问题出现，或是把工艺问题造成的影响压制到最低：1)串浆。浆液从灌浆孔内流出现象被称为串浆，形成原因包括：地层孔隙裂缝数量过多、灌浆压力值超标、形成灌浆通路。出现串浆问题后，施工人员对灌浆孔进行封堵处理，回填适量黏土，或是提前在黏土内掺加适量水泥后再回填孔口，封堵孔壁和套管外壁间的间隙部位，继续开展灌浆作业。如果常规封堵措施无法处理串浆问题，则应停止钻孔、灌浆作业，打入栓塞作为封堵材料，直至先期灌注浆液凝结后，组织开展复灌作业[6]；2)漏浆。形成原因包括灌浆压力超标，内部存在过多缝隙，导致所灌注浆液通过裂缝持续冒出地面。施工人员尽量采取低压灌浆方式，提前对浆液浓度进行调整，或是采取间歇灌浆方式，率先灌注适量泥浆，如果出现漏浆问题，静置一段时间后再继续关注浆液，重复上述操作，直到不再出现漏浆现象。而对于严重漏浆问题，在漏浆点嵌填棉花等封堵材料，或是在漏浆点均匀涂刷速凝水泥进行堵塞；3)灌浆中断。在灌浆施工期间，由于出现机具设备故障、输浆管破裂或堵塞、岩层陡峭角裂隙发育等特殊情况，导致灌浆过程中断，很难完全灌注岩石裂缝，整体灌浆质量受到影响。要求施工人员提前准备极限压力较高的灌浆泵设备，检查输浆管外观质量与清理内部浮浆杂物。如果仍旧出现灌浆中断问题，且所灌注浆液凝固，需要重新开展灌浆作业，提出灌浆塞，在灌浆孔位置重新钻孔，清理钻孔内部后，连续灌注浆液。

2.4 钻孔施工控制

钻孔是灌浆施工过程中的重要一环，从早期土木工程灌浆施工情况来看，常出现孔内沉渣量超标、孔底偏差超标等问题，如果忽视此类问题直接进入灌浆工序，会对灌浆施工效果造成明显影响。因此，在钻孔结束后，施工人员需要搭配采取钻孔冲洗、成孔检验、压水试验3项施工控制措施：1)钻孔冲洗。使用高压水反复冲洗孔内残渣，冲洗时间控制在20min以上，冲洗压力控制在0.8MPa左右，冲洗完毕后，检查孔底沉渣层厚度是否达标，必要时延长钻孔冲洗时间；2)成孔检验。对各处灌浆孔的成孔质量进行全面检查，以孔位误差、孔底偏差、孔径值、孔壁垂直度作为检查重点。例如，要求孔位偏差控制在10cm以内，终孔孔底偏差控制在1.5%孔深以内；3)压水试验。钻孔冲洗结束10min后，开展注水试验与压水试验，试验期间重复多次测量流量值，再把压入流量、全压力、试验段长度、钻孔半径导入计算公式，求解钻孔渗透系数与透水率，判断是否达到设计要求。