林成华 李晓晶 蒋和平

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

前言

中国水电建设行业正大踏步走出国门迈向世界，国际项目中的灌浆工程也随之成为国内灌浆理论与欧美灌浆理论相互摩擦和碰撞的焦点，而双方的灌浆理论和施工工艺都各有其独自的优点，融合两种灌浆理论在灌浆工程中找到其平衡点从而解决其矛盾与冲突是选择合适的灌浆施工工艺使工程施工顺利进行的前提和必要条件。

1 欧美灌浆理论及特点

长期以来，欧美灌浆工程基本采用瑞士学者隆巴迪（Lombardi）提出的使用稳定浆液采用灌浆强度值灌浆法（GIN灌浆法）施工。GIN灌浆法的基础理论为：①浆液能否注入岩体裂隙主要取决于裂隙的大小、水泥浆液颗粒的大小和灌浆压力；②析水率大的浆液在注入裂隙后形成的结石体积会缩小达不到对裂隙充填饱满的效果，并且该类浆液结石强度较低；③稳定浆液析水率小、不易沉淀，能有效注入岩体裂隙，形成结石后体积变化小能对裂隙进行有效充填，并且其结石强度高具有很好的抗变形能力和耐久性；④灌浆过程中采用灌浆强度值法进行控制，裂隙细微的部位吸浆量小可在较高灌浆压力的条件下充填饱满，裂隙宽大的部位吸浆量大，可在注入量的限制条件下即对灌浆段附近的裂隙进行有效灌入又能有效防止浆液扩散过远造成不必要的浪费。

在欧美国家，上述理论不仅仅用于灌浆工程施工，而且以此为基础进行研究和发展，形成了包括灌浆工程设计、工程施工、工程质量检查方法和质量合格评判标准等方面的一整套完善的灌浆理论。

欧美灌浆理论的主要优点：①灌浆浆液一般采用单级水灰比，灌浆过程采用计算机控制，因此施工控制简便；②灌浆采用纯压式灌浆法，优先采用自下而上分段灌浆的方式，该方法钻孔与灌浆分离灌浆工效高，而且可减少灌浆浆液的浪费；③浓浆凝结后体积变化小且结石强度高具有对裂隙较好的充填效果和改善基岩力学性能的能力。

2 国内灌浆与欧美灌浆环境的差异——欧美灌浆理论的应用环境和条件

在我国国内已有不少灌浆工程采用欧美这套灌浆理论，但是，取得的灌浆效果却不如人意。欧美灌浆理论在国内不能有效推广有以下几个重要原因：

（1）设计理论和质量检查标准与欧美灌浆理论不配套。国内灌浆设计以传统灌浆理论为主，其对灌浆工程的质量检查标准要求比国外高。国外灌浆工程质量检查透水率标准一般在3Lu以上，而国内透水率标准一般都（1～3）Lu之间，采用GIN灌浆法在大多数地质条件下的灌浆效果都很难达到3Lu以下标准。

（2）施工方法不配套。国内多数灌浆工程都要求采用自上而下孔内循环灌浆法，不允许采用自下而上纯压式灌浆法，因此，GIN灌浆法采用自下而上纯压式灌浆法施工从而大幅提高施工工效和减少浆液浪费的优点不能得到体现。

（3）灌浆施工工艺和施工参数试验不充分。灌浆工程施工工艺和施工参数都具有很强的针对性，实施前首先应对工程地质情况进行全面详细的勘探和了解，根据设计要求拟定工程施工工艺和相应的施工参数，再进行充分的试验论证和调整，最后制定出正式的符合工程实际情况的施工工艺和参数。

然而，国内灌浆施工在现场试验这一环节往往不够重视，在灌浆试验时也通常直接采用设计指定或套用类似灌浆工程的施工工艺和参数，这样的施工工艺和孔位布置、灌浆分段、灌浆压力、结束标准等参数都偏向于保守，这种情况下灌浆试验的结果一般都能满足设计要求，但是，也容易造成过多的不必要的资源浪费，工程施工效率也得不到提高。按照类似的方法将GIN灌浆法移植到国内灌浆工程中就行不通了，因为GIN灌浆法的目的就是在保证工程质量的前提下如何提高施工工效、降低能耗、节约资源，这与靠过高的要求和资源消耗来满足设计要求的方法背道而驰。

（4）国内外经济环境不同。国外工程一般采用建设项目总承包（EPC承包）的管理方式，工程以总价承包为主，工程项目的设计方和施工方在利益上是同一方，因此，双方在灌浆工程设计和优化方面配合更紧密、主观能动性更强。国内灌浆工程主要采取的是单价合同，灌浆工程施工的优化、工程量的减少和浆液注入量的减少都直接影响到相关单位的经济利益，在这种环境下推广欧美灌浆理论势必会困难重重。

综上所述，笔者认为灌浆工程中应用欧美灌浆理论应具备以及几个条件：

●灌浆质量检查透水率合格标准不小于3Lu，灌后透水率不宜作为质量评判的唯一标准，尤其在固结灌浆中应结合声波检测和变形模量测试的结果进行综合评判。

●灌浆宜采用纯压式灌浆法，优先采用自下而上分段灌浆的方式。

●施工前应进行全面详细的地质勘探和充分的灌浆试验。

●在工程合同上采用更合理的经济方式。

3 灌浆中合理应用欧美灌浆理论的基本思路

在我国传统的灌浆理论体系下应用欧美灌浆理论应以国内常用的施工工艺为基础，通过现场试验逐步改善施工工艺和施工参数，以达到优化灌浆施工的目的。其可按如下步骤进行:

（1）根据设计要求按国内相关规范结合实际地质条件拟定基本施工工艺和施工参数。

（2）进行浆液试验，根据试验数据拟定初始灌浆浆液配比组，再结合欧美灌浆理论拟定几组合理的浆液优化配比。

（3）采用初始浆液配比进行基本施工工艺和施工参数试验，验证和优化施工工艺和施工参数。

（4）采用拟定的几组合理的浆液优化配比逐步进行试验优化灌浆浆液。

（5）针对特殊地质条件进行试验，制定专项方案。

4 欧美灌浆理论在沐若水电站大坝固结灌浆中的应用实例

4.1 地质条件

马来西亚沐若水电站大坝为弧形碾压混凝土重力坝，最大坝高约153m，大坝基岩以砂岩、页岩、杂砂岩和泥岩为主。大坝的建基面开挖要求：河床坝段开挖至微风化基岩面，左、右岸坡开挖至弱风化基岩面。坝基岩体结构面主要有断层、裂隙、层间剪切带（软弱夹层）等。断层多为陡倾角，破碎呈线状，近地表岩体受卸荷及溶蚀影响性状较差；剪切带主要顺页岩夹层形成剪切作用较强时泥化程度较高；裂隙在基岩深度12m范围内较发育，裂隙连通率较高，左岸坝肩边坡裂隙连通率达80%。因此，大坝基岩需要通过固结灌浆施工较大的提高其岩体的整体性和抗变形能，并对其结构面进行强化处理。

4.2 浆液试验

根据国内外固结灌浆浆液配比的施工情况分别对多个浆液比级的纯水泥浆液进行了试验，此外，还针对2∶1、1.5∶1、1∶1等三个比级进行了添加膨润土的试验，试验数据见表1。

表1 沐若水电站大坝固结灌浆浆液试验数据统计表

根据浆液试验数据可知浆液加入4%膨润土之后其析水率得到了很大的改善，但是抗压强度也随之大幅度降低。就固结灌浆而言水泥浆液结石强度对固结灌浆效果至关重要，经过与国外专家组的多次交锋，他们不再坚持要求使用稳定浆液。综合国内外专家意见，拟定了4组浆液配比见表2。

表2 大坝固结灌浆浆液初步选定表

4.3 基本施工工艺

大坝固结灌浆孔的间排距按2.5m×2.5m、2.0 m×2.5m两种形式布置，透水率合格标准为3Lu。灌浆基本施工工艺如下：

（1）灌浆方法：主要采用自下而上纯压式灌浆法，局部地质条件较差的部位采用自上而下纯压式灌浆法。

（2）灌浆浆液：最初选择使用2.0∶1、1∶1、0.5∶1等三级水灰比。

（3）浆液变换原则：固结灌浆采用2∶1浆液开灌，当某一比级的浆液注入量已达到300L以上，或灌浆时间已达到30min，而灌浆压力或注入率变化量均小于10%时，换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，越级变浓。

（4）灌前压水、裂隙冲洗、灌浆结束条件、声波测试以及检查孔压水试验等均按国内相关规范常规要求执行。

4.4 现场试验

根据拟定的水灰比，采用2.0∶1、1∶1、0.5∶1等三级水灰比进行了固结灌浆试验。检查孔压水透水率均小于3Lu，其中最大值为2.88Lu，最小值为1.00 Lu。灌后平均声波值比灌前平均声波值增长11.5%。

试验数据和质量检查结果证明固结灌浆施工工艺满足设计要求。

4.5 浆液优化试验

尽管固结灌浆试验满足要求，但在在GIN法灌浆理论的影响下，国外专家组对中方采用的浆液比级仍表示怀疑，按照其要求，现场又进行了3组浆液优化试验，目的是采用较浓浆液开灌。

4.5.1 1.5∶1与2∶1开灌对比试验

试验的主要目的是对比1.5∶1、1∶1、0.5∶1和2∶1、1∶1、0.5∶1两组水灰比浆液的灌浆效果，此外，浆液变换原则中灌浆压力或注入率变化量小于10%的标准调整成20%。试验区两组水灰比灌浆的基岩条件基本一致，施工时间、参数、控制要求等均相同。试验区灌浆数据统计见表4。

表4 1.5∶1与2∶1开灌对比试验灌浆数据统计表

由表4数据可知两组水灰比在浆液注入量上差异不明显。

压水检查结果显示：1.5∶1和2∶1开灌区检查孔压水透水率均小于3Lu。声波检测结果1.5∶1开灌区的灌后声波平均值比灌前增长11.66%，2∶1开灌区的灌后声波平均值比灌前增长10.02%，1.5∶1开灌区灌后声波的均匀性也比2∶1开灌区好。

固结灌浆主要目的是增强大坝基岩整体性和抗变形能力，在满足设计透水率等合格标准的情况下较浓浆液的注入能起到更好的效果，因此，确定固结灌浆施工调整为采用1.5∶1、1∶1、0.5∶1等三级水灰比和新的浆液变换原则。

4.5.2 1.5∶1、0.67∶1两级水灰比浆液灌浆试验

采用1.5∶1、0.67∶1浆液进行灌浆试验部位的基岩条件主要为砂岩、页岩与砂岩互层。试验目的为将固结灌浆试验的三级水灰比简化为两级，在灌浆过程中及早采用稳定浆液进行灌注。灌浆数据见表5。

表5 1.5∶1、0.67∶1两级水灰比浆液试验灌浆数据统计表

试验区共布置检查孔6个，压水段数12段，其中透水率最小值为1.53Lu，最大值为5.27Lu（已超过合格标准3Lu的150%），透水率大于3Lu的有6段占总段数的50%。声波检测孔的灌后声波值比灌前声波值平均提高8.0%。采用该组水灰比施工查孔透水率不能满足设计要求，灌后声波值比灌前增长率不如采用三级水灰比浆液灌浆。因此，该组水灰比浆液不予采用。

4.5.3 1∶1、0.5∶1两级水灰比浆液灌浆试验

采用 1∶1、0.5∶1浆液进行灌浆试验部位的基岩条件为砂岩，试验区裂隙发育且连通率较高，试验区共88个灌浆孔，基岩总进尺为1056.0m，灌浆孔布置进行了加密孔排距为2.0m×2.0m。试验的目的是研究该组水灰比及布孔方式对大坝基岩裂隙发育、断层和软弱夹层影响部位的固结灌浆效果。灌浆数据见表6。

试验区共布置检查孔5个，压水总段数10段，透水率均小于3Lu。该试验区布置了3个孔内录像孔，从孔内录像资料分析水泥浆液对试验区基岩内裂隙的充填率较高，充填饱满，密实度较好。因此，该组水灰比浆液在结合孔位加密的情况下（孔位间排距不大于2.0m×2.0m）可以用于裂隙发育、断层和软弱夹层的影响较大的缺陷部位，其他部位不宜采用。

表6 1∶1、0.5∶1两级水灰比浆液试验灌浆数据统计表

4.6 应用分析

沐若水电站大坝固结灌浆是两种灌浆理论充分交融，相互妥协的结果，从而也使灌浆效果得到了最大的保证、投资也得到了节省。

（1）设计方采用的是国内的设计理论和规范标准，施工中采用GIN灌浆法很难保证满足设计要求，所以不宜选用。

（2）以国内灌浆施工工艺为基础选择采用了自下而上纯压式灌浆法，灌浆工程施工工效得到很大提高，1台履带式潜孔钻机每天钻孔可达300m以上。

（3）将国内一般采用的4个固结灌浆浆液比级优化成3个，开灌比级由一般不小于2∶1调整为1.5∶1。优化后，固结灌浆过程控制得到简化。

（4）对浆液变换条件根据国内规范进行了调整，调整后可尽量减少稀浆的注入量和浆液的过度浪费。

（5）针对裂隙发育、断层和软弱夹层的影响较大的缺陷部位采用了两级水灰比浆液灌注，开灌水灰比为1∶1，满足了这些部位对固结灌浆效果的特殊要求。

5 结 语

欧美灌浆理论有其独特的特点和优势，也有其对应的使用环境和条件，而我国工程建设环境和工程条件还不能与之完全匹配。因此，应用该理论时选择以国内常用灌浆工艺为基础，合理应用该理论通过大量试验对灌浆工艺和参数进行优化是一种可行的方法。