复杂因素下水利水电工程基础灌浆方案设计

2021-03-22胡景隆

河南科技 2021年25期

关键词：水利水电工程

胡景隆

摘要：在水利水电工程施工过程中，基础灌浆是非常重要的一个环节。本文主要对水利工程基础灌浆技术进行分析和探讨，首先分析灌浆的相关理论，然后详细分析了各种灌浆技术和方法的特点及其优缺点，以期为后续施工提供参考。

关键词：水利水电工程;基础灌浆;特殊地层;灌浆方法

中图分类号：TV543.18 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）25-0074-03

Study on Grouting Method Based on Special Stratum in Foundation Grouting of Water Conservancy and Hydropower Projects

HU Jinglong

（Jingtaichuan Electric Power Irrigation Administration， Jingtai Gansu 730400）

Abstract： Foundation grouting is a very important link in the construction of water conservancy and hydropower projects. This paper mainly analyzed and discussed the foundation grouting technology of hydraulic engineering. Firstly， it analyzed the relevant theories of grouting， and then analyzed the characteristics， advantages and disadvantages of various grouting technologies and methods in detail， in order to provide reference for subsequent construction.

Keywords： water conservancy and hydropower engineering;foundation grouting;special strata;grouting method

灌浆是指施工人员在进行水利部工程施工中将特定的材料按照标准制成浆液，通过压力原理将浆液逐渐注入特殊底层的裂缝内，从而使其固化。而对于灌浆预加固，则是在水利施工挖开地段将浆液注入其中，以有效降低特殊地层中围岩的渗透系数。

1 灌浆理论分析

1.1 灌浆材料

一般来说，灌浆原材料和主剂主要指灌浆后使用的原材料。灌浆材料按其物理和形态可分为以下两类：一种是用于灌浆固体颗粒的材料，如水泥、砂、粉煤灰、黏土等;另一種是化学灌浆材料，如丙烯酸树脂、酸性水玻璃和CW系列灌浆材料[1-3]。灌浆浆液由各种固体和颗粒灌浆材料组成，其中各种颗粒在一定程度上分散和悬浮，是悬浮液。在工程施工过程中，应根据施工地质条件和灌浆目标选择合适的灌浆原材料。

1.1.1 固粒灌浆材料。灌浆浆液中固体颗粒浆液材料的选择应根据灌浆目的、灌浆孔径、环境水等设计确定。为了获得良好的灌浆质量和灌浆效果，灌浆用固体颗粒材料应具有细颗粒特性，石材强度高，稳定性好，附着力强。水泥是一种粉末状的水硬性无机胶凝材料，具有来源广、价格低、无污染等优点[4-6]。水泥的基本成分如表1和表2所示。

1.1.2 化学灌浆材料。当利用一些常规灌浆无法实现预期效果时，可以选择采用合理简便的化学灌浆方式。但化学灌浆存在耐久性不理想、结石强度较低、凝结速度快、毒性大、对周围环境有污染、价格相对昂贵的缺点，因而，施工前工作人员应该判定是否采用化学灌浆方法。化学灌浆材料一般应满足以下几个条件：第一，材料易于采购，价格低廉，无毒或低毒，泥浆易于配置;第二，具有较强的抗溶蚀性和抗老化能力，还具有良好的耐久性;第三，黏度低，流动性好，易注入细小裂缝和孔隙;第四，灌浆材料的凝合时间能根据工程实际需要准确控制[7-9]。

1.2 溶剂

水是灌浆浆液中的主要溶剂。在灌浆工程中，如果要将固体颗粒浆液压入灌浆体，则需要将溶剂和浆液混合成具有一定流动性的浆液，然后才能通过自流或外压将浆液注入灌浆部分。《水利水电建设手册》编委会指出，所有符合国家标准的饮用水和清洁的河水、湖水均可作为灌浆浆液使用的溶剂。对于未知水，应进行水质检查，开展水泥凝结时间和水泥浆体抗压强度试验，其中的矿物成分和混凝土含量必须满足《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）中施工混凝土拌和使用水的规定。对于固体颗粒浆液，浆液中掺入的水主要起承载和水化两种作用。

承载功能：向固体颗粒浆液中加水，使固体颗粒浆液分散成悬浮状态，借助浆液的流动性，通过自流或外压注入浆体。在灌注过程中，部分水从浆石中分离出来（称为分离水），浆石只起到携带浆体的作用。

水化：灌浆浆液中的部分水与固体颗粒浆液（主要与水泥）发生反应，将浆液固化成具有一定密实度和强度的固体可堵塞裂缝。这部分水叫作混合水[10-12]。

1.3 外加剂

一般来说，水泥灌浆浆液通常不需要添加外加剂。在特殊情况下，为适应不同的地质条件和工程需要，可加入外加剂调整灌浆浆液的性能。在我国，水泥灌浆的外加剂有许多种，如工程上常用的速凝剂、缓凝剂。在添加外加剂时，应注意在浆液中以水溶液状态添加水溶性外加剂。

1.4 灌浆浆液

我国用于灌浆工程的灌浆液由主剂、溶剂和添加剂组成。它是一种高体积流体，具有很多复杂的流体特征。浆液特性会直接影响灌浆时的可灌、计算性和灌浆的效果。从动力学角度来看，所有灌浆荷载或者泥浆的基质都是一个可以被描述为动力学的模型。因此，在灌浆的载体中，根据胡克定律，坚硬完整的新鲜岩体应该是一种有弹性的物质。灌浆工程中使用的灌浆浆液通常由黏度和塑性定义，通常称为牛顿流体和宾汉流体。

2 基于大吸浆量条件的灌注方法

在一般裂隙地层注水时，管道应在1～3 h内完成，单位长度的灰分消耗量应控制100～200 kg。然而，在工程灌浆过程中，非正常灌浆导致灌浆不良。这一现象的主要原因是特殊的地层条件导致周边地面和道路淤泥增加。对于这种特殊的地层条件，灌浆时应遵循以下基本原则。

第一，减压处理。对于压力较低的重力灌浆，当裂缝内充满泥浆或泥浆流动性大大减弱时，继续增加灌浆压力，按一般要求注入灌浆。

第二，限流处理。严格控制注入速度在10～15 min，减缓压裂液的实际流速，确保泥浆能完全沉积。灌浆速度开始下降后，增加一定的灌浆压力，确保灌浆速度始终在10～15 min，直到灌浆结束。

第三，泥浆填充。采用一级高稠度水泥浆，水泥浆比例一般为0.5∶1。

第四，添加速凝剂。例如，在比较黏稠的泥浆中加入一些速凝剂可以使其加速凝固。

第五，灌注水泥砂浆。根据实际浇筑情况和水泥用量的增加，增加砂量;砂的粒度应逐渐粗化，随后方可进行灌注。

第六，间歇性灌浆。在注入一定量或一定时间的水泥后，可以停止浇筑，采用间歇注入。每次间歇注入前，必须根据地质条件和浇筑目的，以2～8 h的间隔确定一定的浆量与时间。

3 基于特殊大漏水通道条件下的灌注技术方法

定向爆破施工的堆石坝，坝肩岩体可能因爆破产生裂缝，岩溶区有溶蚀，形成溶洞和冲沟，产生大量漏水。考虑到这种特殊情况，采用一般处理方法，不仅会消耗大量灌浆材料，而且会引起质量问题，需要结合实际进行处理。

第一，冲灌级配料。泥浆在两个孔中循环后，用于挤出粗砂和砾石。如果水流不影响骨料的紧急排放，可使用清水泥浆进行冲洗。在整批处理中，反滤器在孔内具有一定的一致性。这种方法在狭窄的缝隙中形成一座桥，直到通道完全堵塞，形成一个反向滤波器。

第二，模袋灌浆。模袋主要由高強度复合材料制成。灌浆水压连续作用后，模型袋中的水泥土流入模型袋，但水泥颗粒不会泄漏，这减少了泥浆的含水量，防止其分散在水中，并且在有更多水时不会被冲走。另外，模袋在一定压力下变形，适应右侧洞穴，堵塞洞穴。

第三，双浆液灌浆。该方法属于化学灌浆。水泥和速凝剂通过管道进入搅拌机，然后到达孔底快速凝固。为了达到良好的防渗效果，必须有效控制泥浆的扩散距离，不能铺得太远。对于双浆液灌浆，还必须防止扩散范围不足，无法满足防渗体的要求强度。如果泥浆凝固时间太短，则会堵塞管道液孔;如果泥浆凝结时间过长，混合物将被冲走。

4 基于冒水条件的灌浆方法

对于有裂缝的水流和浸水现象，当有较多的水时，可按以下步骤处理：首先，开挖一个穿过裂缝方向和大深度的恒定孔，在孔中填充孔板管，并通过孔口管集中水;其次，沿裂缝方向堵住沟槽，然后用棉纱堵住整个裂缝;最后，孔隙在较低压力下进行浅孔灌浆，相反在较高压力下进行深孔灌浆。当进水量较小时，沿裂缝方向形成5～10 cm深的槽，槽底设铁板，并在铁板内埋设若干灌浆管。

5 基于有承压水情况的灌浆方法

灌浆孔中的一个常见现象是承压水从地面向外流动。灌浆灌溉层主要位于高水压含水层中。当水库开始蓄水时，在通风走廊或水位较低的缝隙中灌浆。在灌浆过程中，灌浆压力不得超过冲水灌浆压力，否则无法正常注入浆液。注入泥浆的实际压力应在设计规范规定的灌浆压力下稳定增加。在实际压力排水工程中，灌浆和排水施工应采取以下措施。

第一，压力屏浆法。正常灌浆完成后，应使用相同压力的泥浆连续循环灌浆。液体管道必须在时间达到4～8 h后才能完成，以防止裂缝内泥浆倒流。

第二，封堵和闭浆。在灌浆过程中，只有在完全达到结束涌水标准后，才能关闭管道阀门，以确保污泥仍处于压力下。固化一段时间后，可打开阀门确认泥浆是否进入水中，如未进入，则视为符合要求。闭浆时间一般控制在6～8 h。

第三，浓浆结束。正常灌浆达到可以结束灌浆的标准后，应使用密实的泥浆进行灌浆。待返浆浓度与注入浆浓度一致后，关闭管道上的阀门，开始关闭浆液。

第四，化学灌聚。如果采用上述两种方法后效果不明显，可考虑采用传统的化学灌浆工艺进行浇筑。通常，化学溶液在土壤和岩石中以较快的速度凝结，可使土壤裂缝缝隙闭合，有效防止土壤水分流入。

6 结语

本文详细分析了各种灌浆技术和方法的特点及其优缺点。在实际灌浆结构中，需要根据情况选用合适的灌浆技术和灌浆方法，以达到良好的灌浆和处理效果。

参考文献：

[1]黄春峰.水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆办法研究[J].水电站机电技术，2020（11）：187-188.

[2]吕贵猛.水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法[J].科学技术创新，2017（26）：163-164.

[3]梁恒波.水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法探讨[J].四川水泥，2018（1）：273.

[4]王建国.水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法[J].现代物业（中旬刊），2018（2）：169.

[5]许厚材.水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法[J].水力发电，2005（9）：36-38.