灌浆技术在水利水电工程施工中运用分析

摘要：对水利水电工程中的灌浆技术进行研究，旨在进一步梳理和明确灌浆技术的方法与工序，为相关施工单位应用灌浆技术提供一定理论参考资料。采用了文献资料法、归纳分析法、经验总结法等研究方法。围绕“施工准备——钻机钻孔——冲洗——压水试验——灌浆施工——回填封孔——灌浆检测”等工序对灌浆技术的具体运用展开说明。

关键词：水利水电工程；灌浆技术；运用措施

引言：

灌浆技术是一种比较常见的用于地基处理、地层与建筑物结合、解决建筑物混凝土病害的技术，技术工艺大致是先钻孔，后进行灌浆料压入，形成整体性结构，从而起到提升加强地基或建筑物力学要求与稳定性、提升防渗能力与承载能力的目的。灌浆技术的施工工艺较为成熟，有着成本较低、适用范围广、施工工艺便捷的特点，广泛应用在了水利水电工程施工中。灌浆技术看起来简单，但其技术类型多样，灌浆材料也比较丰富，在施工中需要注意的施工技术细节要求较多，相关施工单位或施工人员要准确把握灌浆技术的技术特点与运用注意事项，做好细节控制，才能多方面加强灌浆技术应用有效性。

一、灌浆技术简述

灌浆技术指的是一定的压力将具有流动性和胶凝特性的灌浆液注入结构物和地基的缝隙之中，灌浆液经过胶结和硬化，形成整体性结构，胶结的灌浆液与周围地层或者结构物相互作用，形成摩擦阻力和端阻力来承受和传递荷载，进而达到防渗加固的作用。如下图1所示，为灌浆施工流程简图。

灌浆技术在水利水电工程中的应用，主要作用在三个方面，一是运用在地基防渗或加固中，进一步提升地基的承载能力和稳定性；二是运用水利水电工程建筑物与地基、建筑物构件之间，促使水利水电工程建筑物与地基、建筑物构件之间形成一体化结构，提升水利水电工程建筑物与地基、建筑物构件之间的结构稳定性；三是运用在水利水电工程建筑物裂缝修补与加固中，确保建筑物的安全性与可靠性，比如水利水电工程台墩上出现裂缝或外皮脱落，利用灌浆技术进行处理，保证台墩的结构稳定性。

图1.灌浆施工流程图

二、灌浆技术分类

（一）按照施工原理与目的分类

灌浆技术按照施工原理分类，可分为帷幕灌浆、固结灌浆、接缝灌浆、回填灌浆、接触灌浆以及裂缝灌浆。

1.帷幕灌浆：帷幕灌浆的主要作用是防止水力渗透，避免水渗透对水利水电工程建筑物或基岩产生侵蚀作用，影响建筑物或基岩的结构稳定性与强度。帷幕灌浆的施工，主要是在通过排列有序的钻孔并灌浆，在地下形成连续性的隔水帷幕，进而防止水渗透。

2.固结灌浆：固结灌浆主要是对于地基来说的，是为了改善节理裂隙发育或有破碎带的岩石的物理力学性能，旨在提升地基的整体性、均匀性与承载能力。固结灌浆的施工，主要是通过钻孔并将高标号水泥浆液或化学浆液压入岩石，浆液分散呈劈裂状或脉状，封闭岩石的缝隙、孔隙，进而提升基岩完整性。

3.接缝灌浆：接缝灌浆主要是填充混凝土坝体纵、横缝的灌浆。水利水电工程施工往往属于大体积混凝土施工，施工时需要进行分段施工，施工段（坝段）之间不可避免的产生接缝，在水利水电工程建筑物正式投入使用之前，就需要对纵、横接缝进行填补，通过灌浆的方式对接缝进行填补，使得水利水电工程建筑物成为一个整体[1]。

4.回填灌浆：回填灌浆是对混凝土衬砌的背面或混凝土周边进行回填，补充所有留有孔隙的地方，使得一、二次混凝土作业体形成一个整体，起到加固土体、回填孔隙、防止渗透的作用。

5.接触灌浆：接触灌浆指的是水利水电工程建筑物与地基或岸坡之间进行灌浆，目的是促使水利水电工程建筑物与地基、岸坡之间形成一体化结构，提升水利水电工程建筑物与地基、岸坡之间的结构稳定性，提升建筑物整体强度。

6.裂缝灌浆：裂缝灌浆则主要是对水利水电工程建筑物已产生的病害，通过灌浆的方式对其进行加固。比如一些裂缝问题以及外皮脱落疏松等问题，对其进行加固处理。

（二）按照灌浆材料进行分类

常见的灌浆材料包括水泥、粘土、沥青、水泥粉煤灰以及化学溶液等。

1.水泥灌浆料：水泥灌浆料的主要成分为各类硅酸盐水泥，再辅以水或其他惰性或活性材料，泥浆的浓度主要由泥浆的含土量所决定，其具有胶结性能好、成本低的特点，因此也最为常见。

2.粘土灌浆料：粘土灌浆料由粘性土和水组成，稳定性高、成本低，特点是可以在施工现场取用，但是粘土灌浆料的抗渗压的能力不足。

3.沥青灌浆料：沥青灌浆料主要是使用沥青或改性沥青材料，或加入一定的沥青乳液，将沥青灌浆料加热到一定温度，沥青灌浆料就会具有流动性，将其灌入，热沥青遇水冷却会不断分散、铺陈开来。沥青灌浆料主要用于半岩性粘土及胶结较差的砂岩等场合，因为沥青不被水稀释流失的特点，对于集中渗漏裂缝和渗流速度大的问题有独特作用。

4.水泥粉煤灰灌浆料：水泥粉煤灰灌浆料主要由水泥、粉煤灰、水所组成，按一定比例混合，搅拌均匀，具有水泥灌浆料胶结性能好的特点，也具有粉煤灰的颗粒优势，可改善灌浆料的和易性和流动性，提升施工效率，且粉煤灰是一种废弃物，其使用也意味着资源二次利用。

5.化学灌浆料：化学灌浆料主要是一些高分子化学材料，分为有机和无机两种。有机化学灌浆材料如常见的环氧树脂、聚氨酯等；无机化学灌浆材料主要是硅酸钠或硅酸钠与其他材料的混合液。比如，水溶性聚氨酯复合材料，遇到水会快速反应、膨胀，紧密贴合缝隙。化学灌浆材料往往具有优异的防渗性能和耐久性。

三、灌浆技术在水利水电工程施工中的运用

灌浆技术在水利水电工程施工中的运用，主要包括“施工准备——钻机钻孔——冲洗——压水试验——灌浆施工——回填封孔——灌浆检测”等工序。

（一）施工准备

施工准备包括技术准备、人员准备、物料准备、现场准备、放样准备等。施工单位在进行灌浆施工之前，首先需要落实地质勘测工作，查明工程所在地地质情况与水文情况，详细了解地下土壤层、岩层和地下水位等信息，在此基础上制定出详细的、合理的灌浆施工方案与技术说明文件。灌浆施工需要运用到钻机机械、灌浆机械等，如高压灌浆机、灌浆管路等，需要运用到灌浆料，这些设备与材料也需要准备到位。此外，施工单位组织专业的施工人员，并对施工人员展开开班交底与技术培养，不断提升施工人员的施工素养，为灌浆施工做好准备。在灌浆施工现场需平整场地，清除现场杂物，并进行精准放线，测量员利用全站仪或经纬仪，将设计文件中标定的钻孔灌浆点位放线到实处，设置控制点，并对钻孔灌浆点位进行检查，确保放线合格。

（二）钻机钻孔

在做好前期基础准备工作的前提下，正式运用灌浆技术展开施工，钻机钻孔是第一步骤。钻机钻孔方法有冲击钻机成孔法、回旋钻机成孔法、长螺旋钻机成孔法、旋挖钻机成孔法等，大致可分为冲击式和回转式，回转式的特点是速度快，并可以钻取岩芯，适合团结灌浆。钻机钻孔的工序为将钻机移动到合适位置，调整钻机钻杆的角度，钻头中心十字和钻孔灌浆点位中心重合，然后搬动给进手把，保持合适的扭矩和回转速度，让钻机钻头逐渐钻进。钻机钻孔过程要严格按照设计技术文件进行，一般要求钻孔的孔径上下均一，孔壁平顺，钻孔倾斜度与钻孔深度都控制在技术标准误差之内。例如，铅垂孔一般要求钻孔倾斜度控制在1%以内，以确保后续灌浆的均匀性和密实度，施工单位应确保钻孔倾斜度控制在误差范围内，就需要动态检测钻孔倾斜度，做好施工记录[2]。

（三）冲洗

钻机钻孔完成后，施工单位对成孔的孔位、孔径、孔斜、孔深等进行检查，可采用全自动超声波成孔成槽检测仪进行检测，成孔的孔位、孔径、孔斜、孔深等参数应当符合设计标准，检查合格后进入下一道工序：冲洗。对成孔进行清洗，是为了防止成孔内存在大量泥浆、岩粉铁末、碎石等杂物，对后续灌浆产生不良影响，同时将岩层裂隙和孔洞中的充填物冲洗干净。对成孔进行冲洗，可通过高压水冲洗、高压脉冲冲洗、扬水冲洗或群孔冲洗等方法来完成，采用正循环或反循环的方式，带出冲洗液。

（四）压水试验

确保成孔内干净整洁，随后进行灌浆管的安装，灌浆管的规格应符合设计需要，严格把控尺寸大小，详细检查灌浆管是否严密、是否堵塞，是否存在砂眼、丝扣泄露等问题。之后进行压水试验，压水试验是为了充分了解岩基裂隙和渗透情况，供选定灌浆方法、配合比和预估灌浆量参考。压水试验的压力为灌浆压力的80%，水利水电工程灌浆施工的压水试验的时间一般不少于20min，实验员详细记录实验数据，包括压力、流量和渗透系数等，为后续灌浆施工提供科学依据。

（五）灌浆施工

灌浆施工是核心环节，施工单位应根据实际地质情况与压水试验数据，选择合适的灌浆材料和配比，比如选择水泥灌浆料，对水泥灌浆料的粘度、凝胶强度和失水量等也要进行科学设计，优化原料配比。并确定灌浆工艺，灌浆施工可分为纯压式灌浆和循环式灌浆，前者是将灌浆料一次性压入，后者是部分灌浆料会通过回浆管返回；灌浆顺序则通常采用自下而上的方式进行，或者采用分段灌浆，上部采用自上而下，下部采用自下而上，形成“下堵、上封、中间渗透”的模式；灌浆稠度的控制，一般采用从稀到浓逐级变换的方式，通过限量法和限率法来控制，以确保灌浆效果；根据灌浆模式不同可分为普通灌浆法和高压喷射法，后者是利用高压装置和喷射管路，将灌浆液喷射到钻孔内、岩层内，与岩层相混合，形成高强度的水泥土加固体；灌浆压力的控制方法则常采用“一次升压法”或“分段升压法”，主要通过压力泵来控制注浆压力，一次升压法是指灌浆时采用低速慢压的方式开始注浆，而后逐步提升压力，这是为了避免灌浆料在低压状态下在细小的缝隙中被提前封堵，避免水泥浆在高压状态下在宽大的缝隙中流窜过远，造成浪费，分段升压法则指的是在标准限程内快速升高压力，而后再根据各灌浆段的实际情况，动态调整灌浆压力，直至达到终压条件[3]。

（六）回填封孔

一般残余吸浆量和闭浆时间为指标，比如以W≤0.4升/分，闭浆时间为30—60分钟为标准，作为灌浆施工的结束条件。完成灌浆工序后，待灌浆材料胶结、硬化之后，将孔洞进行清理和封堵，一般使用水泥砂浆进行回填封孔。

（七）灌浆检测

在灌浆过程中，就需要对灌浆各工序质量进行动态监测，除此之外，在灌浆结束后对灌浆质量进行最终评估。检测的方法有取样检测以及无接触检测两种，根据实际情况而定。取样检测是钻芯取样，制成试验样块，再通过相应的实验方法，对实验样块进行灌浆强度试验、硬度实验、流动性实验等。无接触检测，则指超声波检测，原理是超声波具有非常好的方向性，遇到密度不同的物体，即有反射、折射和吸收等现象产生，以此为依据，检测超声波在灌浆位置的波速、频率、振幅等数据，来得到灌浆位置的性能指标[4]。

四、结束语

综上所述，水利水电工程中灌浆技术的应用范围较广，技术类型多样，实际应用一般分为“施工准备——钻机钻孔——冲洗——压水试验——灌浆施工——回填封孔——灌浆检测”等工序，不同灌浆工艺也会有各自差别。相关施工单位需要严格把控灌浆施工工艺与技术要求，科学组织施工方案，把握灌浆施工技术应用细节，才能全面把控灌浆施工的质量，意义重大。

参考文献

[1]王继福.灌浆技术在水利水电工程施工中的应用[J].水利科学与寒区工程,2023,6(02):92-94.

[2]尹栓,杨春红.高压旋喷灌浆技术在水利水电工程施工中的应用[J].工程技术研究,2021,6(20):75-76.

[3]赵永锋.灌浆技术在水利水电工程大坝施工中的应用分析[J].水电站机电技术,2021,44(06):79-81.

[4]戴炜.水利水电工程施工中采用灌浆技术的成效分析[J].城市建设理论研究(电子版),2023,(21):101-103.