水利水電工程灌漿施工技術控制過程的探討

張建平

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院，沈陽 110003)

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水利水電工程灌漿施工技術控制過程的探討

張建平

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院，沈陽 110003)

灌漿工程施工一般用于工程輔助施工，如穩定開挖面、增加土層的抗液化能力、建筑物扶正、及地面強化，其灌漿后可達止水、強化、穩定等效果。由于灌漿目的不同，所選擇的灌漿方式、灌漿材料、灌漿量、改良效果檢核、與灌漿工程成本，也隨之不同。文章根據水利水電工程施工的實際，對灌漿施工技術控制過程進行探討。

水利水電工程；灌漿施工；控制過程；灌漿方式；工程成本

0 引 言

灌漿是指將具膠結性漿液注入欲改良的土體中，其灌漿壓力可在土體中形成水力破裂，使土壤造成的裂縫，并對土壤造成擠壓作用；漿液固結后對土壤亦可提供加勁作用[1]。漿液灌入機制與土層種類與灌漿材料有關，一般而言可分為擠壓灌漿、滲透灌漿，與脈狀(劈裂)灌漿等。

1 灌漿施工的機制

1.1 擠壓灌漿

此種灌漿方式是通過稠度高的漿液注入地面中，形成接近球形或圓柱形漿體，并推移、擠壓鄰近土壤，使土壤趨于密實，減少后續所發生的沉陷；甚至補償先前土壤沉陷的體積，造成地面局部隆起，以扶正傾斜的建筑物。

1)灌注初始階段：灌注漿液形狀類似于球狀體，使漿液由內向外推擠土壤，由于土壤受到推擠變形進而造成擾動，使得周圍產生一超額孔隙水壓力的區域。

2)灌漿壓力持續增加：灌注漿液形成的球狀體會迅速變大；當灌漿的壓力達到足以破壞土壤結構時，漿液便會劈裂形成一弱面；此時造成土壤應力的改變及灌注壓力的下降。

3)使用高黏滯度漿液灌注的過程中，由于漿液無法侵入裂縫中，只能造成球體的擴張；同時受到球體擴張影響，僅在出漿口附近有超額孔隙水壓力產生[2]。

發現將高稠度的漿液灌入地面后，漿液會向四面八方發展。灌漿初期因垂直阻抗大于水平阻抗，漿體有較往水平發展的趨勢；當灌漿團塊逐漸擴大，水平阻抗力大于垂直方向時，則漿體開始往上發展。基本上，各種土壤皆可用擠壓灌漿工程施工，但因黏土的滲透性低，擠壓灌漿成效會受到較大的限制。同時，若在近地表處及無側限的邊坡，因其束制力不足，擠壓灌漿所能產生的效果較差。擠壓灌漿工程施工的缺點，是為無法在同一點重復灌漿。由于前次灌漿漿液凝結后強度高，使得之后的灌漿無法有效破解推擠，因此必須重新裝設灌漿管；否則會導致壓送低流動性漿液的壓力增加，造成灌漿管內的漿液流動度降低、產生塞管的情形[3]。

1.2 滲透灌漿

本灌漿方式是在不改變土壤顆粒原本的排列狀況下，用灌漿液填充顆粒間的孔隙，以取代孔隙水與土中空氣。灌漿程序是漿液經由灌漿管，灌注至土壤；漿液以放射狀向外擴散流動。漿液滲透范圍受到漿材種類、漿液黏滯度、土層種類及滲透系數、灌漿壓力及速度等因素影響。

1.3 脈狀(劈裂)灌漿

脈狀灌漿的改良機制為漿液以水力劈裂(hydro-fracturing)方式侵入地面土壤中，形成手指狀、樹枝狀或礦脈狀的改良體，達到壓擠、加勁土壤的效果。

2 案例分析

2.1 工程概況

遼寧地區某大壩在初步設計時曾要求心墻瀝青混凝土的K值為600-800。在第一標段施工中曾發現，現場取樣室內成型試件和現場芯樣測試的瀝青混凝土K值偏低。為此補充進行了瀝青混凝土三軸復核試驗和抗拉強度試驗。試驗發現，瀝青混凝土的填料用量和填料細度對K值影響顯著[4]。

2.2 土壤滲透系數

細粒料會改變砂土結構，當細粒料充填于土壤顆粒間時，會使孔隙變小，而降低其滲透性。土壤滲透系數的高低與土壤顆粒的粒徑分布曲線和蒙脫土(montmorillonite)含量有關。就純砂土試件與粉土質砂試件做比較，粉土比砂土的粒徑小，因此，粉土質砂試件滲透系數本身比純砂土試件還要低。但是，純砂土試件添加蒙脫土之后，滲透系數快速降低，甚至比粉土質砂的試件無添加蒙脫土的滲透系數還要低，所以，細粒料的含量對于滲透系數影響重大[5]。再者，當蒙脫土含量>15%時，由于粗顆粒間的空間被蒙脫土所填充，該土壤的滲透性被細顆粒所控制，因此滲透系數很低，所以當蒙脫土含量>15%時，其滲透系數為一定值。當細粒料含量少于5%時，土壤的工程性質是由粗顆粒土壤所控制；而在細粒料含量大于12%時，粗顆粒土壤的顆粒與顆粒之間被細粒料分隔開，此時，土壤的工程性質由細顆粒土壤所控制，如果細粒料含量介于5%-12%之間，則土壤的工程性質由粗顆粒與細顆粒相互影響。就水泥漿液而言，水灰比低者，相對水泥用量多，而水泥用量的增加，意味著粗顆粒的水泥含量也會跟著增加，則在滲透的過程中，砂土就像是一種濾材，其某一部分土壤的粗孔隙孔徑，可阻擋某一部份的粗顆粒水泥粒徑通過；又某一部份土壤的中孔隙粒徑，可阻擋某一部份漿液的中顆粒的水泥粒徑通過，最后只讓細顆粒的水泥通過。

對于正常壓密及輕度過壓密黏土層而言，開始灌注的初期，漿液主要是對土壤進行壓密作用，激發較多的超額孔隙水壓力。當灌注過程結束后，該黏土層隨著時間增加、超額孔隙水壓力逐漸消散，其灌漿效率減少量較多；反之，在過壓密比較大的黏土層內進行灌注時，由于土壤強度較大，灌注的過程中，試件內只有出漿口附近激發正值的超額孔隙水壓力，故在灌漿結束后，其灌漿效率減少量則會較少。

2.3 邊界效應的影響

以擠壓與脈狀方式來進行灌漿；在使不同尺寸的試件，使用較小直徑的試件，最終灌漿效率明顯則高于直徑較大的試件。因此，進行現地灌漿時，灌漿孔之間的距離越小，最終灌漿效率也將提高。

2.4 單點灌注及多點灌注的灌漿效率

以擠壓方式進行灌漿，考慮單一灌漿管及四支灌漿管同時灌注的方式進行灌漿。得知隨著時間的增長，單點灌注灌漿效率降低幅度皆大于多管灌注的情況。由于多管同時進行灌注時，受到邊界條件影響較大，故最終的灌漿成效也較優于單點灌注的試件。

3 結 論

在水利水電工程灌漿施工技術探索中，砂土的粉土含量越多可以使試體顆粒的總表面積增加，砂與漿液接觸面積就越大，此時漿液所能提供的黏著力也越大，因此表現在單壓強度上的值也越大。通過將原本分離的巖石凝結為一個整體，以提高地基的承載力、整體性和抗滲性的一種方法。

[1]劉瑞懿，于習軍，肖碧.高水頭大流量集中滲漏反向控制灌漿技術研究[J].人民長江，2016(12)：75-78.

[2]張繼軍，周青高.水利水電工程灌漿施工技術與質量管理措施分析[J].施工技術，2016(S1)：930-932.

[3]魏濤，邵曉妹，張健.水利行業化學灌漿技術最新研究及應用[J].長江科學院院報，2014(02)：77-81.

[4]謝孟良.亭子口水利樞紐蝸殼回填及接觸灌漿施工質量監控[J].水力發電，2014(09)：47-48.

[5]夏可風.再談灌漿工程的計量方法及施工亂象的治理措施[J].水力發電，2013(07)：47-54.

1007-7596(2017)01-0127-02

2017-01-16

張建平(1984-)，男，河北衡水人，助理工程師。

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