水利工程施工中帷幕灌漿技術研究

劉振路 李 臻

（中國安能集團第一工程局有限公司，廣西 南寧 530028）

0 引言

作為基礎民生工程，水利工程結構與質量始終是社會各界關注的重點。隨著科技的飛速發展，可以用于水利項目建設的方法越來越多。其中最具代表性的是帷幕灌漿。作為近幾年興起的技術，要想使帷幕灌漿的優勢得到充分的發揮，關鍵是要明確其特點和注意事項，在規避常見問題的基礎上，提高施工質量。由此可見，該文研究的內容具有一定的現實意義，相關人員應該引起重視。

1 帷幕灌漿技術介紹

1.1 施工原理

現階段，帷幕灌漿已經在水利施工及建筑施工領域中得到了廣泛應用，并且越來越普及，其防滲優勢也得到了更為直觀的展示。帷幕灌漿指的是在土層裂縫或巖體孔隙內，通過注入混凝土漿液的方式，形成有良好阻水性的連續帷幕，確保水利項目滲透壓力以及滲流量可以顯著降低的技術。其應用流程有3個：1）借助地質鉆機進行鉆孔作業，獲得帷幕鉆孔。2）通過高壓灌注的方式，將基礎材料注入孔內，水利項目所用基礎材料以水泥漿為主，高壓灌注的作用是加強水泥漿的滲透性。3）水泥漿完全凝固形成與土層充分凝結的水泥漿柱就是防水帷幕[1]。

此外，在實際施工時，施工人員應該通過電化、液壓或者氣壓等方式，確保凝固后漿液能夠被盡數注入軟弱巖土層結構，在此基礎上對巖土層進行擠壓，形成有良好穩定性以及強度的結構體。該結構體的作用主要是進行加固，在避免地基出現透水問題的基礎上，使堤壩和邊坡變得更加穩定。

1.2 現有方法

1.2.1 分段灌漿

該技術的適用性較強，可以對處于不同水文環境及地形條件下的水利項目進行建設。如果以施工順序為依據，可以將該技術細分為自下而上灌漿和自上而下灌漿，不同的灌漿順序往往對應不同的施工要點，下文將逐一說明。

首先是自下而上對該方式進行應用，需要施工人員以孔位高度和鉆孔深度為依據，在科學地劃分施工區域的基礎上，確定灌漿工序，避免出現孔位相距較遠、工序錯亂等情況。在實際施工時，應確保先對下部孔位進行灌漿，再對上部孔位進行灌漿，這樣做可以使灌漿質量更接近預期。現階段，該方法主要用來對硬巖地質進行施工，其優勢在于可避免冒漿問題出現。其次是自上而下，該方式和上文所介紹方式的灌漿順序相反，在水利工程建設過程中極為常見。

1.2.2 一次性灌漿

該方法強調的重點是待鉆孔作業告一段落，用混凝土對現有鉆孔進行澆筑，確保帷幕防水墻可以一次成型。該方法的優勢及不足都十分明顯，其優勢主要體現在2點：1）簡單易行。2）省略了停頓環節，使施工效率得到了顯著提高。但是該技術需要施工人員同時澆筑多個孔洞，并且要保證灌漿作業持續開展，這也是其對現場水勢和地形提出水流速度較慢且地形平穩要求的原因[2]。如果項目所在區域不具備以上條件，就不能發揮一次性灌漿優勢，施工人員應對此加以重視。

2 帷幕灌漿應用優勢

2.1 安全可靠

作為安全系數較高的水利施工技術，帷幕灌漿具有良好的安全性、防腐蝕、防水和防滲漏性的原因是有水泥凝固所形成的幕墻。在前期準備階段，設計人員只需要以項目規模和現場條件為依據，對基底河水承載壓力進行計算，再對帷幕孔洞直徑加以確定即可。

2.2 簡單易行

基于帷幕灌漿技術對水利大壩進行建設，通常只需要投入較低的成本，就可以取得理想的防滲漏效果。該技術的操作相對簡單，即先在適宜區域鉆孔，再通過澆筑水泥的方式，形成抗侵蝕性良好的防水帷幕。隨著防水帷幕形成，滲漏問題通常能夠得到有效解決。該技術使用的材料僅為水泥，真正做到了用最低的能耗、最少的成本，使基底滲漏這一水利大壩較為常見的問題得到徹底解決。此外，帷幕灌漿難度較小，施工人員只需要對打孔定位和灌漿環節進行嚴格控制，就可以獲得質量符合預期的帷幕，這也是該技術在水利項目中得到廣泛應用的原因之一。

2.3 適用范圍廣

經過反復地實踐和優化，現階段，帷幕灌漿已經趨于完善，這也使得其適用領域由早期的水利工程向其他相關工程延伸，所取得的效果有目共睹。

3 水利項目帷幕灌漿施工分析

3.1 項目概況

某水利工程分為輸配水工程與水源工程，水庫蓄水高度在正常情況下為1 300 m，庫容約為10×108m3。該工程的作用主要是供水及灌溉，屬于Ⅰ型工程。水源樞紐區域有泄水建筑、擋水建筑和發電取水口。樞紐工程由溢洪洞、防空洞及取水口構成，渠首電站與取水系統被設置在工程左岸。該工程計劃利用鋼筋混凝土對大壩進行加固，下文將對施工要點進行詳細介紹。

3.2 帷幕灌漿施工要點

3.2.1 測量放線

要想發揮帷幕灌漿的優勢，要科學地布置鉆孔并確定深度，由于上述工作都需要測量所得的精準數據提供支持才能順利開展，因此，進行帷幕灌漿的前提是使用全站儀等設備對水利工程進行測量，在明確灌漿軸線的基礎上，結合所收集的項目參數，確定施工控制點。而測量設計的主體通常為監理人員及設計人員，只有保證相關人員全程參與測量作業，才能為基準數據的有效性提供保證，基于基準數據對鉆孔進行計算所得結果，更具參考價值[3]。這里提到的計算對象主要是指3個：1）作業面高度。2）鉆孔布局。3）項目參數。

3.2.2 鉆機造孔

帷幕灌漿需要對現場巖層和土層進行鉆孔處理，鉆孔形式及質量通常決定了施工質量。在前期準備階段，施工人員需要對鉆孔位置加以確定，在進行鉆孔作業時，以項目情況為依據，確定鉆孔方式。現階段，常用方式為沖擊鉆孔、回轉鉆孔。另外，要想使鉆孔方式的優勢得到充分發揮，還要考慮孔位深度及大小，如果條件允許，施工人員可以對羅盤儀等輔助設備加以應用，在固定鉆孔設備的基礎上，確保鉆孔位置可以得到實時校正，避免出現震動使鉆頭偏移的情況。由于孔位給帷幕屏障造成的影響往往較為直觀，因此，在對孔位進行設計時，設計人員應預留偏差范圍，在保證孔位間距不超過5 m的前提下，結合孔位深度調整偏差。水利工程要求各孔深度一致，即使有細微的差異，其數值也不得超過表1給定的范圍。要想使鉆孔尺寸相同，在準備階段，施工人員應徹底清理操作平臺，并對鉆孔機高度及位置進行調整。此外，在實際操作時，不同地質、不同強度巖石的存在，通常會給鉆孔深度和尺寸帶來影響，針對上述情況，施工人員應酌情對鉆頭材質與型號加以調整，這樣做可使鉆孔效率達到預期。

表1 鉆孔斜側偏差最大值

3.2.3 沖洗裂隙

鉆孔環節告一段落后，就應當開始對裂隙進行沖洗。由施工人員操控高壓水槍，仔細沖洗孔內裂隙，確保孔內無雜質，為灌漿作業的順利開展提供保證。實驗證明，由高壓水槍噴射出高壓水流可以徹底清除孔內雜質及淤泥。另外，孔壁殘渣也能一并被帶出孔外，避免在灌漿階段出現孔洞堵塞問題。調查可知，對高壓水槍加以應用的裂隙沖洗方法在水利項目中較為常見，在正常情況下，單孔沖洗時長應控制在20 min左右，待沖洗水無肉眼可見雜質后，再對孔洞進行10 min的沖洗，就可以過渡至下一環節[4]。

3.2.4 壓水試驗

該試驗主要用來對鉆孔質量進行檢驗，使灌漿效果能夠達到預期。在帷幕灌漿開始前，由專業人員通過壓水試驗判斷鉆孔質量是否達到預期。一般來說，沖洗裂隙和壓水試驗應同時開展，這樣設計的目的主要是壓縮工期，提高項目的社會以及經濟效益。

壓水試驗過程相對簡單，施工人員只需要保證試驗順序為由上至下即可。由于試驗的目的是判斷孔位能否承受的灌漿壓力，因此，提前對孔位應當承受試驗壓力進行計算很有必要。在試驗正式開始后，專業人員以技術要求為依據，在特定時間內對特定水量進行注入，并根據透水率對試驗成果加以驗證。如果每次采集透水率比之前小，說明“孔洞質量與技術要求相符，對其進行灌漿可達到項目防滲標準”的結論。

3.2.5 灌漿封孔

在分序加密原則的指導下，落實帷幕灌漿環節。該項目有2排帷幕孔，施工順序為先下后上，施工人員應將帷幕孔分成ⅠⅡⅢ序，按照順序完成施工。如果有加密孔存在，應在三序施工完成后，再對其進行施工。在位于同排帷幕線的相鄰先序孔深度達到15 cm時，就可以開始為后序孔的施工做準備；在位于相同單元先序排的后序孔深度達到15 cm時，施工人員可對后序排先序孔加以關注，但是要對基巖鉆孔灌漿存在的間隔高差加以控制，確保先序孔與后序孔高差不小于15 m。然后將鉆桿視為射漿管，以項目提出的要求為依據，利用孔內循環及孔口封閉技術，使射漿管向灌漿段底部延伸，并保證其與孔底間距不超過50 cm，通過阻塞循環灌漿的方式，完成孔口施工[5]。同樣，孔底與灌漿尾管的間距也不得超過50 cm。如果灌漿過程有冒漿或串漿等問題存在，施工人員應及時向監理工程師匯報，待工程師通過所匯報方案后，再根據相關方案解決相關問題。灌漿施工的最后一道工序是封孔，可供選用的封孔方法主要有全孔壓力封孔和置換封孔，施工人員應以實際情況為依據進行選擇，確保封孔質量達到預期標準。

4 常見問題與策略

下文將詳細介紹帷幕灌漿常見問題及解決策略，供相關人員參考。

4.1 涌水問題

如果灌漿孔的用水壓力遠超標準數值，便會出現涌水問題，進而給后續環節造成影響。要想解決該問題，實證有效的方式是對特殊灌漿技術加以應用。在前期準備階段，詳細檢查涌水的水量及水壓，再以實際情況為依據，對灌漿作業所需要的參數加以確定，為施工的穩定性提供保證。如果項目涌水量過大，施工人員可以選擇將速凝劑摻入漿液的方式，灌漿完全凝固后，再進行閉漿處理。

4.2 冒漿問題

事實證明，解決冒漿問題所適用的方法主要為封堵和鉛堵，無論選擇哪種方法，施工人員都要對灌漿壓力進行嚴格控制，在確保進漿量合理的前提下，酌情對灌漿濃度進行增加，待問題得到解決且實際壓力與設定壓力相符后，再開展后續工作。

4.3 串漿問題

如果條件允許，施工人員可以在串漿問題出現的同時開展灌漿作業。如果現場情況不支持同時作業，就要先將串漿孔管堵塞，待灌漿作業告一段落，再對串漿孔管進行清理與沖洗，并進行下一環節。另外，還有一點需要引起重視，即增大相鄰序孔的施工間隔，這樣做可以有效避免新灌入泥漿沖開漿液結石的情況出現，施工效率也得到了顯著提升[6]。

4.4 灌漿中斷

現階段，可以用來避免灌漿中斷所造成的影響持續擴大的方法有2個：1）如果中斷時間較長，施工人員應先對孔洞進行清掃及沖洗，再開展后續工作。2）保證灌漿中斷前后所用漿料的水灰比相同。

4.5 鉆孔傾斜

4.5.1 問題成因4.5.1.1 操作失誤

如果施工人員選用的材料磨損較為嚴重，極易由于鉆頭過鈍，導致巖石切入時金剛石粒/合金粒穩定性出現大幅波動，進而給鉆進角度及方向帶來影響。如果巖石層較為松散且施工人員沒有對沖洗液進行適量應用，將導致帷幕孔壁坍塌，孔徑大小也會受到影響。

4.5.1.2 地質條件特殊

軟硬巖層極易出現破碎的問題，隨著鉆進作業的深入，鉆進難度將隨著鉆孔直徑的增加而變大。一旦出現傾角和軟硬巖層同時存在的情況，鉆頭將無法充分地接觸巖層，會影響鉆進速度以及方向。

4.5.2 規避策略

4.5.2.1 調整鉆具直徑

帷幕灌漿所用鉆具長度不應超過1.5 m，直徑應比正常鉆具少一級至二級，對符合上述條件的鉆具加以應用，可以確保即使存在直徑偏大的孔，其施工速度也能夠得到保證，鉆具處于垂直狀態的時長可以得到有效壓縮。在更換鉆具前，施工人員應對孔中巖心進行處理，嚴格控制鉆進壓力、范圍和速度，在鉆進長度達到3 m時，由專業人員對鉆孔進行測量，確保其沒有傾斜問題。如果在測量過程中發現還有沒解決的問題，施工人員應沿用原有鉆具，在適當時機對其進行調整，在條件允許的情況下，還可酌情對配備導向裝置的先進鉆具加以應用，待開擴孔環節結束，才可以換回原有鉆機完成后續工作。

4.5.2.2 優先使用長鉆具

在地質厚度大或巖層覆蓋層松軟的地區，一旦出現鉆孔傾斜的問題，施工人員就應當立即更換鉆具，在減小鉆具直徑的基礎上，增加長度。如果鉆孔直徑較大，對此類鉆具加以應用，往往容易使鉆進方向發生變化，施工人員應將巖心管長度控制在1.5 m左右，在鉆進長度達到3 m后，仔細檢查是否有傾斜問題存在。如果檢查結果表明傾斜問題有所緩解，就可以酌情換回原有鉆具，如果傾斜問題仍較為嚴重，施工人員應再次更換鉆具，先用長鉆具對修正區域做掃孔處理，再根據傾斜程度調整后續方案，避免帶來不必要的問題。

4.5.2.3 增加鉆孔直徑

如果傾斜問題出現時，鉆進長度尚未達到10 m，最有效的解決方式是增加鉆孔直徑。施工人員應選擇直徑及長度均較原有鉆具更大的新鉆具，由孔口處/管底處，對現有孔洞進行擴張。事實證明，這樣做可以使與項目要求不符的孔洞得到及時糾正，將嚴重傾斜問題再次出現的概率降至最低。

5 結語

近年來，在水利項目建設環節中經常使用帷幕灌漿技術，這也從側面說明了帷幕灌漿質量與水利項目質量密切相關。參建人員應該了解該技術的特點及應用方法，真正做到以項目需求為依據，對相關技術加以應用，實時監督，及時發現并解決潛在的問題，通過提高施工質量的方式，賦予水利工程更為理想的可靠性、安全性與防滲漏性，為社會發展助力。