復雜地質工況固結灌漿施工技術

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2023.23.061

［摘 要］隨著城市化進程的不斷推進，越來越多的工程需要建設在地質條件復雜的地區。而這些地質條件不僅會給工程帶來巨大的安全隱患，還容易導致建設周期延長，造成經濟損失。因此，如何在復雜地質工況下進行高效、安全、可靠的施工，是擺在建設者面前的一道難題。固結灌漿技術作為一種針對工程存在的不穩定因素進行治理的方法，在地質工況復雜的工程中得到了廣泛應用。本文將以固結灌漿技術為主要研究對象，以龍崗河為例，探討其在復雜地質工況下的施工技術。

［關鍵詞］復雜地質；固結灌漿；施工技術

［中圖分類號］TU74文獻標志碼：A

地質條件是制約固結灌漿施工技術應用和效果的關鍵因素之一。在復雜地質工況下，如巖溶地區、高滲透性土層、砂巖等地層，傳統的固結灌漿施工技術會面臨著種種難題，如灌漿效果不佳、灌漿深度不足、施工周期過長等問題。因此，如何針對不同的地質工況制訂相應的固結灌漿方案，成為當前工程領域所關注的重點。針對這一問題，近年來國內外學者開展了一系列研究，提出了一些新的固結灌漿方案。例如，通過預留巖體蓋重、控制灌漿壓力與濃度、采用分孔分序灌漿方法及材料等。同時，一些新的固結灌漿施工技術也不斷涌現，如低壓濃漿封閉、引管固結灌漿等。復雜地質工況固結灌漿施工技術的研究和應用，將對工程建設和安全保障產生廣泛影響。

1 工程概況

龍崗區龍崗河流域、觀瀾河流域、深圳河流域水務工程。本工程為水利總承包標（含擋墻拆除、拆除擋墻、新建擋墻、水工擋墻飾面、疏浚清淤、排口改造、堰壩、丁壩、水工擋墻改造配套的管線遷改、石籠護坡等）。

區域地質：龍崗河流域的水系主要分布于低丘區及臺地區，整體上呈東南高、東北低的特點。干流河谷地貌呈串珠狀，寬處為沖積盆地、窄處峽谷，蒲蘆陂水庫以上的梧桐山河與大康河屬低山區。在勘探深度范圍內未發現活動斷裂、滑坡、崩塌等不良地質現象，屬于巖溶地區，場地上覆蓋層厚度為2.20～37.00 m，溶洞最小厚度0.2 m，最大厚度10.10 m，下伏基巖為灰巖，勘察顯示線溶洞率為10.16 %，見洞隙率為15.66 %，場地巖溶發育等級為巖溶中等發育，場地中等穩定，基本適宜，但當對巖溶進行有效處置后，場地不會發生巖溶地質災害，場地的穩定性可得到保證。勘察時，鉆孔孔口地面標高介于27.87～40.19 m，最大相對高差12.05 m。根據鉆探揭露，場地內分布的地層自上而下有第四系人工填土層（Qml）、第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、第四系上更新統沖洪積層（Q3al+pl）、第四系不明成因堆積層（Qpr）及石炭系下石炭統測水組灰巖（C1c）。研究區地下水的補給方式以大氣降雨入滲和地下徑流的橫向入滲為主，徑流方向整體向龍崗河排泄，勘察期間，測得場地地下水位埋深為0.50～9.00 m，標高26.15 m～37.18 m，場地地下水位年變化幅度約為1.00～3.00 m。地表水和地下水流向總體上徑流方向受地形控制，向龍崗河排泄，且受河水漲落影響較大。龍崗區擁有大量的河流和山塘水庫，是一個水資源非常豐富的地區，包括龍崗河、坪山河等共計50余條河。龍崗河和坪山河流域擁有平坦、富饒的川地，是龍崗區重要的工業、農業生產基地，其土地資源豐富，現有山塘水庫266個，總庫容為1.5815億m³。

灌漿是一種防滲、堵漏和加固措施，其作用是通過改善巖石的物理特性增強巖體的整體性和均勻性，同時還可以增加其抗壓強度和彈性模量。對于混凝土重力壩，通常要求采用全過程固結灌漿。對于混凝土拱壩或重力拱壩，則在壩基上游和下游應力集中的部位采用固結灌漿。灌漿鉆孔深一般為5～8 m，呈網狀，錯開排列。對于一些地質條件特殊的工程，均可采用現場灌漿法確定孔間距、孔深、灌漿順序、灌漿壓力等。

２ 固結灌漿施工技術分析

固結灌漿技術是一種常用的巖土工程處理方法，通過向巖石中注入固化劑混合物，使其變成類似巖石的堅硬材料，以提高巖石的力學性能及穩定性。該技術可以有效解決巖體裂隙、破碎和變形等問題，是一種經濟、實用的地質災害治理方法。固結灌漿技術的主要原理是在巖體內部形成一個堅硬的體積，通過填充巖體裂隙和孔隙來提高整體強度和穩定性。一般來說，該技術適用于巖體的混凝土重力壩、地下洞室、巷道支護等工程，并可以有效地改善節理裂隙發育或有破碎帶的巖石的物理力學性能，提高巖體的整體性與均質性，降低變形和不均勻沉降_［1］。固結灌漿技術主要分為兩種類型：回注式固結灌漿和無蓋重固結灌漿。回注式固結灌漿是將固化劑混合物從巖體上部注入生活用水，形成一個管道流體環路，最后通過排空使注入物質充填裂隙、孔洞和破碎帶；無蓋重固結灌漿則是在巖體內部設立水頭壓力，將固化劑混合物注入巖體中，然后使用灌漿管道將其均勻分布至整個巖體內。這兩種方法各有優缺點，應根據具體情況加以選擇。需要注意的是，固結灌漿技術在應用中也有一些難點，如缺乏合適的裂隙封閉材料、基巖表面裂隙封閉困難、無蓋重固結灌漿難升壓、灌后質量難保證等。因此，在實際應用過程中，需要進行綜合考慮和科學處理，以達到最佳的效果^［2］。

3 固結灌漿施工

3.1 抬動觀測孔施工

在固結灌漿施工中，通常采用淺層抬動裝置進行觀測，孔徑為75 mm或91 mm，錨固段1.5～2.0 m長，向基巖中鉆入13 m。在裝置安裝24h后進行觀測和灌漿，注意抬動時形變允許值不能超過0.2 mm，蓋板累計抬動變形為200 μm。根據實際在灌漿單元處布置觀測孔，采用地質鉆機進行鉆孔，孔深15 m，孔位的偏差不能超過100 mm。在錨管外套直徑的50 mm鋼管，用土工膜包裹護管。錨管頂端與保護管分別高于地面500 mm和300 mm。通過活塞式滑套將錨管與護管連接，確保護管移動自由且密封良好，其移動行程范圍保持在50～100mm。當護管與錨管下設到鉆孔位置后，將水灰比0.5∶1.0的水泥漿注入錨管，當土工膜與孔壁間隙充滿水泥漿后待凝48h。

灌漿抬動采用自動檢測儀，通過位移傳感器與抬動記錄儀或灌漿記錄儀相連，其量程要大于10mm。抬動裝置安裝時要率定測微計，分項驗收護管、錨管以及鉆孔情況。整體裝置安裝完畢后對靈敏度和有效性進行檢驗。裝置地面部分設置透明保護裝，避免停用期間被污損或碰撞，同時定期對裝置情況進行檢查，每10min記錄一次抬動觀測。

3.2 鉆孔施工

首先，在鉆孔施工前，應該了解工程所處的地層特征和力學性質，選擇合適的鉆頭和鉆孔參數。鉆孔應該根據地層的硬度、水分等情況進行調整，以保證鉆孔施工的順利進行。其次，鉆孔時應注意設備的整體安裝和維護，確保鉆孔機正常運轉。鉆孔時應采用正確的打孔順序，避免出現漏孔和死孔現象，同時要注意保持孔徑的垂直度和平行度。除此之外，鉆孔施工還需要考慮對于現場環境的保護措施，如防止碎石飛濺和廢氣排放等。在進行固結灌漿施工時，鉆孔水平角度的掌握也是非常重要的。在處理較差的地層時，建議采用較低的水平角度，使鉆孔密集度適當提高，從而提高固結效果^［3］。而在處理好的地層上，可以考慮采用較大的水平角度，縮短鉆孔時間并提高施工效率。此外，在鉆孔施工過程中，需要做好隨時檢查和調整的準備，及時處理鉆頭的卡阻和掉頭等問題，并根據地層情況及時修改參數，以實現最佳施工效果。最后，在固結灌漿施工結束后，對鉆孔進行清理和養護同樣也不可忽視。清理目的是將鉆孔內的碎石、泥沙等雜質清理干凈，以便于施工人員進行下一步施工。養護則可以采用吹風或噴水等方法對固結灌漿劑進行加濕處理，保證其固化質量和強度。除此之外，還應該關注鉆孔深度和孔距的控制，確保灌漿劑能夠充分填充到孔中，并且達到預期的固化效果。

樁成孔后，在壓漿和填灌碎石前，其質量檢驗的標準如表1所示。

3.3 壓水試驗

壓水試驗的主要作用是通過測試不同裂隙的滲透系數，計算得出巖體的總滲透張量，從而保證固結灌漿施工的質量和效果。目前常用的是三段壓水試驗法，即先通過壓水試驗測量單個裂縫的滲透系數，然后依據各裂縫的產狀疊加滲透系數，得到總體滲透率。由于裂隙的產狀及分布情況可能存在差異，因此需要逐個進行壓水試驗，以獲得更加準確的數據。在壓水試驗中，需要使用專門的壓水試驗器具——三段壓水試驗器，該設備能夠提供穩定的水源壓力和流量，可用于對裂隙中的水進行壓力測試。該器具主要由三部分組成，即壓力控制系統、壓力測試系統和數據記錄系統。其中，壓力測試系統是最核心的部分，由針閥組成，可測定不同裂隙內的水壓變化，從而計算滲透系數。

壓水試驗的具體操作步驟如下：

第一，清洗裂隙。將裂隙中的雜質和泥沙清理干凈，以便進行后續的壓水試驗。第二，布放試驗器具。將三段壓水試驗器具放置在裂隙上，并確保與裂隙壁貼合緊密。第三，測定基準值。在開始壓水試驗之前，需要先記錄下當前裂隙內的水壓和流量，作為后續測試的基準值。第四，逐步加壓。按照固定的步長逐步對水進行加壓，同時記錄下裂隙內的水壓和流量。第五，統計數據。當達到設定的壓力值后，需要統計并記錄每個階段內的裂隙水壓和流量數據，以及加壓時間等相關信息。第六，計算滲透系數。通過統計數據計算出各裂隙的滲透系數，并根據產狀把滲透系數疊加，計算出巖體的總滲透張量。

需要注意的是，在進行壓水試驗時，必須嚴格按照操作流程進行，以確保測試結果的準確性和可靠性。同時，在進行壓水試驗前，還需要對試驗器具進行校準和檢測，以保證設備的精度和穩定性。

3.4 灌漿施工

在灌漿前，一定要先處理基礎表面。首先，對基礎表面進行鑿毛，或者使用特殊的補強界面劑進行界面處理。其次，要在灌漿24h前對基礎表面進行清理，保證其無碎石、浮灰、油污及離析劑等。提前準備好灌漿設備，一般為高壓泵，向目標區域輸送漿料。最后，灌漿時要保證灌漿壓力、流量，要經常對設備運行情況進行檢查，及時排除故障，保證灌漿順利進行。

在選擇灌漿材料時需要根據工程的具體情況來確定。理論上應該選擇密度和黏度適當的材料，并且在施工過程中要控制好混合比例，以確保灌漿材料的性能達到最優化。同時，灌漿材料的密度和黏度也要滿足施工要求。工程實踐表明，深部加固使用高密度灌漿材料，淺部加固使用低密度灌漿材料更為合適。在確定了灌漿材料后，需要準備相應的配比表，以便正確地計算出不同深度的灌漿材料使用量。灌漿的施工參數要通過對地層的具體條件進行實驗驗證，并在工程實踐中對其進行改進和修正，在灌漿時，要根據壓力的變化，對灌漿參數進行動態的調整和優化。預先確定的灌漿參數如表2所示。

在進行灌漿時，要控制灌漿料的流動性。灌漿料過于稀薄容易造成滲漏，過于黏稠則不易流動，影響灌漿質量。因此，需要采用合適的灌漿料，控制其水灰比和黏稠度，保證灌漿料的均勻性和流動性。此外，在灌漿工程中還需要注意控制灌漿壓力。過高的灌漿壓力會使灌漿料滲透到基礎表面下，形成空洞，同時也會對基礎產生損害，出現開裂等問題。因此，要根據具體情況選擇合適的壓力值，確保灌漿料順利灌滿空腔。

灌漿完畢，灌漿孔應予以封堵。這是為了防止未固化的灌漿料流失，同時也可以保護已灌漿部位的安全性，避免假灌或者漏灌的情況發生。

4 結語

復雜地質工況的固結灌漿施工技術是現代建筑領域中不可或缺的重要技術之一。對于建筑、挖掘等工程作業時出現的復雜地質條件，通過灌漿固結技術，可以有效地加固地層，提高地基的承載力和穩定性，從而確保建筑安全和基礎設施的正常運行。在這個過程中，對于一系列施工參數的選擇與優化，以及施工方法的選用，不僅需要考慮實際情況，還需要結合豐富的從業經驗和科學研究成果，才能取得最佳效果。固結灌漿孔施工的技術路線和細節步驟，在現階段已較為成熟，但隨著建筑工程的發展，其施工操作也在不斷地改進與創新。因此，在進行固結灌漿施工時，必須注重技術規范的實施，并對施工中出現的各種問題及時處理，確保工程質量和工期的達成。同時，在執行固結灌漿施工時，還應根據不同地質環境、孔距、排距、孔深等因素，選擇合適的施工方案和固結灌漿劑，以提高效果和保證施工質量。

參考文獻

［1］楊志輝. 水庫壩基帷幕灌漿施工技術及效果分析［J］. 河南水利與南水北調，2014（16）：50－51．

［2］曹萬杰．固結灌漿與帷幕灌漿在壩基處理中的應用［J］．河南水利與南水北調，2019，48（4）：38-39．

［3］羅康勇．溢洪道固結灌漿底板抬動裂縫成因分析及處理［J］. 價值工程，2020，39（15）：182-187．

［作者簡介］朱曉春，男，安徽天長人，中電建生態環境集團有限公司，高級工程師，本科，研究方向：工程項目管理。