谈水利工程固结灌浆工艺技术

技术固结灌浆的工艺包括灌浆方法、灌浆段长及压力、灌浆材料、水泥灌浆的浆液起始水灰比及变浆条件、灌浆结束标准等。

1.灌浆方法

常用的灌浆方法包括分段灌浆法、止浆塞灌浆法、分期灌浆法、循环灌浆法和导管或重力灌浆法。

1．1分段灌浆法

分段灌浆法由上而下分段钻进并灌浆。目前在水电工程固结灌浆和帷幕灌浆中使用最多的就是分段灌浆法。当达到某一预定的深度，并达到灌浆结束条件时，该段灌浆就告结束。然后继续钻灌下一段。

优点：只需要在孔口设置孔口管，免去了止浆塞，钻进费用较低。

缺点：没有盖重时，灌浆过程中应注意抬动发生。此外，每个灌浆段都要冲洗孔，如果不待凝时冲洗孔会造成浆液的回流，浪费了浆液。

1．2止浆塞灌浆法

止浆塞灌浆法也叫由下而上的分段灌浆法。灌浆孔一次钻到全部深度，做压水试验，然后由孔底逐段向上灌浆，利用止浆塞或膨胀塞把灌浆孔内预先选定的孔段分开，然后进行灌注。当钻进过程中遇到钻进给水不循环或产生自流时，就要停止钻进，进行灌浆。预计到孔与孔之间会串浆时，可以采用止浆塞灌浆法的变种，即利用一个多灌浆塞系统。把灌浆塞放在所有串浆孔内最低吃浆带上部，然后用允许的最大灌浆压力向孔内灌浆，可以提高灌浆效果。

优点：对钻进中发现的地质缺陷可以用膨胀塞隔离，专门进行处理。每孔只需支一次钻机，压力冲洗和压水试验均可在孔的小段进行，灌浆之后无需钻进和清洗孔，从而提高作业效率。

缺点：浆液有时沿陡倾角裂隙或节理绕过止浆塞，另外，在溶洞或蜂窝状溶蚀的岩石内，止浆塞也很难封闭。灌浆孔孔径受止浆塞限制，不能太小。止浆塞往往会损失。

1．3分期灌浆法

类似于分段灌浆法。首先，把呈规则间距的各孔先钻进到第一受灌带的深度，并从岩石顶面开始，用低压予以灌浆，然后加密灌浆孔，直到最上边的灌浆段结束灌浆为止；其次，再把另一组灌浆孔钻进到第2灌浆段，并从岩石顶面开始用较高的压力进行灌浆。根据灌浆孔的深度，还可再往深处钻进新的一组灌浆孔。到最深的灌浆段时，采用最大压力。

优点：每一次加深的灌浆段都要依靠新钻进的孔来进行，避免向深处钻进冲孔时从孔内冲洗浆液，造成浆液损失。

缺点：有抬动危险，花费的时间和费用较多。

1．4循环灌浆法

循环灌浆法要采用双管灌浆系统。进浆管与泵管连接，插入到灌浆孔底，在灌浆孔口管上连接有回浆管。这样，当灌浆泵输送的流量超过浆液注入岩石的流量，灌浆孔就成为浆液循环系统的一个组成部分。循环灌浆法可以与上述灌浆方法结合使用。

优点：大小孔隙都能得到灌注。

缺点：费用高于分段灌浆法和止浆塞灌浆法。

1．5重力灌浆法

重力灌浆法有时也叫导管灌浆法，常被用于存在者能够自由吸浆的很大的张开裂隙的场合。先把孔钻进到全部深度，进浆管插入孔底，在接近重力的压力下把浆液泵入。当压力开始升高时，将进浆管缓慢提升，并继续不断灌浆。重复上述步骤，直到孔全部灌完为止。整个灌浆期间，灌浆管都要求保持淹没在浆液内。

灌浆方法的选用：分段灌浆法和止浆塞灌浆法是最常用的两种方法，两种方法通常都能取得有效的结果，如果灌浆工期很紧，应首先考虑止浆塞灌浆法，如果岩层产状水平，则用止浆塞灌浆法比较合适，可以避免抬升表层岩石。如果在钻进中发生钻孔水流失现象，则要采用分段灌浆法。为了防止在页岩或类似岩层内钻进时岩屑形成的天然泥浆堵塞或充填较高地层的裂隙，则可采用分段灌浆法。

2.灌浆段长及压力

固结灌浆压力与最终灌浆效果关系密切，因此，确定灌浆压力时应进行充分的论证，必要时通过现场灌浆试验确定。一般吸浆量随灌浆压力增大而增加。

固结灌浆的分段和压力视地质条件、孔深及有无混凝土盖重而不同。深度5m左右的浅孔一般不分段，全孔一次灌浆，孔深8～10m以上一般采用分段灌浆，接触段段长一般为1.5～2m，岩石段一般为4～6m。岩石条件良好、渗透性较小的地区，灌浆段长可适当加大，但一般不宜超过10m，在岩石破碎、裂隙发育、渗漏情况严重的地区，段长应缩短至3～4m。在遇到大溶洞和大裂隙时，则应做特殊处理。

3．浆液水灰比及变浆条件

关于浆液水灰比的选择历来是一个有争议的问题，按照传统的理论，认为对于较小裂隙，浓浆不易灌入，容易堵塞孔隙。所以《水工建筑物水泥灌浆施工规范》(SL 62―94)中要求首先要以10：1或8：1开灌。但是，在工程实践中，大家又感觉到如果采用稀浆灌注，灌进的大多是水，而且水分不易排出，反而影响灌浆效果，所以一般都尽可能采用较浓的浆液。

在灌浆浆液方面，国外倾向于使用水泥稳定性浆液。所谓稳定性浆液即浆液析水率在2h之内仍不大于5％。这种浆液从其黏度特性和内聚力来看属于宾汉体。

在注浆期间，较高密度的浆液能较好地使节理水排走，并且节理水很少在浆液前缘与其混合；节理的充填几乎是完全的，包括分支节理，因为灌注过程中浆液总是达到一个最大的有限距离后即停止扩散，因而不会造成浆液过多的损失；可以准确地描绘出灌入浆液的体积和到达的位置；排出的过量的水损害部分已固结体的风险减小。

浆液凝固后因灌注后的浆液不会析水而形成空隙，故该浆液结石强度稍有提高(高7％)；低的渗透性；与节理面有较好的黏结强度；黏结强度高；因结石的构造均匀致密，抗化学溶蚀能力较强，耐久性好。

另外，这种浆液制造工艺简单，造价比常规水泥浆略有降低。如巴西伊泰普大坝灌浆就使用了膨润土掺量2％的水泥稳定性浆液，而洪都拉斯的高238m的埃尔卡洪(El Cajon)则使用了膨润土掺量为0.2％的水泥稳定性浆液，都取得了满意的效果。

水泥稳定性浆液的制备方法是：首先把膨润土与水按1：3的质量比混合搅拌成浆并静置24h，以便充分膨胀，然后掺加水泥高速搅拌5min制成膨润土混合浆，在泵乳化机内进行乳化，最后送至普通叶片式搅拌机内备用。