水利工程施工中帷幕灌浆技术研究

刘振路 李 臻

（中国安能集团第一工程局有限公司，广西 南宁 530028）

0 引言

作为基础民生工程，水利工程结构与质量始终是社会各界关注的重点。随着科技的飞速发展，可以用于水利项目建设的方法越来越多。其中最具代表性的是帷幕灌浆。作为近几年兴起的技术，要想使帷幕灌浆的优势得到充分的发挥，关键是要明确其特点和注意事项，在规避常见问题的基础上，提高施工质量。由此可见，该文研究的内容具有一定的现实意义，相关人员应该引起重视。

1 帷幕灌浆技术介绍

1.1 施工原理

现阶段，帷幕灌浆已经在水利施工及建筑施工领域中得到了广泛应用，并且越来越普及，其防渗优势也得到了更为直观的展示。帷幕灌浆指的是在土层裂缝或岩体孔隙内，通过注入混凝土浆液的方式，形成有良好阻水性的连续帷幕，确保水利项目渗透压力以及渗流量可以显著降低的技术。其应用流程有3个：1）借助地质钻机进行钻孔作业，获得帷幕钻孔。2）通过高压灌注的方式，将基础材料注入孔内，水利项目所用基础材料以水泥浆为主，高压灌注的作用是加强水泥浆的渗透性。3）水泥浆完全凝固形成与土层充分凝结的水泥浆柱就是防水帷幕[1]。

此外，在实际施工时，施工人员应该通过电化、液压或者气压等方式，确保凝固后浆液能够被尽数注入软弱岩土层结构，在此基础上对岩土层进行挤压，形成有良好稳定性以及强度的结构体。该结构体的作用主要是进行加固，在避免地基出现透水问题的基础上，使堤坝和边坡变得更加稳定。

1.2 现有方法

1.2.1 分段灌浆

该技术的适用性较强，可以对处于不同水文环境及地形条件下的水利项目进行建设。如果以施工顺序为依据，可以将该技术细分为自下而上灌浆和自上而下灌浆，不同的灌浆顺序往往对应不同的施工要点，下文将逐一说明。

首先是自下而上对该方式进行应用，需要施工人员以孔位高度和钻孔深度为依据，在科学地划分施工区域的基础上，确定灌浆工序，避免出现孔位相距较远、工序错乱等情况。在实际施工时，应确保先对下部孔位进行灌浆，再对上部孔位进行灌浆，这样做可以使灌浆质量更接近预期。现阶段，该方法主要用来对硬岩地质进行施工，其优势在于可避免冒浆问题出现。其次是自上而下，该方式和上文所介绍方式的灌浆顺序相反，在水利工程建设过程中极为常见。

1.2.2 一次性灌浆

该方法强调的重点是待钻孔作业告一段落，用混凝土对现有钻孔进行浇筑，确保帷幕防水墙可以一次成型。该方法的优势及不足都十分明显，其优势主要体现在2点：1）简单易行。2）省略了停顿环节，使施工效率得到了显著提高。但是该技术需要施工人员同时浇筑多个孔洞，并且要保证灌浆作业持续开展，这也是其对现场水势和地形提出水流速度较慢且地形平稳要求的原因[2]。如果项目所在区域不具备以上条件，就不能发挥一次性灌浆优势，施工人员应对此加以重视。

2 帷幕灌浆应用优势

2.1 安全可靠

作为安全系数较高的水利施工技术，帷幕灌浆具有良好的安全性、防腐蚀、防水和防渗漏性的原因是有水泥凝固所形成的幕墙。在前期准备阶段，设计人员只需要以项目规模和现场条件为依据，对基底河水承载压力进行计算，再对帷幕孔洞直径加以确定即可。

2.2 简单易行

基于帷幕灌浆技术对水利大坝进行建设，通常只需要投入较低的成本，就可以取得理想的防渗漏效果。该技术的操作相对简单，即先在适宜区域钻孔，再通过浇筑水泥的方式，形成抗侵蚀性良好的防水帷幕。随着防水帷幕形成，渗漏问题通常能够得到有效解决。该技术使用的材料仅为水泥，真正做到了用最低的能耗、最少的成本，使基底渗漏这一水利大坝较为常见的问题得到彻底解决。此外，帷幕灌浆难度较小，施工人员只需要对打孔定位和灌浆环节进行严格控制，就可以获得质量符合预期的帷幕，这也是该技术在水利项目中得到广泛应用的原因之一。

2.3 适用范围广

经过反复地实践和优化，现阶段，帷幕灌浆已经趋于完善，这也使得其适用领域由早期的水利工程向其他相关工程延伸，所取得的效果有目共睹。

3 水利项目帷幕灌浆施工分析

3.1 项目概况

某水利工程分为输配水工程与水源工程，水库蓄水高度在正常情况下为1 300 m，库容约为10×108m3。该工程的作用主要是供水及灌溉，属于Ⅰ型工程。水源枢纽区域有泄水建筑、挡水建筑和发电取水口。枢纽工程由溢洪洞、防空洞及取水口构成，渠首电站与取水系统被设置在工程左岸。该工程计划利用钢筋混凝土对大坝进行加固，下文将对施工要点进行详细介绍。

3.2 帷幕灌浆施工要点

3.2.1 测量放线

要想发挥帷幕灌浆的优势，要科学地布置钻孔并确定深度，由于上述工作都需要测量所得的精准数据提供支持才能顺利开展，因此，进行帷幕灌浆的前提是使用全站仪等设备对水利工程进行测量，在明确灌浆轴线的基础上，结合所收集的项目参数，确定施工控制点。而测量设计的主体通常为监理人员及设计人员，只有保证相关人员全程参与测量作业，才能为基准数据的有效性提供保证，基于基准数据对钻孔进行计算所得结果，更具参考价值[3]。这里提到的计算对象主要是指3个：1）作业面高度。2）钻孔布局。3）项目参数。

3.2.2 钻机造孔

帷幕灌浆需要对现场岩层和土层进行钻孔处理，钻孔形式及质量通常决定了施工质量。在前期准备阶段，施工人员需要对钻孔位置加以确定，在进行钻孔作业时，以项目情况为依据，确定钻孔方式。现阶段，常用方式为冲击钻孔、回转钻孔。另外，要想使钻孔方式的优势得到充分发挥，还要考虑孔位深度及大小，如果条件允许，施工人员可以对罗盘仪等辅助设备加以应用，在固定钻孔设备的基础上，确保钻孔位置可以得到实时校正，避免出现震动使钻头偏移的情况。由于孔位给帷幕屏障造成的影响往往较为直观，因此，在对孔位进行设计时，设计人员应预留偏差范围，在保证孔位间距不超过5 m的前提下，结合孔位深度调整偏差。水利工程要求各孔深度一致，即使有细微的差异，其数值也不得超过表1给定的范围。要想使钻孔尺寸相同，在准备阶段，施工人员应彻底清理操作平台，并对钻孔机高度及位置进行调整。此外，在实际操作时，不同地质、不同强度岩石的存在，通常会给钻孔深度和尺寸带来影响，针对上述情况，施工人员应酌情对钻头材质与型号加以调整，这样做可使钻孔效率达到预期。

表1 钻孔斜侧偏差最大值

3.2.3 冲洗裂隙

钻孔环节告一段落后，就应当开始对裂隙进行冲洗。由施工人员操控高压水枪，仔细冲洗孔内裂隙，确保孔内无杂质，为灌浆作业的顺利开展提供保证。实验证明，由高压水枪喷射出高压水流可以彻底清除孔内杂质及淤泥。另外，孔壁残渣也能一并被带出孔外，避免在灌浆阶段出现孔洞堵塞问题。调查可知，对高压水枪加以应用的裂隙冲洗方法在水利项目中较为常见，在正常情况下，单孔冲洗时长应控制在20 min左右，待冲洗水无肉眼可见杂质后，再对孔洞进行10 min的冲洗，就可以过渡至下一环节[4]。

3.2.4 压水试验

该试验主要用来对钻孔质量进行检验，使灌浆效果能够达到预期。在帷幕灌浆开始前，由专业人员通过压水试验判断钻孔质量是否达到预期。一般来说，冲洗裂隙和压水试验应同时开展，这样设计的目的主要是压缩工期，提高项目的社会以及经济效益。

压水试验过程相对简单，施工人员只需要保证试验顺序为由上至下即可。由于试验的目的是判断孔位能否承受的灌浆压力，因此，提前对孔位应当承受试验压力进行计算很有必要。在试验正式开始后，专业人员以技术要求为依据，在特定时间内对特定水量进行注入，并根据透水率对试验成果加以验证。如果每次采集透水率比之前小，说明“孔洞质量与技术要求相符，对其进行灌浆可达到项目防渗标准”的结论。

3.2.5 灌浆封孔

在分序加密原则的指导下，落实帷幕灌浆环节。该项目有2排帷幕孔，施工顺序为先下后上，施工人员应将帷幕孔分成ⅠⅡⅢ序，按照顺序完成施工。如果有加密孔存在，应在三序施工完成后，再对其进行施工。在位于同排帷幕线的相邻先序孔深度达到15 cm时，就可以开始为后序孔的施工做准备；在位于相同单元先序排的后序孔深度达到15 cm时，施工人员可对后序排先序孔加以关注，但是要对基岩钻孔灌浆存在的间隔高差加以控制，确保先序孔与后序孔高差不小于15 m。然后将钻杆视为射浆管，以项目提出的要求为依据，利用孔内循环及孔口封闭技术，使射浆管向灌浆段底部延伸，并保证其与孔底间距不超过50 cm，通过阻塞循环灌浆的方式，完成孔口施工[5]。同样，孔底与灌浆尾管的间距也不得超过50 cm。如果灌浆过程有冒浆或串浆等问题存在，施工人员应及时向监理工程师汇报，待工程师通过所汇报方案后，再根据相关方案解决相关问题。灌浆施工的最后一道工序是封孔，可供选用的封孔方法主要有全孔压力封孔和置换封孔，施工人员应以实际情况为依据进行选择，确保封孔质量达到预期标准。

4 常见问题与策略

下文将详细介绍帷幕灌浆常见问题及解决策略，供相关人员参考。

4.1 涌水问题

如果灌浆孔的用水压力远超标准数值，便会出现涌水问题，进而给后续环节造成影响。要想解决该问题，实证有效的方式是对特殊灌浆技术加以应用。在前期准备阶段，详细检查涌水的水量及水压，再以实际情况为依据，对灌浆作业所需要的参数加以确定，为施工的稳定性提供保证。如果项目涌水量过大，施工人员可以选择将速凝剂掺入浆液的方式，灌浆完全凝固后，再进行闭浆处理。

4.2 冒浆问题

事实证明，解决冒浆问题所适用的方法主要为封堵和铅堵，无论选择哪种方法，施工人员都要对灌浆压力进行严格控制，在确保进浆量合理的前提下，酌情对灌浆浓度进行增加，待问题得到解决且实际压力与设定压力相符后，再开展后续工作。

4.3 串浆问题

如果条件允许，施工人员可以在串浆问题出现的同时开展灌浆作业。如果现场情况不支持同时作业，就要先将串浆孔管堵塞，待灌浆作业告一段落，再对串浆孔管进行清理与冲洗，并进行下一环节。另外，还有一点需要引起重视，即增大相邻序孔的施工间隔，这样做可以有效避免新灌入泥浆冲开浆液结石的情况出现，施工效率也得到了显著提升[6]。

4.4 灌浆中断

现阶段，可以用来避免灌浆中断所造成的影响持续扩大的方法有2个：1）如果中断时间较长，施工人员应先对孔洞进行清扫及冲洗，再开展后续工作。2）保证灌浆中断前后所用浆料的水灰比相同。

4.5 钻孔倾斜

4.5.1 问题成因4.5.1.1 操作失误

如果施工人员选用的材料磨损较为严重，极易由于钻头过钝，导致岩石切入时金刚石粒/合金粒稳定性出现大幅波动，进而给钻进角度及方向带来影响。如果岩石层较为松散且施工人员没有对冲洗液进行适量应用，将导致帷幕孔壁坍塌，孔径大小也会受到影响。

4.5.1.2 地质条件特殊

软硬岩层极易出现破碎的问题，随着钻进作业的深入，钻进难度将随着钻孔直径的增加而变大。一旦出现倾角和软硬岩层同时存在的情况，钻头将无法充分地接触岩层，会影响钻进速度以及方向。

4.5.2 规避策略

4.5.2.1 调整钻具直径

帷幕灌浆所用钻具长度不应超过1.5 m，直径应比正常钻具少一级至二级，对符合上述条件的钻具加以应用，可以确保即使存在直径偏大的孔，其施工速度也能够得到保证，钻具处于垂直状态的时长可以得到有效压缩。在更换钻具前，施工人员应对孔中岩心进行处理，严格控制钻进压力、范围和速度，在钻进长度达到3 m时，由专业人员对钻孔进行测量，确保其没有倾斜问题。如果在测量过程中发现还有没解决的问题，施工人员应沿用原有钻具，在适当时机对其进行调整，在条件允许的情况下，还可酌情对配备导向装置的先进钻具加以应用，待开扩孔环节结束，才可以换回原有钻机完成后续工作。

4.5.2.2 优先使用长钻具

在地质厚度大或岩层覆盖层松软的地区，一旦出现钻孔倾斜的问题，施工人员就应当立即更换钻具，在减小钻具直径的基础上，增加长度。如果钻孔直径较大，对此类钻具加以应用，往往容易使钻进方向发生变化，施工人员应将岩心管长度控制在1.5 m左右，在钻进长度达到3 m后，仔细检查是否有倾斜问题存在。如果检查结果表明倾斜问题有所缓解，就可以酌情换回原有钻具，如果倾斜问题仍较为严重，施工人员应再次更换钻具，先用长钻具对修正区域做扫孔处理，再根据倾斜程度调整后续方案，避免带来不必要的问题。

4.5.2.3 增加钻孔直径

如果倾斜问题出现时，钻进长度尚未达到10 m，最有效的解决方式是增加钻孔直径。施工人员应选择直径及长度均较原有钻具更大的新钻具，由孔口处/管底处，对现有孔洞进行扩张。事实证明，这样做可以使与项目要求不符的孔洞得到及时纠正，将严重倾斜问题再次出现的概率降至最低。

5 结语

近年来，在水利项目建设环节中经常使用帷幕灌浆技术，这也从侧面说明了帷幕灌浆质量与水利项目质量密切相关。参建人员应该了解该技术的特点及应用方法，真正做到以项目需求为依据，对相关技术加以应用，实时监督，及时发现并解决潜在的问题，通过提高施工质量的方式，赋予水利工程更为理想的可靠性、安全性与防渗漏性，为社会发展助力。