基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)在水利施工工程中的應(yīng)用研究

焦麗艷

(遼寧省瓦房店市水庫事務(wù)服務(wù)中心(蓮花水庫)，遼寧 瓦房店 116300)

隨著中國現(xiàn)階段的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，中國水利工程行業(yè)建設(shè)與實(shí)踐情況取得了階段性的發(fā)展，由于水利工程受到了施工技術(shù)以及各種外部因素的影響，使得水利工程的建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，與此同時(shí)對(duì)于水利工程中使用的施工技術(shù)要求也逐漸提高，只有進(jìn)一步拓展水利工程的建設(shè)范圍和施工水平，才能夠?qū)⒐こ坍?dāng)中的水資源進(jìn)行更加科學(xué)的分配和調(diào)節(jié)[1]。在中國大多數(shù)的水利施工工程當(dāng)中基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)具有重要的作用和意義，而基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)的水平也會(huì)對(duì)水利施工工程的綜合質(zhì)量和價(jià)值產(chǎn)生一定程度上的影響。經(jīng)過長時(shí)間的研究與分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)灌漿技術(shù)雖然可以滿足水利施工工程當(dāng)中的技術(shù)要求，但是存在著施工周期長，且牢固性質(zhì)量低下的情況，因此水利工程施工項(xiàng)目的相關(guān)單位需要對(duì)基礎(chǔ)性建設(shè)引起一定的重視，提升施工技術(shù)水平，從而提升水利施工工程的質(zhì)量。

1 基于灌漿施工技術(shù)的水利工程施工設(shè)計(jì)

為了提升水利施工工程的牢固性能，在傳統(tǒng)的水利施工工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，建設(shè)基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)下的水利工程作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 水利工程作業(yè)流程框圖

從圖中信息可以看出，整個(gè)施工工程分為5個(gè)步驟，成孔設(shè)備就位與成孔可以統(tǒng)稱為一個(gè)鉆孔取芯的步驟，接著實(shí)現(xiàn)清洗、壓水、注漿步驟，最后用封孔的方式將上部的凹穴填補(bǔ)完成，按照上述的施工順序進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿技術(shù)下施工工程的具體設(shè)計(jì)。

1.1 鉆孔取芯

依據(jù)水利施工工程實(shí)際的施工環(huán)境，首先需要選擇適合環(huán)境土質(zhì)的成孔設(shè)備，嚴(yán)格按照相關(guān)水利工程的施工規(guī)定，計(jì)算孔位并確定孔向。其中第n個(gè)孔位可以利用公式1進(jìn)行計(jì)算。

dn=dn-1+rsinθ

(1)

式中：dn表示的是第n個(gè)孔的位置，dn-1代表的是前一個(gè)孔的孔位，r表示的是分度圓直徑，而θ則代表的則是成孔的角度[2]。為了保證灌漿的牢固性，鉆孔的孔位選擇垂直鉆孔，也就是θ的取值為一個(gè)常量90°，從而便可以有效的固定灌注樁。除此之外還要規(guī)定一個(gè)合理控制的誤差，將孔位的誤差控制在±0.1之內(nèi)，以免影響后續(xù)的施工。根據(jù)實(shí)際灌漿作業(yè)面，選取回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)進(jìn)行施工，其孔深可控制在10厘米以內(nèi)。要求做到孔徑統(tǒng)一、孔壁平整，防止出現(xiàn)返漿等現(xiàn)象。

1.2 沖洗

當(dāng)完成鉆孔作業(yè)之后，孔底以及孔壁的位置會(huì)有一些雜物的殘留，因此需要進(jìn)行沖洗工作。沖洗時(shí)可以壓力水作業(yè)為主，使用高壓水槍先清理鉆孔位置，可以徹底的清潔孔洞內(nèi)部，當(dāng)重新鉆孔內(nèi)部的裂縫位置，需要控制高壓沖洗的壓力，若正常位置的沖洗壓力為P，則特殊位置的沖洗壓力為，使用這種方式來避免裂縫擴(kuò)張甚至開裂的情況發(fā)生[3]。在沖洗的過程當(dāng)中按照“孔底 -孔外”順序進(jìn)行作業(yè)，每次沖洗完成過后需要靜置10 min，這樣可以及時(shí)平衡孔內(nèi)的空氣和水氣，以確保良好的清理效果。

1.3 壓水

沖洗環(huán)節(jié)完成之后進(jìn)行鉆孔壓水，在全面了解施工環(huán)境的情況下，對(duì)鉆孔進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量，記錄下鉆孔深度、直徑等相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，并對(duì)鉆孔孔洞的滲透能力進(jìn)行研究。當(dāng)測(cè)量好水壓之后，從上至下進(jìn)行壓水工作，由此便可以保證接下來的工作可以順利進(jìn)行。

1.4 灌漿

按照水利施工工程的實(shí)際任務(wù)要求和環(huán)境情況選取適宜的灌漿設(shè)備以及漿液的成分。通常情況下施工的灌漿設(shè)備選用的是臥式單杠活塞灌漿泵，其灌漿作用的原理是在壓縮氣體壓力的影響下，逐漸形成間斷式的氣壓脈沖，當(dāng)鉆孔表面有漿液溢出時(shí)停止灌輸[4]。當(dāng)選好設(shè)備之后選擇灌漿漿液的成分以及相關(guān)參數(shù)，具體的參數(shù)設(shè)置值如表1所示。

表1 灌漿參數(shù)表

在表中的參數(shù)范圍之內(nèi)，考慮到不同水利施工工程的施工要求和各種客觀因素，基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)下水利施工工程在實(shí)現(xiàn)時(shí)進(jìn)行參數(shù)的具體計(jì)算和部分調(diào)整，接著從上向下分段進(jìn)行鉆孔的分段，每一個(gè)鉆孔劃分成為3～5 m的孔段，以此順序依次完成灌輸施工作業(yè)[5]。使用這種方式可以精確的控制每一個(gè)那段的漿液用量，有層次的將漿液壓入鉆孔的縫隙當(dāng)中，未灌入的部分還可以從回漿管當(dāng)中返回到拌漿筒當(dāng)中，也能夠?qū)崿F(xiàn)漿液的循環(huán)利用，得到更好的灌漿效果。

1.5 封孔

將以上的步驟完成之后即可進(jìn)入最后一步作業(yè)，即為封孔操作，在此基礎(chǔ)灌輸施工工程當(dāng)中使用粘液封孔器對(duì)地表凹穴進(jìn)行填補(bǔ)，使用的粘液封孔器的原理如圖2所示。

圖2 粘液封孔器原理圖

2 實(shí)現(xiàn)水利工程施工

按照基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)下水利工程的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行施工，大體可以將水利工程的施工環(huán)境分成兩類，一類是巖溶地形而另一種是嚴(yán)重漏水的施工環(huán)境，分別在兩個(gè)環(huán)境當(dāng)中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的水利施工工程。

2.1 巖溶地形下的施工環(huán)境

巖溶地形是水利施工工程當(dāng)中最常見的表面結(jié)構(gòu)之一，由于其特有的穩(wěn)定性對(duì)水利施工工程的質(zhì)量會(huì)有一定的影響。在添加填充物的同時(shí)，按照設(shè)計(jì)的施工工程流程進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿的施工操作。在此過程當(dāng)中未來保證基礎(chǔ)部位的穩(wěn)定性，需要精確的計(jì)算灌漿量和灌漿壓力的數(shù)值。由于在此環(huán)境當(dāng)中沒有其他元素對(duì)施工造成影響，所以灌漿的方式可以使用劈裂灌漿方式，在此方式下計(jì)算灌漿量需要考慮到灌漿類型、巖土的孔隙率以及漿液的充填程度，綜合所有的考慮因素可以利用公式2進(jìn)行計(jì)算。

(2)

式中：λ代表的是漿液灌入率，ρg為土顆粒相對(duì)密度，τ為初始孔隙比，W表示的是天然含水量，Wp表示的是塑限含水量，V為土體的體積[6]。在此基礎(chǔ)上便可以通過公式計(jì)算出具體的灌漿壓力，其中灌漿終壓的計(jì)算表達(dá)式如公式3所示。

(3)

式中：Hρ代表的是巖溶土層的灌漿厚度。另外按照類似的計(jì)算方法對(duì)灌漿的泵壓進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。

(4)

將計(jì)算出的數(shù)據(jù)具體的投入到實(shí)際施工當(dāng)中，最后封孔實(shí)現(xiàn)灌漿施工工程。

2.2 工程環(huán)境嚴(yán)重漏水

在水利施工工程當(dāng)中中，工程建設(shè)的環(huán)境時(shí)非常復(fù)雜的，特別容易出現(xiàn)漏損現(xiàn)象[7]。由于工程當(dāng)中有水的影響，會(huì)改變灌漿漿液的濃度和密度，所以需要對(duì)此進(jìn)行具體計(jì)算分析。首先要計(jì)算有漏水情況下灌輸漿液的密度，計(jì)算方式如公式5所示。

(5)

公中：m就是灌漿漿液的固體質(zhì)量，也就是溶質(zhì)質(zhì)量，V表示的是原始漿液當(dāng)中的液體體積，V0表示的是環(huán)境當(dāng)周漏水的水容量。計(jì)算出漿液的密度后，即可以計(jì)算漿液的濃度。

(6)

式中：m0的表示每一刻孔段灌輸?shù)臐{液質(zhì)量。灌漿作業(yè)需要按照漿液施工時(shí)的實(shí)際濃度進(jìn)行含量的調(diào)整，以此保證灌漿的質(zhì)量和漿液凝固后的牢固性能。

3 實(shí)驗(yàn)分析

針對(duì)基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)下的水利工程的牢固性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，分別選取巖溶地形和嚴(yán)重漏水的水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，此實(shí)驗(yàn)當(dāng)中使用傳統(tǒng)水利工程作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組，而設(shè)計(jì)完成基礎(chǔ)灌漿施工技術(shù)下的水利施工工程為實(shí)驗(yàn)組。兩個(gè)水利施工工程使用的鉆孔設(shè)備相同，實(shí)驗(yàn)環(huán)境盡量保證變量唯一。在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中首先按照不同的灌漿施工技術(shù)方法在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行灌漿處理，實(shí)驗(yàn)組按照設(shè)計(jì)的技術(shù)流程，選取適宜的打孔設(shè)備在右岸里程為k000+k180-k000+k200，且孔間排距為2.0 m的規(guī)格進(jìn)行打孔，調(diào)制灌漿液、灌輸并封孔完成水利施工工程的流程。對(duì)照組則按照傳統(tǒng)水利施工流程進(jìn)行灌漿作業(yè)，

最后用不同程度的壓力作用在已經(jīng)凝固的灌漿位置上，記錄不同壓力下灌漿位置的變化情況，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

從表1中的信息可以看出，當(dāng)外界施加的壓力至1 500 MPa時(shí)，對(duì)照組的位置已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的裂縫痕跡，而實(shí)驗(yàn)組表面依舊沒有明顯的變化，而當(dāng)壓力為2 000 MPa時(shí)，對(duì)照組已經(jīng)無法再繼續(xù)使用，而實(shí)驗(yàn)組表面只是出現(xiàn)了輕微的裂縫跡象。由此可以推斷出，在水利施工工程當(dāng)中使用基礎(chǔ)灌漿技術(shù)可以起到良好的應(yīng)用效果，水利施工工程的牢固性更強(qiáng)、質(zhì)量更高。

4 結(jié)語

綜上所述，在水利工程的施工項(xiàng)目當(dāng)中，各種技術(shù)是同的系統(tǒng)性和復(fù)雜性與諸多的環(huán)節(jié)有關(guān)，隨著水利工程施工要求的逐漸提升，施工單位需要借助更加科學(xué)和高效的技術(shù)來確保工程的質(zhì)量。在水利施工工程當(dāng)中應(yīng)用基礎(chǔ)灌漿技術(shù)，使得施工工藝得到了優(yōu)化和改善，同時(shí)也不斷的推動(dòng)中國水利工程建設(shè)的快速發(fā)展。