水利水電工程灌漿施工控制技術(shù)

郭世永 韓家梁

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

0 前言

現(xiàn)如今，灌漿施工技術(shù)作為水利水電工程中的常用施工技術(shù)，隨著水利水電工程的快速發(fā)展，灌漿施工技術(shù)工藝也逐步成熟。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，灌漿施工技術(shù)就是把漿液泵送到水利水電工程地基裂縫、斷層破碎帶或者建筑本身接縫處，通過(guò)漿液凝固后的性能來(lái)提高水利水電工程的整體穩(wěn)定性和抗?jié)B透性能。相對(duì)于常規(guī)工程項(xiàng)目，水利水電工程對(duì)于工程整體的質(zhì)量及抗?jié)B透性能將有更高的實(shí)際要求，而灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用則可以保證水利水電工程滿足相關(guān)要求，進(jìn)而促使灌漿施工技術(shù)在當(dāng)前水利水電工程中得到廣泛普及應(yīng)用。

1 工程概況

某水利水電工程項(xiàng)目位于山東省境內(nèi)，地處于暖溫帶季風(fēng)氣候，年降水相對(duì)集中，年平均氣溫介于11℃～14℃，全年無(wú)霜期超過(guò)180d。水利水電工程所處地區(qū)年平均降水量約為550mm～950mm，雖然降水量同比南方地區(qū)相對(duì)較少，但實(shí)際降水階級(jí)分布交不均衡，全年超過(guò)60%的降水量集中在夏季時(shí)分，極易形成洪澇災(zāi)害，反之，在冬季、春季以及秋季易出現(xiàn)旱災(zāi)，在該流域建設(shè)水利水電設(shè)施不僅可以有效提高雨季時(shí)的防洪防澇能力，還能將雨季時(shí)富裕的水資源進(jìn)行有效儲(chǔ)存，緩解旱季時(shí)水資源匱乏等問(wèn)題。某水利水電工程施工總體組織結(jié)構(gòu)主要分為決策層、管理層、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度層以及作業(yè)層4 個(gè)層次，具體情況如圖1所示。

圖1 某水利水電工程總體組織結(jié)構(gòu)圖

2 水利水電工程施工要求

水利水電作為現(xiàn)代公共服務(wù)設(shè)施中的重要組成內(nèi)容，其在施工過(guò)程中需要綜合考慮地質(zhì)、氣候、環(huán)境、人文等諸多設(shè)計(jì)，并在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，在保證施工順序、施工成本的情況下，合理設(shè)定水利水電工程建設(shè)目標(biāo)，為后續(xù)施工提高重要指導(dǎo)。其次，在施工階段，由于水利水電工程的特殊性，其在施工過(guò)程中將會(huì)設(shè)計(jì)到各類(lèi)危險(xiǎn)品以及種類(lèi)繁多的生產(chǎn)材料[1]。為能夠有效保障水利水電工程施工質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)品和材料的保存要求，科學(xué)確定危險(xiǎn)品和材料的保存方案，并將其進(jìn)行分類(lèi)存放，做好嚴(yán)格質(zhì)量檢查以及安全管理，保障材料質(zhì)量以及項(xiàng)目整體安全性。在施工進(jìn)行期間，需要做好材料性能和品質(zhì)檢測(cè)，有效降低材料風(fēng)險(xiǎn)，從而推進(jìn)工程進(jìn)度有序落實(shí)，也能夠保障工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。最后，項(xiàng)目施工單位還需要在施工中落實(shí)綠色生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展等綠色環(huán)保理念，嚴(yán)格遵循環(huán)境保護(hù)的相關(guān)要求。在施工進(jìn)行的過(guò)程中，針對(duì)廢棄物進(jìn)行規(guī)劃設(shè)置，這樣能夠保證所設(shè)置的施工環(huán)境更加綠色、環(huán)保，助推整個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)深穩(wěn)發(fā)展。

3 水利水電工程中灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用

在工程項(xiàng)目中，由于項(xiàng)目所處地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，共采用了固結(jié)灌漿、帷幕灌漿以及回填灌漿3 種灌漿施工技術(shù)。在具體施工過(guò)程中，灌漿用水將會(huì)在流域中就近取水，并通過(guò)泵送管將工程用水引到施工現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)水利水電工程的施工要求以及就近原則，在施工現(xiàn)場(chǎng)附近設(shè)置電箱，并通過(guò)電纜線架設(shè)的方式將電纜引入現(xiàn)場(chǎng)，滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用電需求的同時(shí)，減少施工操作運(yùn)行對(duì)社會(huì)的影響，保障施工安全。

同時(shí)，考慮到施工過(guò)程中可能會(huì)存在粉塵、噪聲、廢氣、固體污染以及水污染等情況[2]。工程中將會(huì)配置有3 臺(tái)灑水車(chē)，并在施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和周邊道路進(jìn)行灑水抑塵；施工區(qū)域設(shè)置有氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)大氣污染情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排污量較大的車(chē)輛和燃油設(shè)備配置有尾氣凈化設(shè)備；施工中采用低噪聲施工設(shè)備，降低噪聲源產(chǎn)生的噪聲，并在施工現(xiàn)場(chǎng)面向居民方向設(shè)置有隔音板，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)員工配置有隔音耳罩，提高員工個(gè)人噪聲污染防護(hù)能力；施工現(xiàn)場(chǎng)就近設(shè)置有廢水處理池、收集和處理施工中所產(chǎn)生的各類(lèi)廢水，并在廢水處理后用于現(xiàn)場(chǎng)灑水抑塵。

3.1 固結(jié)灌漿

在工程項(xiàng)目中，固結(jié)灌漿主要采用單孔灌漿法進(jìn)行施工。在施工過(guò)程中，施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔，實(shí)際孔深需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，通常鉆孔深度為5m～8m，具體鉆孔過(guò)程中的誤差值需要以表1 為依據(jù)，結(jié)合工程項(xiàng)目鉆孔深度情況進(jìn)行具體確定。在實(shí)際灌漿作業(yè)過(guò)程中，除部分巖石特別破碎區(qū)域或者漿液顆粒相對(duì)較大等情況，均可以通過(guò)一次性全孔灌注[3]。具體漿液濃度可以根據(jù)表2 中的混合比例進(jìn)行由稀到濃進(jìn)行依次配制和混合。

表1 鉆孔深度與允許偏差值

表2 漿液濃度依次配比標(biāo)準(zhǔn)

此外，在施工過(guò)程中，需要在漿液澆灌注過(guò)程中根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制灌注壓力，通常灌注壓力最大值會(huì)根據(jù)不掀動(dòng)基礎(chǔ)巖石為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，以此來(lái)保障漿液灌注壓力的同時(shí)，減少對(duì)水利水電工程基礎(chǔ)的擾動(dòng)情況。若是在施工過(guò)程中出現(xiàn)串漿情況，那么施工人員便可以采用群孔并聯(lián)的方式進(jìn)行灌漿，但灌漿過(guò)程中所采用的群孔數(shù)量應(yīng)不多于3 個(gè)，并且在灌漿過(guò)程中也同樣需要嚴(yán)格控制灌漿壓力[4]。若是在灌漿過(guò)程中出現(xiàn)漿液供應(yīng)中斷情況，那么施工人員應(yīng)立刻采用補(bǔ)漿措施保障漿液供應(yīng)的連續(xù)性。通常在進(jìn)行灌漿作業(yè)期間，要嚴(yán)格按照灌漿規(guī)格和實(shí)踐要求，對(duì)具體的灌漿處理方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，進(jìn)一步規(guī)范具體的灌漿作業(yè)流程，督促施工人員嚴(yán)格按照施工秩序規(guī)范作業(yè)。在借助機(jī)械進(jìn)行施工期間，需要對(duì)壓力指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范設(shè)置，保證灌漿填充更加充實(shí)。

3.2 帷幕灌漿

在帷幕灌漿施工過(guò)程中，為保證水利水電工程的整體施工質(zhì)量，將會(huì)嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行施工，并在施工過(guò)程中將基礎(chǔ)灌注帷幕孔分為若干的施工區(qū)，然后再見(jiàn)每個(gè)施工區(qū)根據(jù)次序加密施工作業(yè)的要求劃分成為2 個(gè)次序，分別記為Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，先對(duì)Ⅰ序孔進(jìn)行帷幕灌漿，然后再對(duì)Ⅱ序孔進(jìn)行帷幕灌漿[5]。施工中，根據(jù)工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)人員最終確定相鄰次序灌漿孔之間的距離應(yīng)超過(guò)15m，該距離不僅可以有效保證水利水電工程巖石基礎(chǔ)段帷幕灌漿施工質(zhì)量，還能夠有效控制整體施工成本。

此外，在巖石基礎(chǔ)段鉆孔作業(yè)過(guò)程中，由于巖石硬度相對(duì)較高，所以在鉆孔過(guò)程中注意采用地質(zhì)回旋鉆機(jī)，具體鉆孔直徑則需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行靈活確定，鉆頭作為鉆機(jī)的重要組成部分，其將會(huì)直接影響鉆機(jī)的工作效率及效果，在對(duì)市場(chǎng)上各類(lèi)鉆頭進(jìn)行綜合分析后選用了金剛石鉆頭，以此來(lái)保證鉆機(jī)的工作效率。巖石基礎(chǔ)段的灌漿作業(yè)將會(huì)與鉆孔作業(yè)同步進(jìn)行，具體施工中會(huì)采用“自上而下”的順序進(jìn)行分段鉆進(jìn)，分段灌漿的方式進(jìn)行，其中接觸段的長(zhǎng)度應(yīng)控制在2m 以內(nèi)，其他鉆孔段的長(zhǎng)度則應(yīng)控制在5m～6m[6]。在每鉆進(jìn)段完成鉆進(jìn)以后，施工人員還需要通過(guò)測(cè)斜儀對(duì)鉆孔斜度進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)一步確保鉆孔能夠滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

3.3 回填灌漿

在工程項(xiàng)目中，部分區(qū)域需要采用預(yù)埋灌漿管的方式進(jìn)行回填灌漿。在具體施工過(guò)程中，施工人員需要先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在工程項(xiàng)目區(qū)域中合理埋設(shè)預(yù)埋灌漿管，并在灌漿管埋設(shè)過(guò)程中通過(guò)黑鐵管將灌漿管引到孔洞以外，并使用膨脹螺絲將灌漿管進(jìn)行有效固定。在回填灌注過(guò)程中，為防止灌漿管出現(xiàn)脫落等情況，綜合保證灌漿質(zhì)量，應(yīng)以7d 為一個(gè)周期對(duì)灌漿管的具體固定情況、布局情況進(jìn)行深入檢測(cè)。當(dāng)然，鑒于回填灌漿施工中所涉及的灌漿孔數(shù)量相對(duì)較多，所以在具體檢查過(guò)程中可以采用抽樣檢查的方式來(lái)確定灌漿孔的質(zhì)量情況，并在對(duì)選定灌漿孔進(jìn)行質(zhì)量檢查過(guò)程中，應(yīng)保證抽檢的灌漿孔數(shù)量不少于灌漿孔總數(shù)的5%，并且在所有檢測(cè)灌漿孔中，如果合格率超過(guò)80%，那么便視作為質(zhì)量合格，反之則質(zhì)量不合格。在具體灌漿過(guò)程中，施工人員可以通過(guò)鉆孔灌漿法，按照2︰1 的水灰比制備灌漿所需漿液，然后在灌漿初始10min 內(nèi)，應(yīng)確保灌漿總流量不超過(guò)10L[7]，以該速度進(jìn)行緩慢灌注，保證灌漿質(zhì)量及效果。

4 水利水電工程施工試驗(yàn)

4.1 裂縫沖洗

在工程項(xiàng)目中，完成帷幕灌漿接觸段鉆孔以后，須對(duì)接觸段進(jìn)行裂縫沖洗作業(yè)。首先，選取壓力水脈動(dòng)法對(duì)單孔裂縫和串通孔裂縫進(jìn)行全面沖洗，如果實(shí)際沖洗效果較差，那么還可以選取風(fēng)水沖洗法對(duì)裂縫進(jìn)行循環(huán)沖洗。其次，裂縫沖洗水壓力應(yīng)控制在灌漿壓力的80%左右，而在選取風(fēng)水沖洗法進(jìn)行裂縫沖洗時(shí)，則應(yīng)將沖洗壓力控制在灌漿壓力的50%左右。最后為保證整體沖洗成效，裂縫沖洗結(jié)束時(shí)間應(yīng)控制在回水變清10min 以后，通常情況下單孔裂縫的實(shí)際沖洗時(shí)間應(yīng)控制在10min 以上，而串通孔裂縫的實(shí)際沖洗時(shí)間則應(yīng)控制在2h 以上，直至單孔裂縫內(nèi)殘留物的厚度控制在20cm 以內(nèi)為止。

4.2 壓水試驗(yàn)

在灌漿前，需要通過(guò)壓水對(duì)灌漿孔進(jìn)行裂縫沖洗，為后續(xù)灌漿質(zhì)量的有效提升打下良好基礎(chǔ)。通常情況下，灌漿孔沖洗會(huì)采用單孔沖洗法，沖洗水壓力控制在灌漿壓力的80%作業(yè)，待回水澄清以后，可立即停止灌漿孔沖洗作業(yè)。待完成灌漿孔沖洗以后，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員還需要根據(jù)“由上及下”的順序?qū)ο葘?dǎo)孔進(jìn)行逐段壓水試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員需要通過(guò)五點(diǎn)法對(duì)先導(dǎo)孔段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通過(guò)單點(diǎn)法對(duì)帷幕灌漿進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力應(yīng)控制在最大灌漿壓力的80%以下。通常情況下，帷幕灌漿過(guò)程中的簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)需要結(jié)合裂縫沖洗一同進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間控制在20min 左右，具體壓水試驗(yàn)過(guò)程中的流量變化情況應(yīng)每間隔5min 進(jìn)行一次記錄。

5 水利水電工程灌漿施工技術(shù)的質(zhì)量管理措施

5.1 強(qiáng)化漿液配合比控制

在水利水電工程灌漿施工過(guò)程中，由于地質(zhì)、氣候、環(huán)境等很多因素的影響，具體施工中所采用的漿液配合比以及漿液混合材料也將會(huì)一定差異，想要有效提高水利水電工程灌漿施工質(zhì)量，就必須合理控制漿液配合比，科學(xué)選擇漿液混合材料[8]。此外，在具體施工過(guò)程中，施工人員還需要在漿液配置完成后，對(duì)漿液的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)分析，以此來(lái)直觀判斷漿液的配置質(zhì)量。通常來(lái)說(shuō)，如果漿液配置過(guò)程中摻入減水劑，那么漿液的流動(dòng)值應(yīng)控制在25s 以上，如果漿液配置中未摻入減水劑，那么漿液的流動(dòng)值便應(yīng)控制在16s以上，當(dāng)然，為保證項(xiàng)目整體質(zhì)量，漿液的流動(dòng)值一般需要控制在40s 以下，如果不滿足上述要求，那么應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)材料配合比進(jìn)行合理優(yōu)化[9]。

5.2 灌漿壓力控制

水利水電工程灌漿壓力控制方法主要有2 種，分別為一次性升壓法和分段升壓法。其中一次性升壓法大多應(yīng)用于裂縫發(fā)育較差、透水性較低、并且?guī)r石層較為堅(jiān)硬和完整的區(qū)域；分段升壓法則多用于基礎(chǔ)滲透性較強(qiáng)的區(qū)域。如果在應(yīng)用分段升壓法過(guò)程中出現(xiàn)某級(jí)壓力下單位吸漿量超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況，那么應(yīng)立即降低一級(jí)灌注壓力，然后再進(jìn)行實(shí)際灌注作用。通常來(lái)說(shuō)，分段升壓法不應(yīng)設(shè)置過(guò)多壓力分級(jí)，一般分級(jí)不應(yīng)超過(guò)3 個(gè)，而在采用三級(jí)升壓法時(shí)，可以將注漿壓力確定為0.4、0.7、1 或者0.5、0.8、1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

5.3 加強(qiáng)各部門(mén)溝通交流效果

一直以來(lái)，水利水電工程各部門(mén)之間的溝通交流效果都相對(duì)較弱，其一方面導(dǎo)致項(xiàng)目施工中協(xié)調(diào)管理難度相對(duì)較大，另一方面也會(huì)在一定程度上影響項(xiàng)目進(jìn)程，增加項(xiàng)目整體建設(shè)成本。對(duì)此，應(yīng)基于信息技術(shù)構(gòu)建水利水電工程管理信息平臺(tái)，并要求各部門(mén)在施工過(guò)程中均需要將工程中所涉及到的各類(lèi)信息上傳到平臺(tái)中，以此來(lái)加強(qiáng)各部門(mén)之間的數(shù)據(jù)交互效果，同時(shí)也能夠方便項(xiàng)目管理人員根據(jù)各部門(mén)之間的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)比對(duì)設(shè)計(jì)方案與實(shí)際進(jìn)程之間的差異情況，快速發(fā)現(xiàn)和處理施工進(jìn)程中存在的問(wèn)題，保障水利水電工程灌漿施工質(zhì)量。此外，在溝通中還需要明確灌漿作業(yè)中可能存在的不良風(fēng)險(xiǎn)，然后在互動(dòng)交流的過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)制定預(yù)處理方案，以便在遇到操作隱患時(shí)能夠有效規(guī)范和控制。

5.4 加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)督管理

在施工過(guò)程中，項(xiàng)目應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量監(jiān)督管理工作。以灌漿孔質(zhì)量檢查為例，在對(duì)灌漿孔進(jìn)行質(zhì)量抽查時(shí)，質(zhì)量檢查人員應(yīng)通過(guò)測(cè)量巖體波速、靜彈性模量等方式對(duì)灌漿孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，質(zhì)量檢查人員還需要通過(guò)試驗(yàn)檢查的方式對(duì)灌漿孔進(jìn)行質(zhì)量檢查。在進(jìn)行檢查時(shí)，需依托先進(jìn)技術(shù)載體，對(duì)灌漿的粘稠度、泥漿濃度、吸收率等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合檢測(cè)，并綜合國(guó)家所提出的灌漿操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入統(tǒng)計(jì)、對(duì)比和分析。在對(duì)灌漿孔質(zhì)量進(jìn)行判斷過(guò)程中，應(yīng)以測(cè)試檢驗(yàn)結(jié)果為主，試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果為輔，2 種檢測(cè)方式綜合對(duì)灌漿孔質(zhì)量進(jìn)行判斷。在完成檢測(cè)以后，所有檢測(cè)結(jié)果僅需要以電子數(shù)據(jù)和紙質(zhì)文檔2 種形式進(jìn)行歸檔，其中電子數(shù)據(jù)應(yīng)上傳到信息管理平臺(tái)中，以此來(lái)為各部門(mén)判斷灌漿孔質(zhì)量問(wèn)題的成因提供重要參考，進(jìn)而為后續(xù)施工工藝完善提供支持，從而促進(jìn)灌漿工藝不斷優(yōu)化和改進(jìn)，提高整合的施工成效。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如今各地區(qū)水利水電工程數(shù)量也在持續(xù)增長(zhǎng)。在該背景下，為能夠進(jìn)一步提高水利水電工程施工質(zhì)量，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┍憷?，?yīng)在水利水電工程施工過(guò)程中科學(xué)應(yīng)用灌漿施工技術(shù)、優(yōu)化灌漿施工工藝，加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理，多方面保證灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用成效，綜合保證水利水電工程的質(zhì)量，控制施工成本，推動(dòng)我國(guó)水利水電工程的進(jìn)一步發(fā)展。