水利水电施工技术和灌浆施工的应用

水利水电施工技术和灌浆施工的应用

周益军

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001

摘要：我国综合国力的持续提升，使水利水电工程行业快速发展。水利水电工程由于其施工难度大、施工环境复杂等因素，会消耗大量的资源、时间、人力、成本，因此使用合理的施工技术，可以降低施工难度，加强施工质量。综上所述，本文将对水利水电工程施工技术进行分析，同时结合实际案例讨论灌浆施工技术的应用要点，以期加强水利水电工程施工效率与质量。

关键词：水利水电；施工技术；灌浆施工；技术应用

前言：水利水电工程具备很强的整体性与系统性，会涉及诸多领域与学科，因此水利水电工程项目的主要特点为专业性、技术性。水利水电工程中会使用多种施工技术，灌浆施工技术作为其中十分重要的组成部分，施工企业应针对不同情况采用合理的灌浆施工技术，如高压喷射灌浆、帷幕灌浆等，才能获得良好的施工效果，为企业利益提供保障，减少资源浪费，促进企业获得长远发展。

1. 水利水电施工技术主要类型

1. 灌浆施工技术

水利水电工程种类繁多，针对不同工程的特点与环境，会应用不同的施工技术，尤其对于灌浆施工技术来说，主要包含帷幕灌浆、高压喷射灌浆等多种方法，因此施工企业在施工之前，应对水利水电工程项目实际环境、地质情况全面调查，选用合理的灌浆施工技术，才能加强水利水电工程施工质量与效率。

2. 高科技仪器技术

水利水电工程受到了国家与人民的高度重视，因此大量的高科技仪器被应用在工程项目过程中。使用高科技的最新仪器，可以加快工程施工速度，优化施工过程，将高科技仪器设备的价值与优势充分发挥，从根本上加强水利水电工程的可靠性与安全性，解决传统水利水电工程施工过程中存在的问题与缺陷，帮助施工企业节省资金、人力、精力，促进水利水电工程行业获得持续优化与发展。

3. CAD技术

水利水电工程经常会应用到CAD技术，这种技术会利用计算机，将相关软件的作用充分发挥，从而为水利水电工程起到良好的辅助作用^[1]。近几年来我国计算机水平快速提升，CAD被应用在水利水电工程中也是未来发展的主要趋势，从而加强工程项目各个环节的控制，加强水利水电工程的严谨性与逻辑性，同时还可以帮助工作人员降低工作难度，加强水利水电工程的整体建设水准。

4. GIS技术

GIS技术也可以将其称之为地理信息系统技术，由于水利水电工程经常会遇到复杂的地质条件、环境，因此使用GIS技术可以对周边环境、地质条件进行更好地勘查与检测，从而制定合理施工方案，避免施工中发生设计变更等问题，为企业节省施工成本，加强水利工程建设效率。

2. 水利水电灌浆施工技术应用要点

1. 帷幕灌浆施工技术应用要点

1. 工程概述

某水利枢纽工程项目，建设完成后期汛期洪水起调水位与死水位为48.3m，防洪高水位为62m，水库整体容量为35.4亿^[2]。其中电站装机整体容量为170万千瓦，年发电量可以达到62.3千瓦时。由于此工程具备十分复杂的岩溶地层地质条件，施工企业为了获得更好的施工效果，对不同的灌浆施工技术进行了实验，对比施工技术的可行性与施工质量，主要选用了帷幕灌浆施工技术中的大直径钻灌工艺与分段全孔注浆工艺进行对比，结果证明分段注浆法更适合本工程的实际情况，还可缩短施工时间，耗时对比图见图表1.

2. 灌浆设计方案

本工程使用的帷幕灌浆孔主要采用分序加密的方式完成钻孔灌浆。孔距浆液存在扩散半径，会受到多方面因素的影响，其中包含浆液流变特性、凝结时间、注浆压力等，如果地层岩性较为均匀，可以使用公式对相应参数进行计算，但对于灰岩地层来说，应在施工现场进行实验，从而加强孔距设置的合理性。本工程的灌浆孔距为2.0m，勘查人员结合地质勘查的结果，发现表层含有强烈溶蚀风化带，内部同时还拥有较多岩溶管道，透水性较强，属于强透水岩体类型，应注重防渗漏施工处理。

3. 选择施工设备

由于此工程面临十分复杂的岩溶地区地质情况，需要针对不同岩层使用不同的施工工艺，因此选择了适用性较强的钻机钻具。其中主要包含XY-2型钻机等，这种钻机不仅可以适应较为复杂的地层与地质，还可以满足多种钻进工艺需求，同时还可以减少噪音与粉尘。本工程选用钻具的过程中，结合地质情况、区域特点、钻机数目、钻孔数量等因素，选择了Φ89mm的灌浆管作为主要钻具。

4. 选择灌浆材料

灌浆施工对回填混凝土进行灌注的过程中，若工程中含有无充填溶洞，可以使用细石混凝土达到良好的回填与封堵效果，确保封堵长度超过2m，同时不能超过溶洞洞泾三倍，细石混凝土应满足相应工作性能，详情见表1.

表1回填混凝土材料相关工作性能数据表

5. 特殊情况处理方法

由于该工程帷幕灌浆施工区域处于地下，无法充分掌握施工过程的各种情况，例如冒浆、未吸浆、涌水、无法灌浆等。尤其在岩溶地区进行帷幕灌浆施工，经常会遇到的问题就是溶洞与暗河、溶蚀裂缝等。该工程主要面对的问题为冒浆、灌浆量超过预期、灌浆压力突然增强，工作人员使用了合理的措施进行处理，因此在帷幕灌浆施工过程中，应注意以下几点问题：第一，若发生冒浆^[3]、大量浆液不知去向等情况，应及时进行封堵、引流等有效处理。第二，多个灌浆孔发生贯通问题，工作人员应进行多孔共同灌浆操作，若无法同时施工，应彻底清洗串浆孔，确保下孔的灌浆质量。第三， 应确保灌浆施工作业的连续性，如果出现中断，要尽快恢复正常灌浆，不然则需彻底冲洗钻孔，之后加快恢复灌浆速度。若无法进行冲洗或冲洗效果较差，应扫孔处理。第五，在进行灌浆施工过程中，如果发生浆失水逐渐变浓的情况，应增加一定的灌浆压力，还可以使用分段阻塞循环式灌注方法；更换新浆，应注意新浆水灰比与旧浆完全一致；对灌浆孔进行加密；如果发生普遍的浆水回浓问题，可以使用细水泥浆、化学浆液等完成灌注。

2. 高压喷射灌浆施工技术应用要点

1. 工程概述

某省水库工程，距离市区约3公里，水库大坝性质为均质土坝，拦河坝最高高度为24m，顶长为1564.5m，坝顶宽度为8m，坝顶高度为120.3m；顺河坝的最大坝高度为16.52m，坝顶长度为19456.3m，坝顶部宽为7m，坝顶高程在110.8-110.5m范围内，库容最大可达到9.32亿 ，其中包含7孔泄洪闸，泄流量最高达到7235 。为加强该水库的防洪效果，因此使用高压喷射灌浆施工技术对该水库进行加固施工。

2. 施工设备选择

本次工程使用了地质钻机、泥浆泵等相关施工设备，详情见表2。

表2工程设备计划与实际投入数据表

3. 施工物资与水电供应

该工程项目使用的水泥材料由市区内的水泥厂提供，同时工程项目还采购了膨润土，施工用水从水库中取水，施工现场使用了一台变压器，为工程项目提供电力支持，同时施工企业还在现场配置了一套200KVA发电机组供项目使用。

4. 施工工艺

施工团队在坝段中一共布置了394个孔位，将孔位编排顺序，孔号字头以高喷拼音字母缩写成GP，序号分别为GP001——GP394^[4].将工程整体划分成五个分布工程，在前四个分布工程中含有9个单元，每个单元中包含9个孔。为了避免在进行高压喷射灌浆施工过程中相邻的两个钻孔出现串孔、塌孔问题，施工过程依据单元进行，对每个单元内容钻孔划分成3序，将1、4、7号孔设置为Ⅰ级孔，2、5、8号设置为Ⅱ级孔，3、6、9设置为Ⅲ级孔。之后依据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的顺序进行施工。施工流程为：钻孔→高压喷射设备就位，对水、气、浆的压力进行调试→下三重管→高压喷射灌浆施工→检测进浆与回浆之间的比重；检查是否存在漏浆、冒浆问题；处理漏浆情况→拔出套管进行终喷，之后完成静压灌浆→继续施工下一孔位。

5. 造孔技术要点

第一，施工人员依据孔位布置平面图中内容利用经纬仪进行孔位确定，确保实际孔位位置与设计位置的偏差小于5cm。第二，将钻机摆放至合理位置后，施工人员使用水平尺进行粗略平整，之后利用经纬仪确保钻机主轴与水平面保持垂直状态，再将钻机进行固定，确保钻孔拥有合理的垂直度。第三，终孔直径与钻机开孔直径保持相同，施工人员将钻孔深度控制在进入第三纪粘土岩后，超过1m范围内。第四，施工人员使用金刚石钻头处理上部黏土层与砂层部分，之后利用泥浆达到护壁效果。使用合金钻头处理下部砂卵石层与粘土岩部分，之后泥浆护壁并将芯取出进行检查与检定。处理塌孔时，将惰性材料投入漏水段中，可以起到堵漏固壁的效果。第五，现场管理人员记录了钻进全部过程，同时还记录了下地层、岩性、孔深、塌孔、钻进时间等相关数据。第六，确保孔深可以完全符合施工设计要求后，施工人员将孔内残留岩芯全部捞出，避免出现孔内沉淀问题对钻孔进行全面冲洗，确保高喷管可下至孔底进行作业。第七，施工团队将空斜率控制在≤0.8%范围内，每10m进行一次斜度测试

^[5]，终孔后同样进行一次测试，确保孔倾斜方向与孔斜率符合施工要求。其中含有部分孔位不符合孔斜率要求，施工人员对其进行了充分扫孔处理，将孔斜纠正至合理范围内。管理人员确定全部孔位测斜合格后，要求施工人员将钻机移至下一孔位继续进行施工操作。

6. 制浆技术要点

第一，施工人员依据浆液干料配比要求对各项原料进行精准称重，将误差控制在低于5%范围内。第二，该工程使用了符合我国建材标准要求的硅盐酸水泥，管理人员检查对全部水泥材料出厂检验报告进行了审核，进场后安排专人对水泥存储养护，弃用发生结块、受潮问题的水泥材料。第三，使用的粘性土材料为具备较强分散性的钙质膨润土，经过粉碎加工处理后具备合理细度。第四，依据《砼拌和用水标准》选取合适的制浆水。第五，将浆液搅拌市场控制在10分钟，制备完成后的四小时内使用，若超过该时间应放弃使用。第七，该工程施工过程中正值温度较高的季节内，施工人员使用了防晒与保温措施，确保浆液温度处于5-40 范围内。

7. 高压喷射灌浆要点

第一，施工人员进行高压喷射灌浆过程中，依据单元进行Ⅲ序施工，三天后对相邻的两孔中另一孔进行施工。第二，将高压喷射管下至孔内之前，工作人员对地面进行了试喷操作，同时全面检查机械与管路的实际运行状况，结合实际情况对喷射方向与摆动角度进行灵活调整。第三，喷射管下到符合设计深度要求的位置后，依据施工要求与相关参数，将水、气、浆送入。浆液从孔口冒出后，依据使用要求进行边提升、边喷射、边摆动的操作，以自下至上的方向进行喷射，直到达到高度要求。第四，进行喷射时，管理人员对每个施工环节的实际运行情况进行实时检查，确保各项施工参数正常、处于合格范围内，尤其对于水压、浆压、浆量、进出浆比重方面会认真检查。第五，使用从下至上的全孔连续作业方式进行高压喷射灌浆，在进行喷射时，为了避免出现埋管、抱管等问题，应在施工现场做好提前准备，缩短施工时间。确保中间拆卸喷射管的搭接长度要超过0.2m。第六，施工时确保孔内浆液可以畅通进行上返，避免使坝体发生劈裂等情况。第七，高压喷射灌浆达到施工设计要求后，及时停水、停风，利用灌浆泵继续进行灌浆作业，孔口返出水泥后，可停止灌浆操作。第八，完成高压喷射灌浆操作后，工作人员使用水泥粘土浆液进行回灌，直到孔口浆面不会继续下降。第九，完成喷射灌浆时，工作人员彻底清洗各个管路，避免发生管路堵塞。

结语：水利水电工程具备独特的特点，同时也会经常面临不同的地质条件、环境、天气，因此使用合理的施工技术，可以使水利水电工程施工水平获得质的飞跃与提升。灌浆施工技术作为水利水电工程中的重要组成部分，施工企业应结合工程实际特点，考察地质、环境、天气等方面因素，选取合适的灌浆施工技术，从而有效加强水利水电工程施工效率与质量。

参考文献：

[1]杨通.水利水电工程灌浆施工技术与质量管理研究[J].建筑与装饰,2020,(26):184,186.
[2]俞奇.水利水电工程施工中灌浆技术的应用[J].中国房地产业,2020,(24):218.
[3]寇社民.水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术研究[J].水利科技与经济,2020,26(8):84-88. DOI:10.3969/j.issn.1006-7175.2020.08.021.
[4]王博.水利水电工程灌浆施工技术与质量管理的策略分析[J].四川水泥,2020,(7):172,174.
[5]白永喜.浅谈水利水电工程灌浆施工技术与质量管理的策略[J].城镇建设,2020,(5):357-358.