水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法

引言

由于地基地层的复杂性，除了常规的完整岩层地层之外，还有很普遍的特殊地层存在情况。特殊地层的出现主要是指特殊的地层由于地质构造作用或者是沉积构造作用以及风化构造作用形成的具有特殊物理力学性能和特殊构造特征的地层，例如岩溶地层、砂卵石地层、软弱夹层地层、高裂隙发育地层等。特殊地层的灌浆施工和正常地层的灌浆施工不同，具有非常特殊的施工特点，研究水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆施工具有很大的必要性。

一、岩溶地层灌浆方法

1. 溶洞探测与分类处理

灌浆前采用地质雷达、钻孔 CT、孔内电视等先进技术与钻孔取芯相结合对溶洞的部位、大小、形状、溶洞的充填物进行全方位检测，按溶洞的大小进行溶洞分型，如：小型溶洞( 直径 <2m) 、中型溶洞 (2m⩽ 直径 <5m) 、大型溶洞( 直径 ⩾5m} )。对溶洞无充填物或充填物为松散体 ( 砂、黏土 ) 的小型溶洞采用水泥灌浆增加水灰比 (1:1^～0.6:1) 及间歇灌浆法 ( 暂停一段时间，待初凝浆后再继续灌浆，减少浆液流失 )。对溶洞有充填物 ( 砂、黏土 ) 的小型溶洞采用高压水冲开钻孔，冲走其充填物松散体部分后灌注水泥 - 黏土混合浆液，利用黏土的黏滞性，提高灌浆液的滞留率。对中型溶洞采用骨料填充 + 灌注法灌浆，向溶洞内注入级配碎石 5^～20mm 或卵石 ) 进行填充溶洞体积的 60%～70% ，形成溶洞的支架体，然后通过预埋灌浆管灌注水泥 - 水玻璃双液浆（水玻璃模数 ，水泥 : 水玻璃体积 1:0.5^～1:1 ，双液浆具有浆凝时间快的特点，可通过对双液浆配比控制凝固时间 (30s^～5min) ），可填充骨料间隙并形成固定固体结石。对于大型溶洞或暗河采用膜袋灌浆法施工，即将预先准备好的抗拉强度⩾15kN ／ m 的高强度土工布袋由钻孔下入溶洞内，向布膜袋内灌注水泥浆液，将膜袋撑开使其贴紧溶洞壁，待布袋内水泥浆凝固后，向布袋溶洞壁间夹缝内再灌注浆液，将大型溶洞灌注填塞，杜绝水泥大量跑冒。

2. 循环灌浆与限量灌浆技术

针对岩溶地层浆液易流失的现象，采用循环灌浆法，在灌浆孔内设置灌浆上、下管 2 个灌浆管，上管为进浆管，下管为回浆管，浆液从进浆管流入，借助压力作用向四周扩散，已凝浆液从回浆管回到浆液搅拌池重新利用，避免浆液浪费。采用有限灌浆法，根据溶洞体积计算灌浆浆液量，确定单孔最大灌浆量，当灌浆量达到最大灌浆量，灌浆压力未达到设计压力时，停止， 24^～48h 复灌，多复灌次逐渐充填溶洞，加大灌浆效果。

二、砂卵石地层灌浆方法

1. 钻孔固壁与护壁技术

为预防钻孔坍塌，选用泥浆护壁，配制优质膨润土泥浆（黏度 、密度 ），边钻进边向孔内灌浆，通过钻孔泥浆的粘着性和静压力在钻孔孔壁形成泥皮，阻止钻孔孔壁坍塌。地层颗粒级配极差、易坍塌的砂卵石地层，选用套管钻进，选用壁厚 5^～8m 的钢制套管，钻进时同时将套管下入孔内，钻孔达设计灌浆深度时，灌浆结束，根据设计要求确定是否拔除套管（永久管可留在孔内防渗）。

2. 浆液改良与分段灌浆法

针对砂卵石地层难以滞留浆液问题，改变灌浆浆液类型，采用水泥 - 水玻璃双液浆或水泥 - 膨润土 - 粉煤灰浆液，水泥 - 水玻璃双液浆凝固时间快，在砂卵石孔中迅速形成结石，水泥- 膨润土- 粉煤灰浆液（水泥: 膨润土: 粉煤灰，质量比 1:0.2:0.3）具有粘滞性强，保水性好的特点，可以降低浆液渗透流失速度，采用分段灌注法，对灌浆孔按一定深度（每段 3^～5m ）分为数段，自下而上逐段进行灌浆，每段灌浆完毕，待浆液凝固（一般 24h^⋅ ），然后逐段上段钻孔灌浆，分段施工，防止浆液在长孔段大量流失，提高每段灌浆质量。

3. 高压喷射灌浆辅助技术

对于侵入性强、灌浆无济的砂卵石地层，采取高压喷射灌浆法作为辅助措施，用高压泵将水泥浆液 ( 压力 ) 从喷嘴喷射出来，使其形成高速射流，喷射切割砂卵石地层，使浆液与沙卵石颗粒搅拌混合，待固结后形成直径为 的柱状结石体。根据工程需要可以采用单管法 ( 喷水浆 )、双管法( 喷水浆 + 厎压缩风 )、三管法 ( 喷水浆 + 厎压缩风 + 厎高压水 )，多排高压喷射桩搭接形成连续防渗帷幕，结合常规灌浆，以进一步提高砂卵石地层的防渗性能。

三、软弱夹层地层灌浆方法

1. 夹层精准定位技术

采用定向钻进法，结合地质探查资料，掌握软弱夹层的走向和倾角，通过改变钻孔直径，使孔恰好穿过软弱夹层。并采用孔内电视成像技术，在孔内放入微型摄像头，查看孔壁，明确软弱夹层位置和厚度，为安装灌浆管提供数据资料。针对厚度较薄 ( <5cm⟩ 的软弱夹层，采用小口径钻进 ( 钻孔口径范围为 50^～75mm) 的方法，减小钻孔对夹层的影响程度，提高钻孔精度。

2. 低压慢灌与挤密灌浆工艺

考虑到软弱夹层强度低、易变形的性状，采用低压慢灌法，控制灌浆压力 ( 对于一般地层，灌浆压力为 1.0^～2.0MPa) ，灌浆流量 5^～10L/min ，缓慢注入浆液，避免对夹层产生很大的挤压，防止夹层剪切破坏，采用挤密灌浆法灌注浆液，浆液注入很慢，对软弱夹层产生挤密作用，挤出夹层中孔隙水，增加夹层密实度；对黏土质软夹层注入水泥 - 石灰混合浆液 ( 水泥：石灰 =3 ：1^～4:1) 时，由于石灰对黏土的塑性和强度有改善作用，从而能够提高夹层抗剪强度。

3. 界面增强与复合灌浆技术

针对软弱夹层和上部硬质岩层结合力弱的问题，采用界面加固法，灌浆前先以高压水 (1.0^～1.5MPa)^～ ) 冲洗夹层与岩层间的界面处风化碎屑及泥质薄膜，再灌注低稠度水泥浆 ( 水灰比为 ，浸润界面，增强浆液与界面之间的粘结力。对重要工程的软弱夹层采用复合灌浆法，先采用普通水泥灌浆，形成初加固体，再在灌浆孔周围设置微型桩 (100^～150mm) )，在微型桩的支承作用下，增强地基承载力，确保软弱夹层地层的长久稳定。

结语

总之，特殊地层的灌浆技术是水利水电工程地基处理永恒的研究课题，需要科研人员和工程技术人员不断创新、不断研发，相信特殊地层的灌浆技术将不断突破瓶颈向着更高效、更绿色、更智能的方向迈进，为我国水利水电工程高质量发展、可持续发展提供更加强大的技术支撑，为实现水资源优化配置、高效利用，为促进经济社会发展、建设美丽中国发挥巨大作用。

参考文献：

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