浅议水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 
吕昌红 
（甘肃省水利水电勘测设计研究院第二分院 陇西 748000） 
摘 要： 分析了<<水工建筑物水泥灌浆施工技术规范>>中不完善的条款，提出了笔者的看法,供同行参考。 
关键词：帷幕灌浆；钻进；灌浆方式；灌浆压力；灌浆水灰比；结束标准 
帷幕灌浆是水工建筑物岩石地基防渗处理的主要手段。帷幕灌浆材料主要有水泥浆、水泥黏土浆和化学浆液等。水泥浆效果可靠，灌浆设备和工艺比较简单，材料成本不高，是最常用的灌浆浆液；水泥黏土浆成本低廉，但强度不高，多用于砂砾石层的防渗灌浆或强度要求不高的岩基灌浆；化学浆液成本较高，一般只在特殊情况下使用。 
经过多年的灌浆施工实践，<<水工建筑物水泥灌浆施工技术规范>>虽然重新修订并颁布实施，但笔者认为还存在尚待改进的地方，需进一步修订。 
1 钻进 
由于帷幕灌浆钻进时一般不需要采取岩心，因此施工单位现在多采用风动潜孔锤的方法进行钻进。风压由供风设备和操作人员所控制，在浅层钻进灌浆时，出现（1）有的地层由于风压大于岩石的强度而引起岩石的风力劈裂造成灌浆时不必要的水泥浪费；（2）洗孔时洗孔压力小于风压发生岩屑堵塞裂隙而误认为此段地层不吸浆；（3）病险水库防渗进行灌浆时穿过坝体进入基岩由于风压过大引起坝体变形等问题。<<水工建筑物水泥灌浆施工技术规范>>对此没有任何规定和说明，笔者根据灌浆工作的实践认为在“钻进”一节中应对风动潜孔锤钻进方法做出明确规定，限制它的使用范围和对风压的控制。 
2 灌浆方式 
帷幕灌浆方式有纯压式和循环式两种。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中明确规定：“应优先采用孔内循环法灌浆”。循环式帷幕灌浆是把浆液压入钻孔以后，一部分进入岩层缝隙中，另一部分由回浆管路返回拌浆筒中。该方法一方面使浆液始终保持循环流动状态，可以防止泥浆沉淀，灌浆效果好；另一方面又可以根据进浆浆液比重的差值，判断岩层的吸浆情况。它要求射浆管插入到距孔底不大于50cm 处，以保证剩余的浆液从孔底向上流动，阻止浆液在孔中沉淀。此种方式在采用段顶堵塞法时，栓塞结构复杂，往孔内需下两套管子（内管和外管），操作繁琐。它不适宜于孔径小于65cm 的钻孔；随孔深的加大，施工越感困难；出现“埋射浆管”事故的机会较多。以往大量的实践经验表明，循环式灌浆并不能十分有效地防止浆液沉淀。例如，当吃浆量较大，需灌注稠浆时，凡历时达2h以上者，很可能会发生“固管”事故，就是一个证明。过去曾为避免和处理“固管”事故付出过高昂的代价，而收效甚小。此外，此种灌注方式还阻碍了灌浆孔径的缩小和钻孔效率的提高。当前在西欧、美国等许多国家，只在有可能塌孔、涌入泥砂等个别不良地层中才予采用；在他们的有关文献中很少强调过要用循环式灌浆。而纯压式帷幕灌浆是把浆液一次性压入钻孔，再扩大到岩层缝隙里。该法施工设备简单，操作方便，虽浆液流动速度相对较小，容易产生沉淀，并堵塞岩层缝隙和管路，影响灌浆效果，多用于吸浆量大、并有大裂隙存在和孔深不超过15m的情况,但纯压式灌浆它的特点是：浆液进入孔内后，即不能再返回灌浆泵来。除被地层空隙吸收的以外，剩余的便留在孔中；在灌浆孔外和灌浆泵的附近，都还要再装上1根回浆管，以便将剩余的浆液再循环回来，继续使用。在此种管路系统中，到孔内去的那根支管（即进浆管）如果在压力表以下被意外地堵塞，将会误认为已拒绝吃浆，导致提前结束。因此笔者认为“应优先采用孔内循环法灌浆”的规定似有不妥之处，应改为“根据施工机械设备和设计的孔深，采用适宜的灌浆方法”。 
3 灌浆方法 
帷幕灌浆方法主要有自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法及孔口封闭灌浆法。当前我国多采用孔口封闭灌浆法，它有一明显优点，即：由于它是始终在孔口堵塞，除主要是对新钻段进行灌浆以外，还可使以上已灌各段得到若干次的重复灌浆，最终都要受到最高压力地“考验”，使各段的灌浆质量都得到保证。但是已灌各段重复灌浆引起地层的多次浆力劈裂造成灌浆时很大的水泥浪费，尤其在深孔灌浆时第一段和最后一段压力相差很大，使第一段常常发生地面冒浆等事故；在病险水库坝肩进行灌浆时需穿透坝体，过高的压力会引起坝体变形等问题。因此笔者认为“灌浆方法”的规定还有不完善处，特别是对病险水库的防渗灌浆方法需做出单独规定。 
4 灌浆压力 
灌浆压力是控制灌浆质量的重要指标，与孔深、岩层性质和灌浆段上有无压重等因素有关，可根据不同的计算公式得出参考值，也可参考类似工程所用值进行设计，再根据现场灌浆试验确定。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定 “帷幕灌浆将灌浆压力尽快升到规定值”。但笔者认为，对灌浆压力和注浆率的掌握，应执行这样一条原则：当地层吃浆量很大、在低压或“无压”下即能顺利地注入浆液时，应控制注浆率不能太快；当地层吃浆量较小、注浆困难时，应尽快将压力升到规定值，不能长时间在低压下灌浆。注浆率控制的大小，要考虑两方面的条件：一是地层条件,对软弱、多具水平向裂隙的浅部岩层，应当小些，以不大于20L/min 为宜；对于坚硬和深部岩层，可适当大些，以不大30L/min为宜。一般说来，大量吃浆并非都是有很大的空洞未被灌满，而常常是沿着连通得很远的裂隙跑到了该灌的范围以外，从或明或暗的“露头”漏失掉了。在此情况下，采用细流慢灌可促使浆液在近处沉淀、淤塞而不必担心充填距离的不足。二是设备和人员工作条件,当前我国通用的150L和200L高速浆液搅拌机，从加料到搅拌均匀至少需3-5min，因此若将注浆率加大到50L/min 以上，实际上是做不到正常供浆的。注浆率过大，将导致人员忙乱、配料不准、拌浆质量降低、设备负荷加大、事故增多。从有利于将裂隙充填饱满、密实的角度考虑，灌注速率稍慢一点更加有利，这样可使浆液有更多的时间和机会排除多余水分，形成更加密实的结石；此外，还可减小因压面积太大招致岩层破坏的机会。因此笔者认为“帷幕灌浆应将灌浆压力尽快升到规定值”的规定应改为“注浆率小于20L/min或30L/min时，灌浆压力应升到规定设计值”。 
5 浆液的变换 
《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定，灌注浆液应遵循由稀到浓，逐级变换的原则。帷幕灌浆浆液水灰比可采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1 或0.5:1等6个比级，遇注入率大时，也可越级变浓。水泥浆体中的水有两方面的作用，其一是与水泥颗粒起水化反应，使之凝结硬化；其二是使水泥浆体具有足够的分散性和流动性，这时水对水泥颗粒起着分散和运载作用。超过水泥水化水以外的那部分水，在它完成颗粒分散和运载作用之后，即成为“多余水”了。“多余水”容易造成水泥颗粒在浆体中的沉淀分层，影响浆体的稳定性和水泥浆液结石性能，导致充填水泥的连续性中断，形成空囊、水泡及泌水通道。黄委会勘测规划设计研究院1995年的试验结果表明，当水灰比由0.5 逐渐增大到0.85 时，浆液的粘度、粘聚力和比重逐渐减小，初凝时间增长，析水率增大。可见减小水灰比使用稠浆能改善浆液的稳定性,但减小水灰比，又可使粘聚力增大，浆液的流动性变差。因此，笔者认为岩体的可灌性主要取决于水泥的细度模数和其絮凝物大小以及浆体的稳定性,而不是稀释浆体，灌浆要根据地层情况确定适宜的比级，根据采用较小水灰比、稠度高的浆体已成为灌浆界的一种趋势，灌浆最好采用GIN灌浆法，使用稳定浆液，在规范中对稳定浆液的配置和使用做出原则性规定。 
6 灌浆结束标准 
《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》规定，基岩帷幕灌浆结束标准“达到设计压力，吸浆率小于1L/min，持续时间最少60min,总历时不得小于2小时”。这样，吸浆极小的孔也需2小时以上才能结束。其用意一方面是为了强化浆液中多余水分的排除、获得更好的结石；另外也是为了弥补操作上的可能不足。但笔者认为，在填泥溶洞、断层破碎带、松软地层中，适当延长一点时间是有好处的；但对一开始就不吃浆的岩层却无必要，应该对此做出必要的说明和规定。 


注释： 
1 固管 就是灌浆过程中孔内的水泥浆在很短的时间内达到了初凝阶段与射浆管固结到一起，轻者在短时间内可以处理好，重者全孔报废，射浆管埋在孔内，造成不应有的经济损失乃至延误工期。 
2 GIN灌浆法 该方法首先由瑞士灌浆专家G隆巴迪研究提出，是使用单一水灰比的稳定浆体，按灌浆强度值进行灌浆控制的一种灌浆方法，其含义为在给定的灌浆段内能量的消耗等于灌浆最终压力和灌注浆体的体积的乘积，即GIN=P×V，单位为bar/m或MPa/m。