國內(nèi)外GIN灌漿法的應(yīng)用與比較分析

曹琳，文麗萍

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西西安 710032）

GIN灌漿法是由瑞典灌漿專家隆巴迪（G.Lombardi）等人提出的一種灌漿理論，在國外的工程中已被廣泛應(yīng)用。

我國自20世紀(jì)90年代初引進這一理論，并在國內(nèi)一些工程中進行了試驗和少量的生產(chǎn)性運用，筆者有幸參加了采用GIN灌漿法施工的小浪底帷幕補強灌漿工程，以及阿爾及利亞瑪烏阿納大壩帷幕灌漿工程的施工，現(xiàn)對這兩個項目GIN灌漿法施工的同異進行比較。

1 工程概況

1.1 瑪烏阿納大壩防滲帷幕灌漿工程

瑪烏阿納大壩位于阿爾及利亞賽提夫市（S魪TIF）瑪烏阿納鎮(zhèn)（MAHOUANE），壩體為黏土心墻土石壩，最大壩高88 m，壩頂長884 m，庫容1.48億m3。是阿爾及利亞國家由北向南輸水西線工程中的重要項目，主要用于提供農(nóng)田灌溉水和提供城市飲用水。

瑪烏阿納大壩項目由阿爾及利亞國家投資，法國坤倫貝爾設(shè)計咨詢局（COYNE ET BELLIER）設(shè)計和監(jiān)理，工程依照歐洲規(guī)范設(shè)計和施工。

防滲帷幕灌漿設(shè)計為單排孔布置，孔深12～55 m，帷幕線壩基段884 m，右岸向上游延伸500 m，左岸向上游延伸410 m，總防滲軸線長1794 m，鉆孔灌漿工程量28500 m。帷幕灌漿設(shè)計圖見圖1。

大壩基礎(chǔ)主要由泥灰?guī)r、石灰?guī)r構(gòu)成，河谷底部和兩岸下部地層主要為泥灰?guī)r，底部泥灰?guī)r較為完整，右岸下部（壩頂以下24 m）為破碎黏土質(zhì)泥灰?guī)r，上部為石灰?guī)r，左岸下部分為強風(fēng)化泥灰?guī)r，中部出露約100 m長的破碎石灰?guī)r巖層，上部由厚12 m的沖積層、砂巖和泥灰?guī)r構(gòu)成。

1.2 小浪底水利樞紐第四子標(biāo)段帷幕補強灌漿工程

小浪底水利樞紐位于河南省三門峽市與洛陽市之間的黃河干流上，為黃河最末一級梯級電站。帷幕補強灌漿工程為小浪底水利樞紐工程的組成部分。

第四子標(biāo)段位于溢洪道北側(cè)4號灌漿洞北端，帷幕灌漿孔在露天施工，灌漿孔為雙排布置，孔距一般為2 m、排距2 m?？偣こ塘繛?4345 m，鉆孔最深79.44 m。

圖1 瑪烏阿納大壩帷幕灌漿設(shè)計圖Fig.1 The design of the dam foundation curtain for Mahouane dam

灌漿段地層巖性為三迭系中厚層砂巖和泥質(zhì)砂巖，硅、鈣質(zhì)膠結(jié)，多呈層狀構(gòu)造，傾角緩于6°～7°。地層高傾角（60°～90°）裂隙發(fā)育，多為泥鈣質(zhì)充填。地下水為孔隙潛水或裂隙水，受水庫蓄水制約，呈飽和狀。水流類型為沖蝕型。

2 GIN灌漿法對比

2.1 灌漿方法

長期以來國內(nèi)的大壩基巖水泥灌漿基本采用循環(huán)式灌漿法，在20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的小口徑孔口封閉法也是循環(huán)法，《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范（DL-T 5148-2001）》也明確規(guī)定了帷幕灌漿宜采用循環(huán)方式。

標(biāo)準(zhǔn)GIN灌漿法提出的基礎(chǔ)就是純壓式灌漿法。只有采用純壓式才能將灌漿能量（即GIN法理論所提出的灌漿強度值P×V值）全部作用于受灌孔段上。

小浪底帷幕灌漿將標(biāo)準(zhǔn)GIN法與我國傳統(tǒng)的灌漿法相結(jié)合，對GIN法進行了改進，GIN灌漿采用了孔口封閉法[1-3]。

但國外現(xiàn)在基本都偏向于純壓式灌漿，在這方面很靈活。瑪烏阿納大壩帷幕灌漿就是采用的純壓式灌漿法。

孔口封閉法的一個特點就是可對灌段以上部分進行重復(fù)灌漿，這就要消耗更多的“能量”，在這一點上與GIN法的理論是相悖的。試想，如上一灌段按最大灌漿量Vmax結(jié)束后，當(dāng)灌注下一灌段時，又有多少漿量是灌入本段的，多少漿量又灌入了上一段，甚至是上上一段的。這樣本該以GIN值P×V，或許是以最大灌漿壓力Pmax結(jié)束的孔段卻以最大灌漿量Vmax結(jié)束。當(dāng)GIN法采用了改進型的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)“灌漿過程線與GIN曲線相交以后，適當(dāng)沿曲線下滑一段時間，以達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)”，實際上就和孔口封閉法基本一致了，這種GIN法可以稱作降低結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)的孔口封閉法，不是真正意義上的GIN法了。

有一個很好的現(xiàn)象可以說明以上問題，小浪底帷幕灌漿施工中有幾個灌漿孔在孔深10 m左右時，山體背面坡面出現(xiàn)了漏漿現(xiàn)象，這些孔段均是以達(dá)到最大灌注量標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束的，在孔深超過漏漿部位后，灌注過程中這些部位還有漏漿現(xiàn)象發(fā)生，這些段位吃漿量均很大，最終也以Vmax結(jié)束。

2.2 穩(wěn)定漿液與漿液配比

采用單一配比的中等稠度的穩(wěn)定漿液進行灌注是GIN法灌漿技術(shù)的核心之一。

穩(wěn)定漿液具有較小的析水率，較低的凝聚力和良好的流動性。采用膨潤土降低漿液的析水率，用高效減水劑改善漿液的流動性，使?jié){液的結(jié)石強度和耐久性得到進一步提高，使?jié){液的黏滯度和凝聚力降低。

國內(nèi)外的GIN法灌漿漿液都選擇了穩(wěn)定漿液[4-6]。

瑪烏阿納大壩經(jīng)過配合比室內(nèi)試驗，選定了3種穩(wěn)定漿液作為施工漿液，如表1所示。

小浪底電站GIN灌漿也采用了穩(wěn)定漿液，試驗確定的漿液配合比如表2所示。

從表1、表2中看出，漿液的配合比基本相近，都是中等稠度的，各項性能指標(biāo)也基本接近。

一般來講，國外多用穩(wěn)定漿液，其原因之一是采用純壓式灌漿法的需要，純壓式灌漿時灌漿管路和鉆孔中漿液流動較慢，漿液容易沉淀，要求漿液具有一定的穩(wěn)定性。如采用循環(huán)式灌漿法，尤其是孔口封閉法，管路及孔內(nèi)占漿很多，造成的漿液的浪費也很嚴(yán)重，特別是當(dāng)吸漿量很小時。

表1 瑪烏阿納大壩穩(wěn)定漿液配合比表Tab.1 The mixture ratio of the stable slurry for Mahouane dam

表2 小浪底電站穩(wěn)定漿液配合比表Tab.2 The mixture ratio of the stable slurry for Xiaolangdi hydropower plant dam

2.3 GIN值的選擇

GIN值是此控制法的重要指標(biāo)，依據(jù)不同地層、不同裂隙發(fā)育情況，通過灌漿試驗進行確定。小浪底電站GIN值規(guī)定如表3所示。

表3 小浪底電站GIN強度值Tab.3 The grouting intensity number(GIN)of Xiaolangdi hydropower plant dam

同時規(guī)定以中等灌漿速率（15～20 L/min）進行灌注。

小浪底工程GIN灌漿包絡(luò)線如圖2所示。

圖2 小浪底工程GIN灌漿包絡(luò)線Fig.2 The GIN envelope of Xiaolangdi hydropower project

瑪烏阿納大壩GIN值的規(guī)定如表4所示。

表4 瑪烏阿納大壩灌漿工程GIN強度值Tab.4 The grouting intensity number(GIN)of Mahouane dam

另外，鑒于泥灰?guī)r的特點，為防止升壓過快造成提前擊穿，特別規(guī)定了灌漿速率，即以流量<5 L/min開始灌漿，然后每10 min增加5 L/min流量，直到最大流量不超過30 L/min。

最大限量Vmax主要參照限量以及完成上述流量控制過程所需最大漿量來確定，定為1000 L/min，此值相對較大，以便對已擊穿的裂隙進行補強。

瑪烏阿納GIN灌漿包絡(luò)線圖如圖3所示。

圖3 瑪烏阿納大壩灌漿工程GIN包絡(luò)線Fig.3 The GIN envelope of Mahouane dam

2.4 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GIN法的定義，其標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)灌漿過程線與GIN曲線相交后，即灌漿段達(dá)到GIN值后就可結(jié)束。

小浪底電站GIN法調(diào)整了結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的概念。其結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：灌漿過程線與GIN曲線相交以后，適當(dāng)沿曲線下滑一段時間，以達(dá)到要求的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。具體為：

1）達(dá)到最大壓力Pmax，且注入率小于2 L/min時，延續(xù)30 min結(jié)束；或注入率小于1 L/min時，延續(xù)10 min結(jié)束。

2）當(dāng)灌漿量達(dá)到Vmax但小于灌漿強度值時，應(yīng)間歇30 min后恢復(fù)灌漿，如果30 min內(nèi)達(dá)到GIN值，按3）條要求結(jié)束，否則應(yīng)再間歇30 min后再灌漿，重復(fù)以上過程，直到達(dá)到3）條要求的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；但當(dāng)灌漿量達(dá)到2000 L/min時，也可結(jié)束。

3）達(dá)到GIN值，注入率小于2 L/min時，延續(xù)30 min結(jié)束；注入率小于1 L/min時，延續(xù)10 min結(jié)束。

瑪烏阿納大壩所使用的GIN灌漿法結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）達(dá)到最大壓力Pmax，且在10 min內(nèi)流量小于2 L/min，延續(xù)10 min結(jié)束；

2）達(dá)到最大注入量Vmax結(jié)束；

3）達(dá)到GIN值結(jié)束。

從以上結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)來看，國外、國內(nèi)的有所區(qū)別，國外的GIN法基本較好遵循了GIN的定義，而國內(nèi)的則是GIN與常規(guī)灌漿法的結(jié)合，實際上是降低了結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)孔口封閉灌漿法。

對于達(dá)到最大灌漿壓力Pmax結(jié)束，筆者完全同意給予一定的流量的控制，因為壓力P和流量V有關(guān)系，當(dāng)V值較大時就很容易達(dá)到最大灌漿壓力值Pmax，而這時孔段吃漿量還可能較大。國內(nèi)國外對控制灌漿速率的要求都不約而同地一致。

2.5 質(zhì)量檢查

由于地層的不均一性，局部區(qū)域所做的灌漿試驗所得數(shù)據(jù)并不能真實反映整個項目全部實際情況，在采用GIN法灌漿時，局部地段、層位施灌后不能滿足灌后防滲標(biāo)準(zhǔn)是可能的。

國外工程十分注重施工過程的控制和監(jiān)管，灌后也采用檢查孔的形式進行檢查，針對現(xiàn)場實際情況靈活處理，對經(jīng)檢查不滿足防滲要求的部位或孔段進行分析，然后確定是否采取加密加深加厚等措施，可以從原先設(shè)計的三序孔，孔距2 m，加密到4序、5序，孔距0.5 m，甚至更小，最終達(dá)到防滲標(biāo)準(zhǔn)值，增加的工程量全部計量支付，瑪烏阿納大壩局部區(qū)段通過加密進行了四序孔的施工，最終效果良好，滿足了工程的要求。

3 結(jié)語

1）GIN灌漿法最好采用純壓式灌漿法。此方式工藝簡單，能很好地實現(xiàn)GIN灌漿法的要求。純壓式灌漿法采用栓塞進行灌注，國外灌漿多采用液氣壓塞，重量輕，起下方便，阻漿效果好。國內(nèi)現(xiàn)在也研制出了性能較好的液氣壓阻塞器，使得采用純壓式灌漿法變得很方便可靠。

2）GIN灌漿法要采用穩(wěn)定漿液。灌漿過程自始至終采用一種配比，采用自動化配漿系統(tǒng)后，漿液的性能質(zhì)量得到了保障，同時也可以減輕采用多級漿液的配漿的繁瑣操作過程。

3）GIN法灌漿施工參數(shù)要通過灌漿試驗進行確定。有條件的工程要對不同的部位及地層情況分別進行試驗，以確定合適的GIN值。

4）GIN灌漿法應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)后續(xù)加密孔的方式使防滲體逐漸形成。

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