復(fù)雜地質(zhì)工況固結(jié)灌漿施工技術(shù)

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2023.23.061

［摘 要］隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多的工程需要建設(shè)在地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)。而這些地質(zhì)條件不僅會(huì)給工程帶來巨大的安全隱患，還容易導(dǎo)致建設(shè)周期延長，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何在復(fù)雜地質(zhì)工況下進(jìn)行高效、安全、可靠的施工，是擺在建設(shè)者面前的一道難題。固結(jié)灌漿技術(shù)作為一種針對(duì)工程存在的不穩(wěn)定因素進(jìn)行治理的方法，在地質(zhì)工況復(fù)雜的工程中得到了廣泛應(yīng)用。本文將以固結(jié)灌漿技術(shù)為主要研究對(duì)象，以龍崗河為例，探討其在復(fù)雜地質(zhì)工況下的施工技術(shù)。

［關(guān)鍵詞］復(fù)雜地質(zhì)；固結(jié)灌漿；施工技術(shù)

［中圖分類號(hào)］TU74文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

地質(zhì)條件是制約固結(jié)灌漿施工技術(shù)應(yīng)用和效果的關(guān)鍵因素之一。在復(fù)雜地質(zhì)工況下，如巖溶地區(qū)、高滲透性土層、砂巖等地層，傳統(tǒng)的固結(jié)灌漿施工技術(shù)會(huì)面臨著種種難題，如灌漿效果不佳、灌漿深度不足、施工周期過長等問題。因此，如何針對(duì)不同的地質(zhì)工況制訂相應(yīng)的固結(jié)灌漿方案，成為當(dāng)前工程領(lǐng)域所關(guān)注的重點(diǎn)。針對(duì)這一問題，近年來國內(nèi)外學(xué)者開展了一系列研究，提出了一些新的固結(jié)灌漿方案。例如，通過預(yù)留巖體蓋重、控制灌漿壓力與濃度、采用分孔分序灌漿方法及材料等。同時(shí)，一些新的固結(jié)灌漿施工技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，如低壓濃漿封閉、引管固結(jié)灌漿等。復(fù)雜地質(zhì)工況固結(jié)灌漿施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，將對(duì)工程建設(shè)和安全保障產(chǎn)生廣泛影響。

1 工程概況

龍崗區(qū)龍崗河流域、觀瀾河流域、深圳河流域水務(wù)工程。本工程為水利總承包標(biāo)（含擋墻拆除、拆除擋墻、新建擋墻、水工擋墻飾面、疏浚清淤、排口改造、堰壩、丁壩、水工擋墻改造配套的管線遷改、石籠護(hù)坡等）。

區(qū)域地質(zhì)：龍崗河流域的水系主要分布于低丘區(qū)及臺(tái)地區(qū)，整體上呈東南高、東北低的特點(diǎn)。干流河谷地貌呈串珠狀，寬處為沖積盆地、窄處峽谷，蒲蘆陂水庫以上的梧桐山河與大康河屬低山區(qū)。在勘探深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂、滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，屬于巖溶地區(qū)，場地上覆蓋層厚度為2.20～37.00 m，溶洞最小厚度0.2 m，最大厚度10.10 m，下伏基巖為灰?guī)r，勘察顯示線溶洞率為10.16 %，見洞隙率為15.66 %，場地巖溶發(fā)育等級(jí)為巖溶中等發(fā)育，場地中等穩(wěn)定，基本適宜，但當(dāng)對(duì)巖溶進(jìn)行有效處置后，場地不會(huì)發(fā)生巖溶地質(zhì)災(zāi)害，場地的穩(wěn)定性可得到保證?？辈鞎r(shí)，鉆孔孔口地面標(biāo)高介于27.87～40.19 m，最大相對(duì)高差12.05 m。根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)分布的地層自上而下有第四系人工填土層（Qml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）、第四系不明成因堆積層（Qpr）及石炭系下石炭統(tǒng)測(cè)水組灰?guī)r（C1c）。研究區(qū)地下水的補(bǔ)給方式以大氣降雨入滲和地下徑流的橫向入滲為主，徑流方向整體向龍崗河排泄，勘察期間，測(cè)得場地地下水位埋深為0.50～9.00 m，標(biāo)高26.15 m～37.18 m，場地地下水位年變化幅度約為1.00～3.00 m。地表水和地下水流向總體上徑流方向受地形控制，向龍崗河排泄，且受河水漲落影響較大。龍崗區(qū)擁有大量的河流和山塘水庫，是一個(gè)水資源非常豐富的地區(qū)，包括龍崗河、坪山河等共計(jì)50余條河。龍崗河和坪山河流域擁有平坦、富饒的川地，是龍崗區(qū)重要的工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，其土地資源豐富，現(xiàn)有山塘水庫266個(gè)，總庫容為1.5815億m³。

灌漿是一種防滲、堵漏和加固措施，其作用是通過改善巖石的物理特性增強(qiáng)巖體的整體性和均勻性，同時(shí)還可以增加其抗壓強(qiáng)度和彈性模量。對(duì)于混凝土重力壩，通常要求采用全過程固結(jié)灌漿。對(duì)于混凝土拱壩或重力拱壩，則在壩基上游和下游應(yīng)力集中的部位采用固結(jié)灌漿。灌漿鉆孔深一般為5～8 m，呈網(wǎng)狀，錯(cuò)開排列。對(duì)于一些地質(zhì)條件特殊的工程，均可采用現(xiàn)場灌漿法確定孔間距、孔深、灌漿順序、灌漿壓力等。

２ 固結(jié)灌漿施工技術(shù)分析

固結(jié)灌漿技術(shù)是一種常用的巖土工程處理方法，通過向巖石中注入固化劑混合物，使其變成類似巖石的堅(jiān)硬材料，以提高巖石的力學(xué)性能及穩(wěn)定性。該技術(shù)可以有效解決巖體裂隙、破碎和變形等問題，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的地質(zhì)災(zāi)害治理方法。固結(jié)灌漿技術(shù)的主要原理是在巖體內(nèi)部形成一個(gè)堅(jiān)硬的體積，通過填充巖體裂隙和孔隙來提高整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。一般來說，該技術(shù)適用于巖體的混凝土重力壩、地下洞室、巷道支護(hù)等工程，并可以有效地改善節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶的巖石的物理力學(xué)性能，提高巖體的整體性與均質(zhì)性，降低變形和不均勻沉降_［1］。固結(jié)灌漿技術(shù)主要分為兩種類型：回注式固結(jié)灌漿和無蓋重固結(jié)灌漿。回注式固結(jié)灌漿是將固化劑混合物從巖體上部注入生活用水，形成一個(gè)管道流體環(huán)路，最后通過排空使注入物質(zhì)充填裂隙、孔洞和破碎帶；無蓋重固結(jié)灌漿則是在巖體內(nèi)部設(shè)立水頭壓力，將固化劑混合物注入巖體中，然后使用灌漿管道將其均勻分布至整個(gè)巖體內(nèi)。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以選擇。需要注意的是，固結(jié)灌漿技術(shù)在應(yīng)用中也有一些難點(diǎn)，如缺乏合適的裂隙封閉材料、基巖表面裂隙封閉困難、無蓋重固結(jié)灌漿難升壓、灌后質(zhì)量難保證等。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要進(jìn)行綜合考慮和科學(xué)處理，以達(dá)到最佳的效果^［2］。

3 固結(jié)灌漿施工

3.1 抬動(dòng)觀測(cè)孔施工

在固結(jié)灌漿施工中，通常采用淺層抬動(dòng)裝置進(jìn)行觀測(cè)，孔徑為75 mm或91 mm，錨固段1.5～2.0 m長，向基巖中鉆入13 m。在裝置安裝24h后進(jìn)行觀測(cè)和灌漿，注意抬動(dòng)時(shí)形變?cè)试S值不能超過0.2 mm，蓋板累計(jì)抬動(dòng)變形為200 μm。根據(jù)實(shí)際在灌漿單元處布置觀測(cè)孔，采用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔深15 m，孔位的偏差不能超過100 mm。在錨管外套直徑的50 mm鋼管，用土工膜包裹護(hù)管。錨管頂端與保護(hù)管分別高于地面500 mm和300 mm。通過活塞式滑套將錨管與護(hù)管連接，確保護(hù)管移動(dòng)自由且密封良好，其移動(dòng)行程范圍保持在50～100mm。當(dāng)護(hù)管與錨管下設(shè)到鉆孔位置后，將水灰比0.5∶1.0的水泥漿注入錨管，當(dāng)土工膜與孔壁間隙充滿水泥漿后待凝48h。

灌漿抬動(dòng)采用自動(dòng)檢測(cè)儀，通過位移傳感器與抬動(dòng)記錄儀或灌漿記錄儀相連，其量程要大于10mm。抬動(dòng)裝置安裝時(shí)要率定測(cè)微計(jì)，分項(xiàng)驗(yàn)收護(hù)管、錨管以及鉆孔情況。整體裝置安裝完畢后對(duì)靈敏度和有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。裝置地面部分設(shè)置透明保護(hù)裝，避免停用期間被污損或碰撞，同時(shí)定期對(duì)裝置情況進(jìn)行檢查，每10min記錄一次抬動(dòng)觀測(cè)。

3.2 鉆孔施工

首先，在鉆孔施工前，應(yīng)該了解工程所處的地層特征和力學(xué)性質(zhì)，選擇合適的鉆頭和鉆孔參數(shù)。鉆孔應(yīng)該根據(jù)地層的硬度、水分等情況進(jìn)行調(diào)整，以保證鉆孔施工的順利進(jìn)行。其次，鉆孔時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的整體安裝和維護(hù)，確保鉆孔機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。鉆孔時(shí)應(yīng)采用正確的打孔順序，避免出現(xiàn)漏孔和死孔現(xiàn)象，同時(shí)要注意保持孔徑的垂直度和平行度。除此之外，鉆孔施工還需要考慮對(duì)于現(xiàn)場環(huán)境的保護(hù)措施，如防止碎石飛濺和廢氣排放等。在進(jìn)行固結(jié)灌漿施工時(shí)，鉆孔水平角度的掌握也是非常重要的。在處理較差的地層時(shí)，建議采用較低的水平角度，使鉆孔密集度適當(dāng)提高，從而提高固結(jié)效果^［3］。而在處理好的地層上，可以考慮采用較大的水平角度，縮短鉆孔時(shí)間并提高施工效率。此外，在鉆孔施工過程中，需要做好隨時(shí)檢查和調(diào)整的準(zhǔn)備，及時(shí)處理鉆頭的卡阻和掉頭等問題，并根據(jù)地層情況及時(shí)修改參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳施工效果。最后，在固結(jié)灌漿施工結(jié)束后，對(duì)鉆孔進(jìn)行清理和養(yǎng)護(hù)同樣也不可忽視。清理目的是將鉆孔內(nèi)的碎石、泥沙等雜質(zhì)清理干凈，以便于施工人員進(jìn)行下一步施工。養(yǎng)護(hù)則可以采用吹風(fēng)或噴水等方法對(duì)固結(jié)灌漿劑進(jìn)行加濕處理，保證其固化質(zhì)量和強(qiáng)度。除此之外，還應(yīng)該關(guān)注鉆孔深度和孔距的控制，確保灌漿劑能夠充分填充到孔中，并且達(dá)到預(yù)期的固化效果。

樁成孔后，在壓漿和填灌碎石前，其質(zhì)量檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

3.3 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)的主要作用是通過測(cè)試不同裂隙的滲透系數(shù)，計(jì)算得出巖體的總滲透張量，從而保證固結(jié)灌漿施工的質(zhì)量和效果。目前常用的是三段壓水試驗(yàn)法，即先通過壓水試驗(yàn)測(cè)量單個(gè)裂縫的滲透系數(shù)，然后依據(jù)各裂縫的產(chǎn)狀疊加滲透系數(shù)，得到總體滲透率。由于裂隙的產(chǎn)狀及分布情況可能存在差異，因此需要逐個(gè)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在壓水試驗(yàn)中，需要使用專門的壓水試驗(yàn)器具——三段壓水試驗(yàn)器，該設(shè)備能夠提供穩(wěn)定的水源壓力和流量，可用于對(duì)裂隙中的水進(jìn)行壓力測(cè)試。該器具主要由三部分組成，即壓力控制系統(tǒng)、壓力測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。其中，壓力測(cè)試系統(tǒng)是最核心的部分，由針閥組成，可測(cè)定不同裂隙內(nèi)的水壓變化，從而計(jì)算滲透系數(shù)。

壓水試驗(yàn)的具體操作步驟如下：

第一，清洗裂隙。將裂隙中的雜質(zhì)和泥沙清理干凈，以便進(jìn)行后續(xù)的壓水試驗(yàn)。第二，布放試驗(yàn)器具。將三段壓水試驗(yàn)器具放置在裂隙上，并確保與裂隙壁貼合緊密。第三，測(cè)定基準(zhǔn)值。在開始?jí)核囼?yàn)之前，需要先記錄下當(dāng)前裂隙內(nèi)的水壓和流量，作為后續(xù)測(cè)試的基準(zhǔn)值。第四，逐步加壓。按照固定的步長逐步對(duì)水進(jìn)行加壓，同時(shí)記錄下裂隙內(nèi)的水壓和流量。第五，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓力值后，需要統(tǒng)計(jì)并記錄每個(gè)階段內(nèi)的裂隙水壓和流量數(shù)據(jù)，以及加壓時(shí)間等相關(guān)信息。第六，計(jì)算滲透系數(shù)。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出各裂隙的滲透系數(shù)，并根據(jù)產(chǎn)狀把滲透系數(shù)疊加，計(jì)算出巖體的總滲透張量。

需要注意的是，在進(jìn)行壓水試驗(yàn)時(shí)，必須嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，在進(jìn)行壓水試驗(yàn)前，還需要對(duì)試驗(yàn)器具進(jìn)行校準(zhǔn)和檢測(cè)，以保證設(shè)備的精度和穩(wěn)定性。

3.4 灌漿施工

在灌漿前，一定要先處理基礎(chǔ)表面。首先，對(duì)基礎(chǔ)表面進(jìn)行鑿毛，或者使用特殊的補(bǔ)強(qiáng)界面劑進(jìn)行界面處理。其次，要在灌漿24h前對(duì)基礎(chǔ)表面進(jìn)行清理，保證其無碎石、浮灰、油污及離析劑等。提前準(zhǔn)備好灌漿設(shè)備，一般為高壓泵，向目標(biāo)區(qū)域輸送漿料。最后，灌漿時(shí)要保證灌漿壓力、流量，要經(jīng)常對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，及時(shí)排除故障，保證灌漿順利進(jìn)行。

在選擇灌漿材料時(shí)需要根據(jù)工程的具體情況來確定。理論上應(yīng)該選擇密度和黏度適當(dāng)?shù)牟牧?，并且在施工過程中要控制好混合比例，以確保灌漿材料的性能達(dá)到最優(yōu)化。同時(shí)，灌漿材料的密度和黏度也要滿足施工要求。工程實(shí)踐表明，深部加固使用高密度灌漿材料，淺部加固使用低密度灌漿材料更為合適。在確定了灌漿材料后，需要準(zhǔn)備相應(yīng)的配比表，以便正確地計(jì)算出不同深度的灌漿材料使用量。灌漿的施工參數(shù)要通過對(duì)地層的具體條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并在工程實(shí)踐中對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和修正，在灌漿時(shí)，要根據(jù)壓力的變化，對(duì)灌漿參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整和優(yōu)化。預(yù)先確定的灌漿參數(shù)如表2所示。

在進(jìn)行灌漿時(shí)，要控制灌漿料的流動(dòng)性。灌漿料過于稀薄容易造成滲漏，過于黏稠則不易流動(dòng)，影響灌漿質(zhì)量。因此，需要采用合適的灌漿料，控制其水灰比和黏稠度，保證灌漿料的均勻性和流動(dòng)性。此外，在灌漿工程中還需要注意控制灌漿壓力。過高的灌漿壓力會(huì)使灌漿料滲透到基礎(chǔ)表面下，形成空洞，同時(shí)也會(huì)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生損害，出現(xiàn)開裂等問題。因此，要根據(jù)具體情況選擇合適的壓力值，確保灌漿料順利灌滿空腔。

灌漿完畢，灌漿孔應(yīng)予以封堵。這是為了防止未固化的灌漿料流失，同時(shí)也可以保護(hù)已灌漿部位的安全性，避免假灌或者漏灌的情況發(fā)生。

4 結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)工況的固結(jié)灌漿施工技術(shù)是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中不可或缺的重要技術(shù)之一。對(duì)于建筑、挖掘等工程作業(yè)時(shí)出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)條件，通過灌漿固結(jié)技術(shù)，可以有效地加固地層，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，從而確保建筑安全和基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行。在這個(gè)過程中，對(duì)于一系列施工參數(shù)的選擇與優(yōu)化，以及施工方法的選用，不僅需要考慮實(shí)際情況，還需要結(jié)合豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)研究成果，才能取得最佳效果。固結(jié)灌漿孔施工的技術(shù)路線和細(xì)節(jié)步驟，在現(xiàn)階段已較為成熟，但隨著建筑工程的發(fā)展，其施工操作也在不斷地改進(jìn)與創(chuàng)新。因此，在進(jìn)行固結(jié)灌漿施工時(shí)，必須注重技術(shù)規(guī)范的實(shí)施，并對(duì)施工中出現(xiàn)的各種問題及時(shí)處理，確保工程質(zhì)量和工期的達(dá)成。同時(shí)，在執(zhí)行固結(jié)灌漿施工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)環(huán)境、孔距、排距、孔深等因素，選擇合適的施工方案和固結(jié)灌漿劑，以提高效果和保證施工質(zhì)量。

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［作者簡介］朱曉春，男，安徽天長人，中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，高級(jí)工程師，本科，研究方向：工程項(xiàng)目管理。