馮澤波 湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院有限公司

1 前言

由于水利水電工程建設(shè)相對(duì)比較復(fù)雜，其所牽涉的工程技術(shù)領(lǐng)域和學(xué)科范圍比較廣泛，而且施工規(guī)模大，建設(shè)期限也相應(yīng)較長(zhǎng)，所以在現(xiàn)實(shí)施工過程中，對(duì)每個(gè)施工技術(shù)要素規(guī)定都比較嚴(yán)格；同時(shí)也應(yīng)引起建設(shè)方的重視，并通過安全可靠的手段完成施工過程，以此提高水利水電工程的施工效果和建筑品質(zhì)。在這個(gè)流程中，鉆探灌漿施工技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一，在實(shí)踐使用流程中也起到了不容小覷的作用。

2 水利水電工程鉆探與灌漿施工技術(shù)概述

在水利水電工程的鉆孔灌漿施工中，鉆孔施工技術(shù)主要是對(duì)水利水電建筑物下的土層和巖石進(jìn)行施工，并評(píng)價(jià)地下巖層的穩(wěn)定性。礦山、煤礦、石油勘探的鉆孔施工，主要是勘探目的和鉆孔技術(shù)。水利水電工程的注漿施工主要是借助鉆孔技術(shù)和特定的注漿設(shè)備，將液體膠狀液體按科學(xué)比例壓入建筑物或基礎(chǔ)部位裂縫中的施工技術(shù)。

灌漿技術(shù)可以提高水利水電工程的質(zhì)量，避免其他液體滲入，進(jìn)而提高水利水電工程的施工水平。因此，加強(qiáng)水利水電工程的鉆孔灌漿施工監(jiān)督，一方面可以提高水利水電工程的施工技術(shù)，規(guī)范施工程序，保證施工進(jìn)度；另一方面，借助科學(xué)技術(shù)加強(qiáng)施工管理，預(yù)防和減少鉆孔事故的發(fā)生，提高鉆井效率。

3 水利水電工程中鉆探與灌漿技術(shù)的應(yīng)用原則

水利水電施工中的鉆探建筑施工環(huán)節(jié)，與礦山、采煤、油氣勘查等鉆探建筑施工均不同。水利水電中的鉆探施工，側(cè)重于要求準(zhǔn)確地解析出水利水電工程下的土石，根據(jù)地層的形態(tài)特征和狀態(tài)，判斷地下巖石的分布情況及穩(wěn)定性。如采礦、煤礦開采、石油勘探等，鉆探施工主要側(cè)重于勘探目的和鉆探技術(shù)。

水利水電工程的勘探，必須對(duì)各類層位原狀樣做出各項(xiàng)基本物理力學(xué)性質(zhì)和水文地質(zhì)學(xué)方面的試驗(yàn)，對(duì)巖層產(chǎn)狀的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、區(qū)域的運(yùn)動(dòng)平衡穩(wěn)定性以及巖層產(chǎn)狀的滲透性等必須進(jìn)行科學(xué)合理的判斷，如此可以對(duì)水利水電工程建造的安全做出科學(xué)合理的工程建設(shè)預(yù)算，以此確定切合實(shí)際的工程造價(jià)。水利水電鉆探施工過程中，要對(duì)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件展開全面、多方位的認(rèn)識(shí)，以查清覆蓋層的地理構(gòu)造和厚度等基本狀況，以便制訂科學(xué)合理的建筑施工方法，保證鉆探工程建設(shè)的順利完成。

4 水利水電工程建設(shè)中鉆探與灌漿技術(shù)研究分析

4.1 鉆探技術(shù)

水利水電施工中采用的鉆探技術(shù)，與傳統(tǒng)探礦、采面使用的鉆探、對(duì)油田的勘探及其他類型的鉆探技術(shù)不同，這不僅是勘查目的上的差異，還體現(xiàn)在勘查的條件和鉆進(jìn)采用的工藝技術(shù)和特點(diǎn)等方面的差異。從定量分析角度上說，在水利水電施工中使用鉆探技術(shù)是為了發(fā)現(xiàn)水利樞紐工程下的地質(zhì)巖性特點(diǎn)，以便可以正確地對(duì)層位進(jìn)行分類，并對(duì)穩(wěn)定性作出正確的評(píng)估。從定量分析角度來看，要正確評(píng)價(jià)巖性地層的承載力、穩(wěn)定性和滲透性，必須對(duì)不同層位的樣品進(jìn)行必要的化學(xué)、物理測(cè)試和水文地質(zhì)測(cè)量，并由此判斷工程的初步設(shè)計(jì)是否合理、穩(wěn)定和安全，從而評(píng)估工程的造價(jià)和可行性。

水利水電工程建筑鉆探施工之前，必須先多角度全面了解作業(yè)環(huán)境，而重點(diǎn)掌握的則是建筑鉆探部位的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)覆蓋層的厚薄程度，從而制定出最科學(xué)合理的施工方法，以確保建筑鉆探各項(xiàng)工作能夠順利完成。

清水用作沖洗液有著相對(duì)便宜且取材簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，還能夠隨時(shí)對(duì)鉆探表面做冷卻處理，減少了鉆探前端的高溫以及對(duì)鉆頭的鉆探?jīng)_擊。但是，清水也非常容易對(duì)卡料結(jié)構(gòu)中取樣地層產(chǎn)生損傷，從而導(dǎo)致不能對(duì)部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確合理的分析判斷。即使采用了其他彌補(bǔ)方法加以彌補(bǔ)，也很難再對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的巖石地貌情況做出合理的評(píng)估。

常規(guī)鉆探方法采用的主要是雙單管鉆具，這些常規(guī)鉆具的口徑一般為Φ168mm、Φ146mm、Φ127mm、Φ108mm和Φ89mm，而這些推進(jìn)方法的平均鉆探普通工效為每天8h～12h，8m～20m不等，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)備的消耗也很大。根據(jù)這種弊端，一些施工單位通過結(jié)合實(shí)際情況,對(duì)鉆頭的規(guī)格和形式作了調(diào)整，從而大大提高了鉆探工作效率。

另一些鉆探方法也是使用合金鉆機(jī)，這些鉆具大都是在遇到較堅(jiān)硬的巖石地層時(shí)采用，同時(shí)也可結(jié)合實(shí)際的地層狀況對(duì)水壓和沖洗液量的尺寸和速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以提高效率，從而縮短工期。合金鉆機(jī)的口徑型號(hào)通常為Φ127mm、Φ108mm、Φ90mm 和Φ76mm。水利水電工程建設(shè)，在鉆探效益上的提升離不開鉆具種類的持續(xù)發(fā)展和豐富多彩，這是鉆探效益提升的物質(zhì)基礎(chǔ)。

另外，在鉆探某些地質(zhì)比較疏松的區(qū)域時(shí),也必須重視對(duì)坑壁的防護(hù)，因此,一般都可在常規(guī)鉆探中采取套管跟進(jìn)的方式進(jìn)行防護(hù)，比較常見的套管口徑型號(hào)有：Φ209mm、Φ168mm、Φ127mm、Φ108mm 及Φ89mm 五種。針對(duì)比較疏松的地質(zhì)情況，在鉆探過程中不應(yīng)該只是把鉆探當(dāng)成唯一的動(dòng)力工具，還應(yīng)該透過增加推動(dòng)力使套管推動(dòng)。

在蘇北及西南地區(qū)，由于地貌條件比較復(fù)雜，而且易產(chǎn)生較大的孤石，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，單純采用鉆探方法非常容易損傷鉆頭，所以要結(jié)合孤石尺寸和方位等各種因素，對(duì)其實(shí)施爆破式鉆探，并且在爆破時(shí)還必須確保套管的安全性。

4.2 灌漿技術(shù)

灌漿技術(shù)作為我國(guó)水利水電工程建筑施工的基本技術(shù)手段之一，被廣泛應(yīng)用于水庫基礎(chǔ)的防滲和加固施工中，而灌漿技術(shù)又是提升水庫滲漏結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和安全性的關(guān)鍵科技保障。由于水庫與堤壩之間的地基結(jié)構(gòu)是一個(gè)工程的關(guān)鍵因素，需要對(duì)其加以處理后，才能夠切實(shí)滿足防滲和穩(wěn)定的工程需要。

近年來，我國(guó)灌漿技術(shù)也在原來的基礎(chǔ)上不斷地向前發(fā)展。無公害化、持久性好，滿足工程建設(shè)中各種苛刻條件，且物美價(jià)廉的灌漿漿材的研制、使用和普及，注漿成形新科學(xué)技術(shù)的研發(fā)、完善和提升，以及注漿成形專用設(shè)備、器具制造技術(shù)的定型化、系列化、成套化、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)?；约靶庐a(chǎn)品的不斷完善與提升等，都必將是其未來的主要發(fā)展方向。

按照不同的使用場(chǎng)所，砂漿工藝技術(shù)主要可包括無塞灌漿技術(shù)、混凝土砂漿工藝技術(shù)、誘導(dǎo)砂漿工藝技術(shù)。①無塞灌漿技術(shù)。這是一種循環(huán)型、不待凝、洞內(nèi)封閉的水泥灌漿技術(shù)，如鉆一個(gè)比56mm 帷幕灌漿洞大20mm 的76mm 孔，其孔長(zhǎng)約為1.5m～2.5m，可以進(jìn)入原套較復(fù)雜的注漿成型堵頭，或者只能使用一根鉆桿或無縫型鋼作為注漿管，或者利用鉆桿與L 壁之間的間隙作為注漿管進(jìn)行循環(huán)注漿。②混凝土灌漿技術(shù)。這種技術(shù)首先運(yùn)用在壩體堵漏與加固等施工中，后由于建設(shè)的日益發(fā)達(dá)而被大量轉(zhuǎn)移并運(yùn)用于土木施工中，由于水泥具有很好的保護(hù)抗震等優(yōu)點(diǎn)，在水利水電施工中也具有很廣泛的使用前景，在全國(guó)范圍內(nèi)有許多成功運(yùn)用混凝土灌漿技術(shù)建造堤壩和水利工程的先例。③誘導(dǎo)灌漿技術(shù)。這是一項(xiàng)較為獨(dú)特的灌漿技術(shù)，它是運(yùn)用電化學(xué)的基本原理，按照施工條件設(shè)定相應(yīng)的阻力，阻擋水利水電施工中巖層的外側(cè)壓力，并利用電子控制泥漿的成分和水溫等技術(shù)參數(shù)，限制泥漿流動(dòng)范圍，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電等工程設(shè)施的加固目的。

灌漿技術(shù)的質(zhì)量管理應(yīng)綜合以下方面：灌漿技術(shù)的科學(xué)合理與否，作業(yè)人員的技能訓(xùn)練能否到位，以及建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。灌漿工藝質(zhì)量的大體管理辦法是：首先針對(duì)施工既定目標(biāo)開展現(xiàn)場(chǎng)勘察，然后召集科研人員探討并確定最適宜的灌漿工藝，包括科學(xué)合理選用漿材，以及根據(jù)施工環(huán)境的氣溫分布、地質(zhì)分布等，力求使灌漿工藝最大限度地符合施工特點(diǎn)。

必須特別注意有以下幾點(diǎn)：①用劈裂灌漿方法進(jìn)行灌漿時(shí)，劈裂現(xiàn)象必然會(huì)最先出現(xiàn)在載體中垂直最小主應(yīng)力的水平平面上。②劈裂灌漿方法可通過數(shù)值法和曲線法，描述在水泥灌漿載體中產(chǎn)生水力劈裂的條件和判斷其特性。當(dāng)速度與水頭成線形關(guān)聯(lián)時(shí)，流動(dòng)在裂隙中呈現(xiàn)出層流狀，灌漿載體中并未發(fā)生水力劈裂；當(dāng)速度與水頭成平方根函數(shù)關(guān)系時(shí)，滲流呈現(xiàn)出紊流狀，很可能裂隙中發(fā)生了堵塞或裂隙中的填充材料已被壓密；當(dāng)速度的增加等于流動(dòng)的增加時(shí)，則說明滲流截面已被擴(kuò)大，這是由載體劈裂、裂隙填充物材料被沖毀以及裂隙變化等因素所造成。③吸滲效應(yīng)是將化工泥漿對(duì)低滲透性介質(zhì)的滲透性，是由于化工泥漿對(duì)載體的潤(rùn)濕能力和親和力，并通過接觸角θ來表達(dá)化工泥漿對(duì)媒介的潤(rùn)濕。所以，當(dāng)θ＞90°時(shí)，以漿液為載體的潤(rùn)濕相，親和力F＞0，產(chǎn)生吸滲效應(yīng)；而當(dāng)θ＜90°，則無吸滲效應(yīng)，需要通過外加壓強(qiáng)才能使泥漿灌入。

5 水利水電工程鉆探與灌漿施工技術(shù)思考

5.1 鉆探施工技術(shù)要點(diǎn)

在水利水電工程的鉆井施工中，施工技術(shù)要點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)。

第一，施工前要做好施工準(zhǔn)備工作。對(duì)水利水電工程施工區(qū)域展開調(diào)研，充分了解需要施工的區(qū)域，將調(diào)研結(jié)果匯總成調(diào)研報(bào)告，并在調(diào)研報(bào)告中對(duì)鉆井施工中可能出現(xiàn)的問題提出合理的解決方案，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。根據(jù)勘測(cè)報(bào)告編制科學(xué)的施工方案和施工圖紙，確保鉆井施工技術(shù)和鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。

第二，加強(qiáng)對(duì)鉆井施工質(zhì)量的監(jiān)督控制。在水利水電鉆井施工中，管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)的檢查，嚴(yán)格監(jiān)督施工現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，避免出現(xiàn)任何偏差，以免影響到鉆探施工的質(zhì)量和水平。

5.2 灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)

在水利水電工程的灌漿施工中，主要施工要點(diǎn)具體如下。

第一，在進(jìn)行砂漿建筑施工之前，首先，政府要做好對(duì)建筑施工材料質(zhì)量的監(jiān)管工作，在采購砂漿建筑施工材料時(shí)，質(zhì)監(jiān)人員要對(duì)建筑施工材料的型號(hào)和品質(zhì)做出記錄，為了保證建筑施工材料引入時(shí)嚴(yán)格檢查?？茖W(xué)合理的配置施工中砂漿液體，以保證砂漿液體的質(zhì)量。同時(shí)，在砂漿施工準(zhǔn)備中，要加強(qiáng)施工設(shè)備的維護(hù)，避免施工過程中施工設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量問題而影響施工。

第二，在注漿施工中，要提高施工過程的質(zhì)量管理。在施工過程中，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)，提高混凝土砂漿澆筑過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)施工過程中的細(xì)節(jié)問題，可以及時(shí)反映和處理。在注漿施工中，通過實(shí)施建筑施工技術(shù)，以提高工程技術(shù)水平。同樣，在建筑施工過程中，如果現(xiàn)場(chǎng)施工材料不夠好或即將提供補(bǔ)充材料，現(xiàn)場(chǎng)控制中心可以及時(shí)獲取信息，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理，補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)施工材料。

第三，在注漿施工中，要改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)。如在注漿施工中，可以采用非封堵注漿的現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)，用鉆桿代替原有的復(fù)雜堵頭。當(dāng)注漿形成孔的注漿過程完成后，可將該鉆桿拔出，更換其他鉆具，然后繼續(xù)注漿。這樣，注漿施工技術(shù)可以大大提高施工質(zhì)量和技術(shù)，從而保證施工進(jìn)度，而且，在注漿工程施工中，施工單位要建立技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)格規(guī)范注漿施工程序和施工標(biāo)準(zhǔn)，以保證注漿施工質(zhì)量。因此，在注漿施工中，建設(shè)單位應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，提高水利水電工程注漿施工技術(shù)水平。

第四，在注漿施工中，注意一些施工問題和細(xì)節(jié)。首先，一旦施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)較大裂縫，必須及時(shí)處理，防止影響施工進(jìn)度。其次，在施工中，如果出現(xiàn)吸漿特別嚴(yán)重的情況，必須對(duì)其進(jìn)行減壓，然后添加加速劑，進(jìn)而采取間歇式灌漿作業(yè)，如此反復(fù)進(jìn)行，進(jìn)而保障灌漿施工的質(zhì)量。

5.3 水利水電工程灌注技術(shù)的質(zhì)量檢測(cè)

首先，對(duì)所有的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和審核，仔細(xì)分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

其次，鉆孔檢測(cè)。對(duì)帷幕和固結(jié)注漿鉆孔取芯進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)孔可采用液壓測(cè)試。帷幕注漿檢查孔為注漿孔的10%，固結(jié)注漿可為5%。檢查孔的位置應(yīng)選擇在地層復(fù)雜的地段。同時(shí)，孔徑應(yīng)保證帷幕注漿大于110mm，固結(jié)注漿大于140mm。

最后，對(duì)檢查孔進(jìn)行水力試驗(yàn)。操作應(yīng)按照單井水力試驗(yàn)操作規(guī)程開展，試驗(yàn)應(yīng)分為三個(gè)壓力階段。但是，在試驗(yàn)前，壓力相當(dāng)于1.5倍的水頭，應(yīng)使用于試驗(yàn)前的沖洗和清洗。流量穩(wěn)定后，調(diào)整壓力，根據(jù)三個(gè)試驗(yàn)壓力進(jìn)行正式的水壓試驗(yàn)。結(jié)果應(yīng)小于設(shè)計(jì)吸水率后，方可確認(rèn)注漿質(zhì)量合格。

6 結(jié)束語

綜上所述，水利水電工程項(xiàng)目的建造必須多項(xiàng)技術(shù)綜合應(yīng)用，才能確保建筑工程的優(yōu)質(zhì)。而鉆探施工是水利水電工程中的重點(diǎn)施工技術(shù)，因此，必須采取嚴(yán)密的工程質(zhì)量控制措施，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，才能確保鉆探工程質(zhì)量。而灌注樁技術(shù)也在水利建設(shè)的施工中被日益關(guān)注，但與此同時(shí)國(guó)家又提出了更多的要求，針對(duì)工程建設(shè)中技術(shù)和工藝，都要嚴(yán)格遵照國(guó)家有關(guān)規(guī)范實(shí)施，以期更好地推動(dòng)水利工程的建設(shè)與發(fā)展。