文／張會君 膠州市水利局 山東膠州 266300

張皓 青島膠州自來水有限公司 山東膠州 266300

引言：

水利工程作為人類社會基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，一直以來都受到廣泛關(guān)注和研究。在這其中，帷幕灌漿技術(shù)因其在強化巖土體、裂隙封堵、防止地下水滲漏等方面的卓越表現(xiàn)，成為了解決復(fù)雜地下工程問題的重要工具之一[1]。然而，隨著水利工程復(fù)雜性的提高，帷幕灌漿施工中的涌水、冒漿、串漿等問題也逐漸凸顯出來。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文將深入探討帷幕灌漿技術(shù)的應(yīng)用及施工中可能遇到的問題，特別著重于提出系統(tǒng)性的規(guī)避策略。

1.帷幕灌漿技術(shù)的概述

1.1 定義

帷幕灌漿技術(shù)是一種用于水利工程和基礎(chǔ)建設(shè)的地質(zhì)加固與滲透控制的先進技術(shù)。通過在地下形成堅固的垂直或傾斜漿帷，該技術(shù)旨在提高土體的強度、改善地質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及有效地抑制水的滲透，從而增加工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 基本原理

帷幕灌漿的基本原理是通過在地下形成一系列連接的漿帷，使得地層形成一個整體結(jié)構(gòu)。這通過在地下進行鉆孔，并注入特制的漿液來實現(xiàn)。漿液中通常包含水泥、膨脹劑和其他添加劑，以確保漿帷具有足夠的強度和抗?jié)B透性。這些漿帷有效地提高了土體的工程性能，使其能夠更好地承受外部力和水的影響。

1.3 材料選擇與性能要求

選擇適當(dāng)?shù)牟牧蠈τ卺∧还酀{技術(shù)至關(guān)重要。水泥作為主要成分，能夠提供出色的強度和抗?jié)B透性[2]。同時，膨脹劑和其他添加劑的合理使用可以改善漿液的黏性、流動性和抗?jié)B透性。在選擇材料時需要考慮地質(zhì)條件、工程要求和環(huán)境因素，以確保帷幕灌漿的效果和持久性。

2.帷幕灌漿技術(shù)的分類

2.1 按照灌漿方式分類

（1）垂直帷幕灌漿：該灌漿方式主要應(yīng)用于需要在壩基、基坑和隧道等地形成垂直方向的漿帷的工程。通過垂直排列的鉆孔，注入漿液，從而增加土體的整體強度，有效防止水平滲透。

（2）水平帷幕灌漿：這種方式廣泛應(yīng)用于需要控制水體滲透的場合，如河床治理和基礎(chǔ)工程。通過形成水平方向的漿帷，有效減少地下水位對結(jié)構(gòu)的不利影響。該方式需要在地下進行水平方向的鉆孔和注漿。

（3）傾斜帷幕灌漿：是一種將垂直和水平帷幕結(jié)合的方式。在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況下，傾斜帷幕可以更好地適應(yīng)地層的特點，提高地質(zhì)加固的整體效果[3]。

2.2 按照灌漿材料分類

（1）水泥漿灌漿：使用水泥、水和其他添加劑構(gòu)成的漿液。水泥漿常用于提高土體的強度，同時具有較好的抗?jié)B透性。這種灌漿方式被廣泛應(yīng)用于各種工程項目。

（2）膨脹土漿灌漿：利用膨脹土（如膨脹土、膨潤土等）形成的漿液。這種漿液具有較好的膨脹性，可用于填充土體中的裂縫和孔隙，從而增強土體的穩(wěn)定性。

（3）化學(xué)漿液灌漿：使用特殊化學(xué)物質(zhì)形成的漿液，具有較強的抗?jié)B透性。這種灌漿方式適用于對滲透控制要求較高的工程項目。

2.3 按照施工目的分類

（1）防滲帷幕：該類帷幕主要應(yīng)用于防止水體滲透的工程，例如水壩、基坑等需要抵御地下水壓的場合。這種帷幕的形成有效減少了水的滲透，維護了工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）加固帷幕：用于提高土體的整體強度，通常在壩基、邊坡等工程中應(yīng)用。通過形成堅固的漿帷，增加土體的抗力，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）滲透控制帷幕：結(jié)合了防滲和加固效果，適用于需要同時治理地下水位和土體強度的工程。這種帷幕的形成在一定程度上解決了滲透和強度問題。

3.水利工程施工中帷幕灌漿技術(shù)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用要點

3.1.1 測量放線

在水利工程中，測量放線是帷幕灌漿技術(shù)中至關(guān)重要的一項工作，它直接影響到鉆孔的準確性和帷幕的穩(wěn)定性。

測量放線是帷幕灌漿技術(shù)施工的首個步驟，其目的是確保鉆孔的位置、方向和深度符合設(shè)計要求，從而形成合理、均勻的帷幕結(jié)構(gòu)[4]。這一過程始于對施工現(xiàn)場的仔細勘察，工程人員必須了解地質(zhì)情況，包括地層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)特性和水文地質(zhì)條件。

首先，針對水利工程的具體地形，需要制定詳細的放線方案。這包括確定帷幕的起止點、孔距、孔深等關(guān)鍵參數(shù)。通常，帷幕的設(shè)計需要充分考慮工程的需求，例如防滲、加固或滲透控制。此外，對于水利工程，特別關(guān)注水文地質(zhì)條件的影響，因為地下水位的變化可能對灌漿效果產(chǎn)生重要影響。在實際測量中，工程人員會使用精密的測量儀器，如全站儀、經(jīng)緯儀等，依據(jù)設(shè)計方案確定的控制點進行標定。這些控制點通常位于施工現(xiàn)場的固定位置，可以是臨時設(shè)置的標志物或永久性建筑物。隨后，工程人員根據(jù)設(shè)計方案將控制點之間的測量線標示在地面上。這涉及到臨時標記或噴涂，以確保施工人員能夠清晰看到并按照設(shè)計要求進行操作。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，還需要考慮地下障礙物，以避免對測量線的影響。

3.1.2 鉆孔造孔

鉆孔造孔是帷幕灌漿技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在將注漿材料注入到地下特定位置，以加固土體、增強地層穩(wěn)定性或?qū)崿F(xiàn)其他特定工程目標。在水利工程中，包括大壩基礎(chǔ)的處理、河床治理、隧道支護等。

首先，根據(jù)前期的測量放線結(jié)果和設(shè)計方案，施工人員確定鉆孔的位置和方向?？紤]到水利工程的特殊性，需要深入了解地下水位、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土質(zhì)條件，以便精確規(guī)劃鉆孔位置。其次，使用專業(yè)的鉆機，施工人員開始進行鉆孔操作。這些鉆機可以是旋挖鉆機、循環(huán)鉆機或其他適用于不同地質(zhì)條件的類型。操作過程中，鉆機通過旋轉(zhuǎn)或沖擊等方式，將鉆頭推入地下，逐漸完成整個鉆孔深度。在水利工程的帷幕灌漿中，孔徑和深度通常是根據(jù)設(shè)計要求和地質(zhì)特征而確定的[5]。較大的孔徑用于更高流動性的注漿材料，而較小的孔徑則可用于更密實的注漿。深度通常根據(jù)需要加固的地層而變化，可能需要達到幾十米，以確保注漿材料有效地滲透到目標層。再次，在鉆孔過程中，施工人員會遭遇地層變化、硬巖或其他困難。在這些情況下，還需要調(diào)整鉆具類型、鉆頭規(guī)格或使用鉆孔液等輔助手段，以確保順利完成鉆孔作業(yè)。最后，完成每個鉆孔后，施工人員必須及時清理孔內(nèi)的碎屑和泥漿，以便于后續(xù)的注漿工作，確保注漿材料充分填充地層裂隙，提高帷幕的整體效果。

3.1.3 沖洗裂隙

在水利工程的帷幕灌漿技術(shù)中，沖洗裂隙是施工過程中至關(guān)重要的一步，其目的是清理鉆孔中的碎屑和雜質(zhì)，確保注漿材料能夠充分填充地層裂隙，從而增強土體的穩(wěn)定性和抗?jié)B性。

沖洗裂隙的過程通常在完成鉆孔造孔后進行。具體的步驟如下：（1）沖洗設(shè)備準備：在施工現(xiàn)場準備專業(yè)的沖洗設(shè)備，通常包括高壓水泵和噴頭。這些設(shè)備需要足夠的水壓和流量，以確保有效地沖洗裂隙。（2）噴射高壓水流：將沖洗設(shè)備的噴頭插入已完成的鉆孔中，啟動高壓水泵，將高壓水流注入地層。這一過程旨在沖洗掉鉆孔中殘留的泥漿、碎屑和其他雜質(zhì)。（3）沖洗方向調(diào)整：根據(jù)地層情況，可能需要調(diào)整沖洗噴頭的方向，以確保沖洗液在地層中均勻分布。對于有裂隙或不均勻地層的情況，可能需要采用多方向沖洗。（4）循環(huán)沖洗：在一次沖洗完成后，可能需要進行多次沖洗，直至沖洗液清晰透明，表明裂隙和孔隙中的污染物已被有效清除。這確保了注漿材料的良好滲透性。（5）監(jiān)測與調(diào)整：在沖洗的過程中，施工人員應(yīng)該實時監(jiān)測沖洗液的排放情況，了解沖洗的效果。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整沖洗參數(shù)，確保地層裂隙清潔無阻[6]。（6）清理孔口：沖洗完成后，施工人員需要對孔口進行清理，確保在注漿過程中不會發(fā)生阻塞，進而保證注漿材料能夠充分填充到地層的目標位置。

3.1.4 壓水試驗

在水利工程中的帷幕灌漿技術(shù)中，進行壓水試驗是確保地層滲透性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。這一過程的前期準備包括確認鉆孔的清潔度、檢查沖洗液的透明度，以及確認沖洗液的排放情況。一旦確認鉆孔和地層裂隙清潔，即可著手進行壓水試驗。

在試驗方案的設(shè)計上，根據(jù)工程設(shè)計和前期的地質(zhì)勘察結(jié)果，規(guī)劃了壓水試驗的具體方案，包括確定試驗的水壓、持續(xù)時間以及試驗的步驟。試驗開始前，需要準備用于壓水試驗的水源，其質(zhì)量和純度對于準確評估地下水的滲透性至關(guān)重要。試驗過程中，通過專業(yè)的注水系統(tǒng)將試驗水源注入已完成的鉆孔中，逐漸增加水壓，觀察水的滲透情況和地層的反應(yīng)。施工人員在試驗過程中不斷監(jiān)測測試水的滲透情況、注水的壓力和地層的反應(yīng)，實時記錄數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析和調(diào)整提供基礎(chǔ)。

根據(jù)試驗的結(jié)果，工程人員能夠評估地下水的滲透性和地層的穩(wěn)定性。這些數(shù)據(jù)將用于調(diào)整注漿參數(shù)，確保后續(xù)注漿工作的效果最佳。如果試驗結(jié)果顯示地下水滲透性較大，可能需要調(diào)整注漿的類型、漿液的濃度以及注漿的壓力，以適應(yīng)實際地質(zhì)條件。

3.1.5 灌漿封孔

在水利工程中的帷幕灌漿技術(shù)，灌漿封孔是施工過程中至關(guān)重要的一步，其目的是將注漿材料有效地灌注到鉆孔中，并封堵孔口，從而增強地層的穩(wěn)定性、抗?jié)B性，以及工程整體的安全性[7]。

灌漿封孔的詳細執(zhí)行包括以下關(guān)鍵步驟：（1）選用合適的灌漿材料：根據(jù)工程設(shè)計和地質(zhì)條件，選擇適宜的灌漿材料，通常包括水泥漿、聚合物漿或其他專用灌漿材料。灌漿材料的選擇應(yīng)能夠滿足工程的防滲、加固或滲透控制等特定要求。（2）漿液配制：針對選擇的灌漿材料，進行嚴格的漿液配制。確保漿液的配比精準，以保證其流動性和硬化特性符合設(shè)計要求。（3）選擇合適的灌漿設(shè)備：根據(jù)鉆孔的直徑和深度，選擇適當(dāng)?shù)淖{設(shè)備，包括注漿泵、注漿管和噴嘴等專業(yè)設(shè)備。（4）開始注漿：使用選定的注漿設(shè)備，開始將漿液注入鉆孔中。注漿的過程需要逐漸提升注漿管，確保漿液在整個孔深范圍內(nèi)均勻分布，形成均勻、連續(xù)的帷幕結(jié)構(gòu)。（5）控制注漿參數(shù)：施工人員需要嚴格控制注漿的壓力和流量，以確保漿液充分填充孔隙，消除空隙。通過實時監(jiān)測注漿參數(shù)，可以及時調(diào)整以保持一致的注漿效果。（6）封堵孔口：在每個孔完成注漿后，對孔口進行封堵，通過注入特定的封堵材料或使用專門的封堵裝置完成，防止?jié){液的溢漏并保護帷幕的完整性。（7）確保帷幕的連續(xù)性：在整個灌漿封孔過程中，施工人員需確保帷幕的連續(xù)性，避免因注漿中斷或不均勻而導(dǎo)致的質(zhì)量問題，實現(xiàn)帷幕在地層中形成一個穩(wěn)定、連續(xù)的抗?jié)B結(jié)構(gòu)。（8）清理工作：對施工現(xiàn)場進行清理工作，包括清理工作區(qū)域和處理漿液殘留物，以此符合環(huán)保標準。

3.2 應(yīng)用中存在的問題與規(guī)避策略

3.2.1 涌水問題

問題：在水利工程帷幕灌漿技術(shù)中，常見的問題之一是涌水。涌水源于地下水位較高或者地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致在進行鉆孔或注漿的過程中，水通過地層裂隙或孔隙迅速涌入鉆孔，影響了帷幕灌漿的效果。這會導(dǎo)致灌漿材料無法有效充填到目標位置，進而降低了抗?jié)B性和穩(wěn)定性。

規(guī)避策略：為規(guī)避涌水問題，工程人員需要采取一系列綜合性的策略，以確保帷幕灌漿的效果和質(zhì)量。首要的策略是在施工前進行全面而精確的地質(zhì)勘察，深入了解工程地段的地下水位、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及土層特性。通過全面了解地質(zhì)條件，工程人員可以預(yù)測可能的涌水風(fēng)險并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。在地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，選擇合適的封堵材料是防范涌水的重要一環(huán)。封堵材料的選擇應(yīng)考慮其滲透性、黏度和固化時間等因素，以便在孔口形成堅固而密封的屏障，抑制地下水的涌入。此外，調(diào)整注漿參數(shù)也是規(guī)避涌水問題的關(guān)鍵步驟。在施工過程中，根據(jù)實際地質(zhì)條件和涌水情況，工程人員需要靈活調(diào)整注漿的壓力和流量。通過實時監(jiān)測注漿參數(shù)，工程人員可以及時調(diào)整操作，確保注漿材料能夠順利滲透到目標地層，抵御地下水的涌入。還要采用防涌水的鉆孔技術(shù)也是重要的規(guī)避策略之一，包括使用先進的鉆孔設(shè)備，如封堵鉆頭和注漿管，以減小鉆孔直徑并阻止水的迅速涌入。

3.2.2 冒漿問題

問題：另一個常見問題是冒漿，即在注漿過程中，漿液在地表或孔口冒出。這是由于注漿壓力過高、孔隙通道阻塞或者地層松散導(dǎo)致漿液漏失。冒漿問題不僅影響了施工現(xiàn)場的整潔，也導(dǎo)致注漿材料無法充分滲透到目標地層，從而影響了帷幕的均勻性和完整性。

規(guī)避策略：首要是通過使用先進且高效的注漿設(shè)備，實現(xiàn)對注漿壓力和流量的精準控制，從而降低漿液早期固化的風(fēng)險，減少冒漿可能性。此外，定期清理孔口以清除雜質(zhì)和殘留物，有助于避免漿液在注入孔口時遇到阻礙并發(fā)生冒漿。調(diào)整漿液的黏度和流動性，使其更符合地層要求，有助于降低漿液在地下過早擴散和冒漿的概率。同時，采用防冒漿技術(shù)，如選擇具有較好抗冒漿性能的封堵材料，確保注漿時漿液不會過早冒出地表。最后，加強施工人員的培訓(xùn)和管理，使其熟練掌握注漿設(shè)備的操作，并提高他們對施工過程的監(jiān)控和應(yīng)對能力，有助于及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的冒漿問題。

3.2.3 串漿問題

串漿是指在相鄰的鉆孔之間，漿液在地下層之間串通的情況，這是由于地層裂隙過于密集，或者地質(zhì)條件導(dǎo)致漿液在地下形成橫向連接，從而使得注漿材料不按照設(shè)計要求分布，降低了帷幕灌漿的局部效果。

規(guī)避策略：合理設(shè)置孔距是關(guān)鍵的一步，通過在設(shè)計階段考慮地層裂隙分布，合理設(shè)置孔距，降低孔位密集度，從而減少串漿風(fēng)險。其次，控制注漿壓力是防范串漿的關(guān)鍵措施，通過合理控制注漿壓力，避免漿液在地下過度擴散，減小相鄰孔隙之間的連接概率，從而減少串漿的發(fā)生。加強地質(zhì)勘察工作也是預(yù)防串漿問題的有效途徑，通過詳細的地質(zhì)勘察，提前了解地下結(jié)構(gòu)細節(jié)，有助于預(yù)測串漿可能性，采取相應(yīng)的施工調(diào)整措施。最后，使用先進的注漿設(shè)備能更好地控制注漿參數(shù)，確保漿液在注入過程中均勻分布，減小串漿的風(fēng)險。

3.2.4 灌漿中斷

問題：灌漿中斷是指在帷幕灌漿過程中，由于設(shè)備故障、工藝問題或其他原因，導(dǎo)致注漿操作暫時中斷的情況，進而導(dǎo)致地層中形成不均勻的注漿段，影響帷幕的整體效果。灌漿中斷也會導(dǎo)致施工難度增加，需要更多的人工干預(yù)。

規(guī)避策略：為了防止水利工程帷幕灌漿中的灌漿中斷問題，施工人員需采取一系列措施。定期檢查和維護注漿設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，是確保設(shè)備穩(wěn)定運行的重要步驟。此外，備用設(shè)備的準備也是關(guān)鍵，可以在主設(shè)備故障時迅速切換，維持施工的連續(xù)性。對專業(yè)人員進行全面培訓(xùn)，使其熟悉設(shè)備操作和維護，提高監(jiān)控和應(yīng)對能力，有助于防范潛在的設(shè)備故障，減少灌漿中斷的風(fēng)險。

3.2.5 鉆孔傾斜

問題：在進行鉆孔過程中，鉆孔偏離了垂直方向，出現(xiàn)鉆孔傾斜，是由于地層不均勻、巖石層的存在或者鉆機操作不當(dāng)引起。鉆孔的傾斜度不僅會導(dǎo)致帷幕灌漿的設(shè)計參數(shù)無法準確執(zhí)行，會影響到帷幕的均勻性和穩(wěn)定性。

規(guī)避策略：為規(guī)避水利工程帷幕灌漿中可能發(fā)生的鉆孔傾斜問題，施工人員應(yīng)綜合運用多項策略。首先，選擇使用先進的定向鉆機，該設(shè)備能夠在鉆孔過程中更精準地控制方向，減小地層不均勻性對鉆孔方向的干擾，有效預(yù)防鉆孔的偏斜。其次，通過加強現(xiàn)場監(jiān)測，實時掌握鉆孔的狀況，及時發(fā)現(xiàn)并糾正偏斜情況，以確保鉆孔方向的準確性。最后，通過在地質(zhì)勘察階段合理安排鉆孔位置，根據(jù)詳細了解的地層結(jié)構(gòu)選擇適宜的位置，避免容易發(fā)生偏斜的地層，降低鉆孔傾斜的風(fēng)險。

結(jié)語：

水利工程中的帷幕灌漿技術(shù)因其在強化巖土體和裂隙封堵方面的獨特作用而備受關(guān)注。在實際應(yīng)用中，對涌水、冒漿、串漿、灌漿中斷等問題提出了一系列有效的規(guī)避策略。同時，通過合理的地質(zhì)勘察、先進設(shè)備的運用、專業(yè)人員的培訓(xùn)等手段，能夠更好地保障帷幕灌漿工程的順利進行。