水泥灌浆

基础灌浆作为隐蔽工程，工程质量靠过程保证。现行《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T 5148-2012)明确灌浆结束条件，灌浆升压过程采用分级升压或一次升压；隆巴迪提出的GIN(grouting Intensity Number)灌浆法，未明确灌浆过程控制，(GIN值(P×V只是结束条件)；隆巴迪在04年认识到过程控制的重要性，对其工艺进行了改良，提出了灌浆过程中流量控制的观点，但是纵观国内外主要的灌浆控制，灌浆结束条件清晰明确，但对灌浆过程控制方法没有明确的描述。

近年来，我国许多大型水利水电项目的灌浆工程量都在数十万米、百万米以上，工期几乎贯穿整个枢纽工程的始终，灌浆工程的难度随之增大，灌浆工程质量亦难以做到有效控制。由于我国灌浆工程施工技术总体上仍然处于半机械化和劳动密集型的水平，施工过程的管理和控制主要依赖于人工人力，工人和技术人员劳动强度大，施工现场作业环境差，施工效率低。灌浆设备自动化和智能化发展已成为当前十分重要的新课题。针对水电工程地质条件复杂多变，地基基础处理要求高，灌浆工程量大、施工环境条件差、隐蔽工程质量控制难等特点，项目依托多项水利水电高难度灌浆工程，系统开展水泥灌浆自动化装备研发与应用研究，历经多年科技攻关，取得多项创新成果，本质上提高了施工机械化、自动化、智能化水平，保障了工程质量，提高了灌浆效率，减轻了作业人员劳动强度，取得了良好的工程效果。 本项目研究成果形成了从制浆材料存储、供料到制浆、供浆、灌浆及灌浆压力控制全过程的自动化成套装备，在多项依托工程和众多其他建设项目广泛成功应用，经济和社会效益显著，大大提高了灌浆施工自动化水平。本项目获得中国电建科学技术奖一等奖1项，获得专利7项，其中发明专利3项，实用新型专利4项，发表论文2篇。

松软地层（含中等透水岩土体）在我国西南、华南、华中等水资源丰富地区的地表覆盖层、河床、中风化及强风化基岩、溶蚀红层等类似地层广泛分布，这类地层建设水利工程、垃圾填埋工程、矿山、地铁，和水土流失综合治理等涉及到大量灌浆防渗工程。目前，灌浆防渗总体上多凭经验或参考同类工程和灌浆试验成果进行，尤其对松软地层（含中等透水岩土体）进行有效性和控制性灌浆防渗，还缺乏适宜的灌浆材料、工艺方法和成功的工程经验。对于松软地层防渗灌浆，普遍存在：（1）大耗灰量；（2）易塌孔埋钻；（3）灌浆不起压；（4）灌浆效果差等突出问题。 托口水电站大坝和厂房之间 9km 长的河湾地块上部中风化岩体为深厚白垩系红层，裂隙发育，是主要的赋水层和透水层，下部灰岩溶蚀发育，存在渗漏通道。防渗帷幕工程量大，灌浆钻孔最大深度 160m，承压水头超过 60m，技术难度高。常规水泥灌浆试验表明，反复试灌，单耗达到 700kg/m 也未能形成设计要求的防渗帷幕体。工程防渗难题具体表现在：（1）红层常规水泥灌浆耗浆量大，工程投资难以控制。在可研阶段进行常规的水泥灌浆试验研究表明，灌浆单耗高达近 700kg/m，个别段达到 1200 kg/m。（2）红层采用常规灌浆工艺施工存在诸多技术难题，灌浆施工周期长。白垩系红层具有软硬不均、松散破碎、溶蚀疏松、岩溶发育、中等透水等多种组合不良地质特征，少有类似经验借鉴。工程采用常规水泥灌浆防渗，存在：①易塌孔埋钻，钻孔护壁；②灌浆分段封闭；③灌浆不起压，灌浆压力实施；④检查试验压水等工艺技术难题。（3）红层采用常规灌浆工艺灌注常规水泥灌浆效果差，可研阶段试验，个别孔串浆到 100 米外地表，反复试灌，压水试验检查透水率改善仍不明显，基本未能形成设计要求的防渗帷幕体。由于岩层结构特性、钻孔深度等原因，“分段下塞灌浆法”、“袖阀管灌浆法”、“拔管灌浆法”等工艺难于实施；若采用“孔口封闭灌浆法”，因灌浆全孔受压灌注，浅层或局部弱面容易产生低压重复劈裂，一方面无效灌注浆材浪费问题突出，另一方面全孔段仅局部低压受灌，灌浆均一性差，难以建造合格的防渗帷幕。（4）灰岩溶洞难以实施高压挤密灌浆。底部红层接触带与下部灰岩段埋深较深，“孔口封闭灌浆法”不便实施上部红层全段隔离封闭，限于上部红层对灌浆压力的承受能力，对下部岩溶软弱充填物难以有效实施高压挤密灌注，防渗体密实性无法保证。层间接触带、上下层帷幕搭接难以起压，质量难以保证。 针对这些问题，依托托口水电站河湾地块防渗帷幕工程，在 2008 年前期预研的基础上，2011 年中国电力投资集团立项重点科技项目《高压脉动劈裂挤密灌浆技术及其在托口河湾地块防渗工程中的应用》，2013 年又追加资助，经过 6 年的系统研究和应用，创新提出了采用：“自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆”全新工艺，系统研究获得了可控性灌浆材料、封孔止浆技术、控制灌浆工艺等重大技术突破，并成功应用。