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【摘要】：随着我国的水利水电技术与水利水电工程建设取得了长足的发展和进步，但近年来，水利水电工程建设中的灌浆技术却成为了一个复杂而系统的工程，存在很多因素影响着施工质量。本文笔者对水利水电工程中的灌浆施工技术及控制问题进行了探讨，并对施工技术与质量控制措施进行了分析。
【关键词】：水利水电；灌浆施工；技术
引言
水利水电灌浆施工过程控制是一个复杂的控制系统，涉及到方方面面。要作好灌浆过程的施工，首先要做好一系列的施工控制，并结合施工工艺技术，选取具体的参数、控制手段和方法，才能使灌浆这一隐蔽工程作到可控，从而达到预期的灌浆施工目的。因此，对水利水电工程灌浆的施工技术进行具有一定的实际意义。
一、施工控制概念结构
(1) 将灌浆工程看作是一个包含几个子结构的、复杂的系统，灌浆施工控制理论即是在某种 “最优化”意义下求解该系统的方法和策略的统称。它除了包含浆液的灌浆载体中渗流和相互作用规律的数学表述、模型化和最优化技术外，还补充了公理化、因果反馈和工程分析等内容。
(2) 对整个系统的运筹采用最优性准则与工程分析相结合的方式，而对各个子系统则主要采用一般的浆液渗流理论和最优化方法处理。各子系统之间用耦合变量连接，并利用先松弛1 个或更多的最优化的必要条件以使其独立。
(3) 在全系统运行最优化分析的基础上进行工程分析。它包括以下两个方面:①将由最优化分析获得的施工控制策略和决策变量采用工程的观点进行检查分析，以验证其技术的可能性;②考虑在系统运行一段时间后，即在灌浆过程中，系统状态将发生变化，因而系统的输出也将改变，为此，将新的状态变量输入灌浆控制数学模型进行反馈分析和灵敏度分析，以判别系统的稳定性。
二、无塞灌浆方法
无塞灌浆原本叫做 “自上而下、循环式、不待凝、孔口封闭灌浆法”，其特点在于无塞灌浆技术的运用。即钻一个比帐幕灌浆孔(56mm) 大 20mm (76mm) 的孔，其孔长为 1. 5m ～2. 5m，不下入原来一套复杂的灌浆塞，而只下入一根钻杆或无缝钢管作为射浆管，以钻杆与于 L 壁之间的孔隙作为循环灌浆的回浆管。其它施灌流程同常规帐幕孔口封闭灌浆法一样。每一段灌浆结束，即可提出钻杆，换上钻具进行下一灌浆段的钻孔与灌浆而不需要待凝。“无塞灌浆技术”大体具备下列优点:①首先，因常规帐幕采用灌浆塞而改良为“无塞”，明显地缩短了试验 (施工) 时间，提高了工效。以 LI 组为例，采用无塞帐幕灌浆与有塞帐幕灌浆相比较，可缩短近一半工时，而且避免了灌浆塞常出现塞堵不好发生漏水需返工处治的麻烦。②关键是提高了帐幕灌浆质量，对 LI 组试验而言，采用常规帐幕灌浆后压水检查结果虽然达到 m ＜ 0. 01L ( /min·m·m) (即 1Lu)，满足了设计要求，但采用无塞灌浆后压水检查结果，已达到 m ＜0. 0001L( /min·m·m) (即 10Lu ～ 2Lu)，而且防渗能力连续。从LI 组疲劳压水与破坏压水试验以及直径 1000mm 大口径中看出，在300m 水头下，连续 5d，防渗能力达 “近于零” 的高水准，并且无衰减; 其破坏水力比降高达 300; 渗透比例极限达 5MPa。这些都是有塞灌浆所难以达到的。
三、混凝土裂缝灌浆技术
混凝土裂缝灌浆技术最初是从坝工构筑物开始运用的，以后才引用到建筑工程中来。通过多年来的实际应用，已证明环氧灌浆法修补泥凝土裂缝在技术上是可行的，在经济上也是合理的。这一方法的成功为修补土木建筑工程混凝土裂缝提供了一个新的途径。环氧灌浆法曾先后在北京和全國其他地区得到厂距匝用，应用范围有公用建筑的大梁、工业厂房的吊车梁、公路桥梁、地下铁道涵洞、柑架、小型水坝以及大型体育馆的抗冻地面的修缮等。这种方法在各地应用的过程中又不断得以改进和完善，至今已经成为混凝土构筑物加固和堵漏的一个重要方法。
四、诱导灌浆技术
在水利水电灌浆工程设计时，根据不同的要求，创造条件设计既能挡住泥土侧压力，又能防渗漏的灌浆帐幕工程; 同时设计出控制浆液流动范围，更有效地进行加固的基础加固工程。这就是诱导灌浆技术。广义的诱导灌浆技术还包括电渗化学灌浆等。
五、灌浆质量子系统的控制
灌浆质量子系统主要包括灌入能力、可塑性以及强度特性等，其控制目标因水利枢纽工程的性质与设计施工要求而定。其控制方法是: 根据预定的控制目标进行浆材选择，并参照下述的几个灌浆定理预测和协调地质条件、浆材性质及施工技术工艺之间的关系，以及在坝基或混凝土坝体中的渗流场、温度场诸反应，使其达到最优选择。
(1) 尺寸效应定理。对于渗透灌浆，浆材的颗粒尺寸 d 必须小于被灌介质缝隙 Dp或孔隙的尺寸 R，即必须满足浆材对孔 (缝) 隙的尺寸效应。
为考虑群粒的堵塞作用的累加影响，式 (2) 在被用于施工控制时，要求:
注意，若为粒状浆液，其渗流状态除受尺寸效应控制外，同时也受下述流变效应控制。
(2) 劈裂定向定理。采用劈裂灌浆方式进行灌浆时，劈裂现象必然会首先发生在载体中垂直最小主应力的平面上。
(3) 劈裂判别定理。劈裂灌浆可以采用数值法和 Q = f (P) 曲线法来表示灌浆载体中发生水力劈裂的条件并判别其性质。
数值法—对钻孔压水试验结果进行分析，可区分三类情况: 当流量与水头呈线性关系时，水在裂隙中呈层流状态，灌浆载体中未发生水力劈裂; 流量与水头呈平方根函数时，渗流呈紊流状态，可能裂隙中发生了阻塞或裂隙中的充填料被压密; 当流量的增长高于水流的增长时，表明渗流断面已被扩大，这是由于载体劈裂、裂隙充填物冲走或裂隙变形等原因所致。
Q = f(P) 曲线法—根据钻孔压水试验结果，按照图 1 中的曲线形式判别劈裂性质: P 与 Q 呈直线关系，灌浆载体未发生水力劈裂，见图 1 (a); 流量随压力不可逆地增大，载体裂隙发生了冲刷或塑性变形，见图 1 (b); 流量的增大是可逆的，载体裂隙发生了弹性变形，见图 1 (c)。
(4) 吸渗反应定理。化学浆液对低透介质的渗透主要不是压渗作用，而是由于浆液对载体的润湿能力和亲和力，即所谓的吸渗作用。浆液对载体的润湿以其接触角 θ 来表示，若接触角 θ ＞ 90°，浆液是载体的润湿相，亲和力 F ＞0，有吸渗作用; 若θ ＜ 90°，则无吸渗作用，浆液必须借助外加压力才能迫使其灌入。
六、工程费用子系统的控制
在这个系统中，用最优化分析解决问题，即在本系统的运筹中，施工控制策略要使灌浆的净效益最大，而灌浆和施工控制费用尽可能地小。为了尽可能地减少这种负效益，必须在一定的自然规律和施工条件的约束下，按照最优化原则，结合工程分析考虑施工控制工艺和方法，对整个灌浆系统进行科学的管理。这里不提负效益最小，而只要求负效益尽可能减少，这是由于在灌浆工程中，最优解并不一定是理想的运用方法。
环境效应子系统的评价因子为: 气温、湿度风速、降水量、雾、水质、水温、地下水、水化学; 污染带 (源)、施工中飘尘、有害气体、生活与生产污染物及水体污染; 运输、爆破及施工机械噪声、施工及弃液、弃渣，以上因素对景观破坏及灌浆全过程的影响，还有建成后长期对人类健康与邻近建筑物安全的影响等。
七、结束语
水利水电灌浆施工过程控制是一个复杂的控制系统，涉及到很多方面。要作好灌浆过程控制，首先要作好以上几方面工作，然后在施工过程中选取具体的参数、控制手段和方法，才能使灌浆这一隐蔽工程作到可控，从而达到预期的灌浆施工目的。
参考文献：
［1］邹刚． 水利水电工程灌浆施工控制过程研究 ［J］． 四川水力发电，2006，( 05) ．
［2］卢振伟． 浅析水利工程中的防渗处理灌浆施工技术 ［J］． 广东科技，2009，( 08)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】：水利水电；灌浆施工；技术
引言
水利水电灌浆施工过程控制是一个复杂的控制系统，涉及到方方面面。要作好灌浆过程的施工，首先要做好一系列的施工控制，并结合施工工艺技术，选取具体的参数、控制手段和方法，才能使灌浆这一隐蔽工程作到可控，从而达到预期的灌浆施工目的。因此，对水利水电工程灌浆的施工技术进行具有一定的实际意义。
一、施工控制概念结构
(1) 将灌浆工程看作是一个包含几个子结构的、复杂的系统，灌浆施工控制理论即是在某种 “最优化”意义下求解该系统的方法和策略的统称。它除了包含浆液的灌浆载体中渗流和相互作用规律的数学表述、模型化和最优化技术外，还补充了公理化、因果反馈和工程分析等内容。
(2) 对整个系统的运筹采用最优性准则与工程分析相结合的方式，而对各个子系统则主要采用一般的浆液渗流理论和最优化方法处理。各子系统之间用耦合变量连接，并利用先松弛1 个或更多的最优化的必要条件以使其独立。
(3) 在全系统运行最优化分析的基础上进行工程分析。它包括以下两个方面:①将由最优化分析获得的施工控制策略和决策变量采用工程的观点进行检查分析，以验证其技术的可能性;②考虑在系统运行一段时间后，即在灌浆过程中，系统状态将发生变化，因而系统的输出也将改变，为此，将新的状态变量输入灌浆控制数学模型进行反馈分析和灵敏度分析，以判别系统的稳定性。
二、无塞灌浆方法
无塞灌浆原本叫做 “自上而下、循环式、不待凝、孔口封闭灌浆法”，其特点在于无塞灌浆技术的运用。即钻一个比帐幕灌浆孔(56mm) 大 20mm (76mm) 的孔，其孔长为 1. 5m ～2. 5m，不下入原来一套复杂的灌浆塞，而只下入一根钻杆或无缝钢管作为射浆管，以钻杆与于 L 壁之间的孔隙作为循环灌浆的回浆管。其它施灌流程同常规帐幕孔口封闭灌浆法一样。每一段灌浆结束，即可提出钻杆，换上钻具进行下一灌浆段的钻孔与灌浆而不需要待凝。“无塞灌浆技术”大体具备下列优点:①首先，因常规帐幕采用灌浆塞而改良为“无塞”，明显地缩短了试验 (施工) 时间，提高了工效。以 LI 组为例，采用无塞帐幕灌浆与有塞帐幕灌浆相比较，可缩短近一半工时，而且避免了灌浆塞常出现塞堵不好发生漏水需返工处治的麻烦。②关键是提高了帐幕灌浆质量，对 LI 组试验而言，采用常规帐幕灌浆后压水检查结果虽然达到 m ＜ 0. 01L ( /min·m·m) (即 1Lu)，满足了设计要求，但采用无塞灌浆后压水检查结果，已达到 m ＜0. 0001L( /min·m·m) (即 10Lu ～ 2Lu)，而且防渗能力连续。从LI 组疲劳压水与破坏压水试验以及直径 1000mm 大口径中看出，在300m 水头下，连续 5d，防渗能力达 “近于零” 的高水准，并且无衰减; 其破坏水力比降高达 300; 渗透比例极限达 5MPa。这些都是有塞灌浆所难以达到的。
三、混凝土裂缝灌浆技术
混凝土裂缝灌浆技术最初是从坝工构筑物开始运用的，以后才引用到建筑工程中来。通过多年来的实际应用，已证明环氧灌浆法修补泥凝土裂缝在技术上是可行的，在经济上也是合理的。这一方法的成功为修补土木建筑工程混凝土裂缝提供了一个新的途径。环氧灌浆法曾先后在北京和全國其他地区得到厂距匝用，应用范围有公用建筑的大梁、工业厂房的吊车梁、公路桥梁、地下铁道涵洞、柑架、小型水坝以及大型体育馆的抗冻地面的修缮等。这种方法在各地应用的过程中又不断得以改进和完善，至今已经成为混凝土构筑物加固和堵漏的一个重要方法。
四、诱导灌浆技术
在水利水电灌浆工程设计时，根据不同的要求，创造条件设计既能挡住泥土侧压力，又能防渗漏的灌浆帐幕工程; 同时设计出控制浆液流动范围，更有效地进行加固的基础加固工程。这就是诱导灌浆技术。广义的诱导灌浆技术还包括电渗化学灌浆等。
五、灌浆质量子系统的控制
灌浆质量子系统主要包括灌入能力、可塑性以及强度特性等，其控制目标因水利枢纽工程的性质与设计施工要求而定。其控制方法是: 根据预定的控制目标进行浆材选择，并参照下述的几个灌浆定理预测和协调地质条件、浆材性质及施工技术工艺之间的关系，以及在坝基或混凝土坝体中的渗流场、温度场诸反应，使其达到最优选择。
(1) 尺寸效应定理。对于渗透灌浆，浆材的颗粒尺寸 d 必须小于被灌介质缝隙 Dp或孔隙的尺寸 R，即必须满足浆材对孔 (缝) 隙的尺寸效应。
为考虑群粒的堵塞作用的累加影响，式 (2) 在被用于施工控制时，要求:
注意，若为粒状浆液，其渗流状态除受尺寸效应控制外，同时也受下述流变效应控制。
(2) 劈裂定向定理。采用劈裂灌浆方式进行灌浆时，劈裂现象必然会首先发生在载体中垂直最小主应力的平面上。
(3) 劈裂判别定理。劈裂灌浆可以采用数值法和 Q = f (P) 曲线法来表示灌浆载体中发生水力劈裂的条件并判别其性质。
数值法—对钻孔压水试验结果进行分析，可区分三类情况: 当流量与水头呈线性关系时，水在裂隙中呈层流状态，灌浆载体中未发生水力劈裂; 流量与水头呈平方根函数时，渗流呈紊流状态，可能裂隙中发生了阻塞或裂隙中的充填料被压密; 当流量的增长高于水流的增长时，表明渗流断面已被扩大，这是由于载体劈裂、裂隙充填物冲走或裂隙变形等原因所致。
Q = f(P) 曲线法—根据钻孔压水试验结果，按照图 1 中的曲线形式判别劈裂性质: P 与 Q 呈直线关系，灌浆载体未发生水力劈裂，见图 1 (a); 流量随压力不可逆地增大，载体裂隙发生了冲刷或塑性变形，见图 1 (b); 流量的增大是可逆的，载体裂隙发生了弹性变形，见图 1 (c)。
(4) 吸渗反应定理。化学浆液对低透介质的渗透主要不是压渗作用，而是由于浆液对载体的润湿能力和亲和力，即所谓的吸渗作用。浆液对载体的润湿以其接触角 θ 来表示，若接触角 θ ＞ 90°，浆液是载体的润湿相，亲和力 F ＞0，有吸渗作用; 若θ ＜ 90°，则无吸渗作用，浆液必须借助外加压力才能迫使其灌入。
六、工程费用子系统的控制
在这个系统中，用最优化分析解决问题，即在本系统的运筹中，施工控制策略要使灌浆的净效益最大，而灌浆和施工控制费用尽可能地小。为了尽可能地减少这种负效益，必须在一定的自然规律和施工条件的约束下，按照最优化原则，结合工程分析考虑施工控制工艺和方法，对整个灌浆系统进行科学的管理。这里不提负效益最小，而只要求负效益尽可能减少，这是由于在灌浆工程中，最优解并不一定是理想的运用方法。
环境效应子系统的评价因子为: 气温、湿度风速、降水量、雾、水质、水温、地下水、水化学; 污染带 (源)、施工中飘尘、有害气体、生活与生产污染物及水体污染; 运输、爆破及施工机械噪声、施工及弃液、弃渣，以上因素对景观破坏及灌浆全过程的影响，还有建成后长期对人类健康与邻近建筑物安全的影响等。
七、结束语
水利水电灌浆施工过程控制是一个复杂的控制系统，涉及到很多方面。要作好灌浆过程控制，首先要作好以上几方面工作，然后在施工过程中选取具体的参数、控制手段和方法，才能使灌浆这一隐蔽工程作到可控，从而达到预期的灌浆施工目的。
参考文献：
［1］邹刚． 水利水电工程灌浆施工控制过程研究 ［J］． 四川水力发电，2006，( 05) ．
［2］卢振伟． 浅析水利工程中的防渗处理灌浆施工技术 ［J］． 广东科技，2009，( 08)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。