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摘要：GIN法灌浆由瑞士灌浆专家隆巴迪博士（G.Lombardi）于1993年提出，具有施工速度快、节约材料、灌浆效果好、施工简单等优点。2004年隆巴迪博士（G.Lombardi）又提出GIN法流量控制灌浆的观点，使GIN法灌浆又有了新的发展。目前，GIN法灌浆在国外已是一项成熟的工法，而在国内尚处于试验阶段，未正式采用。突尼斯KEBIR（克比尔）粘土心墙大坝基础帷幕灌浆和固结灌浆工程采用了GIN法灌浆施工工艺，本文对此做了专题研究，以期该工法在国内能够推广应用。
关键词：GIN法；灌浆；流量控制法；稳定浆液；施工工法；研究
1.前言
GIN法灌浆由瑞士灌浆专家隆巴迪博士（G.Lombardi）于1993年提出，GIN灌浆方法具有施工速度快、节约材料、灌浆效果好、施工简单等优点。已在许多国家得到了广泛地应用，取得了良好的经济效益和社会效益。2004年隆巴迪博士（G.Lombardi）又提出GIN法流量控制灌浆的观点，使GIN法灌浆又有了新的发展。GIN法灌浆在国外是一项成熟的工法，在国内还处于试验（已终止）阶段。GIN法流量控制灌浆的观点国内尚没有接触，还谈不上成熟工法。
突尼斯克比尔粘土心墙大坝（坝高70m）工程由中国水利水电建设集团十五工程局有限公司（原陕西省水电工程局）承建，大坝基础灌浆采用GIN法灌浆，通过自动控制设备监控灌浆过程证实GIN法灌浆效果相对传统灌浆方法比较明显。
2.GIN灌浆工法适用范围和特点
2.1 本法适用于岩石水泥帷幕灌浆施工，也可用于岩石水泥固结灌浆施工；
2.2 GIN值由设计单位确定，在施工工法中只是执行；
2.3 GIN法在一个灌浆段灌浆的全过程采用单一配合比的稳定浆液，在灌浆过程中不变换浆液配比，配比经过试验确定；
2.4 采用中国国内厂家生产的自动控制设备，具有较强的自动监控和报警能力，能自动统计和生成中、英两种文字的报表和成果资料，减少了人为因素的影响，有利于灌浆质量的控制；
2.5 采用“流量控制法”控制灌浆全过程，强调灌浆过程中流量的控制，在保持流量稳定的条件下，使压力慢慢提高，强化了灌浆对地层和建筑物破坏的监控，保证了工程质量；
2.6 采用固定配比的稳定浆液，简化了施工工艺；
2.7 由于稳定浆液属于浓浆，可以减少灌浆结束后浆液的回流，提高浆液固化后的密度、强度、耐久性以及抗化学侵蚀、抗水冲击能力。
3.GIN法灌浆施工工法研究
3.1 GIN法灌浆理论阐述
GIN法灌浆由瑞士灌浆专家隆巴迪博士（G.Lombardi）于1993年提出，2004年又提出GIN法流量控制灌浆的观点。他认为帷幕灌浆施工时所需要消耗的能量近似等于GIN值，只要保证各个灌浆段的GIN值大体一致，就可以形成一道均匀连续的防渗帷幕。在给定的灌浆段内，灌浆最终压力（P）和注入量（V）的乘积即P×V称为灌浆强度值或GIN值，单位是MPa.L/m。用灌浆强度值（Grouting intensity number）控制灌浆的方法称为GIN法，也称之为“灌浆强度值”灌浆法。
GIN灌浆法采用稳定浆液进行灌浆，浆液扩散半径R和灌浆强度GIN值通过下列公式关系来表达：
R= ，V= ，GIN=
对于裂隙而言，GIN= =2
另外，可以推倒出以下公式：
R=
R=Rt×
Rt和GINt值都是在实验室得到的数值。
GIN -灌浆强度，e-假定的裂隙宽度，n-裂隙的数目，R-浆液到达的最大扩散半径，C-浆液的内聚力，P-灌浆结束压力，V-累计浆液注入量，KP-孔壁糙率，包括孔壁摩擦造成的压力损失系数，KV-浆液流动过程中（层流及紊流）的沿程损失以及裂隙宽度变化造成的损失系数。
从以上公式可以看出：浆液的内聚力决定着浆液在一定压力下和一定裂隙宽度范围内，向远处扩散的速度，而决定着浆液扩散最远距离还是浆液的内聚力。因为浆液内聚力有限制浆液扩散的作用，所以浆液最大扩散半径总是有限的，而浆液内聚力对完成灌浆所需的时间有一定影响。
3.2 GIN法灌浆和普通灌浆法的区别
GIN法灌浆和普通灌浆施工区别很大。第一，普通灌浆采用配比变换的浆液，要变换浆液浓度，开始用稀浆，一般为5：1或3：1，然后逐级变浓：一般为2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1等 6个级别，而GIN灌浆法在一个灌浆段灌浆的全过程中始终是单一配合比的稳定浆液，水灰比较低，一般在0.7～0.9，不需要变换浆液；第二，普通灌浆在开始灌浆后要很快达到设计压力且始终保持这一压力到灌浆结束，而GIN灌浆法并不是采用同一个压力；第三，GIN灌浆法必须使用计算机对GIN值和灌浆过程进行自动控制，并且具备报警和自动结束功能。
和普通灌浆方法比较，GIN法灌浆具有灌浆质量好、速度快、节约水泥、工艺简单等优点，已在许多国家得到了大规模的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
3.3 稳定浆液（浓浆）和普通浆液（稀浆）的特性与区别
稳定浆液系指2小时析水率≤4%（或5%）的浆液。稳定浆液比重≥1.63g/cm3，马氏粘度在28～36s之间，浆液7天抗压强度大于10MPa，浆液28天抗压强度大于17MPa。稳定浆液属于浓浆，浆液的流动性与浆液的水灰比有直接关系，水灰比愈小，流动性愈小。水灰比0.7：1～0.9：1的稳定浆液流动性适中，另外，水泥的品种、细度、浆液温度等对流动性也有一定的影响。根据稳定浆液的流动性要求，一般通过室内和室外试验确定水灰比。
普通灌浆的浆液从稀浆向浓浆逐级变换，水灰比选用的范围一般在10：1～0.4：1之间，帷幕灌浆使用范围一般在5：1～0.5：1之间，固结灌浆多在2：1～0.5：1之间。起始灌浆水灰比为5：1或3：1（国内规定起灌水灰比为5：1）的稀浆进行灌注，当孔内被注入一定量浆液后，再使用一个稍浓的浆液进行灌注，逐级变浓，直至水灰比为0.5：1非常浓的浆液进行灌注，当某一级浓度的浆液灌注压力达到设计标准，且流量极小时即可结束灌浆。 由于普通灌浆起灌浆液水灰比较稀（5：1或3：1），浆液中的含水量较高，致使裂隙过早的被稀浆填充，加之稀浆中的水泥颗粒容易沉淀，不稳定，不利于浆液凝结，很难固化形成整体。由于水分过量，使裂隙中水泥结块的抗压强度和抗化学侵蚀能力降低，耐久性降低。而在灌浆结束前使用较浓的浆液，由于粘度和内聚力太高，极不利于浆液在裂隙中的流动和扩散。特别是普通浆液有较高的离析率，容易造成裂隙上部是空腔，下部形成结合较为充分的水泥结块。
实例证明，不同水灰比的普通浆液有不同的粘度和内聚力，稳定浆液有稳定的粘度和内聚力。由于浆液进入裂隙的速度是不均匀的，速度的不均匀性使得浆液有一部分附着在裂隙的内壁，只有在裂隙中心的浆液才能扩散的更远。在浆液中心，浆液的流动速度最高，但随着浆液附壁，浆液的流动性降低直至停止。
本工程灌浆后钻孔提取的岩芯证实，浆液具有层理性。不同浓度浆液产生的层理性在水泥结块中往往能够清晰的看到：岩芯裂隙壁存在着由稀浆液产生的弱物质，而在裂隙中心，存在着由浓浆液产生的呈灰色、强度较高的水泥结块，这就是浆液层理性的体现。
突尼斯KEBIR（克比尔）心墙大坝工程基础灌浆试验数据表明：对于裂隙而言，水泥颗粒的直径和裂隙的开裂度决定着浆液进入的速度，浆液中水量的多少并不能代表稀浆比浓浆更容易进入裂隙中。可以采取1）在浆液中加入外加剂（避免因静电造成水泥颗粒集结现象）；2）采用细水泥；3）提高灌浆压力；4）利用压力水冲洗加大裂隙开裂度等措施，可以使浆液更为方便的进入裂隙中。
普通浆液（稀浆）具有不稳定性，岩石裂隙灌浆注入量不可预估，而使用稳定浆液（浓浆），GIN值相同时浆液的扩散半径大致是相同的，浆液不会流失到灌浆范围之外造成水泥浪费。在压力结束时，普通浆液（稀浆）有明显的回流现象，而稳定浆液（浓浆）则没有。
GIN法灌浆使用的稳定浆液不变换浆液浓度，相对于需要变换浆液浓度的普通浆液的制备工艺要简单。
采用稳定浆液（浓浆）主要是考虑到岩石裂隙内水泥结块的特性，灌浆后的工程质量比采用普通灌浆（稀浆）效果明显。主要表现在：1）力学强度更高；2）可以减少灌浆结束后的回流量，减少浆液的析水率，使水泥结块充满裂隙；3）与岩壁有很好的附着力；4）有很强的抗化学侵蚀能力。
3.4 外加剂对稳定浆液流变特性的影响
新鲜浆液是水和水泥颗粒混合的悬浮体，它符合宾汉体的力学性质，特性主要包括：密度、离析、粘度、内聚力和初凝时间。已凝固浆液的特性主要包括：抗压强度、抗侵蚀能力、抗水冲击强度及密度。
目前有许多外加剂能影响甚至改变浆液的某些特性，主要是直接影响到实际注浆过程中新鲜浆液的流变特性。
突尼斯KEBIR（克比尔）心墙大坝工程基础灌浆试验数据表明：加减水剂可使马氏粘度时间下降，使浆液的强度快速下滑，同等条件下若只简单的加水，浆液的强度和粘度会快速的以线性关系向水的特性数值接近。在浆液中加入膨润土与加入减水剂的作用恰恰相反。向水泥浆液中加入膨润土，虽然使浆液流动性变得更差，但可以获得价格低廉的浆液，在不影响浆液岩石灌浆强度的情况下，使岩石能得到较为充分的填充。
如果采用膨灰比为B/C=1%的比例加入膨润土，在水灰比为W/C=0.67不变时，随着膨润土比例的提高，浆液的粘度和强度亦逐渐趋向水的粘度和强度；若采用B/C=2%的比例加入膨润土，浆液强度几乎是一样的，但流动性变差。
总之，灌浆试验数据表明添加一些外加剂如减水剂和膨润土，可使新鲜浆液在保持其粘度、强度、析水率和初凝时间等特性不变的情况下，具有充分的流动性来充填岩石裂隙，而不会影响浆液的最终强度。
4.GIN法灌浆施工方法和工艺流程
4.1稳定浆液室内试验
水泥浆液的基本组成是水泥和水。稳定浆液的基本组分有水、水泥、膨润土和减水剂。可比尔大坝使用的是突尼斯水泥厂的42.5 水泥，阿尔及利亚产的塑性指数大于400膨润土，SIKA公司的MENT90MF减水剂。
在室内实验室进行稳定浆液的配比试验，选用水灰比（W/C）范围大约在0.6：1～1.0：1之间，膨润土添加量为水泥量的（B/C）0.5～5%，减水剂添加量为水泥量的（A/C）0～3%。试验的组数基本按正交试验确定，每种浆液配比做3～6次，以确保试验数据的稳定。在提交的试验报告中以表格形式建立W/C、B/C、A/C之间的对应关系。根据稳定浆液室内试验成果表绘制以下6种相关曲线：
1）浆液水灰比和相应浆液马氏粘度值（秒）、离析率（%）对应曲线图；
2）浆液水灰比和相应密度（理论数值和试验数值）对应曲线图；
3）浆液水灰比和对应浆液马氏粘度值（秒）、不同添加量外加剂的对应曲线图；
4）浆液水灰比和膨灰比（%）、不同添加量外加剂的对应曲线图；
5）浆液配比比重、水灰比和每种浆液离析率（%）对应曲线图；
6）浆液水灰比、浆液模块7天抗压强度和外加剂的对应曲线图。
根据曲线选择各种参数。突尼斯KEBIR（克比尔）大坝室内试验最后确定的水灰比（W/C）是0.7：1，膨灰比（B/C）是1.5%，减水剂灰比（A/C）是0.5%。其性能参数：比重1.65g/cm3、析水率3.0%、马氏粘度30s、7天抗压强度13.0MPa。每立方米浆液的材料用量为：水泥959.3kg，水671.5kg，膨润土14.4kg，外加剂4.8kg。
施工中根据现场实际通过减少膨润土和增加减水剂的用量，来增加浆液的流动性，并对施工配合比进行调整。用的较多的是：W/C=0.7，B/C=0.5%，A/C=1.0%，实测马氏粘度值是 26～34s（随温度变化）。
4.2 室外灌浆试验和设计GIN值的确定 正式灌浆前，首先建立灌浆试验区，试验区分四序进行，帷幕灌浆试验段灌浆设计孔间距为1.5m，孔深为75m，先导孔孔深为80m，为增加和岩石裂隙的垂直度，所有孔向左岸倾斜14°。坝基帷幕试验区设计GIN值如下表所示：
坝基及坝肩固结灌浆孔呈梅花形布置，孔间距为3m，孔深9m，每孔分三段进行灌浆。坝基固结设计GIN值如下表所示：
4.3、GIN法灌浆工艺流程过程控制
4.3.1制作灌浆任务书
通过设计公司和监理公司给定的参数和孔位布置情况，制作详细的单孔任务书，下发施工现场技术员和现场操作司钻进行施工和控制。
4.3.2 建立GIN灌浆包络线模型
在每一段灌浆前输入设计GIN值、最大注入量和最大压力，软件自动生成包络曲线。
4.3.3 钻孔
GIN灌浆对钻孔没有特殊的要求，和普通灌浆一样，GIN灌浆可以适应不同孔径。主要采用φ75mm和φ90mm两种孔径进行帷幕灌浆，φ50mm孔径进行坝基和两坝肩固结灌浆。
4.3.4制备稳定浆液
浆液制备采用自动制浆系统，由自动称量系统和自动搅拌系统组成。
稳定浆液的四种组分，除水泥是固态加入外，其余三种都以液态加入。膨润土要先制成浆（称母浆），再熟化24小时后（称熟浆）才能使用。
现场根据实际需要，设计了手动制浆站。制浆站由建在坝肩的高位水池供水，用有刻度的水箱量取；两个20m3的立罐分别作为膨润土母浆的膨化罐和熟浆的储存罐，由一个泵循环膨润土浆液，每隔2～3小时交替地循环母浆和熟浆。母浆按水/膨润土=20：1配制，人工加入袋装膨润土，水由制浆机划线计量。母浆在膨化罐中浸泡循环24小时后泵送到储存罐内循环备用。制浆站有1个有刻度的盛浆箱，可以量取膨润土浆液量，水泥是由自动称量系统计量并自动控制加入，减水剂由人工用量筒计量加入。
向高速搅拌机投料的顺序为：水→水泥→膨润土浆→外加剂，由于投料顺序对浆液指标有一定影响，必须严格遵守，且每罐添加间隔时间大致相同。高速搅拌机搅拌3分钟左右即可，太长或太短，都会影响鲜浆的粘度、密度或析水率指标。每1000～1500L浆液对指标检验一次，以确保制浆质量。稳定浆液制备流程如下图所示。
4.3.5灌浆控制设备和软件
智能灌浆设备、高压胶管及其他辅助设备均采购于国内。流量传感器为上海光华爱尔美特公司的K300型流量传感器，压力传感器为成都华滕自控设备有限公司生产的BP800型压力传感器，灌浆数据采集系统为成都华滕自控设备有限公司生产的HT-2型智能数据采集系统。
根据需要对灌浆数据采集系统软件进行了改造：
1）软件中增加了灌浆附加压力
由于GIN灌浆中严格遵守P×V=GIN，P即压力的大小直接影响V（累计注入量）的多少，也直接影响灌浆的效果，每段灌浆中的压力取值只能为该段段中压力，但压力传感器所安位置又往往在孔口位置，灌浆段的深浅和孔内水位高低都影响灌浆段所受压力，在灌浆前首先应对孔内水位高程进行测量，并将所测数据和浆液密度、灌浆起始和结束高程等有关输入软件，软件智能计算附加压力，并在灌浆过程中有效校正，从而使采集压力有效反应灌浆段中心实际灌浆压力，继而提高灌浆过程的准确率和有效率。
附加压力的另一作用是可以有效抵冲灌浆过程中浆液高流速带来的沿程损失，沿程损失在浆液流速高时非常大，有时可达到0.5～0.7MPa。
2）软件中增加了“OK小助手”
在GIN灌浆“流量控制法”中，由于对于PMax 和GIN值的控制极其严格，尤其对灌浆过程中达到PMax 95%和GIN值95%；PMax100% 和GIN值100%；PMax 105%和GIN值105%时改变流量的要求，需要控制过程的准确无误，所以灌浆软件中增加了“OK小助手”，“OK小助手”可以有效提示和帮助技术员控制灌浆过程，使灌浆控制准确无误。
4.3.6 GIN法灌浆试验器
灌浆试验器可采用充气或注水式气密胶囊试验器，也可采用机械式试验器。本工程施工期间大部分采用的是注水式胶囊试验器。
注水式胶囊试验器放置在灌浆段的顶部，试验器内管部分和输浆管路连接，通过手压泵给胶囊内注水，直到压力至相应值，一般胶囊压力大于本段灌浆压力最大值。
只能采用纯压式灌浆方法进行灌浆，灌浆结束，放完胶囊内全部水，使压力为零时再提拔胶囊并及时清洗。
4.3.7 GIN“流量控制法”灌浆流程
GIN“流量控制法”灌浆是在灌浆前设定一个灌浆基础流量，一般为15L/min，灌浆开始时使灌浆注入流量保持在15L/min，持续向孔内灌注浆液，由于灌注量的增加和孔内压力的逐渐增加，灌浆GIN值渐渐上升，当灌浆GIN值达到设计GIN值的95%或最大压力（Pmax）的95%时，降低灌浆浆液流量至基础流量的2/3（即10L/min），保持流量不变，向孔内灌注浆液，由于灌注量的增加和孔内压力的逐渐增加，灌浆GIN值渐渐上升，当灌浆GIN值达到设计GIN值的100%或最大压力（Pmax）的100%时，再次降低灌浆浆液流量至基础流量的1/3（即5L/min），保持流量不变，继续向孔内灌注浆液，由于灌注量的增加和孔内压力的逐渐增加，灌浆GIN值渐渐上升，当灌浆GIN值达到设计GIN值的105%或最大压力（Pmax）的105%时，结束整个灌浆过程。或者当注入量达到灌浆设计的最大注入量时可结束灌浆过程。
4.3.8现场流量控制
“流量控制法”不同于传统灌浆方法。传统灌浆过程中不控制灌浆流量，只在灌浆即将结束时保持灌浆压力不变，使灌浆注入量渐渐减小，直至流量小于1L/min。而“流量控制法”则严格控制灌浆过程中的流量大小，使浆液更为平稳的进入岩体内部，减少了大量浆液突然进入岩体对岩石的劈裂作用。 在GIN灌浆“流量控制法”灌浆过程中，灌浆流量控制是极其严格的，采用人工控制灌浆高压闸阀的方法进行，但大压力段流量控制比较困难，实践证明使用流量电磁阀和软件关联控制灌浆流量，效果会更好。
4.3.9 GIN法灌浆报表格式和数据采集要求
GIN法灌浆报表格式类同于国内灌浆格式，不同之处是报表中增加了GIN值项，并在灌浆采集数据后附灌浆控制曲线图，灌浆压力和时间（P～t）、流量和时间（Q～t）曲线图；可灌性和时间（Q/P～t）曲线图；累计注入量和时间（V～t）曲线图；GIN值（MPa×L/m）压力与累计注入量（P～V）曲线图。灌浆数据采集要求1分钟记录1次。
5 灌浆检查
当进行Ⅳ序孔（孔距1.5m）施工时，进行岩芯提取，钻孔低于帷幕线5m，并自上而下进行逐段压水，对于压水结果<5Lu的合格段>95%的孔，进行“防水试验”，把灌浆试验器紧于孔口处进行全孔压水，当流量<10 L时，自下而上逐段灌浆后用稳定浆液置换压力封孔。
当Ⅳ序孔施工灌浆段压水结果<5Lu的合格段≥95%时不再布置检查孔，<95%时再次加密布置Ⅴ序孔，做防水试验，直至合格并进行灌浆和封孔。
对于检查孔最后一段不合格（压水结果>5Lu）时，加深钻孔，并进行灌浆，直至合格。
本工程帷幕灌浆和固结灌浆总进尺26000m，均采用稳定浆液和GIN法灌浆，检查结果全部符合设计要求（小于5Lu），且水泥单耗较传统方法小，施工期较传统方法明显缩短。
本工程灌浆结果证明GIN“流量控制法”灌浆相较于传统灌浆方法灌浆效果好。
6 结语
通过对突尼斯KEBIR（克比尔）大坝基础GIN法灌浆应用研究，我们认为GIN法灌浆应遵循以下原则：
6.1通过室内外灌浆试验，确定合理的灌浆参数，并通过添加减水剂和膨润土等外加剂来确定合适的“稳定浆液”，从而制定出科学的灌浆方案；
6.2根据地质条件和岩石特性，以及工程要求和经济条件，对GIN灌浆参数WMax，PMax，GIN值做出规定；
6.3 同一灌浆段宜采用同一种配比的稳定浆液进行灌浆，不但可以使灌浆程序简化、灌浆质量均匀稳定，而且也能减少浆液的损失；
6.4 通过先导孔施工时的灌浆参数和压水参数来调整GIN灌浆参数和灌浆控制过程；
6.5 灌浆段应尽量避免压水试验，过度压水无益；
6.6 灌浆前应先向灌浆孔内注少量水，再进行灌浆施工，尽量避免由于浆液中水份损失造成浆液和岩壁之间阻力增加而导致注浆停止；
6.7 尽可能地利用自动化、信息化监控手段，自动监控、采集数据，建立GIN灌浆参数和灌浆过程统计学关系，并进行统计分析，使GIN灌浆过程控制更加细致化。
总而言之，GIN“流量控制法”灌浆在国外运用较为广泛，集中体现了现代灌浆的特点，细化了和量化了灌浆过程控制、优化了灌浆过程操作，工艺流程比较先进，值得在国内推广应用。
参考文献：
[1]孙钊，《大坝基岩灌浆》，中国水利水电出版社第一版，2004年3月1日；
[2]隆巴迪（G.Lombardi），瑞士灌浆专家有关GIN法灌浆理论阐述。
关键词：GIN法；灌浆；流量控制法；稳定浆液；施工工法；研究
1.前言
GIN法灌浆由瑞士灌浆专家隆巴迪博士（G.Lombardi）于1993年提出，GIN灌浆方法具有施工速度快、节约材料、灌浆效果好、施工简单等优点。已在许多国家得到了广泛地应用，取得了良好的经济效益和社会效益。2004年隆巴迪博士（G.Lombardi）又提出GIN法流量控制灌浆的观点，使GIN法灌浆又有了新的发展。GIN法灌浆在国外是一项成熟的工法，在国内还处于试验（已终止）阶段。GIN法流量控制灌浆的观点国内尚没有接触，还谈不上成熟工法。
突尼斯克比尔粘土心墙大坝（坝高70m）工程由中国水利水电建设集团十五工程局有限公司（原陕西省水电工程局）承建，大坝基础灌浆采用GIN法灌浆，通过自动控制设备监控灌浆过程证实GIN法灌浆效果相对传统灌浆方法比较明显。
2.GIN灌浆工法适用范围和特点
2.1 本法适用于岩石水泥帷幕灌浆施工，也可用于岩石水泥固结灌浆施工；
2.2 GIN值由设计单位确定，在施工工法中只是执行；
2.3 GIN法在一个灌浆段灌浆的全过程采用单一配合比的稳定浆液，在灌浆过程中不变换浆液配比，配比经过试验确定；
2.4 采用中国国内厂家生产的自动控制设备，具有较强的自动监控和报警能力，能自动统计和生成中、英两种文字的报表和成果资料，减少了人为因素的影响，有利于灌浆质量的控制；
2.5 采用“流量控制法”控制灌浆全过程，强调灌浆过程中流量的控制，在保持流量稳定的条件下，使压力慢慢提高，强化了灌浆对地层和建筑物破坏的监控，保证了工程质量；
2.6 采用固定配比的稳定浆液，简化了施工工艺；
2.7 由于稳定浆液属于浓浆，可以减少灌浆结束后浆液的回流，提高浆液固化后的密度、强度、耐久性以及抗化学侵蚀、抗水冲击能力。
3.GIN法灌浆施工工法研究
3.1 GIN法灌浆理论阐述
GIN法灌浆由瑞士灌浆专家隆巴迪博士（G.Lombardi）于1993年提出，2004年又提出GIN法流量控制灌浆的观点。他认为帷幕灌浆施工时所需要消耗的能量近似等于GIN值，只要保证各个灌浆段的GIN值大体一致，就可以形成一道均匀连续的防渗帷幕。在给定的灌浆段内，灌浆最终压力（P）和注入量（V）的乘积即P×V称为灌浆强度值或GIN值，单位是MPa.L/m。用灌浆强度值（Grouting intensity number）控制灌浆的方法称为GIN法，也称之为“灌浆强度值”灌浆法。
GIN灌浆法采用稳定浆液进行灌浆，浆液扩散半径R和灌浆强度GIN值通过下列公式关系来表达：
R= ，V= ，GIN=
对于裂隙而言，GIN= =2
另外，可以推倒出以下公式：
R=
R=Rt×
Rt和GINt值都是在实验室得到的数值。
GIN -灌浆强度，e-假定的裂隙宽度，n-裂隙的数目，R-浆液到达的最大扩散半径，C-浆液的内聚力，P-灌浆结束压力，V-累计浆液注入量，KP-孔壁糙率，包括孔壁摩擦造成的压力损失系数，KV-浆液流动过程中（层流及紊流）的沿程损失以及裂隙宽度变化造成的损失系数。
从以上公式可以看出：浆液的内聚力决定着浆液在一定压力下和一定裂隙宽度范围内，向远处扩散的速度，而决定着浆液扩散最远距离还是浆液的内聚力。因为浆液内聚力有限制浆液扩散的作用，所以浆液最大扩散半径总是有限的，而浆液内聚力对完成灌浆所需的时间有一定影响。
3.2 GIN法灌浆和普通灌浆法的区别
GIN法灌浆和普通灌浆施工区别很大。第一，普通灌浆采用配比变换的浆液，要变换浆液浓度，开始用稀浆，一般为5：1或3：1，然后逐级变浓：一般为2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1等 6个级别，而GIN灌浆法在一个灌浆段灌浆的全过程中始终是单一配合比的稳定浆液，水灰比较低，一般在0.7～0.9，不需要变换浆液；第二，普通灌浆在开始灌浆后要很快达到设计压力且始终保持这一压力到灌浆结束，而GIN灌浆法并不是采用同一个压力；第三，GIN灌浆法必须使用计算机对GIN值和灌浆过程进行自动控制，并且具备报警和自动结束功能。
和普通灌浆方法比较，GIN法灌浆具有灌浆质量好、速度快、节约水泥、工艺简单等优点，已在许多国家得到了大规模的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
3.3 稳定浆液（浓浆）和普通浆液（稀浆）的特性与区别
稳定浆液系指2小时析水率≤4%（或5%）的浆液。稳定浆液比重≥1.63g/cm3，马氏粘度在28～36s之间，浆液7天抗压强度大于10MPa，浆液28天抗压强度大于17MPa。稳定浆液属于浓浆，浆液的流动性与浆液的水灰比有直接关系，水灰比愈小，流动性愈小。水灰比0.7：1～0.9：1的稳定浆液流动性适中，另外，水泥的品种、细度、浆液温度等对流动性也有一定的影响。根据稳定浆液的流动性要求，一般通过室内和室外试验确定水灰比。
普通灌浆的浆液从稀浆向浓浆逐级变换，水灰比选用的范围一般在10：1～0.4：1之间，帷幕灌浆使用范围一般在5：1～0.5：1之间，固结灌浆多在2：1～0.5：1之间。起始灌浆水灰比为5：1或3：1（国内规定起灌水灰比为5：1）的稀浆进行灌注，当孔内被注入一定量浆液后，再使用一个稍浓的浆液进行灌注，逐级变浓，直至水灰比为0.5：1非常浓的浆液进行灌注，当某一级浓度的浆液灌注压力达到设计标准，且流量极小时即可结束灌浆。 由于普通灌浆起灌浆液水灰比较稀（5：1或3：1），浆液中的含水量较高，致使裂隙过早的被稀浆填充，加之稀浆中的水泥颗粒容易沉淀，不稳定，不利于浆液凝结，很难固化形成整体。由于水分过量，使裂隙中水泥结块的抗压强度和抗化学侵蚀能力降低，耐久性降低。而在灌浆结束前使用较浓的浆液，由于粘度和内聚力太高，极不利于浆液在裂隙中的流动和扩散。特别是普通浆液有较高的离析率，容易造成裂隙上部是空腔，下部形成结合较为充分的水泥结块。
实例证明，不同水灰比的普通浆液有不同的粘度和内聚力，稳定浆液有稳定的粘度和内聚力。由于浆液进入裂隙的速度是不均匀的，速度的不均匀性使得浆液有一部分附着在裂隙的内壁，只有在裂隙中心的浆液才能扩散的更远。在浆液中心，浆液的流动速度最高，但随着浆液附壁，浆液的流动性降低直至停止。
本工程灌浆后钻孔提取的岩芯证实，浆液具有层理性。不同浓度浆液产生的层理性在水泥结块中往往能够清晰的看到：岩芯裂隙壁存在着由稀浆液产生的弱物质，而在裂隙中心，存在着由浓浆液产生的呈灰色、强度较高的水泥结块，这就是浆液层理性的体现。
突尼斯KEBIR（克比尔）心墙大坝工程基础灌浆试验数据表明：对于裂隙而言，水泥颗粒的直径和裂隙的开裂度决定着浆液进入的速度，浆液中水量的多少并不能代表稀浆比浓浆更容易进入裂隙中。可以采取1）在浆液中加入外加剂（避免因静电造成水泥颗粒集结现象）；2）采用细水泥；3）提高灌浆压力；4）利用压力水冲洗加大裂隙开裂度等措施，可以使浆液更为方便的进入裂隙中。
普通浆液（稀浆）具有不稳定性，岩石裂隙灌浆注入量不可预估，而使用稳定浆液（浓浆），GIN值相同时浆液的扩散半径大致是相同的，浆液不会流失到灌浆范围之外造成水泥浪费。在压力结束时，普通浆液（稀浆）有明显的回流现象，而稳定浆液（浓浆）则没有。
GIN法灌浆使用的稳定浆液不变换浆液浓度，相对于需要变换浆液浓度的普通浆液的制备工艺要简单。
采用稳定浆液（浓浆）主要是考虑到岩石裂隙内水泥结块的特性，灌浆后的工程质量比采用普通灌浆（稀浆）效果明显。主要表现在：1）力学强度更高；2）可以减少灌浆结束后的回流量，减少浆液的析水率，使水泥结块充满裂隙；3）与岩壁有很好的附着力；4）有很强的抗化学侵蚀能力。
3.4 外加剂对稳定浆液流变特性的影响
新鲜浆液是水和水泥颗粒混合的悬浮体，它符合宾汉体的力学性质，特性主要包括：密度、离析、粘度、内聚力和初凝时间。已凝固浆液的特性主要包括：抗压强度、抗侵蚀能力、抗水冲击强度及密度。
目前有许多外加剂能影响甚至改变浆液的某些特性，主要是直接影响到实际注浆过程中新鲜浆液的流变特性。
突尼斯KEBIR（克比尔）心墙大坝工程基础灌浆试验数据表明：加减水剂可使马氏粘度时间下降，使浆液的强度快速下滑，同等条件下若只简单的加水，浆液的强度和粘度会快速的以线性关系向水的特性数值接近。在浆液中加入膨润土与加入减水剂的作用恰恰相反。向水泥浆液中加入膨润土，虽然使浆液流动性变得更差，但可以获得价格低廉的浆液，在不影响浆液岩石灌浆强度的情况下，使岩石能得到较为充分的填充。
如果采用膨灰比为B/C=1%的比例加入膨润土，在水灰比为W/C=0.67不变时，随着膨润土比例的提高，浆液的粘度和强度亦逐渐趋向水的粘度和强度；若采用B/C=2%的比例加入膨润土，浆液强度几乎是一样的，但流动性变差。
总之，灌浆试验数据表明添加一些外加剂如减水剂和膨润土，可使新鲜浆液在保持其粘度、强度、析水率和初凝时间等特性不变的情况下，具有充分的流动性来充填岩石裂隙，而不会影响浆液的最终强度。
4.GIN法灌浆施工方法和工艺流程
4.1稳定浆液室内试验
水泥浆液的基本组成是水泥和水。稳定浆液的基本组分有水、水泥、膨润土和减水剂。可比尔大坝使用的是突尼斯水泥厂的42.5 水泥，阿尔及利亚产的塑性指数大于400膨润土，SIKA公司的MENT90MF减水剂。
在室内实验室进行稳定浆液的配比试验，选用水灰比（W/C）范围大约在0.6：1～1.0：1之间，膨润土添加量为水泥量的（B/C）0.5～5%，减水剂添加量为水泥量的（A/C）0～3%。试验的组数基本按正交试验确定，每种浆液配比做3～6次，以确保试验数据的稳定。在提交的试验报告中以表格形式建立W/C、B/C、A/C之间的对应关系。根据稳定浆液室内试验成果表绘制以下6种相关曲线：
1）浆液水灰比和相应浆液马氏粘度值（秒）、离析率（%）对应曲线图；
2）浆液水灰比和相应密度（理论数值和试验数值）对应曲线图；
3）浆液水灰比和对应浆液马氏粘度值（秒）、不同添加量外加剂的对应曲线图；
4）浆液水灰比和膨灰比（%）、不同添加量外加剂的对应曲线图；
5）浆液配比比重、水灰比和每种浆液离析率（%）对应曲线图；
6）浆液水灰比、浆液模块7天抗压强度和外加剂的对应曲线图。
根据曲线选择各种参数。突尼斯KEBIR（克比尔）大坝室内试验最后确定的水灰比（W/C）是0.7：1，膨灰比（B/C）是1.5%，减水剂灰比（A/C）是0.5%。其性能参数：比重1.65g/cm3、析水率3.0%、马氏粘度30s、7天抗压强度13.0MPa。每立方米浆液的材料用量为：水泥959.3kg，水671.5kg，膨润土14.4kg，外加剂4.8kg。
施工中根据现场实际通过减少膨润土和增加减水剂的用量，来增加浆液的流动性，并对施工配合比进行调整。用的较多的是：W/C=0.7，B/C=0.5%，A/C=1.0%，实测马氏粘度值是 26～34s（随温度变化）。
4.2 室外灌浆试验和设计GIN值的确定 正式灌浆前，首先建立灌浆试验区，试验区分四序进行，帷幕灌浆试验段灌浆设计孔间距为1.5m，孔深为75m，先导孔孔深为80m，为增加和岩石裂隙的垂直度，所有孔向左岸倾斜14°。坝基帷幕试验区设计GIN值如下表所示：
坝基及坝肩固结灌浆孔呈梅花形布置，孔间距为3m，孔深9m，每孔分三段进行灌浆。坝基固结设计GIN值如下表所示：
4.3、GIN法灌浆工艺流程过程控制
4.3.1制作灌浆任务书
通过设计公司和监理公司给定的参数和孔位布置情况，制作详细的单孔任务书，下发施工现场技术员和现场操作司钻进行施工和控制。
4.3.2 建立GIN灌浆包络线模型
在每一段灌浆前输入设计GIN值、最大注入量和最大压力，软件自动生成包络曲线。
4.3.3 钻孔
GIN灌浆对钻孔没有特殊的要求，和普通灌浆一样，GIN灌浆可以适应不同孔径。主要采用φ75mm和φ90mm两种孔径进行帷幕灌浆，φ50mm孔径进行坝基和两坝肩固结灌浆。
4.3.4制备稳定浆液
浆液制备采用自动制浆系统，由自动称量系统和自动搅拌系统组成。
稳定浆液的四种组分，除水泥是固态加入外，其余三种都以液态加入。膨润土要先制成浆（称母浆），再熟化24小时后（称熟浆）才能使用。
现场根据实际需要，设计了手动制浆站。制浆站由建在坝肩的高位水池供水，用有刻度的水箱量取；两个20m3的立罐分别作为膨润土母浆的膨化罐和熟浆的储存罐，由一个泵循环膨润土浆液，每隔2～3小时交替地循环母浆和熟浆。母浆按水/膨润土=20：1配制，人工加入袋装膨润土，水由制浆机划线计量。母浆在膨化罐中浸泡循环24小时后泵送到储存罐内循环备用。制浆站有1个有刻度的盛浆箱，可以量取膨润土浆液量，水泥是由自动称量系统计量并自动控制加入，减水剂由人工用量筒计量加入。
向高速搅拌机投料的顺序为：水→水泥→膨润土浆→外加剂，由于投料顺序对浆液指标有一定影响，必须严格遵守，且每罐添加间隔时间大致相同。高速搅拌机搅拌3分钟左右即可，太长或太短，都会影响鲜浆的粘度、密度或析水率指标。每1000～1500L浆液对指标检验一次，以确保制浆质量。稳定浆液制备流程如下图所示。
4.3.5灌浆控制设备和软件
智能灌浆设备、高压胶管及其他辅助设备均采购于国内。流量传感器为上海光华爱尔美特公司的K300型流量传感器，压力传感器为成都华滕自控设备有限公司生产的BP800型压力传感器，灌浆数据采集系统为成都华滕自控设备有限公司生产的HT-2型智能数据采集系统。
根据需要对灌浆数据采集系统软件进行了改造：
1）软件中增加了灌浆附加压力
由于GIN灌浆中严格遵守P×V=GIN，P即压力的大小直接影响V（累计注入量）的多少，也直接影响灌浆的效果，每段灌浆中的压力取值只能为该段段中压力，但压力传感器所安位置又往往在孔口位置，灌浆段的深浅和孔内水位高低都影响灌浆段所受压力，在灌浆前首先应对孔内水位高程进行测量，并将所测数据和浆液密度、灌浆起始和结束高程等有关输入软件，软件智能计算附加压力，并在灌浆过程中有效校正，从而使采集压力有效反应灌浆段中心实际灌浆压力，继而提高灌浆过程的准确率和有效率。
附加压力的另一作用是可以有效抵冲灌浆过程中浆液高流速带来的沿程损失，沿程损失在浆液流速高时非常大，有时可达到0.5～0.7MPa。
2）软件中增加了“OK小助手”
在GIN灌浆“流量控制法”中，由于对于PMax 和GIN值的控制极其严格，尤其对灌浆过程中达到PMax 95%和GIN值95%；PMax100% 和GIN值100%；PMax 105%和GIN值105%时改变流量的要求，需要控制过程的准确无误，所以灌浆软件中增加了“OK小助手”，“OK小助手”可以有效提示和帮助技术员控制灌浆过程，使灌浆控制准确无误。
4.3.6 GIN法灌浆试验器
灌浆试验器可采用充气或注水式气密胶囊试验器，也可采用机械式试验器。本工程施工期间大部分采用的是注水式胶囊试验器。
注水式胶囊试验器放置在灌浆段的顶部，试验器内管部分和输浆管路连接，通过手压泵给胶囊内注水，直到压力至相应值，一般胶囊压力大于本段灌浆压力最大值。
只能采用纯压式灌浆方法进行灌浆，灌浆结束，放完胶囊内全部水，使压力为零时再提拔胶囊并及时清洗。
4.3.7 GIN“流量控制法”灌浆流程
GIN“流量控制法”灌浆是在灌浆前设定一个灌浆基础流量，一般为15L/min，灌浆开始时使灌浆注入流量保持在15L/min，持续向孔内灌注浆液，由于灌注量的增加和孔内压力的逐渐增加，灌浆GIN值渐渐上升，当灌浆GIN值达到设计GIN值的95%或最大压力（Pmax）的95%时，降低灌浆浆液流量至基础流量的2/3（即10L/min），保持流量不变，向孔内灌注浆液，由于灌注量的增加和孔内压力的逐渐增加，灌浆GIN值渐渐上升，当灌浆GIN值达到设计GIN值的100%或最大压力（Pmax）的100%时，再次降低灌浆浆液流量至基础流量的1/3（即5L/min），保持流量不变，继续向孔内灌注浆液，由于灌注量的增加和孔内压力的逐渐增加，灌浆GIN值渐渐上升，当灌浆GIN值达到设计GIN值的105%或最大压力（Pmax）的105%时，结束整个灌浆过程。或者当注入量达到灌浆设计的最大注入量时可结束灌浆过程。
4.3.8现场流量控制
“流量控制法”不同于传统灌浆方法。传统灌浆过程中不控制灌浆流量，只在灌浆即将结束时保持灌浆压力不变，使灌浆注入量渐渐减小，直至流量小于1L/min。而“流量控制法”则严格控制灌浆过程中的流量大小，使浆液更为平稳的进入岩体内部，减少了大量浆液突然进入岩体对岩石的劈裂作用。 在GIN灌浆“流量控制法”灌浆过程中，灌浆流量控制是极其严格的，采用人工控制灌浆高压闸阀的方法进行，但大压力段流量控制比较困难，实践证明使用流量电磁阀和软件关联控制灌浆流量，效果会更好。
4.3.9 GIN法灌浆报表格式和数据采集要求
GIN法灌浆报表格式类同于国内灌浆格式，不同之处是报表中增加了GIN值项，并在灌浆采集数据后附灌浆控制曲线图，灌浆压力和时间（P～t）、流量和时间（Q～t）曲线图；可灌性和时间（Q/P～t）曲线图；累计注入量和时间（V～t）曲线图；GIN值（MPa×L/m）压力与累计注入量（P～V）曲线图。灌浆数据采集要求1分钟记录1次。
5 灌浆检查
当进行Ⅳ序孔（孔距1.5m）施工时，进行岩芯提取，钻孔低于帷幕线5m，并自上而下进行逐段压水，对于压水结果<5Lu的合格段>95%的孔，进行“防水试验”，把灌浆试验器紧于孔口处进行全孔压水，当流量<10 L时，自下而上逐段灌浆后用稳定浆液置换压力封孔。
当Ⅳ序孔施工灌浆段压水结果<5Lu的合格段≥95%时不再布置检查孔，<95%时再次加密布置Ⅴ序孔，做防水试验，直至合格并进行灌浆和封孔。
对于检查孔最后一段不合格（压水结果>5Lu）时，加深钻孔，并进行灌浆，直至合格。
本工程帷幕灌浆和固结灌浆总进尺26000m，均采用稳定浆液和GIN法灌浆，检查结果全部符合设计要求（小于5Lu），且水泥单耗较传统方法小，施工期较传统方法明显缩短。
本工程灌浆结果证明GIN“流量控制法”灌浆相较于传统灌浆方法灌浆效果好。
6 结语
通过对突尼斯KEBIR（克比尔）大坝基础GIN法灌浆应用研究，我们认为GIN法灌浆应遵循以下原则：
6.1通过室内外灌浆试验，确定合理的灌浆参数，并通过添加减水剂和膨润土等外加剂来确定合适的“稳定浆液”，从而制定出科学的灌浆方案；
6.2根据地质条件和岩石特性，以及工程要求和经济条件，对GIN灌浆参数WMax，PMax，GIN值做出规定；
6.3 同一灌浆段宜采用同一种配比的稳定浆液进行灌浆，不但可以使灌浆程序简化、灌浆质量均匀稳定，而且也能减少浆液的损失；
6.4 通过先导孔施工时的灌浆参数和压水参数来调整GIN灌浆参数和灌浆控制过程；
6.5 灌浆段应尽量避免压水试验，过度压水无益；
6.6 灌浆前应先向灌浆孔内注少量水，再进行灌浆施工，尽量避免由于浆液中水份损失造成浆液和岩壁之间阻力增加而导致注浆停止；
6.7 尽可能地利用自动化、信息化监控手段，自动监控、采集数据，建立GIN灌浆参数和灌浆过程统计学关系，并进行统计分析，使GIN灌浆过程控制更加细致化。
总而言之，GIN“流量控制法”灌浆在国外运用较为广泛，集中体现了现代灌浆的特点，细化了和量化了灌浆过程控制、优化了灌浆过程操作，工艺流程比较先进，值得在国内推广应用。
参考文献：
[1]孙钊，《大坝基岩灌浆》，中国水利水电出版社第一版，2004年3月1日；
[2]隆巴迪（G.Lombardi），瑞士灌浆专家有关GIN法灌浆理论阐述。