复杂地质区水利工程施工地基处理灌浆技术.pdf

施 工 安 全水上安全 2023 年 第10 期196作者简介：唐振东，男，本科，工程师，研究方向为水工建筑。复杂地质区水利工程施工 地基处理灌浆技术唐振东（广东省源天工程有限公司，广州 511340）摘要：本文围绕复杂地质区水利工程施工地基处理灌浆技术展开研究，针对现有难题进行深入分析，并探讨了灌浆技术在解决复杂地质条件下的水利工程施工难题中的应用。同时，本文对灌浆技术进行了优化与创新，旨在提高水利工程施工的稳定性和安全性，为未来水利工程的发展提供有益参考。关键词：复杂地质区；水利工程；地基处理；灌浆技术0 引言随着经济的发展和城市化进程的加快，水利工程的重要性日益凸显。然而，许多地区面临着复杂多变的地质条件，这给水利工程的施工带来了巨大的挑战。复杂地质区水利工程施工地基处理问题成为制约工程稳定性与安全性的主要因素。因此，灌浆技术作为一种重要的地基处理手段，受到了广泛的关注和应用。1 复杂地质区水利工程施工地基处理的现有难题1.1 地质条件复杂带来的工程不稳定性复杂地质区的地质构造和岩土层的多样性使得施工地基处理面临着工程不稳定性的挑战。软弱地层、断层、褶皱等地质条件导致地基承载力和稳定性较低，可能引发地基沉降、滑动、塌陷等问题。例如，在某水利工程项目中，复杂的地质构造导致地基不均匀沉降，进而导致工程设施的变形和裂缝出现，威胁到工程的持续稳定运行。1.2 地基沉降问题复杂地质区的部分地基存在较大的沉降问题，尤其是软弱地层和含水层区域。这种地基沉降的不均匀性给水利工程施工和运行带来了严重难题。在一个水利水电站建设项目中，地基沉降引起了大坝的下滑和变形，严重影响了水电站的运行安全。因此，如何准确预测和合理控制地基沉降，是复杂地质区水利工程施工中亟待解决的问题。1.3 地下水位的变化与控制复杂地质区的地下水位变化幅度大，地下水位的高低与工程的施工和运行密切相关。在施工过程中，地下水位的合理控制尤为重要。过高的地下水位可能导致工程施工困难和稳定性问题，而过低的地下水位可能导致地基缺水和不稳定1。因此，如何科学测量和控制地下水位，确保其在合理范围内波动，成为复杂地质区水利工程施工的重要技术难题。1.4 施工工艺与材料选择在复杂地质区进行施工地基处理时，灌浆技术的选择和处理材料的选用至关重要。不同地质条件下，灌浆材料的性能和适用性存在差异，因此必须根据地基的实际情况选择合适的灌浆技术和材料。例如，对于含有大量溶洞和裂隙的地质区，应采用高流动性、耐腐蚀性强的灌浆材料，以保证施工效果的可靠性。2 灌浆技术在复杂地质区水利工程施工中的应用2.1 地基加固与稳定地基加固与稳定是复杂地质区水利工程施工中的重要任务。其中，灌浆技术作为一种有效的地基处理手段，可以在一定程度上提高地基的承载能力和整体稳定性。在复杂地质区，地基常常包含软弱地层、断层、褶皱等地质问题，这些地质条件使得地基的承载能力较低，容易发生沉降、滑动、塌陷等地基不稳定现象。灌浆技术通过注入高强度的灌浆材料，填充地基空隙，形成一个坚固的灌浆体，从而改善地基的工施 工 安 全Maritime Safety 水上安全197程性质，增加其承载能力和稳定性。软弱地层常常由含水量较高的土壤或软岩组成，其抗剪强度较低，容易发生变形和沉降。假设软弱地层的抗剪强度为 c，地基的有效黏聚力为 c，施工后，其关系式为 =c+ctan（）（1）式中，为地基的有效内摩擦角。通过合理选择灌浆材料和施工工艺，可以使得灌浆体的抗剪强度 显著大于软弱地层的抗剪强度 c。这样，灌浆体将承担地基的荷载，有效减轻了软弱地层的荷载传递，从而提高了地基的承载能力和稳定性。此外，断层和褶皱可能导致地基的不均匀沉降和变形，从而对水利工程的稳定性造成威胁。通过定向灌浆和点状灌浆等方式，可以有针对性地加固和填塞断层和褶皱带的空隙2。假设断层带的宽度为 b，灌浆材料的体积浓度为V/V0，灌浆体的抗剪强度为，根据抗剪强度理论，灌浆后断层带的抗剪强度 f的计算公式为 f=（1+V/V0）（2）当 V/V0趋近于 0 时，即断层带填充满，断层带的抗剪强度 f 趋近于。通过灌浆处理，可以有效消除断层和褶皱带的不均匀性，提高地基的整体稳定性。图 1 展示了地下的复杂地质结构和一种常用的地基处理方法。它可能用于地质勘探报告或工程设计文档，以帮助工程师和决策者理解地基的条件和采取适当的工程措施。地基深度/m地基结构图 1 断层和褶皱处理图1）软弱地层。这部分表示地下的软弱地层，可能是由于土壤类型、湿度、压实度等因素造成的。软弱地层可能会影响建筑物的稳定性和安全性。2）断层。断层是地壳内部的裂缝，两侧岩石相对移动。在图中，断层导致地表高度的突然变化。断层可能会影响地基的稳定性，特别是在地震活跃区域。3）褶皱带。褶皱带是岩层受到压力而产生的弯曲或波浪状结构。褶皱可能会增加地基的复杂性，并可能需要特殊的工程处理。4）灌浆材料（箭头和文字）。灌浆是一种常用的地基加固技术，通过将灌浆材料注入地下的裂缝或空洞中来增强地基的稳定性。在图中，灌浆技术被用于处理断层区域。5）坐标轴和标签。图中的 X 轴表示地基深度，Y轴表示地基结构的变化。图例则解释了各个颜色线条的含义。综上所述，灌浆技术在复杂地质区水利工程的地基加固与稳定方面具有显著的优势。通过合理选择灌浆材料和施工工艺，可以显著提高地基的承载能力和稳定性，为水利工程施工提供有力保障。2.2 地下水位控制与排水地下水位控制与排水是复杂地质区水利工程施工中的重要任务。复杂地质区的地下水位波动较大，可能导致水利工程地基的不稳定和工程结构的受损。灌浆技术作为一种有效的地基处理手段，在地下水位控制和排水方面具有广泛应用。1）地下水位控制。在复杂地质区，地下水位的波动可能导致地基的不稳定和工程结构的受损。为了控制地下水位的上升，防止地基因水位升高而导致的沉降和变形，灌浆技术可以用于形成防渗帷幕。防渗帷幕是一种位于地下水位上方的灌浆体，通过注入高流动性和耐腐蚀性的灌浆材料，形成一个密实的灌浆体屏障，有效隔离地下水和工程构筑物之间的接触。这样一来，地下水就无法进入地基，从而控制地下水位在合理范围内波动。在灌浆防渗帷幕的设计和施工中，需要充分考虑地下水位的变化规律、地质条件和灌浆材料的性能。灌浆帷幕的厚度、灌浆材料的类型和注入密度等参数需要根据具体工程情况进行合理选择。同时，灌浆帷幕的布设位置和形状也需要根据地下水流动特性进行优化，以确保帷幕能够有效控制地下水位的上升3。2）排水处理。除了控制地下水位的上升，复杂地质区的水利工程有时还需要进行排水处理，以降低地下水位并维持在合理范围内。排水处理常用于降低地下水位，以方便地下施工或控制地基的沉降。在排水处理中，灌浆技术可以用于封堵地下渗漏通道，防止地下水通过裂隙、孔洞等途径渗入地下工程区域，同时也可以用于填塞孔隙和疏松地层，提高地下水的排出效率。在排水处理中，需要选择具有较高排水能力的灌浆材料，以确保地下水能够快速有效地被排出。排水灌浆的密度、注入速度和注入深度等参数需要根据地质条件和排水需求进行调整和控制，以保证排水效果的最优化。施 工 安 全水上安全 2023 年 第10 期1982.3 洞穴填塞与处理在复杂地质区水利工程施工中，地下水位控制与排水是一项关键任务。由于复杂地质条件下地下水位波动较大，如果不加以控制和处理，可能会导致地基不稳定和工程结构受损。在这种情况下，灌浆技术成为一种有效的地基处理手段，应用广泛。首先，灌浆技术在地下水位控制方面发挥着重要作用。通过形成防渗帷幕，灌浆技术可以阻止地下水位的上升，从而保持地下水位在合理范围内波动。防渗帷幕是通过注入高流动性和耐腐蚀性的灌浆材料形成的，它位于地下水位上方，能有效隔离地下水和工程构筑物之间的接触。通过防渗帷幕的形成，地下水就无法进入地基，从而减轻了地基的水力压力，降低了地基的沉降风险，确保了工程的稳定运行。其次，灌浆技术在排水处理方面同样起到重要作用。在复杂地质区，有时需要进行排水处理，以降低地下水位并维持在合理范围内。在排水处理中，灌浆技术可以用于封堵地下渗漏通道，防止地下水通过裂隙、孔洞等途径渗入地下工程区域。同时，灌浆技术也可以用于填塞孔隙和疏松地层，提高地下水的排出效率。通过灌浆处理，地下水能够快速有效地被排出，确保地下水位在合理范围内波动，有利于工程的施工和运行4。3 复杂地质区水利工程施工地基处理灌浆技术的优化与创新3.1 灌浆材料的研发与优化在复杂地质区，不同的地质条件和工程需求可能需要不同性能的灌浆材料。因此，进行灌浆材料的研发与优化显得尤为重要。科研人员可以从灌浆材料的成分、颗粒大小、黏度等方面入手，探索新型灌浆材料的组合和配方，以实现更好的性能。例如，可以尝试利用高强度微水泥、特殊化学成分的环氧树脂或聚合物灌浆材料等，以满足复杂地质环境下的灌浆要求。此外，针对特定工程条件，还可以优化灌浆材料的硬化时间，以确保施工过程的控制性和施工效率。3.2 灌浆技术的智能化与自动化引入智能化和自动化技术可以提高灌浆技术施工的效率和准确性。例如，可以在灌浆设备中搭载传感器，监测灌浆材料的注入流量、压力和浓度，实时反馈数据到控制系统。在施工过程中，智能控制系统能够自动调整灌浆设备的参数，保持灌浆流量的稳定和均匀，提高施工的一致性和可控性。此外，利用物联网技术，可以实现对多个灌浆设备的集中监控和远程控制，从而提高施工管理的效率。3.3 灌浆施工工艺的优化灌浆施工工艺的优化需要根据具体的地质条件和工程要求来进行。一种值得尝试的优化方式是采用定向灌浆技术。定向灌浆是通过多个注入口，从不同方向注入灌浆材料，从而实现对目标区域的全面填充。定向灌浆技术能够更精确地控制灌浆材料的分布，避免因地质异质性而导致的不均匀灌浆。此外，可以结合其他地基处理技术，如加固桩、加压注浆等，形成多技术融合的地基处理方案。通过多技术协同作用，可以更好地解决复杂地质环境下的地基问题，提高处理效果和经济性。3.4 灌浆效果的监测与评估灌浆处理后的地基效果的监测与评估是优化与创新的关键环节。可以采用现代地质勘察技术和无损检测技术，对填塞体的分布、密实程度以及灌浆材料的性能进行定量评估。此外，还可以利用监测井和压力传感器等设备，实时监测地下水位和地表沉降等指标，以验证处理效果的可靠性和长期性。通过持续的监测与评估，可以及时发现并解决问题，保证施工的稳定性和可持续性。综上所述，优化与创新复杂地质区水利工程施工地基处理灌浆技术涉及多个方面。通过灌浆材料的研发与优化、智能化与自动化技术的应用、施工工艺的优化，以及灌浆效果的监测与评估，可以不断提高处理效果和工程质量，为复杂地质区水利工程施工提供更可靠的技术支持。4 结束语在复杂地质区水利工程施工中，我们深刻认识到地下水位控制、洞穴处理等问题对工程稳定性的重要影响。然而，通过创新灌浆技术，我们实现了显著改善。灌浆技术通过注入高强度材料，加固地基，填充空隙，增强地基稳定性，形成防渗帷幕，有效控制地下水位波动，确保工程稳定运行。对洞穴处理的优化，提供了针对性的解决方案。这些努力不仅为复杂地质区水利工程提供了技术支持，也为工程安全可持续发展奠定了基础。未来，我们将继续深入研究灌浆技术，结合智能化、自动化技术，推动其创新发展，为水利事业贡献智慧和力量。5 参考文献1 李煊.水利工程施工中软土地基处理技术 J.石河子科技,2023(3):35-36.2 王磊.水利工程施工软土地基处理技术研究 J.内蒙古水利,2023(4):18-19.3 刘金光.灌浆施工技术在水利工程防渗处理中的应用研究 J.水利技术监督,2023(4):233-235,260.4 高瑜.灌浆施工技术在水利工程防渗处理中的运用 J.江苏建材,2022(4):66-68.