1.中国水利水电建设工程咨询西北有限公司；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
摘要：本文主要对新近研究提出的“钻灌一体，高压冲挤”灌浆工法从原理、灌浆机理、工艺、技术等进行全面的介绍。
关键词：钻灌一体；高压冲挤；工艺；技术
1前言
在我国水电工程建设中，经常涉及到松软地层基础加固与防渗灌浆处理。此类地层一般结构松松散软弱、力学强度低，采用常规的灌浆工艺普遍存在：灌浆成孔护壁困难；分段封闭工艺复杂；小应力面劈裂难以起压；无效灌注问题突出；灌浆效果差且极不均一。对于这类地层的加固与防渗灌浆工艺技术与灌浆材料也一直在不断的探索、改进与完善中。以下将对中南勘测设计研究院研究提出的一种“钻灌一体、高压冲挤”灌浆新工法进行综合论述。
2灌浆材料（浆液）
由于松软地层兼有松散、软弱结构特性，松软地层基础固结与防渗灌浆其灌浆机理主要为充填、挤密、劈裂为主。一般采用水泥浆液、粘土浆液、混合浆液、膏状浆液等。
2.1水泥浆液
水泥是灌浆工程中最常用的灌浆材料，主要为普通硅酸盐水泥。形成的结石一般具有稳定性好、胶结性强、结石强度高、耐久性好等特点。水泥浆液组份主要为：水泥+水+掺和料（惰性、活性材料）。用于松软地层灌浆采用水泥浆液水灰比一般为0.5:1～1:1。对于特别松散架空地层灌注水泥浆液时，通常情况下可掺加中细砂等惰性材料形成水泥砂浆灌注。
2.2粘土浆液
粘土浆液是采用天然粘性土，通过挖运分解、加水搅拌、沉淀分离、侵泡溶胀等工序，使粘土的微小颗粒在水中分散，并与水混合形成半胶体悬浮液。粘土浆液由于可就地取材，经济环保，稳定性好，其结石强度可通过参加适量水泥和固化剂后进行改性，可广泛用于松软地层的地基防渗。选择灌浆用的粘土，一般对品质要求如下：
塑性指数＞15；
粘粒（粒径小于0.005mm）含量＞30%；
粉粒（粒径0.005～0.05mm）含量＞40%；
含砂量（0.05～0.25mm）＜5%。；
有机物含量＜3%。
2.3混合浆液
混合浆液包括水泥砂浆、水泥粘土浆（或粘土水泥浆）、水泥粉煤灰浆、水泥水玻璃浆等，主要适用于孔穴较大的松散地层充填灌浆，或软弱地层的挤密灌浆。
2.4膏状浆液
膏状浆液是通过在水泥浆液或水泥粘土浆液中添加增塑剂、速凝剂等复合材料，形成的一种膏状样浆体，其基本特征是膏浆的剪切屈服强度值大于其本身重力的影响。其抗水流冲释性能和自堆积性能，可以用于岩溶管道或特别松散架空的岩土体的充填挤密灌浆，其流动性能符合宾汉流体特性。
3“钻灌一体、高压冲挤”灌浆
3.1工法简述
“钻灌一体，高压冲挤”灌浆新工法主要适用于松软地层灌浆加固与防渗，由中南院研究提出，在向家坝水电站进行试验验证，并取得成功。所谓“钻灌一体，高压冲挤”灌浆，就是把钻孔与灌浆有机地合为一体，采用专用的高压冲挤钻灌机具，直接利用复合稳定灌浆液作为钻孔冲洗液。钻孔过程中，采用脉冲高压灌浆泵向孔底脉冲式压入浆液，在孔内高压冲挤钻灌机具局部封阻作用下，瞬间产生一定的脉冲灌浆压力，随钻随灌，灌护结合，自上而下每间隔钻灌0.5-1.0m后，上提孔内高压冲挤钻灌机具一个间隔段，进行孔口封闭与回浆压力控制，进一步按照规定的灌浆控制标准对间隔段实施有效的高压冲挤灌浆。
3.2工艺技术
3.2.1灌浆次序
分序加密原则，灌浆分排分序进行。
3.2.2工艺流程
开工，镶嵌孔口管，安装液压孔口封闭器，安装孔口回浆收集盆→下入专用高压冲挤钻灌机具→自上而下、钻灌一体→间隔钻灌0.5-1.0m后上提高压冲挤钻灌机具一个间隔段，液压封闭孔口，进行间隔段灌浆→解除孔口封闭，继续下一个间隔段钻孔与灌浆→全孔钻灌结束后，自下而上依次分段，采用膏浆进行高压脉冲挤劈加强灌浆。
3.2.3钻孔压水
（1）“钻灌一体，高压冲挤”灌浆开孔孔径一般为φ91mm开孔，开孔钻进穿过底板混凝土或找平混凝土进入灌浆地层0.5-1.0m后，先下入φ89mm孔口管，便于实施间隔段高压冲挤灌浆作业时进行孔口封闭，孔口管采用0.5:1浓浆进行镶铸，孔口管镶铸后待凝一般不少于48h。
（2）“自上而下，钻灌一体，高压冲挤”灌浆过程中不便进行灌浆前简易压水，灌浆前需布置一定数量的先导孔进行钻孔取样与压（注）水试验，以了解地层结构与水文地质条件。
（3）“自上而下，钻灌一体，高压冲挤”灌浆钻孔一般采用φ75mm孔径一径到底。
3.2.4灌浆控制
3.2.4.1浆液变换与控制
（1）灌浆过程中严格控制浆液性能，并适时进行调整。
（2）“钻灌一体、高压冲挤”钻灌过程中时，浆液孔口进行沉淀处理后回收循环使用。
（3）“钻灌一体、高压冲挤”适时检查与确认浆液性能，浆液接近初凝后进行弃浆处理。
3.2.4.2钻灌工艺控制
（1）自上而下钻灌一体严格控制钻灌速度，一般钻灌速度不大于10~20cm/min为宜；
（2）间隔段灌浆前需先上提孔底高压冲挤灌浆机具至本间隔段起始孔深，确保上下灌浆段灌浆搭接连续。
3.2.4.3灌浆压力控制
（1）自上而下钻灌一体过程中进浆压力以不小于1.0MPa为宜，可通过调整脉动高压灌浆泵脉冲频率与脉冲量，以及调整高压冲挤灌浆机具结构配合尺寸来实现。
（2）间隔分段高压冲挤灌浆进行间隔段原位灌浆时，采用孔口回浆压力与孔底进浆压力控制技术进行，其控制灌浆压力严格按照设计要求进行。
3.2.4.4间隔段结束标准控制
间隔分段高压冲挤灌浆控制标准如下：
（1）灌浆注入率严格按设计技术要求执行。
（2）间隔段灌注，当冲挤灌浆压力达到设计冲挤灌浆压力时，注入率＜1.0L/min，且灌注时间＞30min，或灌入量达到设计最大单位灌入量后，可进行下一个间隔段钻灌，以此类同，直至全灌浆段钻灌结束。
3.2.4.5膏浆挤密灌浆控制
“钻灌一体，高压冲挤”全孔段灌浆结束后，根据地层条件及工程需要，可进一步采用膏状浆液，自下而上分段进行挤密灌浆，膏状浆液流动度小于150mm，挤密灌浆压力大于3Mpa为宜。
3.3工艺特点
（1）钻灌一体，护灌结合。钻孔时使用复合稳定浆液作为冲洗液，浆液采用一种脉冲高压灌浆泵脉冲式压入孔底，配合孔内专用高压冲挤钻灌机具局部瞬间封阻效应，自上而下、随钻随灌，护灌结合。
（2）小段原位，间隔灌注。钻灌施工按照自上而下每间隔0.5m-1.0m后，上提钻灌机具一个间隔段，进行孔口封闭，控制孔口回浆压力，对间隔段进一步按照规定的灌浆控制标准进行灌浆，依次自上而下，小段原位，对松软破碎地层实施连续有效灌注。
（3）脉冲高压，有效可控。灌浆借助脉冲高压灌浆泵脉冲式灌注作用，形成一种前堵后拥控制性灌注机理，可达到对松软破碎地层实施有效可控、高压冲挤、劈楔压渗灌注。
（4）渗劈结构，均一密实。首先自上而下采用稳定浆液钻灌一体，充分利用稳定浆液的可灌性对松软地质体孔隙进行有效渗透与充填灌注，然后自下而上采用膏状浆液进行高压挤劈灌注，可进一步加强松软地层灌浆复合体的密实性。
4结语
松软地层结构特性，常规的灌浆工艺通常存在钻孔困难、灌浆难以起压，水平重复劈裂抬动、无效灌注问题突出等诸多缺陷。“钻灌一体，高压冲挤”灌浆新工法，是继袖阀管灌浆工法之后的一种连续、小段、高压、可控灌浆新工艺，经工程应用实践表明，该工法技术可行，工艺简单、成本可控、灌浆效果较好，值得在松软地层灌浆加固与防渗处理中推广应用。