固结灌浆施工中，如何控制浆液扩散半径与灌浆压力？

在岩土工程，特别是水工建筑物、大坝基础等关键部位的施工中，固结灌浆是提高岩基整体性、承载力和抗渗性的核心技术。其施工质量直接关系到工程的安全与耐久性，而控制浆液扩散半径与灌浆压力，则是决定灌浆效果成败的两大核心参数。本文将深入探讨如何在实际工程中精确控制这两个关键要素，并引用相关标准与数据加以说明。

一、 灌浆压力：浆液扩散的“引擎”及其控制策略

灌浆压力是驱使浆液进入岩体裂隙、实现有效填充和固结的根本动力。压力不足，浆液无法有效扩散至预定范围；压力过高，则可能劈裂岩体、导致抬动变形，甚至破坏原有结构。压力的确定与控制必须科学、审慎。

1. 压力确定的多维考量

灌浆压力的设计绝非一个固定值，而是需要综合评估多重因素的动态参数。主要考量因素包括：

岩层性质：坚硬完整岩体可承受较高压力，而软弱、破碎或浅部岩层则需采用较低压力，防止岩体破坏。

灌浆深度：通常遵循“随深度增加而增大”的原则，以克服浆液流动阻力并保证有效扩散。

浆液类型：水泥基浆液通常使用较高压力，而化学浆液（如环氧树脂、聚氨酯）因粘度低、渗透性强，所需压力相对较小。

工程目的：以防渗为主的灌浆与以提高承载力为主的灌浆，其压力控制策略也有所不同。

2. 压力控制的标准与方法

在施工中，压力的控制需遵循规范并灵活运用方法。根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL/T 62-2020）等标准，常采用以下控制标准与方法：

压力控制标准：规范中常规定，在设计的最大压力下，当注入率（单位时间进浆量）减小到特定值（如0.4 L/min或1 L/min）后，继续维持灌注一段时间（如30-90分钟），即可结束灌浆。这确保了浆液在压力下充分充填密实。

升压方法：实践中主要采用两种方式：

一次升压法：灌浆开始即升至设计压力，通过调整浆液稠度（由稀变稠）来控制注入量，适用于透水性不大、裂隙发育较均匀的岩层。

分段（分级）升压法：将设计压力分为2-3个台阶，由低到高逐级施加。通过观察每一级压力下的注入率变化来判断地层吸收情况，若注入率过大则暂停升压或降低一级，反之则升高，这种方法对地层适应性更强，安全性更高。

GIN值法：这是一种更先进的综合控制理念，由隆巴迪（G. Lombardi）提出。其核心是将灌浆压力（P）与累计注入量（V）的乘积（即GIN值，P×V）作为控制指标，为每条裂隙的灌浆设定一个恒定的“能量消耗”上限曲线。该方法能在保证灌浆质量的有效防止压力过高导致的地层破坏和浆液过度扩散造成的浪费。

二、 浆液扩散半径：灌浆效果的“边界”与影响因素

浆液扩散半径是指在给定压力下，浆液在岩体裂隙网络中能够有效充填、并达到设计性能要求的扩散距离。它直接决定了灌浆孔的布置间距和整个灌浆工程的工程量与造价。

1. 影响扩散半径的关键变量

扩散半径受一个复杂的多变量系统控制，主要因素包括：

灌浆压力：压力是扩散的主要动力，压力增大，扩散半径通常随之增大。

地层渗透性：岩体裂隙的宽度、连通性和渗透系数（K值）是决定性因素。渗透系数越大，浆液流动阻力越小，在相同压力下扩散越远。

浆液性质：浆液的粘度、凝结时间至关重要。粘度低、凝结时间长的浆液（如某些化学浆液）扩散能力更强；而水灰比大的稀水泥浆也比浓浆扩散更远。为调节性能，常在浆液中加入速凝剂、减水剂等外加剂。

灌注时间：在压力恒定的情况下，灌注时间越长，浆液扩散的距离通常也越远。

2. 扩散半径的确定与验证

由于地下岩体裂隙系统的复杂性和隐蔽性，理论上精确计算扩散半径非常困难。工程中主要依靠以下手段：

现场试验法：这是最可靠的方法。在主体工程灌浆开始前，选择有代表性的地段进行灌浆试验。通常按三角形或矩形布置试验孔，灌浆后通过检查孔压水试验（检测岩体透水率ω或渗透系数K是否达到设计标准，如ω<3~5 Lu），或采用钻孔取芯、孔内电视等方式，直观观测浆脉充填情况，从而反推出实际的、有效的扩散半径。例如，某水库泄洪闸固结灌浆试验中，根据岩性初步设定孔距1.5-2.0米，最终通过试验结果调整确定了最优参数。

理论公式估算：在初步设计阶段，可参考一些经验或半理论公式进行估算。例如，在砂砾石地基中，考虑浆液为牛顿流体时，可采用马格（Maag）公式等进行粗略计算。但对于岩基灌浆，这些公式的适用性有限，必须用试验来校正。

施工控制与反馈：正式施工时，遵循“环间分序、环内加密”的原则（如分两序或三序施工）。通过对比前后次序灌浆孔的单位注入量，可以间接判断扩散效果。若后序孔的注入量显著小于前序孔，说明前序孔灌浆已使岩体得到有效加固，扩散半径覆盖了孔间区域，这是灌浆成功的标志。

三、 国家政策与规范下的协同控制

近年来，随着国家对基础设施工程质量、安全及耐久性要求的不断提高，相关规范和政策更加强调灌浆过程的精细化、标准化和可追溯性。

强化试验先行：《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）等国家及行业规范均明确规定，对于重要工程或地质条件复杂地段，灌浆施工必须在施工前进行现场试验，以确定包括灌浆压力、浆液配比、扩散半径（体现为孔距、排距）在内的各项工艺参数。这从制度上确保了控制参数的科学性与针对性。

注重过程监控与环保：政策导向鼓励采用自动化记录仪实时监测并记录灌浆压力、流量、密度等参数，实现全过程数字化管控，确保施工质量符合设计标准。对于化学灌浆材料，严格遵循环保政策，优先选用无毒或低毒、环保型材料，并在施工中防止污染地下水。

明确质量检验标准：规范对灌浆效果的检验提出了明确要求。例如，固结灌浆质量检查通常在灌浆结束14-28天后进行，采用压水试验（检查孔合格率需达80%以上）、岩体波速测试或静弹性模量测试等方法综合评定。只有各项指标满足设计要求，才能认定扩散半径与灌浆压力的控制是有效的。

控制浆液扩散半径与灌浆压力，是固结灌浆工程中一门需要兼顾理论、经验与严谨实践的技术。它要求工程师深刻理解地质条件，科学设计参数，并在施工中依托规范、借助试验、精细调控。唯有将压力这个“引擎”与扩散半径这个“边界”协同掌控在最优区间，才能确保每一方浆液都精准赋能，筑牢岩土工程的隐秘基石。