灌浆理论
若干灌浆问题的哲学思考
本文原载内部资料《基础工程技术》2014年第1期。
【摘 要】 灌浆不是一项纯技术工法或施工措施,许多灌浆问题的认识和处置包含着深刻的哲学道理。本文运用马克思主义的实践论和辩证法对经常遇到的:技术、艺术与技艺,良心、利益,工程质量与施工质量,理论与经验,试验与施工,机器与人,可灌性与可控性,浆液的稳定与不稳定,稠浆好还是稀浆好,灌得多好还是灌得少好,灌浆压力——手段还是目的,浆液水灰比变换——试错与求真,共十二题进行讨论。
【关键词】 灌浆技术 常见问题 哲学思考
1 引言
灌浆是人类发明的改造不良地基的技术手段,是一种施工方法(工法)、技术手段、措施。但是由于灌浆对象的特征具有不准确性、模糊性,灌浆结果的判断具有不直观性、间接性,因而灌浆技术就在很大程度上具有了操作人员的主观性,受其理念、文化,甚至觉悟的强烈影响。因此灌浆又不是一项单纯的技术方法,它的实施过程、法则、判据和判断中渗透了许多哲学道理。本文对其中的一些问题进行思考。
2 技术、艺术与技艺
人所共知,灌浆是技术。也有人说,灌浆是艺术[1],这可能要追溯到土力学的鼻祖太沙基的“艺术论”,他说:“无论天然土层结构怎样复杂,也无论我们的知识与土的实际条件有多么大的差距,我们必须利用处理问题的艺术(art),在合理造价的前提下,为土工结构和地基基础问题寻找满意的答案。”[2]灌浆是地基处理的一种工艺,依此说,称它为艺术也是合乎逻辑的。这里的问题是,“art”翻译成“艺术”是否确切?它本是一个多义词,含有艺术、美术、技术、技巧、技艺、工艺、策略、诡计等意思,以汉语词义讨论,说灌浆是技术,那是直叙,没错;说灌浆是艺术,那是比喻,是文学的夸张。我以为更准确一点,从性质上说,称灌浆为技艺(或工艺)较好。
在汉语词汇里,技术、艺术和技艺有什么异同和关系呢?
查阅资料,技术是泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。广义地讲,还包括相应的生产工具和物资设备等。从这个角度出发,灌浆显然是技术,灌浆技术也包括灌浆工艺和相应的专用器具设备,即软件和硬件两方面。技术是属于生产力的范畴。
艺术的解释很丰富。如中国古代指六艺以及术数方技等各种技能,近代则指通过塑造形象以反映社会生活而比现实更有典型性的一种社会意识形态,如文学、绘画、雕塑、音乐、舞蹈、戏剧、电影、曲艺、建筑等,是一种反映社会生活,满足人们精神需求的文化,是意识形态,属于上层建筑的范畴。因此,说灌浆就是艺术,等于把生产力说成是上层建筑,是不严谨的。
技艺呢?一种机械的解释是富于技巧性的武艺、工艺或艺术等。也就是说,艺是主体,技是修饰词,仍然属于意识形态。笔者认为此词并不一定理解为偏正结构,应也可以理解为联合式合成词,解释为富于艺术性的技术、技巧、工法等,属于生产力。在这个意义上,灌浆是技艺。
也就是说,灌浆是一门带有艺术性的、富有创造性的、受控于操作者的主观意思的技术、工法。
现代科学技术的发展,使得有的人想把灌浆变成单纯的技术,甚至完全使用计算机管理,如隆巴迪等。这是一种可贵的探索,随着计算机技术能力的提升,也一定会有不断的进步。但是由于地质条件的复杂性,要实现完全的机器人灌浆可能尚需时日,甚或是不可能的。
3 良心、利益
俗话说,灌浆是良心活。
自古以来,中国人为人做事讲良心。良心是什么?朱熹集注:“良心者,本然之善心。即所谓仁义之心也。”翻译为白话,就是被社会普遍认可的行为规范和价值标准,是道德情感、个人自律的底线。灌浆工程是隐蔽工程,其施工质量难以进行直观和准确的检验,是否按照技术规程在工作,工程质量好不好?提出的灌浆施工资料是否真实?很大程度上取决于劳动者的觉悟、自律,即良心。在网络上一查良心缺失的标志竟然有几十条,与灌浆施工作业有关的主要有:不守信用、不遵守合约,坑蒙拐骗,获取暴利,缺斤少两以次充好,做假证,贪婪、不负责任等。
良心不是抽象的。良心建立在一定的物质基础上,为富不仁是不讲良心,穷则思变不能认为是良心缺失。良心需要良好的社会氛围,法制倡明则人人向善,礼崩乐坏则盗贼猖獗。
利益,通俗地说是益处、好处,本质上是人们通过社会关系表现出来的不同需要,属于社会关系范畴。由于人的需要是多方面的,因此有多种多样的利益,如物质利益或经济利益、政治利益、阶级利益、民族利益、国家利益、个人利益等。本处主要指物质利益。
马克思主义认为,人们奋斗所争取的一切,都同他们的利益有关。历史上各个社会阶级和集团通过政治纲领表现出来的政治利益和与此相联系的意识形态斗争,都以经济利益即物质利益为基础。对利益的追求,形成人们的行为动机,成为推动人们活动的动因。物质利益不仅是人们发展生产力的刺激因素,而且是推动人们改造社会、改革同生产力发展要求不相适应的社会制度的直接动因。政治家、社会活动家天天喊“改善民生”,实际上就是要给百姓以利益。
利益有合法利益和非法利益之分。利益是否合法则不同立场的人会有不同判断。政府或组织应当保护和给予人们合法利益。当政府或组织不能保护和给予人们合法利益时,人们就会采取自己的方式去争取应得的利益。
很明显,人们从事灌浆劳动首先也是为了利益。有了利益,才有“良心”。相反,有了良心,也应当有利益。一般来说,良心越好,应当利益越大。如果没有利益,那就什么也没有了,包括良心。或者,越讲良心收获越少,不讲良心收获反多,那讲良心的人也就越来越少了。
如此说,一个灌浆工程项目,业主或转包商要给承包商或分包商以合理的利益,不论采取何种计量方法,承包商或分包商的诚实劳动都要能劳有所得,得可糊口。如果做不到这样,那首先是业主或转包商缺失了“良心”,而承包商或分包商也会以眼还眼,搁置“良心”,谋求利益。应当提倡劳资双方都要将心比心,利人利己;应当理解承包商或分包商“人到矮檐下,不得不低头”的窘境,更应当赞赏“宁向直中取,不可曲中求”“宁可正而不足,不要邪而有余”的正气。
4 工程质量与施工质量
工程质量与施工质量,二者意义看似相同或相近,实则有别。前者指一项工程的全部质量,包括了设计和施工的方方面面。而施工质量却单指产品的制造质量是否符合设计的要求,包括制造过程的工序质量要求和终极产品质量要求。
设计质量有高低优劣之分,即以地基灌浆工程为例,设计参数如钻孔布置、灌浆材料、灌浆方法、灌浆压力等是否合理,是否适应地基地质条件,地基地质条件是否与勘探资料一致,灌浆设计参数是否留有调整余地,灌浆处理后的质量指标是否符合实际等,都反映了灌浆设计工作的质量。
灌浆施工应当全面地按照设计意图实施,为了确保和证明施工是执行了设计意图,设计者一般都会提出一系列工艺程序或工序质量要求,施工满足了这些要求,施工质量就是合格的。但是也有这样的情况,施工质量虽然合格了,终极产品质量却不合格,如检查孔透水率达不到设计要求等。出现这种情况有两种可能,一是设计方案不尽合理,二是地质条件出现变化,解决的办法就是要调整设计方案,比如加密灌浆孔孔距、加大灌浆压力、改变灌浆材料等。有的灌浆工程合同写上“质量检查结果不满足设计要求时由承包人自行承担增补孔施工费用”,一概地这么规定是不合理的。因为灌浆工程完成后不满足设计要求,可能有设计、地质、施工甚至管理(例如要求简化程序、赶工等)多方面的原因,不能不分青红皂白地将责任全部归咎于承包商。
由于施工质量不好而导致工程质量不合格的情况不少,但不能因此而反过来说工程质量不好就一定是施工质量不好。施工质量好不好并不抽象,它是由工序质量指标来鉴定的。上述合同里的话如果改为“当质量检查结果不满足设计要求,并确认是承包人的责任时,应由承包人自行承担增补孔施工费用”就较为合理了。
灌浆工程是隐蔽工程,其工程产品质量难以进行直观的检查。因此施工过程(过程参数的记录和工序质量)管理就十分重要,这就是以程序正确保证结果正确。在有些国际工程施工中,监理工程师只要求承包商按指示的程序施工,至于其结果如何承包商不承担责任。
有一些灌浆工程,由于对灌浆终极产品(灌浆效果)的质量检查很难进行或很难评定,因此就以过程检查资料代表工程质量检查结果,这也是常有的事,并且大都收到了预期的效果。
还有一种情况,就是施工质量是合格的,检查孔检测指标满足设计要求,但是工程质量却未必完美无缺,例如蓄水后发生局部地段渗漏量或渗透压力偏大,发生这种情况的原因可能有二:①检查孔属于抽检性质,未能覆盖薄弱面;②检查孔数据失真。针对性预防措施有二:①确保检查孔必要的数量,同时注意检查孔布置位置的代表性;②推行第三方质量检查。鉴于灌浆工程的特殊性和复杂性,工程初次蓄水后局部发现缺陷是难免的、常见的和易于处理的,但是若发生明显危及工程安全的严重质量问题,则是罕见的。
5 经验与理论
直至目前,灌浆技术仍然是一项以经验为主的工艺,或半经验、半理论状态的工程措施,有一些学者正在努力将其建设为一门学科[3]。
说灌浆技术仍处于经验阶段,这是符合事实的。经验者,由实践得来的知识和技能。经验的使用具有较大的局限性,几乎无法应用数学工具进行系统的准确的计算推导。A工程的灌浆参数是否可以应用于B工程依赖于“工程类比”法,并通过现场灌浆试验确定。灌浆技术规范在大量工程实践的基础上,提出了一些灌浆参数的范围可供设计施工技术人员参考选择。
理论者,是由实践和实践经验概括出来的系统的有规律的结论。其主要工程参数应是可计算的,在相同的边界条件下,应是可重复的。显然,灌浆工程还做不到这一点。恩格斯1883年说:“数学的应用:在固体力学中是绝对的,在气体力学中是近似的,在流体力学中已经比较困难了;在物理学中多半是尝试性和相对的,在化学中是最简单的一次方程,在生物学中等于零。”[4]时光已过去了一个多世纪,如今数学在气体力学、水力学、化学中取得了突飞猛进的成果,但在岩土力学中却收效甚微。清华大学李广信教授说:“在岩土工程中,数学方法是不可缺少的工具,但精确的计算从来都作为参考,基于经验的综合判断才起关键的作用,数学的计算与推导一旦脱离实际就会沦为数学游戏。”现在有一些单位在进行复杂地质条件下灌浆过程的“精细模拟”,在可预见的将来,笔者不看好它的前景,甚至可以说,越“精细”越没有前途。相反笔者很赞同农业科学家袁隆平对青年技术人员的忠告:少在计算机前消磨些时间,多到稻田里看看(大意)[1]。有志于灌浆技术发展的后来者也应当多在钻机和灌浆泵前值守一些时间。
6 试验与施工
对于常规水泥灌浆来说,试验主要指现场试验,常规水泥浆液的室内试验已重复千万次,引用现存数据即可。
由于目前灌浆技术主要依靠经验指导,于是灌浆设计的工程类比和现场试验必不可少,尤其是较复杂和较大型的工程。但是怎样做好试验和怎样应用试验成果却大有学问。
为了指导做好现场灌浆试验,新版行业技术标准《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》增设了“现场灌浆试验”一章,其中关键是“灌浆试验的地点应具有代表性,地质条件复杂的工程应布置多个试区,进行多次试验”。但是,除了为数不多的特大型工程外,大多数工程不容易做到这一点。即使做到了这一点,也不等于试验成果就一定具有了广泛的“代表性”。因为除了地质因素以外,还有许多因素可能干扰灌浆试验的成果,例如,试验施工队伍的思想技术水平,试验采取的工艺,使用的设备状况,灌浆工程量的计量方式,未来主体工程的施工权限等。
这里就有一个辩证地看待和正确使用灌浆试验成果的问题。本文不可能对所有复杂因素进行分析,仅就灌浆试验中的水泥单位注入量问题指出一些工程的失误。不考虑人为因素的影响,灌浆试验施工获得的水泥单位注入量通常要高出大面积施工许多,笔者统计了多个水电站的高压帷幕灌浆,其超出量达到1倍至10倍以上,究其原因,可能是:①试验部位通常地质条件偏差;②试验时浆液的渗流从试验部位向四周呈辐射状扩散,而大面积施工时是面上平铺;③试验时为保成功多不惜工本等。有的工程将试验单位注灰量作为工程招标的依据,结果十分被动,甚至带来重大损失。
还有的现场灌浆试验成功了,质量检验满足设计要求,推广后施工效果却不如人意,或造成大面积过量灌浆,岩体或结构物遭到抬动破坏。这些现象,都并非个别。
灌浆试验是必要的,但做好灌浆试验,正确解读和使用灌浆试验成果更重要,在施工中依据现场反馈情况,适时调整灌浆参数,进行动态管理尤其重要。
7 机器与人
鉴于灌浆记录资料作假的现象频繁发生,导致近年出现了一种倾向,即企图通过研制一种高精度或者加密、“不可更改”的灌浆记录仪,或者用更复杂的数字网络系统,来管住弄虚作假的行为。可是,大量实践的结果表明其做法收效甚微。为什么?这里涉及一个机器与人的关系问题,涉及到控制与反控制、技术设防与制度设防等哲学与管理科学问题。
由于现代科学技术的进步,机器能力的不断增强,以致发生了到底是人管机器还是机器管人的问题,20世纪六七十年代就进行过这样一场讨论,当然其结果是无论机器的能力大到何种程度,它都是人发明的,人是机器的主宰。
今天灌浆管理的问题与上述问题并不完全相同,但其哲学上的意义似有相同之处,这就是有人企图用灌浆记录仪这个机器来管住灌浆施工过程中的分配问题——生产关系问题——社会问题,这肯定是徒劳的。记录仪可以管住一个独立的操作者,但它绝不可能管住利益相关的一群人——一个利益链条(包括记录仪的购买者、使用者和生产者)。在合理的制度下,记录仪可以是一个解决技术问题的先进工具;在扭曲的制度下,记录仪不仅无助于解决技术问题,而且反倒会带来麻烦和困惑。现在有的单位不重视制度上的改革、创新和和谐,却幻想研制出某种万能机器系统而不惜花费巨资,这是方向上的错误。
解铃还待系铃人。灌浆施工中的管理问题主要不能依靠技术设防来解决,应当主要依靠制度设防来解决,只有施工活动的组织者制定了合理的制度,其他问题才能迎刃而解。这是最廉价、最实际和最和谐的办法。
8 可灌性与可控性
所谓可灌性,常常在两种场合看到:一种是地基的可灌性,是否可以接受灌浆处理而改善地基的性能;另一种是浆液的可灌性,是否可以容易地灌注到土体的孔隙或岩体的裂隙中去。相对于可控性而言,这里主要是指浆液的可控性。
对于渗透性灌浆来说,浆液的可灌性首先取决于浆液里固相颗粒的大小。溶液型浆液比颗粒型浆液可灌性好,细颗粒浆液比粗颗粒浆液可灌性好。其次取决于浆液的内聚力和黏度。
浆液的可控性是指浆液在灌注过程中受控制的程度,即浆液灌注到指定的地方后能够存留下来,而不要渗流过远,甚至漏失。
灌浆工程对浆液的要求是既要灌得进又要留得住,也就是说要求可灌性和可控性都好。但是对于普通水泥浆液来说,要求一种浆液两种矛盾的性质同时最好是不可能的,于是乎就有了水灰比变化。变换水灰比是对浆液的可灌性和可控性进行控制的最主要、最简便、最经济的措施。增大水灰比(调稀浆液)就是为了增加浆液的可灌性,减小水灰比(变稠浆液)就是为了增加浆液的可控性,当变换水灰比对浆液可灌性和可控性的调节程度仍不足以满足施工要求时,就需要借助外加剂了,廉价者如膨润土、水玻璃等。
有学者提倡使用单一水灰比的稳定性浆液,认为稳定性浆液既具有优良的可灌性,又具有优良的可控性,从哲学上而言,这是不可能的。你加强了这一方面的性能,必然削弱了另一方面的性能。事实上,大量的试验资料和施工实践表明,稳定性浆液的可灌性不如普通水泥浆的稀浆好,可控性则不如稠浆或膏浆好。
9 浆液的稳定性与不稳定性
浆液的稳定性,这里是指析水稳定性。浆液的稳定性与不稳定性是一个事物的两个矛盾方面,如同一个运动员,既要有耐力,又要有灵活性,同时要求两项都最强,那是不可能的,但是要求两项都较强,这样的运动员还可找到,稳定性浆液就好比是这样一个较优秀的运动员。
在水泥灌浆过程中,不同阶段对水泥浆液有不同要求:在浆液输送阶段,需要浆液有较好的稳定性,不易发生沉淀;在浆液灌注阶段,需要浆液有较好的流动性,易于灌注到更细小的岩石缝隙中去;在浆液的凝固阶段,希望浆液更快地析水凝固形成结石。此外,不同的灌浆方法对水泥浆液的性质的要求也不尽相同:纯压式灌浆更希望浆液稳定性好一些,以利于输送、注入;循环式灌浆不担心浆液稳定与否,只希望浆液对岩石的各种裂隙适应性更好一些,如灌细缝时浆液流动性好,灌宽大裂隙时浆液更稠等。另外,帷幕灌浆不同的防渗标准对浆液性能要求也不相同:防渗标准为5Lu或更大时,只需要充填中等开度以上的较大裂隙即可,因而中等稠度的浆液或添加适量减水剂即可满足要求;而1Lu的防渗标准则希望将细小裂隙也尽可能充填,稠一点的浆液不可能满足要求。
欧洲人搞的是纯压式灌浆,施工快速简便但特别担忧浆液沉淀,对防渗标准则相对要求较低,只求灌住大裂隙,解决大渗漏,于是就找到了一种浆液,各种性质指标不高不低,却可以适应他们高效的施工方法,这就是稳定性浆液,一种不问地质条件而包医百病的浆液。不过欧洲人中也不乏反对的声音。
中国可以照搬这一套吗?否,至少目前不行。因为我们的设计人员不愿意放宽防渗标准,不愿意放弃循环式灌浆法。但奇怪的是不少人不作透彻分析,人云亦云,在不改变相关条件的前提下片面地提倡甚至硬性规定使用稳定性浆液,结果是造成浆液的巨大浪费,帷幕大面积不合格,在重新使用包括稀浆在内的系列水灰比浆液灌浆后,才挽回败局。实践确实是检验真理的唯一标准。
中国式灌浆主要采用循环式,循环循环,就是可以交换,可以根据敌方阵营(地质条件)换战斗员(浆),你用一个全能型选手(单一配比的稳定浆液)包打天下,我用一群单项冠军(系列水灰比浆液)轮流上阵,谁的胜算更高?答案应该不言自明。当然,中国式灌浆效果好,但是能耗大、损耗大、效率低,这是缺点。然而,如果将稳定性浆液机械地嫁接到中国式灌浆之上,那只会结出效果差、能耗损耗更大、效率更低之苦果[5][6]。
10 稠浆好还是稀浆好?
自从隆巴迪等人发表了《水泥灌浆浆液是稠好还是稀好?》等文章后,几乎一边倒地指谪稀浆灌浆不好。这是一种很肤浅的,缺少辩证法的观点。我做过一个比喻:不能无条件地比较稀浆、稠浆的好坏,正如不能比较稀饭和干饭的好坏一样,壮士饿汉喜干饭,老人病夫爱稀粥,体质不同,需求各异。谁都知道同样体积的干饭比稀饭含有的碳水化合物多,营养更丰富,可是病人吃不进去不等于零吗?灌浆也是同样道理,地质不同,药方有别,廉价材料也能治大病。
表面上看,稠浆和稀浆在实验室里静置沉淀形成的水泥结石性能有差别,稠浆结石质地密实,抗压强度高,稀浆结石相对松疏,抗压强度较低。但是深入分析,灌浆施工中浆液转化为结石的环境不是在试验室的大气压环境下,而是在十倍几十倍大气压的灌浆压力下,在可以排析水分的岩石裂隙体系中。通过在实验室中模拟这种环境,不同水灰比的浆液,无论是稀浆还是稠浆获得的水泥结石其性能是相近的。
但是稀浆却有一个稠浆所不及的优点,由于它的流变参数更低,它进入岩体裂隙系统的可灌性更好。
隆巴迪又说,稀浆灌浆形成的防渗帷幕耐久性不好,防渗能力会过早地衰减。但我国甚至美日20世纪50年代以后兴建的大量水坝,都是稀浆(水灰比5∶1、8∶1,甚至10∶1)开灌建成的,防渗能力大都与时俱增(其中有库底沉积形成天然铺盖的影响),过早衰减的例子并不多见[7]。
11 灌得多好还是灌得少好?
在灌浆界,特别是一些业主单位,有一种倾向性看法,灌得多(注入量大)总比灌得少好。这是一种片面的看法。
正确的认识应当是,既不多灌,也不少灌,灌饱就好。这是灌注量多与少的辩证关系。外国灌浆专家提出叫做“饱和标准”,就是使预定范围内的岩体裂隙最大限度地充填饱满。灌浆太多了,也叫“过量灌浆”,无非是两种结果,一是浆液跑到需要灌注的范围以外去了,二是劈裂或抬动了岩体,甚至造成破坏性的后果。也有可能是编造了假数据,那就另当别论了。灌少了,即“灌浆不足”,当然是不利的。
在岩体裂隙通畅、透水性好,灌浆容易的条件下,实现饱和标准较容易,但防止过量灌浆不容易。因此,过量灌浆是这种地质条件下的灌浆施工的主要矛盾,施工工艺措施的注意力应放在防止过量灌浆上。
在岩体裂隙细小、透水性不很好、灌浆困难的条件下,实现饱和标准较困难,很可能灌浆不足。因此,灌浆不足是这种地质条件下的灌浆施工的主要矛盾,施工工艺措施的注意力应放在防止灌浆不足上。
另外,灌浆工程计量规则引导着作业人员倾向于多灌,还是少灌。因此,当采用进尺计量法时,重点应防止灌浆不足;而采用灰量计量法时,重点应当防止过量灌浆。
12 灌浆压力——手段还是目的
常听人说,灌浆压力是灌浆效果的保证(也称灌浆压力是灌浆质量的保证)。此话似是而非。
如果这一命题成立,是否只要灌浆压力正确了,灌浆效果就保证了,或者说灌浆压力越高,灌浆效果就越好。事实并不是这样,影响灌浆效果的因素很多,例如灌浆孔布置、灌浆材料和浆液、灌浆压力的使用、地质条件等,灌浆压力只是诸因素之一。
即使是灌浆压力,其大小变化应用也受到许多因素的制约,如施工场地或既有建筑物状况、灌浆种类、灌浆方法、灌浆次序、灌浆孔段的位置、地质条件(包括地下水和地应力)、灌浆过程中其他施工参数的变化情况等,许多参数之间具有彼此消长弥补的关系。
不会有人怀疑,灌浆压力是手段,而灌浆效果才是目的。灌浆压力是灌浆浆液渗透扩散的能量之源,一般来说,压力越大,浆液扩散越远,外国灌浆专家将灌浆压力与灌浆孔孔距看成一对矛盾,认为“高的灌浆压力与较大的灌浆孔距相结合,是一个完美的有效的灌浆方法”[8]。
我国《混凝土重力坝设计规范》(DL 5108—1999)10.4.8条规定,灌浆压力“通常在帷幕孔顶段取1.0~1.5倍坝前静水头,在孔底段取2~3倍坝前静水头,但不得抬动岩体”。目前我国正在或已经兴建一批300m级的高混凝土坝,按上述要求,则孔口段灌浆压力应为3.0~4.5MPa,孔底段应为6~9MPa,这显然是难以做到而且并无必要性的。这一规定的指导思想实际上就是高压力灌出好帷幕。
帷幕的质量指标一是渗透系数(或透水率),二是破坏比降。它们是浆液结石与被灌岩体相结合的幕体的性质,也包括浆液结石的性质。较高的灌浆压力可以增加浆液的扩散范围,增加帷幕厚度,这是有利的,不过如超过设计帷幕厚度要求,也会造成浪费。依靠灌浆压力提高水泥浆液结石的力学性质,需要一个条件,这就是压迫滤水时间,这正是我国孔口封闭灌浆法设置较严格的灌浆结束条件的出发点,所以其灌浆质量也较好,而欧洲的灌浆工法无法满足这一条件,所以灌浆效果常不理想,乃至发生灌浆帷幕防渗能力快速衰减的现象。灌浆压力对提高水泥浆液结石质量的作用不是无限的,室内模拟试验资料表明,当压力和泌水时间增加到一定值之后,效果就不明显了。
灌浆压力除了建设性以外,还有破坏性。认为灌浆压力是灌浆效果的保证的人,常常混淆手段和目的的区别,把手段当目的去追求,一味追求高压力,有的混凝土坝坝基固结灌浆压力达到了4MPa,帷幕灌浆压力达到7MPa或更高。以至于造成岩体或结构物剧烈的抬动甚至碎裂,给工程带来损失。
因此,灌浆压力只是手段,不能盲目追求,应当趋利避害,适当使用较高压力灌注,扩大浆液渗透范围,提高浆液结石密实度,从而提高帷幕质量。
13 浆液水灰比变换——试错与求真
《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T 5148—2012)5.5.6条规定:“当采用多级水灰比浆液灌注时,浆液变换原则如下:①当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。②当某级浆液注入量已达300L以上,或灌浆时间已达30min,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应改浓一级水灰比。③当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。”
这是一种通过试错来获得浆液最佳水灰比的方法。试错法是通过不断试验和消除误差,追求探索目标的系统方法,是经验型的学习方法。每一个孔段灌浆时,使用水灰比为5∶1的浆液开始,按照上述规则逐级向0.5∶1.0比级的浆液变换,直至结束。不吸浆的岩体很可能就停留在5∶1比级的浆液结束,中等吸浆的岩体可能变换至中间某一级浆液结束,吸浆量大的岩体可能很快变换至0.5∶1.0最稠浆结束。计算一下各级浆液的注入量,注入量多的那一级水灰比就应该是最佳水灰比,在许多情况下,孔段灌浆结束时的浆液水灰比或其前一级浆液水灰比就是最佳水灰比。实践表明每一个孔段灌浆浆液的最佳水灰比常常不一样。
由于这种水灰比变换机制是从稀浆开始灌注和逐级变换,于是有人担心使用稀浆试错给岩体中灌注了多余的水,这是杞人忧“地”。且不说规范中的变浆法则包含了可以越级变浆、快速变浆的条款,即使增加了一级稀浆300L全部是水,也比进行一次压水试验或简易压水试验、裂隙冲洗等注入的水少得多,这些水将很快在地层中消散而不会在幕体中存留。还有人担心有的地层注入的水不会消散掉,这样的地层不会多但肯定会有,而它并不需要灌浆。
既然每一孔段常常会出现不同的最佳水灰比,那么固定一种最佳水灰比,或采用固定不变的浆液应对所有灌浆区域就是不科学的,或者说为了施工方便而在一定程度上牺牲了科学,这是我们应当认识到的。
14 小结
灌浆工程是集勘探、试验、施工平行进行、同时完成的隐蔽工程,灌浆工艺是一项认识自然和改造自然同时实施的技术,灌浆过程是灌浆浆液、被灌岩体在外力干预(灌浆作业程序)下进行的矛盾运动,在这个过程中,我们应当运用马克思主义的哲学以及毛泽东的实践论和矛盾论观点,全面地认识和分析问题,抓住主要矛盾,引导运动过程良性发展,以经济高效地达到预期目标。
参考文献
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[1]据中央电视台一次采访袁隆平的节目。