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摘要：水利施工过程中往往会遇到特殊地层的问题，而由于以往在处理特殊地层过程中，所采取的的加固方法存在地层沉降量较大的问题，以致于特殊地层承载力不足，处于失稳的状态。因此加强特殊地层的研究，寻找一种特殊的灌浆预加固方法，具体先要掌握特殊地层的特点并计算得出特殊地层的应力特征值，然后控制灌浆时的渗透参数，以期能够将地层沉降量控制至最小值。
关键词：水利施工；特殊地层；灌浆预加固方法；沉降量
引言
灌浆是水利工程施工过程中重要的环节，在这一施工环节需要将特定的材料制作成浆液，然后借助压力泵的作用将浆液灌入到特殊地层的孔隙面中，使浆液扩散、固化，从而起到加固的效果。而灌浆预加固则是在水利施工拟开挖的地段，所灌入到特殊地层中的浆液具有凝胶性能和填充作用，可以有效降低地层中围岩渗透系数，同时对其中松散岩体的围岩进行固结。这一施工方法可以有效避免水利施工过程中出现渗水问题，也能够对各施工工具进行固定，避免施工时特殊地层出现地表下沉、滑坡等现象，进而保证特殊地层承载力满足水利施工的要求。
1、特殊地层中灌浆预加固法运用的流程
1.1获取特殊地层应力特征值
在水利施工中运用灌浆预加固法，先需要获得特殊地层的应力特征值。这需要借助一定的模型来计算，因为特殊地层附近应力场会形成偏压，而特殊地层中某定指向临空方向的应力又与这个偏压的大小相关，所以为了方便获取其应力特征值，通过建立坐标系的方式来计算。在这一坐标系统中，坐标原点是特殊地层坡口线，水平向为X轴，竖直向为Y轴。具体见下图1。
采用Geo=slope的线弹性模型进行计算，设弹性模量E为1.0Gpa，泊松比
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为0.3，依据图1中X轴上的x=1，2，……6每一列对应的应力特征值
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，获取Y轴上对应y值的变化。分析应力特征变化规律可知：应力特征
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沿着Y轴方向呈抛物线变化。
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图1 特殊地层坐标系
根据特殊地层中应力特征变化的规律可以明确
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在特殊地层中的具体位置，在特殊地层的坡表面a中，
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数值接近线性变化，其随着特殊地层距离增大而迅速增加，在到达坡脚时为
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最大值。由此可计算出坡内剪应力，公式为
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，在公式中，
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和
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是土条在X轴上有限抗剪强度指标；
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是土条底部的坡脚坡度，
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表示土条底部的长度。随着坡比变缓，该近似线逐渐减少，但是在1：1.25坡比时，有一个拐点，剪应力减缓程度在坡比在1：1.05~1：1.25时要比1：1.25~1：2.0时要快。在此机上极端出应力特征稳定值。
1.2控制灌浆时的渗透参数
如果仅是将坡度放缓，实际上并不能够有效解决坡脚应力集中的问题。因此在进行灌浆预加固时，还需要考虑特殊地层的掌子面失稳形式，需要对灌浆时的各项参数进行控制。具体的过程为：在确定特殊地层掌子面失稳形式时，使用的是条分法进行确定，假设有多个剪切面-滑裂面的存在，而滑裂面以上土体，通过若干条垂直土条分析土条的力与力矩平衡，目的是在极限平衡的情况下获得土体稳定的安全系数，之后根据这一安全系数进行一定数量的试算，进而获得最危险画面位置和对应最小的安全系数。
在对各项参数调整后，需要借助失稳模型进行计算。在计算过程中，特殊地层的掌子面不能产生拉应力，也就证明此时掌子面处于稳定的状态，可以在此基础上进行特殊地层的灌浆预加固处理。
1.3实施灌浆预加固
在上述两个步骤的基础上进行灌浆预加固，在操作之前，需要考虑这样一个情况：在压力作用下，如果特殊地层的缝隙面与灌浆孔处于垂直水平，可能会导致浆液四处扩散的情况出现，扩散规律是以牛顿流体向峰面扩散，呈现出圆形。
在不考虑倾斜角度的问题，如果特殊地层的缝隙面较平直光滑，假设单位时间内的灌浆量是Q，浆液扩散半径是r，则灌浆浆液在特殊地层中扩散至峰面时的速度为：
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，其中h是裂缝宽度；在此基础上计算缝隙面中水流动的情况，计算公式为：
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，在公式中
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表示流体重量，
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表示水力梯度，
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表示流体动力黏滞系数；整理这两个公式便可得知浆液在特殊地层中流动的驱动压力值，具体为：
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，r0表示裂隙半径，通过这一公司计算出注浆压力参数。
但是在实际水利施工过程中，裂隙面表面多为粗糙形态，且裂缝的走向不断变化，使得裂缝宽度变化较大，而对于局部裂隙张开度较小，水泥类悬浊有液体在灌入这些较窄的裂隙中，容易引起堵塞，进而影响浆液，这样就会导致浆液渗流受到阻碍，进而影响灌浆加固的效果。所以在运用特殊地层灌浆预加固方法时，应充分考虑裂隙面上的流动阻力因素，然后在此基础上确定预加固钻孔位置，确保钻孔位置的科学性和合理性。与此同时，在预加固过程，应考虑在，浅孔注浆的基础上进行高压深孔劈裂注浆，并控制劈裂注浆厚度在2.5m左右。另外，所选用的注浆材料应优先选择容易渗透、强度高的超细水泥浆液，确保浆液水灰比的科学性，最好是在0.75~0.85之间。
2、实验检测
在特殊地层中钻了7个空隙，灌浆过程使用了高压深孔注浆管进行特殊地层灌浆预加固。以此同时，在这一过程中，还需要对灌浆预加固的情况进行实验检测。
2.1实验准备
在实验准备阶段，主要是对设备性能进行检测，需要准备灌浆设备、灌浆材料等。在完成设备性能检测后，使用是设备进行煤、泥岩岩样破碎处理，将它们破碎成不同的大小，在施工过程中所使用的碎块大小主要有5~10mm，10~20mm，20~30mm和30~40mm等几种，在筛选时需要使用圆孔筛进行。之后根据工程施工设计要求，将不同块径大小的岩样组合，分层铺设于地基基础上，且在铺设过程中要保证铺料均匀性和密实性。另外，在灌浆过程中，应保证灌浆设备的稳定性，避免出现跑浆的情况，然后使用水灰比为0.85：1的水泥浆液灌入至特殊地层中。待完成灌浆后，还需要对特殊地层进行预加固实验，掌握地表沉降情况，确认是否满足施工要求。
2.2结果分析
在地表沉降实验中，具体设置了5个测量点，采用了3中预加固方法（传统加固法1、传统加固法2及文中加固法，以此作为对比）。分析实验结果可知，在水利施工中，采用特殊地层灌浆预加固方法后，地表沉降量为1mm，相比较其他两种方法这一方法沉降量更小，且对地层产生的影响较小，几乎没有。因此，该方法更适合在实际的水利施工中运用，从而保证水利施工顺利进行。
3、结语
综上，特殊地层的存在使得水利施工难度增加，加之水利工程本身工程量就大，且施工过程中可能还会对生态环境造成影响。因此为了确保水利施工顺利进行，同时能够有效解决水利施工中特殊地层的问题，本文主要对水利施工中特殊地层处理中，探究了一种特殊的灌浆预加固方法，探讨该加固方法的可行性，最终验证了该方法比传统预加固方法能够有效减少特殊地层沉降量，所以适用于实际的施工中。
参考文献：
[1]王华.水利水电工程施工中灌浆技术的应用[J].绿色环保建材，2020（04）：227+229.