水利施工 第三章

全孔一次灌浆 分段灌浆
自上而下 该法施工简便，多用于孔深不超过8m，地质条件 比较良好，基岩比较完整的情况。
优点：1）是随着段深的增加，可以逐段增加灌浆 力， 借以提高灌浆质量； 2）当下部岩层灌浆时，不易产生岩层抬动 和地面冒浆等现象； 3）分段进行压水试验，成果比较准确，有 利于分析灌浆效果，估算灌浆材料的需 用量。 缺点：是钻灌一段以后，要待凝一定时间，才能 钻灌下一段，钻孔与灌浆要交替进行，设 备搬移频繁，影响施工进度。
帷幕灌浆
灌注材料
浆液性能
第 三 章 地 基 处 理
• 粘度： 表示浆液流动性的一种指标，常用漏斗式粘度计测定
将浆液盛满容积为700cm3的漏斗漏斗，从漏斗下流出500cm3浆 液所经过的时间(以秒计)即为浆液粘度。由于制浆材料与浆液的 水灰比不同，粘度也不一致。
• 稳定性： 表示浆液均匀程度的指标。
但通常为同段灌浆压力的7080试验时可在预定压力之下每隔一定时间例如5min或10min记录一次流量读数直到流量稳定3060min就可停止试验3压水试验成果的计算4灌浆1钻孔灌浆的次序先固结后帷幕固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行无论帷幕或固结灌浆应遵循分序加密单排帷幕孔的钻灌次序是先钻灌第序孔然后依次钻灌第第序孔如有必要再钻灌第序孔
5）浆液稠度的控制
第 三 章 地 基 处 理
坝基灌浆常用的浆液配比（即水灰比）有
8∶1、5∶1、3∶1、
2∶1、1.5∶1、1∶1、0．8∶1、0.6∶1、0.5∶1九个比级。
浆液稠度控制的原则是先稀后浓，适时变换 限量法
限量法控制的标准一般采用400L， 也可根据工程的地质条件规定具体的标准。
在这种情况下，从最稀一级稠度起灌，当它的灌入量达到限定的数 量后，如果灌浆压力P和单位吸浆量G没有显著改变时，则将浆液稠度
变浓一级进行灌注，如此下去，逐级变浓，直至结束。
如果按规定改变稠度以后，发现灌浆压力突然增加或单位吸浆量突 然减小时，说明裂隙在尚未充填密实的情况下被浓浆所堵塞，应该尽快 地改回到原来的稠度，继续灌注。
6）灌浆的结束条件
第 三 章 地 基 处 理
残余吸浆量:
灌到最后的限定吸浆量
闭浆时间: 在残余吸浆量的情况下保持设计规定压力的延续时间。
第 三 章 地 基 处 理
压水试验的压力根据灌浆种类、钻孔类型和压水试验方法的不通，
按规范确定。但通常为同段灌浆压力的70％～80％ 。 试验时，可在预定压力之下，每隔一定时间，例如5min或10min， 记录一次流量读数，直到流量稳定30～60min，就可停止试验 3）压水试验成果的计算
在单位时间内，通过单位长度试验孔段，在单位水头压力作用
第三章 第 三 章 地 基 处 理
水工建筑物对地基基础的基本要求
地基处理
Foundation treatment
具有足够的强度，能够承受上部结构传递的应力。 具有足够的整体性和均一性，能够防止基础的滑动和不均匀沉陷。 具有足够的抗渗性，以免发生严重的渗漏和渗透破坏。
具有足够的耐久性，以防在地下水长期作用下发生侵蚀破坏。 岩基 开挖 承载力
纯压式 堵塞岩层缝隙和管路。纯压式灌浆多用于吸浆量大，有大
裂隙存在，孔深不超过12～15m的情况。 可使浆液保持流动状态，防止水泥沉淀；可根据进浆和回
循环式
浆浆液比重的差别，来判断岩层吸收水泥的情况，作为衡 量灌浆结束的一种条件。
3）灌浆方法和工序
第 三 章 地 基 处 理
按照钻孔灌浆的顺序——全孔一次灌浆和分段灌浆
下所压入的水量，即
单位吸水量
Q LH
式中：Q－压入流量（升/分钟）； H－试验压力，（按设计水头计，MPa）； L－试验孔段长度，m;
4、灌浆
第 三 章 地 基 处 理
先固结、后帷幕
1）钻孔灌浆的次序
固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行 无论帷幕或固结灌浆应遵循“分序加密”
帷幕灌浆：
• 单排帷幕孔的钻灌次序是先钻灌第Ⅰ序孔，然后依次钻灌第Ⅱ、第Ⅲ序
•直接测量岩石弹性模量
固结灌浆质量检查宜直接测量岩石弹性模量。
• 此外，也可以钻大直径孔由检查人员直接下到孔中检查； 还可采用钻孔照相，钻孔电视，物理勘探等方法检查。
第二节 砂砾石地层灌浆
第 三 章 地 基 处 理
砂砾石地层灌浆材料、制浆及设备、灌浆设备、灌浆 次序和灌浆方法与岩基灌浆的基本相同。但由于地层结构 的不同，对砂砾石地基灌浆有一些不同的要求，主要是可 灌性、灌浆工艺、造孔方法和灌浆综合控制等有所不同。
固结灌浆：
第 三 章 地 基 处 理
固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行，钻孔灌浆必须在相应部 位混凝土达到50％设计强度后方可施工 固结灌浆至少应分二个序孔施工。孔深10米以上的中孔和深孔， 则以采用三个序孔为宜。其钻孔次序如下：
2）灌浆方式
第 三 章 地 基 处 理
按照灌浆时浆液灌注和流动的特点分——纯压式和循环式 设备简单，操作方便；但浆液流动速度较慢，容易沉淀，
国内帷幕灌浆中，大多规定在设计规定压力下，灌浆孔段的单位 吸浆量小于0.4L／min时，延续30～60min以后，就可结束灌浆；
但当吸浆量小于1L/min、延续时间已达2~3h，也可依设计规定结
束这一灌浆段的灌浆。 固结灌浆的结束标准是单位浆量小于0.4L／min，延续时间30rnin。
7）封孔
灌浆结束以后，应随即将灌浆孔清理干净，用水泥砂浆 填充密实。也可用浓水泥浆由灌浆泵进行压力· 封填
8）冒浆与串浆处理
第 三 章 地 基 处 理
发生地面冒浆时，可用麻刀、旧棉花、棉纱、水泥纸袋或速凝 水泥砂浆等进行塞堵。如裂隙很多，无法塞堵时，可先浇一层混凝 土或填土压重，而后再进行灌浆。 相邻灌浆孔发生串浆时，可将串浆的几个孔同时进行灌浆，也可 在串浆孔中于串浆部位之上安装灌浆塞，只对原来灌浆孔进行灌浆。
第二节 砂砾石地层灌浆
第 三 章 地 基 处 理
1、可灌性
指砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性。主要决定于地 层的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和灌浆工艺等因素。
1）目前多采用可灌比（M）作为指标，即
可灌比
M D15 / d85
（式中，D15、d85分别为砂砾石和制浆材料颗粒组成曲线上含量为15％和85％的粒径。）
• 析水率： 浆液凝结后所析出水的体积与浆液体积之比值 称为析水率。
二、灌浆施工过程
第 三 章 地 基 处 理
钻孔、钻孔冲洗、压水试验、灌浆、封孔和质量检查 1、钻孔
回转式钻机 风钻或架钻
钻孔质量要求 确保孔深、孔向、孔位符合设计要求，力求孔径上下 均一，孔壁平顺，钻进过程中产生的岩粉细屑较少。
第 三 章 地 基 处 理
单孔冲洗
群孔冲洗
高压脉动冲洗就是用高压低压水反复冲洗，先用高 压水冲洗，冲洗压力采用灌浆压力的80％，经5～ 10min以后，将孔口压力在几秒钟内突然降低到零，形 成反向脉冲水流，将裂隙中的碎屑带出。
冲 洗 方 法
高压压水冲洗
高压脉动冲洗 扬水冲洗
对地下水位较高和地下水补给条件较好的钻 孔，采用此法。冲洗时先将管子下到钻孔底部， 上端接风管，通入压缩空气，孔中水气混合以后， 由于比重减轻，在地下水压力作用下，再加压缩 空气的释压膨胀与返流作用，挟带着孔内的碎屑 杂物喷出孔外。
2、冲洗 冲洗工作分如下两步： 钻孔的冲洗 ：
将残留在孔内的岩粉铁未冲出孔 外。冲孔一直要进行到回水澄清 10min才结束。
岩层裂隙的冲洗
将裂隙中松软、风化的充填物洗出孔外 或推移至灌浆区范围之外，以便浆液进 入到腾出的空间，使浆液结石与基岩胶 结成整体。
钻孔冲洗示意图
2、冲洗---
岩层裂隙冲洗
第 三 章 地 基 处 理
配制水泥粘土浆所使用的粘土，要求遇水以后，能迅速崩解分散，
吸水膨胀，具有一定的稳定性和粘结力。 浆液的配比，一般水泥和粘土的比例为1∶1～1∶4，
将浆液盛入量筒， 静置24h，筒内上半部与下半部浆液比重之差 即表示该浆液的稳定性．一般钻进用的粘土浆的稳定性要求不大 于0.02～0.06。
• 失水量：浆液受外界压力后其中游离水分被分离出去的现象
浆液在100mm2的过滤层上30min内失去水的体积称为失水量。 一般钻进用泥浆， 要求失水量为25～30cm3／30min。
可灌比越大接受颗粒浆材的可灌性越好。一般情况，
当 M≥10时，可以灌注水泥粘土浆； 当M≥15时，可以灌注水泥浆。
2）采用砂砾石的渗透系数（K）来衡量。
当K大于40～50m/昼夜，可灌水泥粘土浆； 当K大于60～80m/昼夜，可灌水泥浆
2、灌浆材料——水泥粘土浆
第 三 章 地 基 处 理
要求帷幕体的渗透系数在10-4～10-5cm／s以下
• 优点：结石强度高，胶结性能好，浆液易于制备。 • 缺点：水泥是一种颗粒状材料，在水中不稳定，易聚集沉 淀，难于控制胶凝时间长短，同时细微裂缝难于灌入。 接触灌浆 • 灌浆用的水泥 当地下水无侵蚀性时，多选用425号普通硅酸盐水泥。 当地下水有侵蚀性时，用抗硫酸盐水泥或矾士水泥为宜 • 细度符合要求 水泥灌浆 • 成本低，但由于结石强度不高，故多用于砂砾石 当水泥颗粒不很细时，只能用于裂隙宽度较大(大于 层的防渗灌浆或对强度要求不高的岩基。 0.15～0.2mm)，单位吸水量较高[大于0.01L／(min· m)]。 m· • 在砂砾石地基中进行帷幕灌浆，则多采用水泥粘 水泥粘土灌浆 • 材料：水玻璃类、铬木素类、丙凝、氰凝、甲凝 土浆，一般水泥和粘土的比例为1：1～1：4 和环氧树脂类等。 化学灌浆 • 优点：流动性好，可灌性高(可灌入0.15mm以下的极 细缝隙)，可以准确地控制凝固时间，防渗性 强，胶结强度高。 • 缺点：成本较高，灌浆工艺要求严格。
3、压水试验
是将水压入钻孔，根据岩层的吸水量来确定岩体裂隙 发育情况和透水性的一种试验工作。
第 三 章 地 基 处 理
1）压水试验方法与试验段长度 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL 62－94） 《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL 31－2003） • 压水试验应自下而上分段进行。分段的长度一般为5m。
• 对于透水性较强的岩层、构造破碎带、裂隙密集带、岩层接触带以
及岩溶洞穴等部位，应根据具体情况确定试段的长度。 • 同一试段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩层，这样获得的试验资
料更具有代表性。
• 如果地层比较单一完整，透水性又较小时，试段长度可适当延长， 但不宜超过10m。
2）压力值及压入流量的稳定标准
自下而上 混合法
4）灌浆压力
指将浆液注入灌浆部位所采用的压力值
作用在灌浆段中部的压力
第 三 章 地 基 处 理
• 灌浆压力确定
P P mT Kgh 1
式中：各系数意义见P99
帷幕灌浆压力：
表层孔段的灌浆压力不宜小于1～1.5倍帷幕的工作水头，底 部孔段不宜小于2～3倍工作水头。
固结灌浆压力：
软基 防渗能力 砂砾石地基 帷幕灌浆 板桩 开挖 振动密实 铺盖 钻孔灌注法 减压井 高压喷射灌浆 灌浆 土基 喷锚支护 预应力锚索 换土垫层 打桩基 强夯
开挖 排水法 预压
防渗墙
第一节 岩基灌浆 第 三 章 地 基 处 理
Rock grouting
一、灌浆材料与浆液特性
固结灌浆 • 在基岩灌浆中，使用水泥灌浆最为广泛。 灌浆目的
在灌浆过程发生大量漏浆时，可降低灌浆压力、增加浆液浓度， 在浆液中掺加速凝剂或其他填充材料，限制进浆量和进行间歇灌浆等。
9）灌浆质量检查
第 三 章 地 基 处 理
• 通常是利用检查孔进行压水试验来检查
帷幕灌浆检查孔数为灌浆孔数的10％左右，检查工作应在该部位灌
浆结束14d后进行。压水试验的压力采用设计水头的1.5倍。检查以单位 吸水量为主。 固结灌浆当采用压水试验检查时，检查孔数为灌浆孔数的5％左右， 在该部位灌浆结束3d后进行。
孔，如有必要再钻灌第Ⅳ序孔。
• 双排和多排帷幕孔，在同一排内或排与排之间均应按逐渐加密的次序
进行。双排孔帷幕通常是先灌下游排，后灌上游排；
多排孔帷是先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。
• 各个序孔的孔距，视岩石完整程度而定。一般第Ⅰ序孔孔距采用
8～12米，然后内插加密；第Ⅱ序孔孔距约为4～6米、第Ⅲ序孔孔 距约为2～3米
浅孔，无盖重时，可采用（2～5）×105Pa 有盖重时，可采用（3～7）×105Pa 深孔 参照帷幕灌浆确定灌浆压力
• 灌浆压力控制
第 三 章 地 基 处 理
一次升压法
适用于：透水性不大，裂隙不甚发
育，岩层比较坚硬完整的地方。分级升压法适用于：岩层破碎透水性很大或有渗透
途径与外界连通的孔段时 。 在灌浆过程中，如果在某一级压力下，单位吸浆量超过规定 的上限，则应降低一级进行灌注，待单位吸浆量回落到下限时， 再升高到原来一级压力继续灌注。上限可定为80～100L／min， 下限为30～40L／min