灌浆技术

➢试验研究：超细水泥的细度高、活性大、保水性强， 颗粒凝聚现象强烈。加大浆液的水灰比，虽然其流动性 大幅度增加，但其结石强度将显著降低。因此改善分散 性和流动性的外加剂、高速搅拌制浆技术成为影响其实 用性的关键。
灌浆技术及其发展
-------超细水泥灌浆技术
➢ 二滩拱坝的坝基为弱风化岩体，隐微裂隙发育。正长 岩强风化夹层出现频率较高，玄武岩多见小型破碎带。
➢ 灌浆试验，III序孔采用超细水泥和低水灰比水泥浆液 灌注，平均灌入量比采用普通水泥浆灌注的II序孔还高， 避免了灌浆过程中的失水回浓现象。
➢ 正长岩和玄武岩试区，单位吸水率由III序孔灌前的 5Lu及0.9Lu，分别降至灌后的0.71Lu及0.45Lu。
➢切片鉴定，发现的最小可灌岩体裂隙开度为0.06mm。
圬工硬壳坝，坝基第一层贝壳岩出现溶洞及坝基中粗砂 层中大量漏水，坝底严重掏空，坝身出现多处裂缝。
溶洞大者达1.0m左右，且无充填，采用水泥膏浆进行 了坝基灌浆加固处理。
142m长的坝基处理工程不足2个月即完成，达到了造价 低廉、可控性强、空洞充填饱满的加固要求。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
ｄ＝Ｒ4(1-4τ0Ｒ／5ｈｐ)(ｐ-γＨ)5／(ＥＨ3ｐ4 ) 或 ｄ＝3Ｖ2(ｐ-γＨ)5／(5π2ＥＨ2ｐ4 )
灌浆技术及其发展 －－-双限压力控制技术与GIN工法
• 采用自上而下的灌浆技术，相当于提高了Ｅ值 • 在浇筑一定厚度后进行灌浆，相当于增加了Ｈ值 • 采用浓浆，增加了τ0值 • 有利于减少地表岩体抬动变形值或提高使用灌浆压力 ✓ 一定的地表岩体抬动变形值（ｄ）和地质条件下，灌 浆压力ｐ和进浆量Ｖ2呈近似反比关系，和上覆岩体厚度Ｈ 3呈近似正比关系。 ✓ 按进浆量和上覆岩体厚度使用灌浆压力的方法，称之 为“双限灌浆压力控制技术”。
明显的扩散前锋面 ➢触变性
流动时，宾汉姆流体；静止时，固体性质
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
水泥膏浆性能试验－某现场使用
流变参数 编
号 初始屈服强 初始塑性粘度
度(Pa)
(mPa.s)
1 358
735
凝结时间
初凝 (min)
50
终凝 (min)
90
乌拉泊水库－覆盖层灌浆帷幕
坝基覆盖层18∼30m，实测最大渗透系数达1.2cm/s，用 一般灌浆方法难以在动水条件下形成帷幕。
采用水泥膏浆，成功完成了灌浆试验，灌后帷幕渗透 系数小于10-4cm/s量级。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
速凝水泥膏状浆液 大范围的调整浆液初、终凝时间在数分钟至数小时之间， 结石的抗水流冲刷能力强，适于动水条件下堵漏灌浆。 第一代：利用铝酸盐水泥与
灌浆技术及其发展 －－-双限压力控制技术与GIN工法
✓ 国内提出“双限灌浆压力控制技术” 二滩水电站加固处理试验
✓ 合理应用高灌浆压力往往能得到良好的灌浆效果 ✓ 过高的灌浆压力会导致地表的抬动，甚至直接危及地 表建筑物的安全和浆液浪费
✓ 按单条等宽水平裂隙模型，推导出地表岩体抬动变形 值（ｄ）为：
浆、石分离，水下浆液易流走 我们开发了水泥膏浆灌浆技术
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
水泥膏浆一般是指水泥浆液中掺入大量粘土构成的低水 灰比膏状的浆液，也可以在浆液中视当地材料情况掺入粉煤 灰、磨细矿渣等掺合料，也可掺入少量的外加剂。 ➢抗水流冲释性 :
整体抗冲，与低水灰比浆液、砂浆的主要区别 ➢膏体的流动特性和扩散特性
防渗施工完毕后，围堰仍然存在着较大的渗漏量，高喷 灌浆和静压灌浆防渗处理未能取得预期的效果。
灌浆技术及其发展 特点：
——膏浆及速凝膏浆技术
➢在堰体河床底部存在大规模块石堆积层
➢围堰地层主要是块石，架空严重，加之水流冲刷，基本 无细颗粒充填物。
➢最大水下深度超过20m，围堰内外水位差可达1.5m，围 堰中存在一定流速的动水，水泥浆液在水下不能及时凝固、 形成有效的防渗体。
对围堰中存在的渗漏水部位采用速凝水泥膏浆 进行防渗处理，效果显著。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
彭水电站围堰速凝膏浆堵漏施工现场
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
彭水电站围堰基坑开挖
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
重庆鱼洞长江大桥15＃桥墩上游幅－堵漏 采用沉井方案，河床基岩存在起伏，沉井部分入岩，部
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
围堰基坑开挖后基本不漏水
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
重庆鱼洞长江大桥15＃桥墩下游幅
紧挨着上游幅，借鉴上游幅的成功经验，采用灌浆解决 施工围堰的防渗和支护问题。
该围堰位于长江右岸主河槽位置，基坑深约9.5m，底 部位于最枯水位以下约7m。
地层情况是：上部4～5m为回填块石，最大粒径可达 2～3m，下层为原河床的砂砾石层和基岩。
普硅水泥的快凝反应
➢优点：性能优异、可靠 堵漏效果显著
➢缺点：铝酸盐水泥不普遍 对施工要求高
第二代：研究专用的速凝膏浆外加剂，在不降低 性能的前提下，避免第一代的缺点。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
重庆彭水水电站围堰
土石围堰，大江截流、合龙后采用了高喷灌浆、静压注 浆等措施进行围堰的防渗处理，在静压注浆过程中对部分 耗浆量大的孔采取了水泥－水玻璃双液灌注等处理措施。
2 380
860
40
75
3 587
1221
35
55
4 686
1438
20
35
5 814
1635
10
20
抗压强度（MPa）
3d 7d 28d 6.3 11.4 14.8 7.2 12.2 16.0 7.7 13.5 17.7 9.8 15.8 19.5 10.1 18.4 20.3
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
据称近上万吨的应用实践表明，超细水泥具有良好的可 灌性和力学性能。
灌浆技术及其发展
-------超细水泥灌浆技术
➢从1984起，我们研究和试制了适应于微细裂隙岩体加 固灌浆所需要的超细水泥。
➢试验研究，如获得更细的水泥，则带来强度衰减、能 耗、成本等问题，影响其实用性，换言之超细水泥有其 合理细度的问题。
架空结构底层抗冲后留存浆液
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
室内抗冲模拟试验结果
序号 流速 /m/s
1 0.2 2 0.4 3 0.7 4 1.0 5 1.5 6 1.5
水深 浆液留存率 初凝时间 1d抗压强度
/cm
/％
/min
/MPa
4
90
25
8.5
备注
4.5
84
25
5
71
30
6
60
30
8.2
室内抗冲模拟试验
在室内进行了不同流速下水泥膏浆的抗冲模拟试验。 试验水槽长3m，宽0.5m，高0.5m。 水槽内下垫层主要选取了玻璃板底层和架空结构底层。
室内抗冲试验1 室内抗冲试验2
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
水泥膏浆模拟灌浆情况
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
玻璃板底层抗冲后留存浆液
初凝时间和
抗压强度均
8.3
为抗冲后留
存浆液的试
8.1
验值
6.5
52
35
7.5
12
60
30
7.9
架空结构
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
红枫水库堆石坝－堆石体帷幕 坝高52.5m，堆石体孔隙率为21.6∼38.6%。 为取代原木斜墙防渗结构，设置灌浆帷幕。 试验采用了多种材料与工艺，最后采用水科院的粉煤
灰水泥膏浆。 灌注试验表明，膏浆解决了无充填大孔隙堆石体中灌
浆控制的难题，且工效约提高3倍多， 。 试验压力下，单位注入量2.5t/m，灌后可见结石充填
饱满、粘结牢固，可达到工程防渗和结构强度的要求。 水泥膏浆首次在堆石体工程中得到应用。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
龙塘水轮泵站大坝－无动水溶洞封堵
沉井内涌水2
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
根据工程特点采用了速凝水泥膏浆结合稳定性 浆液进行防渗处理。
灌浆采用孔口封闭、孔内纯压、自下而上的灌 浆施工工艺。
重庆鱼洞大桥15＃桥墩上游幅围堰
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
开挖后砂砾石层中充填的呈层状的膏浆 开挖后靠近主河槽侧的砂砾石层呈干燥
灌浆技术及其发展 －－-双限压力控制技术与GIN工法
采用双限灌浆压力控制技术，有以下特点： • 灌浆过程中未观察到地表抬动的迹象； • 可采用较高的灌浆压力：部分5～10米孔段使用 1.5MPa～2.5MPa，部分10～15米孔段使用2.5MPa～5.0MPa 的高灌浆压力是可行的； • 灌浆压力呈依孔序逐渐增加的趋势；
GR>5－可灌，GR<2 －水泥浆液不可灌 2<GR<5，不确定
灌浆技术及其发展
➢ 吕容值判别：
-------超细水泥灌浆技术
F .K. Ewert :
>25Lu，水泥可灌性好； <3Lu，效果不明显； 3~25Lu，不确定。
马国彦和林秀山 :
>20Lu，水泥可灌性好； <5Lu，效果不明显； 5~20Lu，不确定。
灌浆技术及其发展
-------超细水泥灌浆技术
wk.baidu.com
➢超细水泥的生产成本高，储存、运输均不方便。
➢研制了湿磨水泥浆设备，在现场直接加工水泥浆，使 水泥颗粒最大粒径降至10μm以下。
➢磨细浆液的结石强度视不同的水灰比和磨细程度，在 2.0～20.0MPa之间。
➢湿磨水泥技术具有使用方便、成本较低的特点，尤其 对于防渗工程具有良好的处理效果和优越的经济性能。
灌浆技术及其发展
杨晓东 中国水利水电科学研究院
2011年11月
灌浆技术及其发展
灌浆历史——200 年 中国经历了60多年的发展 。
浆液技术、灌浆工法技术研究的新进展,可 以进一步解决了许多水工建筑物防渗和加固 难题，许多改善的技术已成为我国坝工建设 的重大技术措施。
灌浆技术及其发展 ➢ 超细水泥灌浆技术 ➢ 膏浆及速凝膏浆技术 ➢ 双限压力控制技术与GIN工法 ➢ 坝基岩溶渗漏灌浆处理 ➢ 砂砾石覆盖层灌浆技术 ➢ 灌浆设计理论的发展 ➢ 灌浆技术存在的问题
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
➢ 对坝基溶洞、堆石体，以及地基空洞回填处理等大孔 隙地层防渗与加固问题，常采用灌浆方法进行处理。 ➢ 对扩散范围的控制多采用速凝浆液来进行： • 造价昂贵 • 水玻璃为调凝组分，耐久性差 • 速凝时间控制困难：地下水、温度等环境因素，与实
验室不一样 ➢ 砂浆
灌浆采用孔口封闭、孔内纯压、自下而上分段 灌浆施工工艺。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
下游围堰填筑情况
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
粉细砂层不透水
围堰开挖后情况
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
水泥膏浆结石充填情况
灌浆技术及其发展 －－-双限压力控制技术与GIN工法
G·隆巴迪提出岩体水泥灌浆 “灌浆强度值（GIN）”方法。 ✓ 在一定灌浆段内，能量消耗近似等于灌浆压力P和灌注 浆体体积V的乘积P·V（灌浆强度值GIN） ✓ 岩体水泥灌浆的GIN法主要侧重于帷幕灌浆，对其它灌 浆工程也是适用的 ✓ GIN方法有无可争议的效果，工艺简单又比较经济 ✓ 认为要通过试验选择适当的GIN值，作为定值。由P和V 坐标可作出GIN双曲线，和Pmax和Vmax，作为实际控制的P、 V包络线
➢ 最小可灌宽度（水泥浆液）
• 散粒体：<0.1×D10 • 岩体：国外 <160μm，
国内小于三倍D85（<0.2mm）
灌浆技术及其发展
-------超细水泥灌浆技术
影响灌入能力的根本原因是水泥颗粒的几何尺寸。 南非、德国、俄罗斯、美国和我国：
筛分或磨细:Dmax<40μm，D50<10μm 日本研制的超细水泥： D50<5μm
分仍处在砂砾石层中，继续下沉困难。
砂砾石层透水性较强（10－1cm/s），强行开挖时发生管 涌，涌入量约为3000m3/h。
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
沉井刃角产生涌水
沉井汛期被淹
灌浆技术及其发展
——膏浆及速凝膏浆技术
围堰基坑深度为10m，底部位于长江水位以下8m。地 层主要为沙砾石层，从灌浆的角度分析地质特点： • 砂卵石层160mm以上的卵石含量较高，且无胶结 • 渗径短（2～4m） • 存在明显的渗流通道：已发生管涌 • 动水条件，且有一定的流速。 沉井内涌水1
灌浆技术及其发展
-------超细水泥灌浆技术
✓ 可灌性
可灌性与三个因素有关：被灌体的可灌性、材料的灌 入能力和灌浆压力。
➢ 岩土介质可灌比：GR 土体、沙砾石等散粒体， GR D15 D85
GR>25－可灌，GR<11，水泥浆液不可灌 11<GR<19，不确定
岩体裂隙 GR D f D95