既有土坝可溶岩坝基帷幕灌浆施工中几个问题探讨_罗长军
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为检查浓浆冲砂和清水冲砂、砾石是否堵塞较 小的裂隙，在溶洞、大裂隙内是否形成“砂包”而 影响岩石的可灌性及帷幕质量，对 2 个灌浆孔扩孔 至 127 mm，并在坝轴线另布置 4 个检查孔取芯， 未发现“砂包”，这表明处理措施正确。 3.6 冒浆处理问题
坝顶冒浆，应立即停灌。待水泥凝固以后，再 进行复灌，直至坝顶不冒浆为止。坝坡处冒浆，如 灌注下游排 10#孔时，浆液沿 F1 断层流动至坝前坡 脚处(距 10#孔 20 m)，形成隆起并大量冒浆，对此， 采取浓浆堵漏、加速凝剂、灌水泥砂浆、以及间歇 复灌等方法，直至不再冒浆，才改为常规方法灌浆。
收稿日期：2003-03-28 作者简介：罗长军，男，1963 年生，河南唐河县人，高级工程师，1987 年毕业于武汉地质学院水文工程地质，现主要从事工程勘察及岩土工程工作。
400
岩土力学
2003 年
返浆十分严重，灌浆效果很差。后摸索出“孔口及 坝体封闭基岩内自上而下分段及孔内循环灌浆法”， 施工工艺流程(图 1)为：坝体钻孔至岩面以上 2.0 m →下套管护壁→冲击套管至岩面→基岩钻孔→冲洗 →简易压水试验→灌浆→下一段基岩钻孔及灌浆等 →最后对基岩及坝体灌浆孔进行封孔。这种灌浆方 法较为可行，采用该法后坝体劈裂、坝顶冒浆等现 象大为减少。
罗长军
(河南大学 土木建筑学院， 河南 开封 475001)
摘 要： 在土坝坝顶操作钻灌设备，对坝基大理岩进行帷幕灌浆，摸索出“孔口及坝体封闭基岩内自上而下分段的孔内循
环”的灌浆方法，先后遇到了造孔及孔壁封闭、接触面灌浆、形成“灌浆盖帽”、风化带灌浆、岩溶灌浆、冒浆处理、坝基
灌浆引起坝体劈裂、灌浆质量检查标准等问题，对这些问题分别进行了详细分析，并提出了防治对策或处理措施。
3 对灌浆施工中几个问题的分析
3.1 造孔及钻孔封闭问题 (1) 若造孔后无套管护壁，因大坝坝体小主应
力较小，灌浆时坝基岩石不进浆或吃浆量有限，大 部分浆液回流入坝体，并造成坝体劈裂、坝顶冒浆、 坝体变形等。(2) 若回转造孔孔径一径到底，再下 入套管护壁；或直接用套管钻进并护壁，因护壁效 果差及接触面凹凸不平等原因，也出现了前述同样 的问题。针对这种问题，采取了如下措施：对坝基 用 55 mm 合金钻头成孔，在坝体先用麻花钻造孔至 基岩面以上 1 2 m 后，将套管夯至基岩面的造孔法， 灌浆结果表明，坝体劈裂、坝顶冒浆等现象减少了 逾 80 %。 3.2 接触面灌浆问题
坝体与凸凹不平的岩面若结合不好，一旦形成 严重的接触冲刷破坏，将直接导致大坝溃坝，所以， 必须将接触面灌好。为保证灌好接触面，除坝轴线 帷幕灌浆孔外，又在坝轴线下游 2.0 m 处，另布置 一排浅灌浆孔。待将套管夯至岩面后，用合金钻头 钻进基岩 0.2 0.5 m，再下入注浆管，进行低压灌浆 并待凝 24 hr。当浆液沿接触面流动到坝体局部质量 很差的部位时，浆液将流入坝体，并造成坝体劈裂。 针对这种情况，采取措施如下：(1) 坝体升降变化 不大，或虽产生裂缝，但坝顶未冒浆，在低压下结 束灌浆，待水泥浆凝固以后，再在规定压力下进行 复灌。(2) 坝体升降变化较大或冒浆，应立即停灌， 待凝以后进行复灌。这样既可把质量差的坝体灌好， 又保证了大坝安全。注水试验结果表明，坝岩接触 面灌浆效果良好。 3.3 “灌浆盖帽”的形成问题
灌浆段岩溶发育(尤其厚层状大理岩)[7]，其发育 方向垂直于坝轴线，在渗透水流的作用下，溶洞、 溶隙内的充填物几乎被冲空，故灌浆时表现为吃浆 量很大或灌不好。如 0+164～0+264 坝段，Ⅰ孔平 均单位注浆量达 802 kg/m，其中灌浆段单位注入量 大于 1 000 kg 的占 39 %；大于 500 kg/m 占 64 %， 大于 200 kg/m 占 93 %；同时，1 次灌成的占总段数 的 34 %；5 次占 60 %；6 次以上占 6 %；复灌次数 最多达 10 次。对此，采取以下措施：(1) 浓浆堵漏： 先灌浓浆，待凝固后打开钻孔进行复灌。(2) 浓浆 冲砂：用灌浆泵向孔内灌 0.6 1 或 0.5 1 的浓浆，在 孔口向孔内加砂，直至孔口返浆。(3) 加速凝剂： 为了加快浆液凝固，避免浆液沿裂隙流失太远，在 0.6 1 或 0.5 1 的浓浆中，掺入 1 %的水玻璃或 2 %～ 4 %的氯化钙。(4) 孔口冲粗砂、砾石：用清水在孔 口向孔内冲灌由粗到细的砾石、粗砂，使其沿裂隙 流动、积累并形成堵塞，减小渗水流速，形成反滤 层，建立阻浆体。用上述一种或多种方法堵漏，直 到扫开钻孔后在孔口能回水，且灌浆起压，再改为 常规浆液灌浆。
关 键 词： 帷幕灌浆； 坝基； 坝体； 大理岩； 探讨
中图分类号： TU 452
文献标识码： A
Discussion on some questions in construction of curtain grouting to karst foundation of existing earth dam
1引言
如何在已投入使用多年的土坝坝顶对坝基无 “混凝土盖帽”岩石进行帷幕灌浆，混凝土坝和土 坝坝体施工前的坝基岩石帷幕灌浆制定的现有国标 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL62-94)，以 下简称规范》[1]并无答案，目前报道的仅见于郭斯 良先生所写的广东省横江水库除险加固工程论文[2] 中，对其帷幕灌浆方法、施工工艺、质量检查标准 等仍然按照规范的要求来操作，施工中遇到难题很 多。在河南省望花亭水库既有土坝可溶岩坝基帷幕 灌浆施工中，按照规范的要求进行施工遇到的问题 更多，坝基岩石吃浆量非常有限，几乎成了坝体劈
3.7 坝基灌浆造成坝体劈裂问题 在大坝坝顶实施灌浆操作，通过封闭坝体对坝
基灌浆，因坝基岩石溶洞、裂隙相互连通，这些空 隙都将或多或少、或远或近与土坝坝体相接触。因 此，在灌浆压力作用下的水泥浆液不可能不对坝体 产生影响，水泥浆液将在局部坝体质量较差的部位 回流入坝体并劈裂坝体。由于水泥浆液析水凝结快， 凝结后所形成的结石体(或混凝土墙)不易与坝体土 很好的结合，使均质土坝变为非均质坝，很容易产 生新的隐患，人们担心灌浆压力过大会破坏坝体， 这和加固坝基的初衷是背道而弛的。鉴于此，一定 要形成良好的“灌浆盖帽”，并控制灌浆压力，尽可 能控制浆液少进入坝体。结石体对土坝坝体究竟有 何副作用，有必要开挖探井以便进行详细地观察和 研究。 3.8 灌浆效果与灌浆质量问题
裂灌浆，凝结后的水泥结石又改变了土坝的均质性。 通过试验，摸索出了“孔口、坝体封闭基岩内自上 而下分段及孔内循环灌浆法”，虽然方法可行，效果 不错，但在灌浆过程中施工难题较多，对灌浆质量 标准争议较大，对此进行深入探讨，以便供同类工 程参考。
2 灌浆方法及施工工艺
帷幕中心线选在坝轴线的位置，所有灌浆孔都 要通过坝体。灌浆试验阶段，曾采用常规[1~3]的“孔 口封闭自上而下分段灌浆法”等，但因坝体与基岩 接触面封闭问题、不能提高灌浆压力、坝体劈裂严 重等问题，尤其岩石破碎在钻孔中止塞困难，绕塞
图 1 孔口及坝体封闭基岩内自上而下分段及 孔内循环灌浆法示意图
Fig. 1 The sketch map of grouting methods of cycle within hole, section by section from top to bottom in the inside ofthe dam body and hole-top enclosure
增刊
罗长军：既有土坝可溶岩坝基帷幕灌浆施工中几个问题的探讨
401
3.4 风化带灌浆问题 坝基局部地段的片岩、大理岩风化严重，岩石
破碎，充填有较多的红粘土和碎石等松散物，钻孔 不易冲洗干净，同时，灌浆操作在坝顶进行，灌浆 压力受到限制，浆液不易灌入缝隙内。对此，采取 以下措施[4]：(1) 缩小段长，将原设计段长 5.0 m 分 解为 1.5 m，1.5 m，2.0 m，共计 3 段灌浆。(2) 在 保证大坝安全的前提下，为增加浆液扩散范围，应 逐级提高灌浆压力，力争在较高的灌浆压力下结束 灌浆。灌浆前，桩号 0+164～0+264 段(厚层状大理 岩)、0+264～+0+430 段(中薄层状大理岩)大理岩的 透水率为 300.3 Lu，187.7 Lu，灌浆后则降至 13.6 Lu， 10.1 Lu，分别降低了 95.5 %和 94.6 %。 3.5 岩溶灌浆问题
LUO Chang-jun
(College of Civil Engineering and Architecture, Henan University, Kaifeng 475001, China)
Abstract: The treatments of curtain grouting to dam foundation possessing marbles with the drilling and grouting machines on the dam crest were adopted. The grouting prcess and methods of cycle within hole, section by section from top to bottom in inside of the dam body and hole-top enclosure were applied. There were many questions that hole-drillings were enclosured and the grout was groutted in the contaction parts between the dam body and rock surface, the grouting’s cap was formed in the shallow region of the rock surface, the grout was groutted in the weathered zone of rock surface and area of karst, emitting grout in the osculant zone of the dam body of upper reachs and rock surface, the dam body was splitted by the grouting and the criterions of grouting quality check. The questions hereinbefore were discussed and the countemeasures were suggested. Key words: curtain grouting; dam foundation; dam body; marble; discussion
通常情况下，混凝土坝体和浆砌石坝体是坝基 岩石的良好“灌浆盖帽”，对坝体施工前开挖出的坝 基岩石应浇注一层足够厚度的混凝土作为“灌浆盖 帽”，而土坝坝体作为“灌浆盖帽”则不合适，也无 法直接在岩面浇筑混凝土平台即“灌浆盖帽”，这将 使基岩灌浆压力的增加受到限制。为提高坝基岩石 的灌浆压力，关键点是先采用灌浆方法在浅部岩石 形成“灌浆盖帽”。在灌浆试验阶段，按每个灌浆段 段长 5.0 m 灌浆，导致坝体劈裂严重。经多次试验， 将 5.0 m 长的灌浆段细分为 2 段，段长分别为 2.0 m， 3.0 m；再细分为 3 段，每段灌浆段长度依次为 1.5 m， 1.5 m，2.0 m；控制待凝 24 h 以上，最终在浅部基 岩形成了相当于混凝土平台的“灌浆盖帽”。在形成 “灌浆盖帽”过程中灌浆压力为 0.05 MPa，但坝顶 常出现劈裂缝并冒浆。“灌浆盖帽”形成后，在深部 岩石灌浆时，灌浆压力提高了 14 倍，80 %的灌浆 段灌浆时坝顶不再出现劈裂缝、冒浆。这表明“灌 浆盖帽”已形成，且效果较好。
DOI:10.16285/j.rsm.2003.s2.094
第 24 卷增刊 2003 年 10 月
文章编号：1000－7598－(2003)增 2―0399―04
百度文库
岩 土 力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.24 Supp. Oct. 2003
既有土坝可溶岩坝基帷幕灌浆施工中几个问题探讨
坝顶冒浆，应立即停灌。待水泥凝固以后，再 进行复灌，直至坝顶不冒浆为止。坝坡处冒浆，如 灌注下游排 10#孔时，浆液沿 F1 断层流动至坝前坡 脚处(距 10#孔 20 m)，形成隆起并大量冒浆，对此， 采取浓浆堵漏、加速凝剂、灌水泥砂浆、以及间歇 复灌等方法，直至不再冒浆，才改为常规方法灌浆。
收稿日期：2003-03-28 作者简介：罗长军，男，1963 年生，河南唐河县人，高级工程师，1987 年毕业于武汉地质学院水文工程地质，现主要从事工程勘察及岩土工程工作。
400
岩土力学
2003 年
返浆十分严重，灌浆效果很差。后摸索出“孔口及 坝体封闭基岩内自上而下分段及孔内循环灌浆法”， 施工工艺流程(图 1)为：坝体钻孔至岩面以上 2.0 m →下套管护壁→冲击套管至岩面→基岩钻孔→冲洗 →简易压水试验→灌浆→下一段基岩钻孔及灌浆等 →最后对基岩及坝体灌浆孔进行封孔。这种灌浆方 法较为可行，采用该法后坝体劈裂、坝顶冒浆等现 象大为减少。
罗长军
(河南大学 土木建筑学院， 河南 开封 475001)
摘 要： 在土坝坝顶操作钻灌设备，对坝基大理岩进行帷幕灌浆，摸索出“孔口及坝体封闭基岩内自上而下分段的孔内循
环”的灌浆方法，先后遇到了造孔及孔壁封闭、接触面灌浆、形成“灌浆盖帽”、风化带灌浆、岩溶灌浆、冒浆处理、坝基
灌浆引起坝体劈裂、灌浆质量检查标准等问题，对这些问题分别进行了详细分析，并提出了防治对策或处理措施。
3 对灌浆施工中几个问题的分析
3.1 造孔及钻孔封闭问题 (1) 若造孔后无套管护壁，因大坝坝体小主应
力较小，灌浆时坝基岩石不进浆或吃浆量有限，大 部分浆液回流入坝体，并造成坝体劈裂、坝顶冒浆、 坝体变形等。(2) 若回转造孔孔径一径到底，再下 入套管护壁；或直接用套管钻进并护壁，因护壁效 果差及接触面凹凸不平等原因，也出现了前述同样 的问题。针对这种问题，采取了如下措施：对坝基 用 55 mm 合金钻头成孔，在坝体先用麻花钻造孔至 基岩面以上 1 2 m 后，将套管夯至基岩面的造孔法， 灌浆结果表明，坝体劈裂、坝顶冒浆等现象减少了 逾 80 %。 3.2 接触面灌浆问题
坝体与凸凹不平的岩面若结合不好，一旦形成 严重的接触冲刷破坏，将直接导致大坝溃坝，所以， 必须将接触面灌好。为保证灌好接触面，除坝轴线 帷幕灌浆孔外，又在坝轴线下游 2.0 m 处，另布置 一排浅灌浆孔。待将套管夯至岩面后，用合金钻头 钻进基岩 0.2 0.5 m，再下入注浆管，进行低压灌浆 并待凝 24 hr。当浆液沿接触面流动到坝体局部质量 很差的部位时，浆液将流入坝体，并造成坝体劈裂。 针对这种情况，采取措施如下：(1) 坝体升降变化 不大，或虽产生裂缝，但坝顶未冒浆，在低压下结 束灌浆，待水泥浆凝固以后，再在规定压力下进行 复灌。(2) 坝体升降变化较大或冒浆，应立即停灌， 待凝以后进行复灌。这样既可把质量差的坝体灌好， 又保证了大坝安全。注水试验结果表明，坝岩接触 面灌浆效果良好。 3.3 “灌浆盖帽”的形成问题
灌浆段岩溶发育(尤其厚层状大理岩)[7]，其发育 方向垂直于坝轴线，在渗透水流的作用下，溶洞、 溶隙内的充填物几乎被冲空，故灌浆时表现为吃浆 量很大或灌不好。如 0+164～0+264 坝段，Ⅰ孔平 均单位注浆量达 802 kg/m，其中灌浆段单位注入量 大于 1 000 kg 的占 39 %；大于 500 kg/m 占 64 %， 大于 200 kg/m 占 93 %；同时，1 次灌成的占总段数 的 34 %；5 次占 60 %；6 次以上占 6 %；复灌次数 最多达 10 次。对此，采取以下措施：(1) 浓浆堵漏： 先灌浓浆，待凝固后打开钻孔进行复灌。(2) 浓浆 冲砂：用灌浆泵向孔内灌 0.6 1 或 0.5 1 的浓浆，在 孔口向孔内加砂，直至孔口返浆。(3) 加速凝剂： 为了加快浆液凝固，避免浆液沿裂隙流失太远，在 0.6 1 或 0.5 1 的浓浆中，掺入 1 %的水玻璃或 2 %～ 4 %的氯化钙。(4) 孔口冲粗砂、砾石：用清水在孔 口向孔内冲灌由粗到细的砾石、粗砂，使其沿裂隙 流动、积累并形成堵塞，减小渗水流速，形成反滤 层，建立阻浆体。用上述一种或多种方法堵漏，直 到扫开钻孔后在孔口能回水，且灌浆起压，再改为 常规浆液灌浆。
关 键 词： 帷幕灌浆； 坝基； 坝体； 大理岩； 探讨
中图分类号： TU 452
文献标识码： A
Discussion on some questions in construction of curtain grouting to karst foundation of existing earth dam
1引言
如何在已投入使用多年的土坝坝顶对坝基无 “混凝土盖帽”岩石进行帷幕灌浆，混凝土坝和土 坝坝体施工前的坝基岩石帷幕灌浆制定的现有国标 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL62-94)，以 下简称规范》[1]并无答案，目前报道的仅见于郭斯 良先生所写的广东省横江水库除险加固工程论文[2] 中，对其帷幕灌浆方法、施工工艺、质量检查标准 等仍然按照规范的要求来操作，施工中遇到难题很 多。在河南省望花亭水库既有土坝可溶岩坝基帷幕 灌浆施工中，按照规范的要求进行施工遇到的问题 更多，坝基岩石吃浆量非常有限，几乎成了坝体劈
3.7 坝基灌浆造成坝体劈裂问题 在大坝坝顶实施灌浆操作，通过封闭坝体对坝
基灌浆，因坝基岩石溶洞、裂隙相互连通，这些空 隙都将或多或少、或远或近与土坝坝体相接触。因 此，在灌浆压力作用下的水泥浆液不可能不对坝体 产生影响，水泥浆液将在局部坝体质量较差的部位 回流入坝体并劈裂坝体。由于水泥浆液析水凝结快， 凝结后所形成的结石体(或混凝土墙)不易与坝体土 很好的结合，使均质土坝变为非均质坝，很容易产 生新的隐患，人们担心灌浆压力过大会破坏坝体， 这和加固坝基的初衷是背道而弛的。鉴于此，一定 要形成良好的“灌浆盖帽”，并控制灌浆压力，尽可 能控制浆液少进入坝体。结石体对土坝坝体究竟有 何副作用，有必要开挖探井以便进行详细地观察和 研究。 3.8 灌浆效果与灌浆质量问题
裂灌浆，凝结后的水泥结石又改变了土坝的均质性。 通过试验，摸索出了“孔口、坝体封闭基岩内自上 而下分段及孔内循环灌浆法”，虽然方法可行，效果 不错，但在灌浆过程中施工难题较多，对灌浆质量 标准争议较大，对此进行深入探讨，以便供同类工 程参考。
2 灌浆方法及施工工艺
帷幕中心线选在坝轴线的位置，所有灌浆孔都 要通过坝体。灌浆试验阶段，曾采用常规[1~3]的“孔 口封闭自上而下分段灌浆法”等，但因坝体与基岩 接触面封闭问题、不能提高灌浆压力、坝体劈裂严 重等问题，尤其岩石破碎在钻孔中止塞困难，绕塞
图 1 孔口及坝体封闭基岩内自上而下分段及 孔内循环灌浆法示意图
Fig. 1 The sketch map of grouting methods of cycle within hole, section by section from top to bottom in the inside ofthe dam body and hole-top enclosure
增刊
罗长军：既有土坝可溶岩坝基帷幕灌浆施工中几个问题的探讨
401
3.4 风化带灌浆问题 坝基局部地段的片岩、大理岩风化严重，岩石
破碎，充填有较多的红粘土和碎石等松散物，钻孔 不易冲洗干净，同时，灌浆操作在坝顶进行，灌浆 压力受到限制，浆液不易灌入缝隙内。对此，采取 以下措施[4]：(1) 缩小段长，将原设计段长 5.0 m 分 解为 1.5 m，1.5 m，2.0 m，共计 3 段灌浆。(2) 在 保证大坝安全的前提下，为增加浆液扩散范围，应 逐级提高灌浆压力，力争在较高的灌浆压力下结束 灌浆。灌浆前，桩号 0+164～0+264 段(厚层状大理 岩)、0+264～+0+430 段(中薄层状大理岩)大理岩的 透水率为 300.3 Lu，187.7 Lu，灌浆后则降至 13.6 Lu， 10.1 Lu，分别降低了 95.5 %和 94.6 %。 3.5 岩溶灌浆问题
LUO Chang-jun
(College of Civil Engineering and Architecture, Henan University, Kaifeng 475001, China)
Abstract: The treatments of curtain grouting to dam foundation possessing marbles with the drilling and grouting machines on the dam crest were adopted. The grouting prcess and methods of cycle within hole, section by section from top to bottom in inside of the dam body and hole-top enclosure were applied. There were many questions that hole-drillings were enclosured and the grout was groutted in the contaction parts between the dam body and rock surface, the grouting’s cap was formed in the shallow region of the rock surface, the grout was groutted in the weathered zone of rock surface and area of karst, emitting grout in the osculant zone of the dam body of upper reachs and rock surface, the dam body was splitted by the grouting and the criterions of grouting quality check. The questions hereinbefore were discussed and the countemeasures were suggested. Key words: curtain grouting; dam foundation; dam body; marble; discussion
通常情况下，混凝土坝体和浆砌石坝体是坝基 岩石的良好“灌浆盖帽”，对坝体施工前开挖出的坝 基岩石应浇注一层足够厚度的混凝土作为“灌浆盖 帽”，而土坝坝体作为“灌浆盖帽”则不合适，也无 法直接在岩面浇筑混凝土平台即“灌浆盖帽”，这将 使基岩灌浆压力的增加受到限制。为提高坝基岩石 的灌浆压力，关键点是先采用灌浆方法在浅部岩石 形成“灌浆盖帽”。在灌浆试验阶段，按每个灌浆段 段长 5.0 m 灌浆，导致坝体劈裂严重。经多次试验， 将 5.0 m 长的灌浆段细分为 2 段，段长分别为 2.0 m， 3.0 m；再细分为 3 段，每段灌浆段长度依次为 1.5 m， 1.5 m，2.0 m；控制待凝 24 h 以上，最终在浅部基 岩形成了相当于混凝土平台的“灌浆盖帽”。在形成 “灌浆盖帽”过程中灌浆压力为 0.05 MPa，但坝顶 常出现劈裂缝并冒浆。“灌浆盖帽”形成后，在深部 岩石灌浆时，灌浆压力提高了 14 倍，80 %的灌浆 段灌浆时坝顶不再出现劈裂缝、冒浆。这表明“灌 浆盖帽”已形成，且效果较好。
DOI:10.16285/j.rsm.2003.s2.094
第 24 卷增刊 2003 年 10 月
文章编号：1000－7598－(2003)增 2―0399―04
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岩 土 力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.24 Supp. Oct. 2003
既有土坝可溶岩坝基帷幕灌浆施工中几个问题探讨