浅析水利工程中的防渗处理灌浆施工技术

　　摘　要：介绍水利水电工程坝基灌浆施工的各个环节，施工工艺及施工质量的控制，及坝基的帷幕灌浆和固结灌浆施工注意事项，并对坝基防渗处理进行探讨。

　　关键词：帷幕灌浆,固结灌浆,施工技术,应用

　　0 引言

　　灌浆施工是通过地层或建筑物的钻孔(或预埋的灌浆管)，将具有流动性的浆液，按一定的配比要求，在一定的压力作用下压入地层或建筑物的缝隙中，使其充填密实，胶结硬化成整体，达到防渗或加固的目的。

　　1　灌浆孔钻孔施工

　　1.1　孔斜率要求

　　一般要求直孔。孔壁正直均匀，尤其帷幕深孔，且孔距较近时，应该特别注意测斜工作。

　　1.2　钻孔顺序

　　不论帷幕灌浆或固结灌浆孔，灌浆孔施工顺序采用逐步加密的办法。先进行一序孔灌浆，而后依次进行第二、第三序孔的施工，这样，后序孔的灌浆孔即可作前一序孔的检查孔，经过压水试验，如吸水率达到设计要求，即可以省去后序孔的灌浆。

　　1.3　钻孔和裂隙的冲洗

　　在灌浆之前，要进行钻孔及裂隙的冲洗，将裂隙中的岩粉，铁砂粉等物冲出孔外，使浆液与岩石胶结良好，冲洗可以通过钻杆用压力或压缩空气轮流吹洗。单孔的冲洗一般用于较完整的，裂隙较少的岩层，其方法有以下几种：

　　(1)高压水冲洗;(2)高压，低压反复冲洗(高压脉冲冲洗);(3)扬水冲洗(水、气轮换冲洗)。

　　2　灌浆施工

　　2.1　灌浆方式

　　2.1.1　纯压式灌浆

　　即单纯的把浆液沿灌浆管压入钻孔而不返回循环，适用于裂缝较大的岩层，孔深不大(如10～12 m)，并用较浓浆液灌注，缺点是：容易堵塞细小的裂隙的进口，阻碍灰浆填满缝隙，效果难令人满意。

　　2.1.2　循环式灌浆

　　又分孔口和孔内循环，孔口循环为浆液仅在孔口进行循环，实质上还是一种纯压式。孔内循环则是用内外两管之间的空隙返回到孔外。此法特点是：浆液在孔段中始终保持流动状态，减少了颗粒沉淀，灌浆质量较高，应用广泛。

　　2.2　灌浆顺序

　　2.2.1　一次灌浆法(单级法)：即将孔一次钻到全深再沿钻孔全长进行灌浆，适用于孔深<10m的孔内灌浆，且岩石裂缝较少或透水不大的情况，否则应分段采用不同压力进行灌浆。

　　2.2.2　自上而下分段灌浆法(逐段法)：为自上而下分段钻孔和灌浆，它可采用较高的灌浆压力，因而能获得较好的灌浆质量，并可减少施工中的事故，在岩层倾角比较发育和岩层比较破碎的地区，应首先考虑此法，开始钻孔3～5 m深，随即冲洗，压水，灌浆，待灌浆凝固后(不少于36 h)，再进行下一段钻孔和灌浆工作，但较费时间，且须多次移动钻机和灌浆机械。

　　2.2.3　自下而上分段灌浆法(孔塞法)：钻孔一次钻好，自下而上分段(3～5 m)灌浆，灌浆时以灌浆塞分段塞孔，允许上段灌浆紧接在下段结束时进行，不用搬运灌浆设备，加快了施工速度，但质量不易保证，适用于岩层倾角不大，岩石比较坚硬完整的地区。

　　2.3　灌浆压力的选择与控制

　　基本原则为：最大允许灌浆压力不得高于灌浆塞以上岩层及该处建筑物压力之总和，所以最大灌浆压力的允许值P可以按下列公式计算：

　　固结灌浆：P=P0+PH

　　帷幕灌浆：P=P0+PH+0.24h

　　P0——地表灌浆段允许压力，一般规定它为2.5～3 a t：帷幕灌浆取大值;P——自岩层顶面每降1 m允许单位压力升高值，在固结灌浆采用1.5～2 at，帷幕灌浆采用1～2 at;H——固结灌浆为灌浆塞以上岩体及砼厚度，帷幕为灌浆塞以上基岩垂直深度(m);h——帷幕灌浆岩面以上，已浇筑的深度(m)。

　　一般认为，决定灌浆压力的方法，还是通过代表段的野外试验的结果来确定，用不同压力进行的一系列灌浆试验，直到掀动岩层为止。试验可以用稀浆，以防淤堵钻孔，并用不同段长在不同段深度上试验，低压时，岩石吸浆率与压力成正比，当掀动岩层时，吸浆率会突然增大。

　　控制灌浆压力有两种方法，即一次升压法和分段升压法。在透水性不大，裂隙不甚发育，较坚硬和完整的岩石中灌浆，采用一次升压法，灌浆开始后，即尽快将压力升到规定的压力，不管其单位吸浆量的大小，在规定的压力下，浆液的累计吸浆量达到一定限度后，调换浆液配合比，改变浆液浓度，逐级加浓，单位吸浆量将逐渐减少，直至达到灌浆结束标准为止。见图1。

　　

　　1——灌浆压力过程线;2——单位吸浆量过程线;P——灌浆压力;G——单位吸浆量;T——灌浆时间

　　在遇到基础岩石渗水性严重，吸浆量大时，采用分级加压灌浆，在灌浆过程中，将压力分成几个阶段，逐级升高到规定的压力值，见图2。

　　

　　1——灌浆压力过程线;2——单位吸浆量过程线;3、4——分别为单位吸浆量的下限和上限;P——为灌浆压力G——单位吸浆量;T——灌浆时间

　　灌浆过程中，在某一级压力下，单位吸浆量超过一定限度(称上限)如100L m in，则应降低一级压力，继续灌注，压力分级不宜太多，可以分成二个或三个阶段，采用三级时，压力可选0.4P1，0.7P1，P1(P1为规定压力)或0.5P1，0.8P1，P1。至于单位吸浆量的上限和下限，可以根据岩石的透水性，视帷幕中不同的部位及灌浆次序而定，一般上限为80～100 L m in下限为30～40 L m in。

　　2.4　浆体稠度选择与变换

　　浆体稠度用水和干料的重量比表示，水泥浆即以水灰比表示，水泥浆的稠度有10，5，3，2，1.5，1.1，0.8，0.6，0.5，0.4等10个比级，(宽裂隙较多地带)或者10，8，6，4，2，1，0.8，0.6等10个比级(细裂隙地带)。浆液比重Y浆与水灰比n的关系如下：

　　Y浆=Y灰(1+n)/(1+Y灰 ·n)

　　在灌浆施工中，可以10∶1稀浆开始，这样稀浆可进入微细裂隙，并压送到远处，然后逐渐加浓充填大的裂隙，空穴，也可按灌浆地区单位吸水量选用开始的水灰比，参见表1中数据。

　　

　　不同的岩层，因其缝隙大小不同，所需要的稀浆量和浓浆量也各不相同，所以在灌浆过程中应根据一定条件及时变换浆液稠度。

　　浆液稠度的变换，主要根据吸浆量和灌浆压力来确定，有三种指标作为变浆条件：

　　2.4.1　按灌入的总浆量确定：即在一定的灌浆压力下某一级稠度的浆液当灌入的总量已超出规定的数值，而灌浆压力和单位吸浆率没有显著改变时，即可以把浆液变浓一级。

　　2.4.2　按一定时间内灌入的浆量确定，如规定在20 m in内在规定的灌浆压力下，灌入的浆量已超出400～800L，即可以将浆液改变成浓一级。

　　2.4.3　按灌入的总浆量和吸浆率确定。即在一定的灌浆压力下，单位吸浆率超出某一数值，即可把浆液变浓一级。一般规定灌入总量为600～800 L，但应注意：如果灌浆总量超出规定值，而单位吸浆率显著变小则应变回到原来较稀的一级的浆液。

　　2.5　灌浆结束标准与封孔

　　灌浆结束条件：原则上均按吸浆量和灌注的延续时间确定。一般在规定的灌浆压力下，所灌的孔段在30 m in内，其吸浆量一直<0.2～0.4L m in。即结束这一个灌浆段的灌浆。

　　经检查合格后，必须及时封孔，以保证封孔质量。

　　3　质量检验

　　灌浆属隐蔽工程，必须在施工过程中强调质量，竣工后要认真检查，灌浆结束28天后，应在灌浆区钻孔检查，做压水试验，观察岩芯胶结情况，鉴定质量。通过多种途径取得数据，互相来印证，不能单凭压水试验取得吸水率作为唯一的标准。评价灌浆质量，只有蓄水后，灌浆效果才能受到考验，在蓄水前，可按下列方法检查灌浆质量。

　　3.1　检查原始记录，分析灌浆资料。

　　3.2　钻设检查孔，帷幕和固结灌浆要钻取岩芯，观察胶结情况，所有检查孔均作压水试验，帷幕灌浆检查孔数，要求按灌浆孔总数10%布置。固结灌浆按5%布置，其位置应该在可能出现问题的位置，帷幕灌浆检查孔径不宜<110mm，固结灌浆检查孔不宜<140 mm。

　　3.3　检查孔的压水试验，应按照单孔压水试验操作规程，并分三个压力阶段进行(50.6、101.3和151.9)kPa。但是在试验前要用相当于1.5倍左右设计水头的压力进行压水冲洗，获得稳定流量以后，再进行三个阶段的正式压水试验工作。所得结果凡≤设计规定的吸水率数值，即可认为灌浆符合要求。

《浅析水利工程中的防渗处理灌浆施工技术》

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