水工固結(jié)灌漿施工工藝技術(shù)

1、水工固結(jié)灌漿施工工藝技術(shù)固結(jié)灌漿是對(duì)水工建筑物基礎(chǔ)淺層破碎、多裂隙的巖石進(jìn)行灌漿處理，改善其力學(xué)性能，提高巖石彈性模量和抗壓強(qiáng)度。它是一種比較常用的基礎(chǔ)處理方法，在水利水電工程施工中得到廣泛應(yīng)用。一、主要技術(shù)要求（1）固結(jié)灌漿孔可采用風(fēng)鉆或其他型鉆機(jī)造孔，終孔孔徑不宜小于38mm，孔位、孔向和孔深均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。（2）固結(jié)灌漿應(yīng)按環(huán)間分序、環(huán)向加密的原則進(jìn)行。環(huán)間宜分為兩個(gè)次序，地質(zhì)條件不良地段可分為三個(gè)次序。（3）固結(jié)灌漿宜采用單孔灌漿的方法，但在注入量較小地段，同一環(huán)上的灌漿孔可并聯(lián)灌漿，孔數(shù)宜為兩個(gè)，孔位宜保持對(duì)稱。（4）固結(jié)灌漿孔基巖段長(zhǎng)小于6m時(shí)，可全孔一次灌漿。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不良或有

2、特殊要求時(shí)，可分段灌漿。（5）固結(jié)灌漿壓力大于3MPa的工程，灌漿孔應(yīng)分段進(jìn)行灌漿。灌漿段的劃分、灌漿壓力的使用以及灌漿工藝的選擇，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。（6）壓水試驗(yàn)檢查宜在該部位灌漿結(jié)束37d后進(jìn)行。檢查孔的數(shù)量不宜少于灌漿總孔數(shù)的5。孔段合格率應(yīng)在80以上，不合格孔段的透水率值不超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的50，且不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。（7）巖體彈性波速和靜彈性模量測(cè)試，應(yīng)分別在該部位灌漿結(jié)束14d和28d后進(jìn)行。其孔位的布置、測(cè)試儀器的確定、測(cè)試方法、合格批標(biāo)以及工程合格標(biāo)準(zhǔn)，均應(yīng)按照設(shè)計(jì)規(guī)定執(zhí)行。（8）灌漿孔灌漿和檢查孔檢查結(jié)束后，應(yīng)排除孔內(nèi)積水和污物，采用壓力灌漿法或機(jī)械壓漿法進(jìn)行封孔

3、，并將孔口抹平。（9）鉆孔相互串漿時(shí)，可采用群孔并聯(lián)灌注，孔數(shù)不宜多于3個(gè)。應(yīng)控制壓力，防止混凝土面或巖石面抬動(dòng)。二、施工程序與工藝（一）施工程序鉆進(jìn)抬動(dòng)觀測(cè)孔、安裝觀測(cè)裝置彈性波鉆孔鉆進(jìn)、壓力、測(cè)試靜彈模測(cè)試孔鉆進(jìn)、壓水、測(cè)試彈性波與靜彈模測(cè)試孔封孔灌漿序分序施工灌后14d彈性波測(cè)試孔掃孔、測(cè)試灌后28d靜彈?？讙呖?、測(cè)試加密孔鉆進(jìn)、壓水、灌漿灌后壓水檢查孔鉆進(jìn)、壓水。（二）施工工藝1、鉆孔的布置（1）無(wú)混凝土蓋重固結(jié)灌漿，鉆孔的布置有規(guī)則布孔和隨機(jī)布孔兩組。規(guī)則布孔形式有正方形布孔和梅花形布孔兩種。正方形布孔分三序施工。隨機(jī)布孔形式為梅花形布孔。斷層構(gòu)造巖可采用三角形加密或梅花形加密布置。

4、（2）有蓋重固結(jié)灌漿，鉆孔布置按正方形和三角形布置。正方形中心布置加密灌漿孔，在試區(qū)四周布置物探孔，在正方形孔區(qū)設(shè)靜彈模測(cè)試孔。斷層地區(qū)采用梅花形布孔，并布設(shè)彈性波測(cè)試孔和靜彈模測(cè)試孔。2、灌漿設(shè)備與儀器安裝灌漿設(shè)備與儀器安裝情況，如圖111所示。3、有蓋重固結(jié)灌漿區(qū)清基和澆筑混凝土對(duì)基巖面的泥土、破碎巖塊和松動(dòng)塊體進(jìn)行清除，并排除積水。由地質(zhì)工程師進(jìn)行地質(zhì)描述，經(jīng)監(jiān)理人員驗(yàn)收簽證后，立模澆筑混凝土，采用一個(gè)倉(cāng)次澆筑，形成蓋重混凝土平臺(tái)。澆筑時(shí)采用振搗器振搗密實(shí)。4、鉆進(jìn)抬動(dòng)觀測(cè)孔、安裝觀測(cè)裝置為進(jìn)行壓力、流量與巖體變形監(jiān)測(cè)，要求安設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置。首先鉆進(jìn)觀測(cè)孔，孔深應(yīng)深入基巖一定深度。然后下

5、入兩種規(guī)格的觀測(cè)管。將兩層管間隙及觀測(cè)管與孔壁間隙灌入粉細(xì)砂，并密實(shí)填滿間隙。接著在外觀測(cè)管上部伸出部分與地表澆筑在一起，防止地面水泥漿進(jìn)入孔內(nèi)。在進(jìn)行壓水、灌漿前，將千分表用管夾固定在內(nèi)觀測(cè)管上，使伸縮桿與地面觀測(cè)平臺(tái)接觸，以便進(jìn)行抬動(dòng)變形觀測(cè)。5、灌前測(cè)試孔鉆進(jìn)與壓水彈性波測(cè)試孔與靜彈模測(cè)試孔均進(jìn)行鉆進(jìn)、取心描述。并自上而下分段壓水或自下而上綜合壓水，或全孔一段壓水。壓力為0.1MPa、0.2MPa或0.3MPa ,每5min讀一次壓力與流量，連續(xù)四次讀數(shù)。如符合規(guī)范要求，即可結(jié)束壓水。6、灌漿孔鉆進(jìn)（1）鉆孔。按兩排或三排分三序施鉆，每孔采取自上而下分段鉆進(jìn)、分段灌漿或鉆進(jìn)終孔后進(jìn)行灌漿

6、。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行巖心描述。（2）鉆孔沖洗與裂隙沖洗。采用風(fēng)水輪換沖洗鉆孔，將孔內(nèi)巖粉等雜物沖洗干凈。反復(fù)沖洗，直至孔內(nèi)沉積物不超過20cm為止。然后進(jìn)行裂隙沖洗，壓力可為該段灌漿壓力的80%，該值若大于1MPa，即采用1MPa。地質(zhì)條件復(fù)雜或有特殊要求時(shí)，是否需要沖洗及如何沖洗，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。（3）壓水試驗(yàn)。進(jìn)行灌前簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，采用單點(diǎn)法，按灌漿規(guī)范執(zhí)行。試驗(yàn)孔數(shù)不宜少于總孔數(shù)的5%。7、灌漿工作（1）建立制漿站統(tǒng)一制漿。制漿站由水泥臺(tái)、高速雙桶攪拌機(jī)和與輸漿泵組成，按一定比例配制純水泥漿，然后泵送到濕磨機(jī)，經(jīng)磨細(xì)后再送到低速攪拌機(jī)內(nèi)供灌漿使用。（2）灌漿方法。采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)式灌

7、漿法，射漿管距灌漿段底部小于50cm。（3）灌漿壓力。三個(gè)次序灌漿孔應(yīng)采用不同的灌漿壓力，序孔的灌漿壓力較低，序孔的壓力較高，序孔的壓力最高。（4）灌漿漿液。普通水泥液水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、五個(gè)比級(jí)，濕磨水泥漿液水灰比采用3：1、2：1、1：1、0.6：1四個(gè)比級(jí)。（5）變漿標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量達(dá)到300L以上或灌注時(shí)間已達(dá)到1h時(shí)，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，可變濃一級(jí)水灰比。當(dāng)吸漿量小于10L/min時(shí)，應(yīng)換用濕磨水泥灌漿。（6）開始采用濕磨水泥灌漿。當(dāng)注入量很大時(shí)，可不經(jīng)濕磨而直接灌注，一旦注入量明顯降低，可立即改為濕磨水泥灌注

8、。（7）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)壓力下，灌漿孔段注入率不大于0.4L/min時(shí)，持續(xù)灌注30min，即可結(jié)束。（8）封孔。采用“置換和壓力灌漿封孔法”，先將孔內(nèi)余漿置換成水灰比為0.5：1的濃漿，再將灌漿塞塞在孔口，進(jìn)行壓力灌漿封孔。8、觀測(cè)工作在進(jìn)行壓水試驗(yàn)和灌漿的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)和記錄工作。9、灌漿質(zhì)量檢查孔（1）壓水試驗(yàn)檢查。灌漿結(jié)束37d后，鉆進(jìn)檢查孔，進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢查。采用單點(diǎn)法進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水。當(dāng)灌漿壓力為13MPa時(shí)，壓水試驗(yàn)壓力采用1MPa；當(dāng)灌漿壓力小于或等于1MPa時(shí)，壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力的80壓水檢查后，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行封孔。（2）測(cè)試孔檢查。彈性波速檢查、靜彈性模量檢查應(yīng)分別

9、在灌漿結(jié)束后14d、28d后進(jìn)行。（3）抽樣檢查。對(duì)灌漿孔與檢查孔的封孔質(zhì)量宜進(jìn)行抽樣檢查。（三）固結(jié)灌漿效果檢查大壩基礎(chǔ)固結(jié)灌漿完成后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行灌漿質(zhì)量和固結(jié)效果的檢查，經(jīng)檢查不符合要求的地段，根據(jù)實(shí)地情況，認(rèn)為有必要時(shí)，需加密鉆孔，補(bǔ)行灌漿。固結(jié)灌漿效果檢查，一般應(yīng)以巖石力學(xué)性能的改進(jìn)程度或所達(dá)到的數(shù)值為主要標(biāo)志，滲透性單位吸水量?jī)H可作為間接指標(biāo)，起輔助性的檢查作用，采用后一方法檢查，比較簡(jiǎn)單、易行，所以在一般工程上多采用之。但其合格標(biāo)準(zhǔn)，不易制定，故應(yīng)盡量多做些力學(xué)性能試驗(yàn)，以求得巖石經(jīng)灌漿處理后的彈性模量數(shù)值等力學(xué)指標(biāo)，供設(shè)計(jì)應(yīng)用。檢查的方法，常用的有下列幾種： 1、整理、分析灌漿資料

10、，驗(yàn)證灌漿效果（1）計(jì)算出各次序灌漿孔的單位吸水量和單位注入量的平均值，由其逐序的減少程度，評(píng)斷灌漿效果。（2）依照不同的灌漿次序，繪制出單位吸水量頻率曲線及頻率累計(jì)曲線、單位注入量頻率曲線及頻率累計(jì)曲線，由其變化情況，評(píng)斷灌漿效果。2、鉆設(shè)檢查孔檢查在單位注入量大的地段或認(rèn)為灌漿質(zhì)量有疑問的地段，應(yīng)鉆設(shè)檢查孔，進(jìn)行壓水試驗(yàn)和灌漿以檢查固結(jié)灌漿的效果。檢查孔的數(shù)目，一般可按灌漿孔數(shù)的510來控制。（1）做壓水試驗(yàn) 壓水檢查工作宜在該部位灌漿結(jié)束不少于3d后進(jìn)行。壓水試驗(yàn)多選用一個(gè)壓力階段，其壓力值多與該段同一高程的灌漿壓力相同。深孔固結(jié)灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)的壓力值，可根據(jù)工程實(shí)際情況確定，當(dāng)單位

11、吸水量小于規(guī)定數(shù)值時(shí)，認(rèn)為合格。1983年灌漿規(guī)范中規(guī)定：固結(jié)灌漿檢查孔的孔段合格率應(yīng)在80以上，其余孔段的指標(biāo)值，亦不應(yīng)超過設(shè)計(jì)規(guī)定值的50（如設(shè)計(jì)值為0.03，則不應(yīng)超過0.045），即可認(rèn)為合格。在我國(guó)一些大壩固結(jié)灌漿工程中，一般常采用的灌漿質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)的單位吸水量值為0.020.05L（min·m·m）。國(guó)外有些大壩工程也有采用其他標(biāo)準(zhǔn)的，例如日本的田子倉(cāng)壩規(guī)定：在5×10Ncm2壓力下孔段注入水量小于5Lmin時(shí)，認(rèn)為合格。印度的巴克拉壩規(guī)定：在1001bin2壓力下，注入水量每1ft孔段長(zhǎng)度內(nèi)，每分鐘小于0.1gal（即在7.03×10Ncm

12、2 的壓力下，每米長(zhǎng)孔段，每分鐘的注入水量小于1.49L），認(rèn)為合格。（2）單位注入量檢查檢查孔壓水試驗(yàn)完畢后，本孔還需進(jìn)行灌漿，以其單位注入量值的大小也作為檢查固結(jié)灌漿的一個(gè)標(biāo)志。有些工程規(guī)定：檢查孔的單位吸水量和單位注入量均需小于某一規(guī)定數(shù)值，固結(jié)灌漿才被認(rèn)為是合格。例如某一工程作這樣的規(guī)定：檢查孔的單位吸水量和單位注入量均分別小于0.03L（min·m·m）和25kg/m時(shí)，該區(qū)的固結(jié)灌漿才算合格。3、測(cè)定彈性模量或彈性波速鑒定壩基巖石經(jīng)固結(jié)灌漿后其物理力學(xué)性能和改進(jìn)程度，常利用彈性模量（或彈性波速）來表示。用彈性模量檢查，宜在該部位灌漿結(jié)束不少于14d后進(jìn)行。彈性模

13、量（簡(jiǎn)稱彈模，用E表示）由于采用測(cè)試方法的不同，可分為靜力彈性模量（簡(jiǎn)稱靜彈模，用ES表示）和動(dòng)力彈性模量（簡(jiǎn)稱動(dòng)彈模，用Ed表示）兩種。靜力彈性模量是用靜力法求得，其測(cè)試方法可分為兩種，一種是在巖石表面測(cè)試，常使用各式千斤頂進(jìn)行試驗(yàn)或水壓力法進(jìn)行試驗(yàn)。另一種則是在鉆孔內(nèi)測(cè)試，使用的儀器有：ZT1型鉆孔彈模計(jì)（長(zhǎng)江水利水電科學(xué)研究院制）、ZY110型鉆孔壓力計(jì)（水利水電科學(xué)研究院制）、200型孔內(nèi)彈力計(jì)（日本制）和鉆孔膨脹計(jì)（法國(guó)制）等。根據(jù)巖石變形情況，可以計(jì)算出靜彈模ES和靜變模Et。動(dòng)力彈性模量是用動(dòng)力法求得的，即是用地震儀或聲速儀，利用錘擊，放小炮或發(fā)生器激發(fā)，測(cè)定巖石彈性波傳播速度，

14、再根據(jù)彈性波速度計(jì)算出巖石的動(dòng)力彈性模量。常用的儀器有：國(guó)產(chǎn)SYC2型巖石聲波參數(shù)測(cè)定儀，北京地質(zhì)儀器廠和重慶地質(zhì)儀器廠制造的12道和24道地震儀；美國(guó)的拜森1575B型（單道）、1580型（六道）和ES1210型（12道）信號(hào)增強(qiáng)地震儀等。由于彈性波速度也能間接反映出巖石的物理力學(xué)性能，故有些工程就直接用它來表示巖石經(jīng)固結(jié)灌漿后的效果。靜彈模測(cè)試比較復(fù)雜，且所測(cè)得的數(shù)據(jù)代表巖體的范圍也很小，而動(dòng)彈測(cè)試方法比較簡(jiǎn)便，速度快，且能反映出深部巖層及較大范圍的巖體的彈性模量，故在固結(jié)灌漿效果檢查中常被廣泛采用。灌漿前和灌漿后，在同一地點(diǎn)做彈性模量或彈性波速試驗(yàn)，根據(jù)其灌漿后的培高情況來評(píng)斷灌漿效果。

15、使用千斤頂做彈性模量試驗(yàn)，可以用下式計(jì)算巖石的靜彈模ES和靜變模Et 。 EsEt 式中 ES巖石的靜力彈性模量（10Ncm2）； Et巖石的靜力變性模量（10Ncm2）； P承受的壓力（10Ncm2）； D加壓板的尺寸：圓形板的指直徑，方形板的指邊長(zhǎng)（cm）； S彈性變形（cm）； St全變形（cm）； 巖石的泊桑比； W與承壓板的剛度、形狀以及與測(cè)量位置有關(guān)的系數(shù)（又稱剛度系數(shù)），見表11-5及表11-6。g重力加速度（0.91m/s2或981 cm/s2）Ed動(dòng)彈性模量用動(dòng)力法測(cè)得巖石中縱波速度和橫波速度后，代入式（115）和式（114），便可直接求出動(dòng)彈性模量Ed和泊桑比的數(shù)值。由于巖

16、石泊桑比值約為0.200.34，為方便起見，一般多假定0.25或0.3.，則僅利用測(cè)得的巖石縱波速度Vp值和已知的巖石密度值，代入式（112），即可得出Ed值，其誤差不會(huì)很大。若取0.25，2.6（即M=26001 kg/m3）代入式（102）得： Ed0.022VP2 （116） 若取0.30，2.6則得： Ed0.019VPP2 （117）若已知巖石的縱波速度，則由式（116）或式（117）很快即可估算出巖石的動(dòng)力彈性模量。有的工程規(guī)定，巖石經(jīng)過固結(jié)灌漿后，彈性波速（指縱波速度，不同）達(dá)到3500ms，認(rèn)為合格。也有的工程漿固結(jié)灌漿后的巖石彈性波速標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為不小于4000m/s。關(guān)于這一數(shù)

17、值，目前尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，都是按照實(shí)地情況，酌情而定。有的工程求出基礎(chǔ)巖石各部位彈性波速度VP與單位吸水量或孔段透水量q的關(guān)系式：lgVP=a+blg或lgVP=c+dlg（a、b、c、d為系數(shù)）。以后，在檢查孔中僅做壓水試驗(yàn)，求出單位吸水量或也段透水量q值，而后根據(jù)上述的關(guān)系式，即可算出相應(yīng)的彈性波速度，用以反映和驗(yàn)證固結(jié)灌漿效果。因?yàn)閴喂ぴO(shè)計(jì)中使用的參數(shù)一般是靜彈?；蜢o變模值，所以最好是能求出靜彈模（或靜變模）和動(dòng)彈模兩者之間的關(guān)系，有的單位提出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，如：Et0.144V，Et0.1E，（Et為靜變模，Ed 為動(dòng)彈模，PP為縱波速度）等。但由于各壩址基礎(chǔ)巖石巖性不同，地質(zhì)條件了各異，

18、故兩者之間很難構(gòu)成一個(gè)通用的關(guān)系式，上述的關(guān)系式僅能對(duì)某一壩址巖石有效，不能視為普遍規(guī)律而作為通解應(yīng)用。目前若欲求得一壩址處基礎(chǔ)巖石的靜彈模和動(dòng)彈模兩者間的關(guān)系，仍多是利用在該壩址處測(cè)得的靜、動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與對(duì)比關(guān)系得出，或是相應(yīng)地將其點(diǎn)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，而后計(jì)算出兩者間的相關(guān)方程式。今舉龍羊峽拱壩和故縣重力壩兩個(gè)工程為例，其試驗(yàn)資料經(jīng)整理、分析、對(duì)比、得出各參數(shù)間的關(guān)系數(shù)據(jù)如表117、表118所示。4、鉆孔取巖芯、開挖豎井或平洞檢查除上述各項(xiàng)試驗(yàn)檢查方法外，還可利用檢查孔所采取的巖芯，觀察水泥結(jié)石充填及膠結(jié)情況。根據(jù)需要，對(duì)巖芯也可進(jìn)行必要的物理力學(xué)性能試驗(yàn)。在大壩基礎(chǔ)深部有危及壩基安全的軟弱破碎帶，經(jīng)灌漿處理后，為確定灌漿效果，必要時(shí)，也可開挖井洞或鉆設(shè)大口徑鉆孔，人員下去，進(jìn)行實(shí)地直觀檢查。同時(shí)，在井、洞內(nèi)還可做巖石力學(xué)性能試驗(yàn)，如測(cè)定巖石的彈性模量等。5、對(duì)灌漿效果的估價(jià)綜合現(xiàn)有的一些國(guó)內(nèi)外資料，巖石經(jīng)過固結(jié)灌漿后，對(duì)力學(xué)性能改進(jìn)情況，可以得出以下幾點(diǎn)概念： （1）巖石經(jīng)灌漿后，彈性模量均有所提高，提高程度的最大值將和該巖石在完整、堅(jiān)實(shí)狀態(tài)下測(cè)得的彈性模量值相近似，不大可能