灌浆法——教学

1、1水工建筑物地基处理水工建筑物地基处理大坝基础（静压）灌浆法大坝基础（静压）灌浆法授课对象：水工专业授课对象：水工专业2003级级任课教师：王润英任课教师：王润英时间：时间：2006年年4月月2006年年5月月2授课内容授课内容q第一节第一节 概述概述一、定一、定 义义二、灌浆的目的二、灌浆的目的三、灌浆分类三、灌浆分类四、灌浆材料四、灌浆材料五、地基灌浆设计一般程序五、地基灌浆设计一般程序六、主要设计内容六、主要设计内容3授课内容授课内容q第二节第二节 帷幕灌浆设计帷幕灌浆设计一、作用一、作用二、帷幕的位置二、帷幕的位置三、帷幕的形式和深度三、帷幕的形式和深度四、帷幕的厚度和长度四、帷幕的厚

2、度和长度五、帷幕结构验算五、帷幕结构验算4授课内容授课内容q第三节第三节 固结灌浆设计固结灌浆设计一、作用一、作用二、固结灌浆的范围二、固结灌浆的范围三、固结灌浆孔的布设三、固结灌浆孔的布设四、固结灌浆孔的深度四、固结灌浆孔的深度5灌浆法灌浆法概述概述定义定义q定定 义：义： 灌浆法是用气压、液压或电化学原理，灌浆法是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性质。缝或孔隙，以改善地基的物理力学性质。6灌浆法灌浆法概述概述灌浆目的灌浆目的q目目 的：的：防渗防渗堵漏堵漏加固加固纠正建筑物偏斜纠正建筑物偏斜7灌浆法

3、灌浆法概述概述灌浆目的灌浆目的8灌浆法灌浆法概述概述9灌浆法灌浆法概述概述灌浆目的灌浆目的10灌浆法灌浆法概述概述灌浆目的灌浆目的11灌浆法灌浆法概述概述灌浆目的灌浆目的用灌浆法回升建筑物12灌浆法灌浆法概述概述灌浆分类灌浆分类q灌浆分类：灌浆分类：按照灌浆的作用来划分：固结灌浆、帷幕按照灌浆的作用来划分：固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆。灌浆、接触灌浆。按照基础的构成来划分：砂砾石灌浆、岩按照基础的构成来划分：砂砾石灌浆、岩石灌浆石灌浆按照灌浆材料来划分：水泥灌浆、水泥粘按照灌浆材料来划分：水泥灌浆、水泥粘土灌浆、化学灌浆。土灌浆、化学灌浆。13灌浆法灌浆法概述概述灌浆分类灌浆分类按照使用的压力

4、来划分：常压灌浆、高压灌按照使用的压力来划分：常压灌浆、高压灌浆。浆。按照灌浆工艺所依据的理论来划分：渗入性按照灌浆工艺所依据的理论来划分：渗入性灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆、电动化学灌浆灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆、电动化学灌浆还有其他不同的分类方法，如常见到的有充还有其他不同的分类方法，如常见到的有充填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、界面灌浆等。界面灌浆等。14灌浆法灌浆法概述概述灌浆材料灌浆材料15几种灌浆材料的主要特点几种灌浆材料的主要特点名称名称主要特点主要特点适用范围适用范围备注备注水泥浆水泥浆施工简单、方便；浆液施工简单、方便；浆液凝结时间较长凝

5、结时间较长粗砂、岩石地基粗砂、岩石地基的防渗加固的防渗加固可灌性差可灌性差粘土浆粘土浆材料来源广，价廉；强材料来源广，价廉；强度低度低低水头（堤身）低水头（堤身）的防渗加固的防渗加固水泥粘土浆水泥粘土浆价格低，使用方便价格低，使用方便粗砂、岩溶地基粗砂、岩溶地基的防渗加固的防渗加固可灌性比水泥浆可灌性比水泥浆好好水泥水泥 水玻水玻璃浆液璃浆液施工要求高，浆液凝结施工要求高，浆液凝结时间短，且容易调节时间短，且容易调节动水状态下粗砂、动水状态下粗砂、岩石地基的防渗岩石地基的防渗加固加固在特殊情况下使在特殊情况下使用用水泥砂浆水泥砂浆强度高，价格便宜，但强度高，价格便宜，但施工要求较高施工要求较高

6、较大缺陷的充填较大缺陷的充填加固和防渗处理加固和防渗处理易沉淀，可灌性易沉淀，可灌性差，在特殊情况差，在特殊情况下使用。下使用。水玻璃浆液水玻璃浆液浆液粘度与水接近，可浆液粘度与水接近，可灌性好，但价格较高。灌性好，但价格较高。细砂层和粉砂层细砂层和粉砂层地基的防渗加固地基的防渗加固在水泥等颗粒状在水泥等颗粒状浆液满足不了可浆液满足不了可灌性要求时采灌性要求时采16灌浆法灌浆法概述概述地基灌浆设计一般程序地基灌浆设计一般程序q地基灌浆设计一般遵循以下几个程序：地基灌浆设计一般遵循以下几个程序：地质调查地质调查方案选择方案选择灌浆试验灌浆试验设计和计算设计和计算补充和修改设计补充和修改设计17灌

7、浆法灌浆法概述概述地基灌浆设计主要内容地基灌浆设计主要内容q设计内容主要包括下述几方面：设计内容主要包括下述几方面：灌浆标准灌浆标准施工范围施工范围灌浆材料灌浆材料浆液影响半径浆液影响半径钻孔布置钻孔布置灌浆压力灌浆压力灌浆效果评估灌浆效果评估18灌浆法灌浆法概述概述地基灌浆设计主要内容地基灌浆设计主要内容灌浆压力灌浆压力一般以不使地层结构破坏或仅发生局部一般以不使地层结构破坏或仅发生局部的和少量的破坏，作为确定地基容许灌的和少量的破坏，作为确定地基容许灌浆压力的基本原则。浆压力的基本原则。规范认为容许灌浆压力应通过现场灌浆规范认为容许灌浆压力应通过现场灌浆试验确定；若缺乏试验资料时，用可以试

8、验确定；若缺乏试验资料时，用可以用经验公式计算确定（教材用经验公式计算确定（教材P8182P8182）。）。19灌浆法灌浆法概述概述地基灌浆设计主要内容地基灌浆设计主要内容对于帷幕灌浆，一般多在浇筑一定厚度的坝体对于帷幕灌浆，一般多在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后施工，其表层孔段的灌浆压混凝土作为盖重后施工，其表层孔段的灌浆压力不宜小于力不宜小于11.511.5倍的帷幕工作水头，底部孔倍的帷幕工作水头，底部孔段不宜小于段不宜小于2323倍工作水头。倍工作水头。对于固结灌浆，若为浅孔，且无盖重时，可采对于固结灌浆，若为浅孔，且无盖重时，可采用用0.20.5MPa0.20.5MPa；有盖重时；

9、有盖重时, ,可采用可采用0.30.7MPa0.30.7MPa。在地质条件差或软弱岩层中，可适当降低灌浆在地质条件差或软弱岩层中，可适当降低灌浆压力。压力。对深孔固结灌浆，可参照帷幕灌浆确定灌浆压对深孔固结灌浆，可参照帷幕灌浆确定灌浆压力的方法来选择灌浆压力。力的方法来选择灌浆压力。20灌浆法灌浆法概述概述地基灌浆设计主要内容地基灌浆设计主要内容进行灌浆试验时，一般是用逐步提高压进行灌浆试验时，一般是用逐步提高压力的办法，求得注浆压力与注浆量关系力的办法，求得注浆压力与注浆量关系曲线。曲线。P Pf f为容许灌浆压力。也可根据经为容许灌浆压力。也可根据经验查表得到。验查表得到。注浆量注浆量 Q

10、灌浆压力灌浆压力 P P21灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆作用作用帷幕灌浆：在坝基内，平行于坝轴线，并多在帷幕灌浆：在坝基内，平行于坝轴线，并多在其上游处，用灌浆方法将浆液灌入到岩石的裂隙其上游处，用灌浆方法将浆液灌入到岩石的裂隙或砂砾石的孔隙中去，形成一道防渗的条带，类或砂砾石的孔隙中去，形成一道防渗的条带，类似帷幕形状似帷幕形状, ,称为灌浆帷幕。因其主要作用是防称为灌浆帷幕。因其主要作用是防渗渗, ,故又称防渗帷幕。故又称防渗帷幕。帷幕灌浆施工的特点是：钻孔较深，钻孔呈线帷幕灌浆施工的特点是：钻孔较深，钻孔呈线形排列，多采用单孔灌浆。由于孔深，灌浆压力形排列，多采用单孔灌浆。由于孔深，灌浆

11、压力也较大。也较大。22灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆作用作用帷幕灌浆的主要目的：帷幕灌浆的主要目的：截断基础渗流，保证设计水头，以满足水截断基础渗流，保证设计水头，以满足水库及坝工设计的经济效益；库及坝工设计的经济效益；降低基础扬压力，从而使大坝断面可以减降低基础扬压力，从而使大坝断面可以减小，节省工程量，降低造价，缩短工期；小，节省工程量，降低造价，缩短工期；防止集中渗流，避免在基础中发生冲刷、防止集中渗流，避免在基础中发生冲刷、管涌，保证坝基渗透稳定和大坝安全。管涌，保证坝基渗透稳定和大坝安全。23灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕位置帷幕位置1 1、混凝土重力坝：、混凝土重力坝：尽可能靠近

12、大坝的尽可能靠近大坝的上游面，一般情况上游面，一般情况下，多设在距上游下，多设在距上游坝踵坝踵0.060.1H0.060.1H0 0( (坝坝前最大水深前最大水深) )的部位；的部位；还应在帷幕后设置还应在帷幕后设置排水系统。排水系统。24灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕位置帷幕位置2 2、拱坝、拱坝在设计拱坝时，上游坝踵常会出现拉应在设计拱坝时，上游坝踵常会出现拉应力，在这种情况下，帷幕应设置在压应力，在这种情况下，帷幕应设置在压应力区内；力区内；帷幕后应设置排水设施，特别是两岸拱帷幕后应设置排水设施，特别是两岸拱座部位的排水工作应加强。座部位的排水工作应加强。25灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌

13、浆帷幕位置帷幕位置3 3、土坝和堆石坝、土坝和堆石坝灌浆帷幕的位置，灌浆帷幕的位置，应根据防渗体的位应根据防渗体的位置而定，帷幕应与置而定，帷幕应与坝内防渗体紧密相坝内防渗体紧密相连。连。26灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的形式和深度帷幕的形式和深度q1 1、帷幕的形式、帷幕的形式: :（1 1）根据深度分：）根据深度分：接地式帷幕接地式帷幕悬挂式帷幕悬挂式帷幕（2 2）根据帷幕厚度分）根据帷幕厚度分: :均厚式帷幕均厚式帷幕阶梯式帷幕阶梯式帷幕27灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的形式和深度帷幕的形式和深度2 2、帷幕的深度、帷幕的深度岩基中，一般情况下，帷幕最好能深入基础的相岩基中，一般

14、情况下，帷幕最好能深入基础的相对不透水岩层；对不透水岩层；但岩基中坝基帷幕钻孔深度一般不超过但岩基中坝基帷幕钻孔深度一般不超过100m100m，因，因此需要设置较深的帷幕时，常在两岸专门开挖几此需要设置较深的帷幕时，常在两岸专门开挖几层平洞，在平洞内进行灌浆，构成上下相互衔接层平洞，在平洞内进行灌浆，构成上下相互衔接的帷幕；的帷幕；砂砾石地基中，一般情况下，帷幕深度宜穿过砂砂砾石地基中，一般情况下，帷幕深度宜穿过砂砾石层达到基岩，这样可以起到全部封闭渗流通砾石层达到基岩，这样可以起到全部封闭渗流通道的作用；道的作用；国内一些大坝，帷幕深度一般约为坝高的国内一些大坝，帷幕深度一般约为坝高的45%

15、45%。28灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的形式和深度帷幕的形式和深度我国我国混凝土重力坝设计规范混凝土重力坝设计规范中提出这中提出这样的要求：在防渗帷幕体内，岩层的透水样的要求：在防渗帷幕体内，岩层的透水性根据不同坝高应降低到下列单位吸水量性根据不同坝高应降低到下列单位吸水量w w值：值：低坝（坝高低坝（坝高30m30m），），w 0.05L/(min.m.m)w 70m), w 70m), w 0.01L/(min.m.m)29灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度1 1、帷幕的厚度、帷幕的厚度(T)(T)主要是根据幕体内的允许坡降值来确定主要是根据幕体内的允许坡降

16、值来确定的，还应考虑大坝基础的防渗标准和幕体的，还应考虑大坝基础的防渗标准和幕体本身的密实性、稳定性。本身的密实性、稳定性。30灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度帷幕厚度与幕体允许水力坡降的关系帷幕厚度与幕体允许水力坡降的关系帷幕厚度帷幕厚度T（m）允许水力坡降允许水力坡降J22531灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度砂砾石地基中采用水泥粘土浆灌注帷幕时砂砾石地基中采用水泥粘土浆灌注帷幕时,J,J可可用用3434；混凝土重力坝岩基的防渗帷幕，其允许水力坡混凝土重力坝岩基的防渗帷幕，其允许水力坡降值见下表：降值见下表：幕体透水性幕体透水性JWL

17、/(min.m.m)渗透系数渗透系数k(cm/s)0.05110-4100.03610-5150.01210-52532灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度2 2、灌浆孔排数、灌浆孔排数在致密、坚硬、裂隙少、透水性小的岩基在致密、坚硬、裂隙少、透水性小的岩基中中, ,设置一排孔组成的帷幕即可设置一排孔组成的帷幕即可; ;在岩石破碎、节理裂隙发育、透水性大的在岩石破碎、节理裂隙发育、透水性大的地区地区, ,常需设置常需设置2323排钻孔组成的较宽的帷排钻孔组成的较宽的帷幕幕; ;在复杂地质条件下，应考虑设置宽厚的帷在复杂地质条件下，应考虑设置宽厚的帷幕，帷幕钻孔常为幕，帷

18、幕钻孔常为2 2排或排或2 2排以上。排以上。33灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度对于高坝，为了降低坝基扬压力值，或由对于高坝，为了降低坝基扬压力值，或由于某些原因，对基础岩石防渗性能要求很于某些原因，对基础岩石防渗性能要求很高时，也应考虑较宽的帷幕；高时，也应考虑较宽的帷幕；对于砂砾石厚度较浅，一般设置对于砂砾石厚度较浅，一般设置1 12 2排灌排灌浆孔即可，对基础承受的水头超过浆孔即可，对基础承受的水头超过252530m30m时，设置时，设置2 23 3排灌浆孔。排灌浆孔。34灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度3 3、灌浆孔距、灌浆孔距

19、 灌浆孔距主要决定于地层的渗透性、灌浆灌浆孔距主要决定于地层的渗透性、灌浆压力、灌浆材料等有关因素，一般要通过压力、灌浆材料等有关因素，一般要通过试验确定。试验确定。通常孔距为通常孔距为2 24m4m。如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范围不足，则可采用缩小孔距，加密钻孔的围不足，则可采用缩小孔距，加密钻孔的办法来补救。办法来补救。 35灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度对岩石灌浆，一般常采用下述方法估算帷对岩石灌浆，一般常采用下述方法估算帷幕的厚度：幕的厚度：单排帷幕厚度约为孔距的单排帷幕厚度约为孔距的7080%7080%；多排孔

20、的帷幕厚度约为两边边排之间的距多排孔的帷幕厚度约为两边边排之间的距离在加上边排孔孔距的离在加上边排孔孔距的7080%7080%。36灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的厚度和长度帷幕的厚度和长度为了减少绕坝渗流，帷幕往往需要沿坝轴为了减少绕坝渗流，帷幕往往需要沿坝轴线向两端延伸一定距离，其延伸长度应依线向两端延伸一定距离，其延伸长度应依据地质条件确定，一般应遵循以下原则：据地质条件确定，一般应遵循以下原则：帷幕延伸至水库正常蓄水位与相对不透水帷幕延伸至水库正常蓄水位与相对不透水岩层标准范围线在两岸的相交处；岩层标准范围线在两岸的相交处；帷幕延伸至水库正常蓄水位与水库蓄水前帷幕延伸至水库正常蓄水位

21、与水库蓄水前两岸的地下水位线相交处。两岸的地下水位线相交处。37灌浆法灌浆法帷幕灌浆帷幕灌浆帷幕的结构验算帷幕的结构验算根据大坝稳定计算要求、地质勘测资料和根据大坝稳定计算要求、地质勘测资料和灌浆试验成果，初步确定了帷幕结构形式、灌浆试验成果，初步确定了帷幕结构形式、幕深、幕厚和幕体渗透性；幕深、幕厚和幕体渗透性；对于帷幕的防渗效果，降低扬压力的程度对于帷幕的防渗效果，降低扬压力的程度及帷幕本身的稳定性，可依照渗流理论进及帷幕本身的稳定性，可依照渗流理论进行计算；行计算；简便的方法参考简便的方法参考大坝基础灌浆大坝基础灌浆（李茂（李茂芳、孙钊编著，水利电力出版社）芳、孙钊编著，水利电力出版社）

22、P4852P4852。38灌浆法灌浆法固结灌浆固结灌浆作用作用固结灌浆：除为特殊加固深层而采取深孔固结灌浆：除为特殊加固深层而采取深孔固结灌浆外，一般是在固结灌浆外，一般是在岩石岩石表层钻孔，进表层钻孔，进行固结灌浆；行固结灌浆；固结灌浆施工的特点：固结灌浆施工的特点：孔浅、孔多，灌浆孔在坝基内呈面状分布孔浅、孔多，灌浆孔在坝基内呈面状分布，当岩石裂隙中充填有粘土等杂质时，有，当岩石裂隙中充填有粘土等杂质时，有时需要划分孔组，使用风水进行群孔冲洗时需要划分孔组，使用风水进行群孔冲洗，而后进行群孔灌浆。，而后进行群孔灌浆。39灌浆法灌浆法固结灌浆固结灌浆作用作用固结灌浆的主要目的：固结灌浆的主要

23、目的：改善岩石力学性能；改善岩石力学性能；改善岩石条件，减少坝基岩石开挖深度；改善岩石条件，减少坝基岩石开挖深度；基础岩石表层大面积的固结灌浆和帷幕前基础岩石表层大面积的固结灌浆和帷幕前面较深钻孔的固结灌浆，对截断基础岩石面较深钻孔的固结灌浆，对截断基础岩石内的渗流有利，可以增进帷幕的防渗效能内的渗流有利，可以增进帷幕的防渗效能；上游坝基以外的固结灌浆也常能起到削减上游坝基以外的固结灌浆也常能起到削减幕前水头的作用。幕前水头的作用。40灌浆法灌浆法固结灌浆固结灌浆范围范围固结灌浆的范围主要是根据大坝基础固结灌浆的范围主要是根据大坝基础的地质条件，岩石破碎情况，坝型和基的地质条件，岩石破碎情况，

24、坝型和基础岩石应力条件等而定；础岩石应力条件等而定；1 1、拱坝、拱坝由于作用在基础岩石上的荷载较大，且比较由于作用在基础岩石上的荷载较大，且比较集中，因此一般多是整个坝基进行固结灌浆，集中，因此一般多是整个坝基进行固结灌浆，灌浆孔常较深，特别是两岸受拱坝推力大的坝灌浆孔常较深，特别是两岸受拱坝推力大的坝肩拱座基础，更需要加强固结灌浆工作。肩拱座基础，更需要加强固结灌浆工作。41灌浆法灌浆法固结灌浆固结灌浆范围范围2 2、混凝土重力坝：、混凝土重力坝：基础岩石较好时，可仅在坝基内的上游和基础岩石较好时，可仅在坝基内的上游和下游应力大的地区进行固结灌浆；下游应力大的地区进行固结灌浆；在裂隙多、岩石破碎和泥化夹层集中的地在裂隙多、岩石破碎和泥化夹层集中的地区要着重进行固结灌浆；区要着重进行固结灌浆；在坝基岩石普遍较差而坝又较高的情况下，在坝基岩石普遍较差而坝又较高的情况下，则多进行坝基全面积固结灌浆。有的工程甚则多进行坝基全面积固结灌浆。有的工程甚至在坝基以外一定的范围内也进行固结灌浆。至在坝基以外一定的范围内也进行固结灌浆。42灌浆孔布置灌浆法灌浆法固结灌浆固结灌浆固结灌浆孔的布设固结灌浆孔的布设灌浆孔的布设灌浆孔的布设加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和六角形。六角形。