水工固结灌浆施工工艺技术

1、水工固结灌浆施工工艺技术固结灌浆是对水工建筑物基础浅层破碎、多裂隙的岩石进行灌浆处理，改善其力学性能，提高岩石弹性模量和抗压强度。它是一种比较常用的基础处理方法，在水利水电工程施工中得到广泛应用。一、主要技术要求（1）固结灌浆孔可采用风钻或其他型钻机造孔，终孔孔径不宜小于38mm，孔位、孔向和孔深均应满足设计要求。（2）固结灌浆应按环间分序、环向加密的原则进行。环间宜分为两个次序，地质条件不良地段可分为三个次序。（3）固结灌浆宜采用单孔灌浆的方法，但在注入量较小地段，同一环上的灌浆孔可并联灌浆，孔数宜为两个，孔位宜保持对称。（4）固结灌浆孔基岩段长小于6m时，可全孔一次灌浆。当地质条件不良或有

2、特殊要求时，可分段灌浆。（5）固结灌浆压力大于3MPa的工程，灌浆孔应分段进行灌浆。灌浆段的划分、灌浆压力的使用以及灌浆工艺的选择，应通过现场灌浆试验确定。（6）压水试验检查宜在该部位灌浆结束37d后进行。检查孔的数量不宜少于灌浆总孔数的5。孔段合格率应在80以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50，且不集中，灌浆质量可认为合格。（7）岩体弹性波速和静弹性模量测试，应分别在该部位灌浆结束14d和28d后进行。其孔位的布置、测试仪器的确定、测试方法、合格批标以及工程合格标准，均应按照设计规定执行。（8）灌浆孔灌浆和检查孔检查结束后，应排除孔内积水和污物，采用压力灌浆法或机械压浆法进行封孔

3、，并将孔口抹平。（9）钻孔相互串浆时，可采用群孔并联灌注，孔数不宜多于3个。应控制压力，防止混凝土面或岩石面抬动。二、施工程序与工艺（一）施工程序钻进抬动观测孔、安装观测装置弹性波钻孔钻进、压力、测试静弹模测试孔钻进、压水、测试弹性波与静弹模测试孔封孔灌浆序分序施工灌后14d弹性波测试孔扫孔、测试灌后28d静弹模孔扫孔、测试加密孔钻进、压水、灌浆灌后压水检查孔钻进、压水。（二）施工工艺1、钻孔的布置（1）无混凝土盖重固结灌浆，钻孔的布置有规则布孔和随机布孔两组。规则布孔形式有正方形布孔和梅花形布孔两种。正方形布孔分三序施工。随机布孔形式为梅花形布孔。断层构造岩可采用三角形加密或梅花形加密布置。

4、（2）有盖重固结灌浆，钻孔布置按正方形和三角形布置。正方形中心布置加密灌浆孔，在试区四周布置物探孔，在正方形孔区设静弹模测试孔。断层地区采用梅花形布孔，并布设弹性波测试孔和静弹模测试孔。2、灌浆设备与仪器安装灌浆设备与仪器安装情况，如图111所示。3、有盖重固结灌浆区清基和浇筑混凝土对基岩面的泥土、破碎岩块和松动块体进行清除，并排除积水。由地质工程师进行地质描述，经监理人员验收签证后，立模浇筑混凝土，采用一个仓次浇筑，形成盖重混凝土平台。浇筑时采用振捣器振捣密实。4、钻进抬动观测孔、安装观测装置为进行压力、流量与岩体变形监测，要求安设抬动观测装置。首先钻进观测孔，孔深应深入基岩一定深度。然后下

5、入两种规格的观测管。将两层管间隙及观测管与孔壁间隙灌入粉细砂，并密实填满间隙。接着在外观测管上部伸出部分与地表浇筑在一起，防止地面水泥浆进入孔内。在进行压水、灌浆前，将千分表用管夹固定在内观测管上，使伸缩杆与地面观测平台接触，以便进行抬动变形观测。5、灌前测试孔钻进与压水弹性波测试孔与静弹模测试孔均进行钻进、取心描述。并自上而下分段压水或自下而上综合压水，或全孔一段压水。压力为0.1MPa、0.2MPa或0.3MPa ,每5min读一次压力与流量，连续四次读数。如符合规范要求，即可结束压水。6、灌浆孔钻进（1）钻孔。按两排或三排分三序施钻，每孔采取自上而下分段钻进、分段灌浆或钻进终孔后进行灌浆

6、。钻进时应进行岩心描述。（2）钻孔冲洗与裂隙冲洗。采用风水轮换冲洗钻孔，将孔内岩粉等杂物冲洗干净。反复冲洗，直至孔内沉积物不超过20cm为止。然后进行裂隙冲洗，压力可为该段灌浆压力的80%，该值若大于1MPa，即采用1MPa。地质条件复杂或有特殊要求时，是否需要冲洗及如何冲洗，通过现场试验确定。（3）压水试验。进行灌前简易压水试验，采用单点法，按灌浆规范执行。试验孔数不宜少于总孔数的5%。7、灌浆工作（1）建立制浆站统一制浆。制浆站由水泥台、高速双桶搅拌机和与输浆泵组成，按一定比例配制纯水泥浆，然后泵送到湿磨机，经磨细后再送到低速搅拌机内供灌浆使用。（2）灌浆方法。采用自上而下分段孔内循环式灌

7、浆法，射浆管距灌浆段底部小于50cm。（3）灌浆压力。三个次序灌浆孔应采用不同的灌浆压力，序孔的灌浆压力较低，序孔的压力较高，序孔的压力最高。（4）灌浆浆液。普通水泥液水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、五个比级，湿磨水泥浆液水灰比采用3：1、2：1、1：1、0.6：1四个比级。（5）变浆标准。当某一比级浆液的注入量达到300L以上或灌注时间已达到1h时，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，可变浓一级水灰比。当吸浆量小于10L/min时，应换用湿磨水泥灌浆。（6）开始采用湿磨水泥灌浆。当注入量很大时，可不经湿磨而直接灌注，一旦注入量明显降低，可立即改为湿磨水泥灌注

8、。（7）灌浆结束标准。在设计压力下，灌浆孔段注入率不大于0.4L/min时，持续灌注30min，即可结束。（8）封孔。采用“置换和压力灌浆封孔法”，先将孔内余浆置换成水灰比为0.5：1的浓浆，再将灌浆塞塞在孔口，进行压力灌浆封孔。8、观测工作在进行压水试验和灌浆的同时，应进行抬动观测和记录工作。9、灌浆质量检查孔（1）压水试验检查。灌浆结束37d后，钻进检查孔，进行压水试验检查。采用单点法进行简易压水。当灌浆压力为13MPa时，压水试验压力采用1MPa；当灌浆压力小于或等于1MPa时，压水试验压力为灌浆压力的80压水检查后，应按规定进行封孔。（2）测试孔检查。弹性波速检查、静弹性模量检查应分别

9、在灌浆结束后14d、28d后进行。（3）抽样检查。对灌浆孔与检查孔的封孔质量宜进行抽样检查。（三）固结灌浆效果检查大坝基础固结灌浆完成后，应当进行灌浆质量和固结效果的检查，经检查不符合要求的地段，根据实地情况，认为有必要时，需加密钻孔，补行灌浆。固结灌浆效果检查，一般应以岩石力学性能的改进程度或所达到的数值为主要标志，渗透性单位吸水量仅可作为间接指标，起辅助性的检查作用，采用后一方法检查，比较简单、易行，所以在一般工程上多采用之。但其合格标准，不易制定，故应尽量多做些力学性能试验，以求得岩石经灌浆处理后的弹性模量数值等力学指标，供设计应用。检查的方法，常用的有下列几种： 1、整理、分析灌浆资料

10、，验证灌浆效果（1）计算出各次序灌浆孔的单位吸水量和单位注入量的平均值，由其逐序的减少程度，评断灌浆效果。（2）依照不同的灌浆次序，绘制出单位吸水量频率曲线及频率累计曲线、单位注入量频率曲线及频率累计曲线，由其变化情况，评断灌浆效果。2、钻设检查孔检查在单位注入量大的地段或认为灌浆质量有疑问的地段，应钻设检查孔，进行压水试验和灌浆以检查固结灌浆的效果。检查孔的数目，一般可按灌浆孔数的510来控制。（1）做压水试验 压水检查工作宜在该部位灌浆结束不少于3d后进行。压水试验多选用一个压力阶段，其压力值多与该段同一高程的灌浆压力相同。深孔固结灌浆检查孔压水试验的压力值，可根据工程实际情况确定，当单位

11、吸水量小于规定数值时，认为合格。1983年灌浆规范中规定：固结灌浆检查孔的孔段合格率应在80以上，其余孔段的指标值，亦不应超过设计规定值的50（如设计值为0.03，则不应超过0.045），即可认为合格。在我国一些大坝固结灌浆工程中，一般常采用的灌浆质量合格标准的单位吸水量值为0.020.05L（min·m·m）。国外有些大坝工程也有采用其他标准的，例如日本的田子仓坝规定：在5×10Ncm2压力下孔段注入水量小于5Lmin时，认为合格。印度的巴克拉坝规定：在1001bin2压力下，注入水量每1ft孔段长度内，每分钟小于0.1gal（即在7.03×10Ncm

12、2 的压力下，每米长孔段，每分钟的注入水量小于1.49L），认为合格。（2）单位注入量检查检查孔压水试验完毕后，本孔还需进行灌浆，以其单位注入量值的大小也作为检查固结灌浆的一个标志。有些工程规定：检查孔的单位吸水量和单位注入量均需小于某一规定数值，固结灌浆才被认为是合格。例如某一工程作这样的规定：检查孔的单位吸水量和单位注入量均分别小于0.03L（min·m·m）和25kg/m时，该区的固结灌浆才算合格。3、测定弹性模量或弹性波速鉴定坝基岩石经固结灌浆后其物理力学性能和改进程度，常利用弹性模量（或弹性波速）来表示。用弹性模量检查，宜在该部位灌浆结束不少于14d后进行。弹性模

13、量（简称弹模，用E表示）由于采用测试方法的不同，可分为静力弹性模量（简称静弹模，用ES表示）和动力弹性模量（简称动弹模，用Ed表示）两种。静力弹性模量是用静力法求得，其测试方法可分为两种，一种是在岩石表面测试，常使用各式千斤顶进行试验或水压力法进行试验。另一种则是在钻孔内测试，使用的仪器有：ZT1型钻孔弹模计（长江水利水电科学研究院制）、ZY110型钻孔压力计（水利水电科学研究院制）、200型孔内弹力计（日本制）和钻孔膨胀计（法国制）等。根据岩石变形情况，可以计算出静弹模ES和静变模Et。动力弹性模量是用动力法求得的，即是用地震仪或声速仪，利用锤击，放小炮或发生器激发，测定岩石弹性波传播速度，

14、再根据弹性波速度计算出岩石的动力弹性模量。常用的仪器有：国产SYC2型岩石声波参数测定仪，北京地质仪器厂和重庆地质仪器厂制造的12道和24道地震仪；美国的拜森1575B型（单道）、1580型（六道）和ES1210型（12道）信号增强地震仪等。由于弹性波速度也能间接反映出岩石的物理力学性能，故有些工程就直接用它来表示岩石经固结灌浆后的效果。静弹模测试比较复杂，且所测得的数据代表岩体的范围也很小，而动弹测试方法比较简便，速度快，且能反映出深部岩层及较大范围的岩体的弹性模量，故在固结灌浆效果检查中常被广泛采用。灌浆前和灌浆后，在同一地点做弹性模量或弹性波速试验，根据其灌浆后的培高情况来评断灌浆效果。

15、使用千斤顶做弹性模量试验，可以用下式计算岩石的静弹模ES和静变模Et 。 EsEt 式中 ES岩石的静力弹性模量（10Ncm2）； Et岩石的静力变性模量（10Ncm2）； P承受的压力（10Ncm2）； D加压板的尺寸：圆形板的指直径，方形板的指边长（cm）； S弹性变形（cm）； St全变形（cm）； 岩石的泊桑比； W与承压板的刚度、形状以及与测量位置有关的系数（又称刚度系数），见表11-5及表11-6。g重力加速度（0.91m/s2或981 cm/s2）Ed动弹性模量用动力法测得岩石中纵波速度和横波速度后，代入式（115）和式（114），便可直接求出动弹性模量Ed和泊桑比的数值。由于岩

16、石泊桑比值约为0.200.34，为方便起见，一般多假定0.25或0.3.，则仅利用测得的岩石纵波速度Vp值和已知的岩石密度值，代入式（112），即可得出Ed值，其误差不会很大。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则得： Ed0.019VPP2 （117）若已知岩石的纵波速度，则由式（116）或式（117）很快即可估算出岩石的动力弹性模量。有的工程规定，岩石经过固结灌浆后，弹性波速（指纵波速度，不同）达到3500ms，认为合格。也有的工程浆固结灌浆后的岩石弹性波速标准规定为不小于4000m/s。关于这一数

17、值，目前尚无统一标准，都是按照实地情况，酌情而定。有的工程求出基础岩石各部位弹性波速度VP与单位吸水量或孔段透水量q的关系式：lgVP=a+blg或lgVP=c+dlg（a、b、c、d为系数）。以后，在检查孔中仅做压水试验，求出单位吸水量或也段透水量q值，而后根据上述的关系式，即可算出相应的弹性波速度，用以反映和验证固结灌浆效果。因为坝工设计中使用的参数一般是静弹模或静变模值，所以最好是能求出静弹模（或静变模）和动弹模两者之间的关系，有的单位提出了一些经验公式，如：Et0.144V，Et0.1E，（Et为静变模，Ed 为动弹模，PP为纵波速度）等。但由于各坝址基础岩石岩性不同，地质条件了各异，

18、故两者之间很难构成一个通用的关系式，上述的关系式仅能对某一坝址岩石有效，不能视为普遍规律而作为通解应用。目前若欲求得一坝址处基础岩石的静弹模和动弹模两者间的关系，仍多是利用在该坝址处测得的静、动态弹性参数，通过数据统计与对比关系得出，或是相应地将其点绘在双对数坐标纸上，而后计算出两者间的相关方程式。今举龙羊峡拱坝和故县重力坝两个工程为例，其试验资料经整理、分析、对比、得出各参数间的关系数据如表117、表118所示。4、钻孔取岩芯、开挖竖井或平洞检查除上述各项试验检查方法外，还可利用检查孔所采取的岩芯，观察水泥结石充填及胶结情况。根据需要，对岩芯也可进行必要的物理力学性能试验。在大坝基础深部有危及坝基安全的软弱破碎带，经灌浆处理后，为确定灌浆效果，必要时，也可开挖井洞或钻设大口径钻孔，人员下去，进行实地直观检查。同时，在井、洞内还可做岩石力学性能试验，如测定岩石的弹性模量等。5、对灌浆效果的估价综合现有的一些国内外资料，岩石经过固结灌浆后，对力学性能改进情况，可以得出以下几点概念： （1）岩石经灌浆后，弹性模量均有所提高，提高程度的最大值将和该岩石在完整、坚实状态下测得的弹性模量值相近似，不大可能