帷幕注浆施工方法与技术措施教材

六、施工方法与技术措施概述本标段帷幕灌浆自桩号G0+423.00起至G0+631.00止，轴线长度208m，向上及向下钻孔灌浆形成防渗帷幕。向上孔深为18.5m；向下孔深为133m。本标段工作内容包括：按规范规定、图纸及工程师要求，提供一切劳务、设备、材料，并完成灌浆孔、检查孔所必需的钻孔、套管、冲洗和压水试验，以及帷幕灌浆材料的提供、储存、拌合、注浆，等所需的各项工作。本标段主要工作项目应包括：（1）灌浆工作场地的排水、清污、照明和施工后的场地清理；（2）动力和照明设备的连接（业主提供电源至施工场地附近）；（3）洞内通风设备及管道的提供和安装；（4）洞内穿过混凝土底板至一定深度以及地面不要求灌浆的上部岩层或覆盖层的孔口管的提供和镶铸；（5）帷幕灌浆孔、检查孔、抬动观测孔的钻孔、测斜和观测仪器的提供和安装；（6）井下电视的安装和观测；适用标准：（1） 灌浆部位的施工图：（2） 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5158-2001）（3） 《硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥技术规范》（GB175-85）（4） 《水工混凝土外加剂技术规范》（SD108）（5）施工过程总工程师下达的指令和有关文件。灌浆试验本次实施补强灌浆的廊道高程较低，幕底高程更低，灌浆施工时可能会遇到较高的水压力和出现较大的涌水量，为保证灌浆质量，在灌浆前将进行灌浆试验，以确定合适的灌浆方法、灌浆浆液、灌浆工艺、灌浆压力和灌浆结束标准，以及遇到较高涌水压力、大涌水量和较大耗浆量时的紧急处理措施，并报工程师批准。首先进行浆液试验：1）按监理工程师的指示对不同水灰比、不同掺合料和不同外加剂的浆液进行下列项目的试验：浆液配制程序及拌制时间；浆液密度或比重测定；浆液流动性或流变参数；浆液的沉淀稳定性；浆液的凝结时间，包括初凝或终凝时间；浆液结石的容重、强度、弹性模量和渗透性；监理工程师指定的其它试验内容；（2）用于现场灌浆试验的浆液水灰比以及掺合料、外加剂等的品种及其掺量要通过浆液试验选择，并将试验成果报送监理工程师；选择地质条件有代表性的部位进行帷幕灌浆生产性试验，以验证灌浆孔的布孔方式、灌浆分段、灌浆压力及浆液配比等参数；在生产试验区内，按批准的灌浆试验大纲拟定的施工程序和方法进行灌浆试验，检查灌浆效果，整理分析各序孔和检查孔的透水率、单位耗灰量等试验资料，并将试验成果报送监理工程师；根据先导孔或一序孔压水试验结果，经工程师同意后调整灌浆参数和选择孔距的大小。灌浆材料所有灌浆材料都必须具备厂家出厂材质证明并妥善保管，以防变质和污染，变质和污染的材料不能使用。稳定浆液必须通过有资质的试验室选择最优配方，并在施工过程中经常性地进行测试和调整。水钻孔、取芯、清洗、压水试验及浆液拌合的用水要新鲜、干净，水中不含有有害的油、土、有机质、酸、碱、盐及其他有害杂质，并符合拌制水工混凝土用水要求。如对水质发生怀疑，应进行水质检测和浆液强度试验。浆液拌和时，水温要低于 40C,高于5°C。水泥灌浆采用525＃硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。525＃硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥对细度的要求为通过80pm方孔筛的筛余量不宜大于5%。灌浆用水泥必须符合GB175质量标准，不得使用受潮结块的水泥。拌和时的水泥温度应在0C以上。不同品种和标号的水泥应分别储存，不得混杂。为防止水泥失效，水泥应按其运到工地的时间顺序使用。若水泥中混有不利于灌浆的结块或外来杂质，必须将其移离现场。对灌浆用水泥的物理力学性能应作如下试验：初、终凝时间、比重、比表面积、颗粒组成、标准稠度、强度及水泥体积的安定性等。砂加入水泥浆液掺合料中的砂应为质地坚硬的天然砂，不含有有机质、粘土块及杂质，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0,SO3含量宜小于1%，有机物含量不宜大于3%。膨润土和粉煤灰水泥浆中加入少量的膨润土主要作稳定剂用，膨润土的含量为水泥重量的 1%〜3%，要求其水溶性好，粘粒含量（＜ 0.002mm）大于40%，塑性指数大于40，液限值大于100。膨润土必须充分膨化后方可使用。粉煤灰应符合国标GBJ-146的要求，粉煤灰因为经过精选，不宜粗于同时使用的水泥，烧失量宜小于8%，SO3含量宜小于3%。补强灌浆稳定浆液补强灌浆采用稳定浆液，稳定浆液的性能指标要满足下述要求：水灰比：0.6:1〜0.8:1;比重（g/cm3）1.6〜1.65;2h析水率＜5%;马氏漏斗粘度（s）＜40;凝聚力（N/m2）＜4;28d结石强度＞15MPa;初凝时间（min）由试验确定稳定浆液应在开始灌浆前60天或在工程师要求的其他时间内对灌浆材料作室内试验，以确定浆液的稠度、可行的配合比、初凝及终凝时间，确定砂、膨润土及其他外加剂的最优添加量，各种外加剂的相容性及影响浆液质量的其它参数。试验要采用灌浆中实际使用的材料。试验结果要在灌浆开始前不少于40天提交给工程师以备检查。灌浆拟采用的稳定性浆液配合比见表6-1。表表6-1 稳定性浆液配合比编号水灰比W/C膨润土(%)减水剂RC-M(%)BR备 注010.72.00.6制膨润土浆时加碱2%注：膨润土和减水剂掺入量均为水泥重量的百分数，加碱为膨润土重量的百分数。6.4主要施工机具根据总体施工方案，确定本工程帷幕灌浆的主要施工机具为：(1)地质钻机选用XY-2型钻机，外形尺寸小，搬迁灵活，适用于金刚石和硬质合金钻进，钻杆加卸方便并能保证成孔质量，其外形如图6-1所示，性能参数如表6-2所示。图6-1XY-2 型地质钻机项目图6-1XY-2 型地质钻机项目「技术性能参数钻孔深度100〜530m(^73，60，50，钻孔倾角0〜900立轴转速正：65,114,180,248,310，538，849，1172r/min;立轴行程反：mm，242r/min立轴最大扭矩2.76kNm立轴最大起拔力60kN卷扬机单绳提升力30kN立轴通孔直径76mm(XY-2B96mm)动力电动机22kw;柴油机19.85kw钻机重量950kg表6-2XY-2 型钻机性能技术参数SNS200/10型灌浆泵为三缸往复式泵,SNS200/10型灌浆泵为三缸往复式泵,(2)灌浆泵选用SNS200/10型灌浆泵，如图6-2所示运行状态好，压力平稳。技术参数：排量76〜207l/min，压力4〜12MPa，水、灰、砂比例：0.5:1:1.5,功率18.5kW，重量730kg，外形尺寸1800X945X700(mm)。(3)高速搅拌机图6-2SNS200/10 (3)高速搅拌机选用ZJ-400型立式高速搅拌机，搅拌轴转速1200r/min以上，最大制浆能力10〜15m3/h，拌合均匀。如图6-3所示。图6-3ZJ-400型立式高速搅拌机图图6-3ZJ-400型立式高速搅拌机图6-4立式双层普通搅拌桶立式双层桶普通搅拌机，单桶储浆量200L，搅拌轴转速50r/min。如图6-4所示。帷幕灌浆拟采用GSMS200灌浆自动监测系统控制灌浆全过程。每台灌浆泵的灌浆施工全过程均应在自动记录仪的监控下完成(如图 6-5所示)。图6-5多路灌浆监控系统装配连接图

图6-5多路灌浆监控系统装配连接图YS型系列液(气)压灌浆塞及活塞式机械膨胀塞，系我局自行研制的产品，前者主要优点是膨胀率高，但较易破损；后者的主要优点是不易破损，适应地层能力强，缺点是膨胀率有局限性。主要用在先导孔灌浆、压水及检查图6-6YS型液(气)压灌浆塞YS型系列液(气)压灌浆塞及活塞式机械膨胀塞，系我局自行研制的产品，前者主要优点是膨胀率高，但较易破损；后者的主要优点是不易破损，适应地层能力强，缺点是膨胀率有局限性。主要用在先导孔灌浆、压水及检查图6-6YS型液(气)压灌浆塞孔压水，(见图6-6)规格有①56mm、①66mm、①76mm和①91mm四种。主要技术指标见表6-3图6-7 旋转孔口封闭器目前我局科研所已研制出内编钢丝型膨胀塞，其性能更加优越，适应性更强，且不易破损，它的最大耐压力能达25〜30MPa图6-7 旋转孔口封闭器表6-3 YS系列灌浆塞技术指标项目初始胀塞压力(MPa)胀塞密封压力(MPa)灌浆、压水压力(MPa)适用孔径(mm)适用孔深(m)指标0.7〜1.00.5〜1.06.0①56、①66、①76、①9150〜150孔口封闭器孔口封闭器如图6-7。6.5帷幕灌浆施工6.5.1钻灌设备配置帷幕灌浆的施工机具计划按“两机一泵”进行配置，即一个机组的施工设备由两台地质钻机、一台高压灌浆泵组成。6.5.2施工程序灌溉洞内帷幕灌浆，先施工向下帷幕灌浆孔，待向下帷幕灌浆孔全部施工完成后再施工向上帷幕灌浆孔；向下帷幕灌浆孔先施工下游排然后施工上游排，同一排帷幕灌浆孔采用逐序加密施工，先施工先导孔，再顺6-8所示。次施工I序，U6-8所示。图6-8图6-8帷幕灌浆施工总程序图6.5.3灌浆排数及孔距灌溉洞内向下帷幕灌浆采用两排灌浆孔，排距为1.0m;孔距为2.0m，见图6-9。灌溉洞内向上帷幕灌浆采用单排帷幕灌浆，孔距为 2.0m，见图6-10。[ :' 「[ :' 「:: ■ : 'n200200200200200200200 • V7 * * 匕 TT 0图6-9 钻孔平面布置图200200200200200200200图6-10钻孔平面布置图6.5.4钻孔孔位、孔深及孔向200200200200200200200图6-10钻孔平面布置图帷幕灌浆孔孔位与设计偏差不得大于10cm。向上帷幕灌浆孔深为 18.5m;向下帷幕灌浆孔深为133m。孔深应符合设计要求。钻孔必须保证孔向准确。钻机要固定平稳、牢固。埋设孔口管要定向准确，立轴与孔口管倾角、方位要匹配，并采用较长粗径钻具，适当控制钻进压力。灌溉洞向上帷幕灌浆孔为铅直孔，设计孔深为18.5m，见图6-11所示。灌溉洞向下帷幕灌浆上游排灌浆孔为铅直孔；灌溉洞向下帷幕灌浆下游排灌浆孔顶角为0.43。，孔口距上游排灌浆孔为1.0m，终孔距上游排灌浆孔为2.0m，见图6-12所示。6.5.5帷幕灌浆施工针对不同地层，拟定了以下帷幕灌浆施工方案：（1） 钻孔方法帷幕灌浆钻孔采用清水冲洗、地质钻机回转钻进的方法施工。根据地层情况，选用金刚石钻头或硬质合金钻头钻孔。（2） 取芯245.00图6-11 向上灌浆孔剖面图图6-12 向下灌浆孔剖面图先导孔、质量检查孔均按要求采取岩芯。在完整的岩石中，采用常规的投卡料方法卡取岩芯；在断层、破碎带孔段，采用孔底反循环或单动双管钻具采取岩芯，统一编号，填牌装箱，进行编录、素

描、照相保存，且岩芯采取率不小于245.00图6-11 向上灌浆孔剖面图图6-12 向下灌浆孔剖面图钻孔孔径孔口段孔径为①110mm;帷幕灌浆孔终孔孔径为①56mm小孔径；先导孔孔径不小于①75mm。帷幕灌浆段长段长一般为5m，特殊情况下可缩减或加长，但不得大于8m。钻孔测斜垂直或顶角小于5°的帷幕灌浆孔，其孔底偏差值不得大于表6-4规定的数值。对于顶角大于5°和深度大于50m的帷幕灌浆孔，其孔斜应根据施工图纸要求或监理人的指示执行。表6-4 帷幕孔孔底偏差值孔深(m)203040506080>80最大允许偏差值(m)0.250.50.81.151.502.02.5帷幕灌浆孔均应全孔测斜。如发现钻孔偏斜超过规定时，及时纠偏，纠偏无效时,应按监理人的指示报废原孔，重新钻孔。米用DUZ-D型多点照相测斜仪(见图6-13)进行测量。DUZ-D型多点照相测斜仪引进了美国Eastman公司的先进技术，具有精度高、适应性强、抗干扰性和防震性好、操作简便、照片记录清晰、易读和可连续操作等一系列优点，特别是对较深钻孔的测斜其性能明显优于其它测斜仪器。该仪器原为石油 图6-13DUZ-D多点照相测斜仪勘探钻井测斜所用，我局引进后已在长江三峡水利枢纽工程、黄河小浪底水利枢纽工程和河北大黑汀水库灌浆工程中应用。DUZ-D型多点照相测斜仪的精度为：方位角<±.5°顶角<0.2°测斜的段长一般为5.0〜10.0m，可以全孔一次进行，也可根据施工情况一孔分多次测斜（6） 孔口管灌铸开孔采用经XY-2钻机钻进，灌浆孔的开孔直径为①110mm，混凝土厚度为0.8m,钻进平均1.0m，安设①91mm孔口封闭器套管后钻孔孔径改为①56mm。孔口管为无缝钢管。通过钻杆向孔内注入0.5:1的浓浆，而后起出钻杆，下入①91mm已预先加工的钢管直至孔底导正并固定，钢管上端口应高出地面0.20m以上。采取可靠措施稳固①91mm孔口管，并保证管向铅直，处理完毕后待凝72h以上即可进行扫孔和岩石钻灌等工作。（7） 钻孔冲洗、裂隙冲洗及压水试验所有钻孔灌浆前均须进行钻孔冲洗。为了提高灌浆效果，在钻孔结束后采用大泵量水冲孔的方法冲洗孔内岩粉及孔壁，直至回水澄清，并延续5〜10min方可结束，之后，用压力水进行裂隙冲洗，冲洗压力为该段灌浆压力的80%。该值若大于1.0MPa，采用1.0MPa。孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。所有先导孔、检查孔和一序孔必须分段做正规压水试验。其他灌浆孔灌浆前应分段作简易压水试验。正规压水试验:先导孔、检查孔和一序孔采取自孔口至孔底分段压水的方法， 采用3个压力5个阶段（0.3，0.6，1.0，0.6，0.3）进行。压力按孔口回水压力控制，按有效压力计算Lu值。每一灌浆段在压水灌浆之前必须按要求进行地下水位观测，此数字经工程师核定作为灌浆孔压力和计算有效压力的依据。其它各次序孔的各灌浆段，进行简易压水试验。简易压水可结合裂隙冲洗进行，压水压力为该段灌浆压力的80%，最大不超过1.0MPa。灌浆孔每段压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。（8） 浆液质量控制采用集中制浆站集中供浆。在制浆站旁，设置现场浆液试验室，由试验员对浆液密度、制浆时间、浆液温度等进行检测和记录，据此控制浆液质量。（9） 帷幕灌浆旋转孔口封闭器使用此封闭器，孔内浆液在孔内射浆管的强制搅拌作用下始终处于受搅动状态，可有效地防止沉淀、析水，对细小裂隙和夹泥破碎带有更好的穿透能力。同时，免去了降压、活动射浆管的操作，有利于减轻劳动强度，避免了灌浆过程中的铸钻事故。封闭器技术指标为：搅动转速0〜300r/min;可上下活动10〜40cm;适用深度200m内的下倾孔。灌浆方法帷幕灌浆采用自上而下、孔口封闭、孔内循环的灌浆方法。先导孔宜采用自下而上的灌浆方法，如因地质条件复杂无法进行自下而上灌浆，经工程师批准也可采用孔口封闭法灌浆，但压水试验必须下栓塞进行。灌浆压力灌浆压力是灌浆的重要参数，是影响浆液扩散能力及防渗帷幕充填质量的主要因素。因此选择合适的灌浆压力是很重要的。灌浆压力见表 6-5。表6-5 各段灌浆压力值(MPa灌浆段1234n-5n-4n-3n-2n-1n向上孔0.81.01.21.51.51.51.51.21.00.80.5向下孔1.01.52.02.53.04.04.04.04.04.04.0灌浆分段合理选择灌浆段长度有利于提高灌浆质量和生产工效，灌浆各段段长见表 6-6。表6-6 各段灌浆段长灌浆段1234n-5n-4n-3n-2n-1n段长(m)2355555555<8抬动观测孔为防止压力灌浆对岩石、混凝土盖板造成破坏性变形，在灌浆施工之前，选取适当的位置安设抬动观测装置，在灌浆过程中实施自动观测并绘制抬动变形历时曲线。如灌浆过程中出现抬动值超过规定，电脑监控系统将自动报警，便于及时采取措施并报告有关部门。抬动装置的具体安设位置根据地质条件由监理工程师确定。井下电视施工过程中，监理工程师根据先导孔或一序孔压水情况在灌浆重点部位安装井下电视进行直观观测。井下电视是集机、光、电为一体的水下摄像系统，是目前在水下和地下环境中即时获取清晰图像的主要设备，可广泛应用水库、水坝等水利设施的施工与监护；地质勘察中用于查明地质构造。KTJ系列井下探头直径仅为30mm是目前世界上最小直径的井下电视，适用于钻孔微孔探测；能实时反映不同深度的图像资料，能记录在录像资料中作比较研究；焦距适用不同孔径；能保证良好的清晰度；视角为万向无死角；升降方式采用绞车升降，操作方便一人即可；升降速度采用数字显示，界面良好。(12)灌浆结束标准灌浆结束标准为：在规定压力下，灌浆注入率不大于1L/min，延续灌注时间不少于60min(地下水位以下)和30min(地下水位以上)，且在设计压力下的灌浆时间不少于120min，或按工程师的指示执行。当长期达不到结束标准时，应报请监理人共同研究处理措施。(13)封孔封孔采用压力封孔的方法并需二次填平。特殊技术措施及特殊情况的处理本工程对灌浆孔孔斜精度要求较高，对此将采取相应的技术措施予以预防和控制。6.5.6.1孔斜根据招标技术规范规定，钻孔的倾斜误差精度要求较高，故要求在实际施工中，必须采取切实可行的预防和控制措施以控制钻孔偏斜，拟采取的主要措施如下：稳固钻机：采取镶铸地锚紧固钻机底盘的措施，使钻机在正常运转过程中始终处于平稳状态；采用合理的钻进方法和工艺技术参数，包括准确定向、采用加长钻具、控制机械钻速、不使用弯曲、瘪陷的钻杆等；根据钻孔情况，可每5〜10m进行一次孔斜测量，及时了解钻孔轨迹；(4)一旦发现钻孔超偏，尽快采取措施纠偏。特殊情况的处理(1)灌浆时，如遇串浆和吃浆量大等问题，分别采取以下措施处理：串浆：如被串孔正在钻进，立即停止钻进；如串浆量不大，可在灌浆的同时向被串孔通入水流，防止水泥浆充填钻孔；当串浆量较大时，被串孔可同时进行灌浆或在串通部位上方1〜2m处卡塞；如串浆较远，可尽快采用浓浆施灌。吃浆量大：如灌浆段遇见大量吃浆且难以结束时，按下述要求处理。首先采取低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等措施；必要时浆液中掺加适量速凝剂；待凝或在浆液中掺加掺和料，如细砂等。经处理后还应扫孔复灌直至正常结束。（2） 孔口涌水量及涌水压力较大的灌浆孔段，在灌浆前应测记涌水压力和涌水量，根据涌水情况，可选择下列综合措施处理：缩短段长；提高灌浆压力；浓浆结束；屏浆；闭浆；待凝；（3） 特大漏水通道的灌注方法暂无水流作用且倾角较缓的大裂隙：首先采用最稠浆液、掺砂浆或间歇灌浆后仍不见效的，可改换定量灌注“粘稠浆液”，灌完后停止。“粘稠浆液”可用水泥、粉煤灰、粘土和水按一定比例配成。对于有水流作用或倾角较陡的大裂隙大孔洞：可先在孔口用稠水泥浆冲灌粗砂和砾石（粒径由小到大）。灌注一定时间后若仍无效果，再改用清水直冲灌级配粒料，等灌满后再灌水泥浆、水泥砂浆或水泥－水玻璃浆。（4） 微细透水裂隙处理由于本工程防渗要求较高，而采用通常的稳定性浆液灌注可能存在胶凝时间长、堵不住大的涌水、灌不进微细裂隙等主要问题。工程实践表明对于＜0.2mm的微细裂隙,采用稳定性浆液的可灌性较差，较高帷幕防渗要求可能会受到影响。针对上述情况，在征得监理工程师同意时，可采取化学灌浆、超细水泥灌浆等方法进行处理。帷幕灌浆质量检查帷幕灌浆质量检查应以分析检查孔压水试验成果为主,结合钻孔取岩芯资料、试验资料、灌浆记录和测试成果等评定其质量。帷幕灌浆单元工程质量检查内容与标准见表6-7。每个单元帷幕灌浆完成后，要提请监理工程师进行岩基帷幕灌浆的质量检查。其检查内容和方法如下。6.5.7.1成果分析帷幕灌浆质量检查以分析检查孔压水试