水利工程施工培训讲义

水利工程施工授课教师：吴雪英第三章基础工程本章的重点和难点是岩基灌浆的方法和施工、防渗墙的施工。主要的知识点包括：基坑开挖；岩基灌浆的目的；帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆的区别及施工方法；水泥灌浆的各材料的要求；单位吸水率；钻孔灌浆的次序；灌浆的浆液稠度和压力变化；防渗墙的作用；泥浆固壁原理；导管布置。

概述：一.各类型的水工建筑物对地基基础的要求

1．具有足够的强度，能够承受上部结构传递的应力；

2．具有足够的整体性和均一性，能够防止基础的滑动和不均匀沉陷；

3．具有足够的抗渗性和耐久性，防止发生严重的渗漏和渗透破坏及地下水的侵蚀破坏。

水利施工网二．地基处理的方法

1．地基开挖：在地基范围内将不合设计要求的覆盖层、分化破碎有缺陷的岩层挖掉，是一种最通用可靠的处理方法

2．断层、软弱夹层、破碎带处理方法

砼塞、砼拱、截水槽、防渗墙常用

岩溶处理可用堵、铺、截、围、导、灌

3．土、砂砾石地基处理

防渗：截水槽、打板桩、防渗墙、修铺盖

加固：预压、换砂、砂井、振动密实、打桩、灌浆等第一节基础开挖一．基础开挖

插图一坝基开挖平台示意

插图二坝基开挖形态

插图三沿坝轴线开挖图

1．定义：在地基范围内将不合设计要求的覆盖层、风化破碎有缺陷的岩层挖掉，是一种通用可靠的地基处理方法。

2．应解决的问题如下：

①及时排除基坑积水；

②合理安排开挖程序，掌握“自上而下，先岸坡后河槽”的原则，分层开挖，逐渐下降；

③合理选定基坑开挖范围与形态；基坑开挖范围主要取决于水工建筑物的平面轮廓,同时考虑实际施工情况。基坑开挖要避免形成高边坡、深槽壁，要求基岩面比较平整，高差不宜太大，并尽可能略向上游倾斜同时考虑不同坝型的要求。

④正确选择开挖方法及开挖参数，保证质量和安全为重点；

⑤做好开挖和利用石渣的综合平衡。二．开挖方法

对岩石地基而言，主要的方法是爆破开挖，采取控制爆破，分层向下，预留保护层的方式

坝基爆破开挖的基本要求是：保证质量；注重安全；方便施工；综合平衡。

保证质量具体在两个方面：

1．要求在爆破开挖过程中既有效地按分层逐层下挖，又要有效防止由于震动破坏保留岩体和设计基岩线下的岩体;

2．要求在爆破开挖时防止对已建成的水工建筑物或已完工的灌浆地段造成损坏。

第二节岩基灌浆定义：就是把一定配合比的具有流动性和胶凝性的浆液，通过钻孔压入岩层裂隙中，经过胶结硬化后以提高岩基的强度，改善岩基的整体性和抗渗性。一.岩基灌浆的分类及部位

插图一岩基灌浆示意图

岩基灌浆按目的可分为帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆。

1．帷幕灌浆：请看三峡二期工程大坝廊道灌浆

①目的：减少坝基的渗流量、降低渗透压力，保证地基的渗透稳定。

②部位：布置在坝基迎水面下的基础内，形成一道连续而垂直或向上游倾斜的幕墙。

③特点：孔较深，通常要求孔深入到岩基单位吸水率ω〈0.05～0.01L/（min.m.m）的等值线以下3～5m；

多采用单孔灌浆，使用的灌浆压力较大；斜幕一般比直幕效果好，但施工较复杂；灌浆时间应在水库蓄水前完成；通常都在基础灌浆廊道内进行，廊道尺寸通常宽2～3m，高3～4m。2．固结灌浆：

①目的：提高和改善岩基的物理力学性能，减少开挖深度，增强防渗效果。

②部位：灌浆的范围主要根据大坝地基的地质条件、岩石破碎情况、坝型和基础岩石应力等条件而定

③特点：孔深一般为5～8m，也有深达15～40m；孔在平面上呈网格交错布置，通常采用群孔冲洗和群孔灌浆；灌浆时间多是在基础开挖和坝基基础部位混凝土浇筑等工序间穿插进行。3.接触灌浆：

①目的：加强坝体混凝土与岸坡或地基之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性，同时也能增加岩基的固结强度和防渗性能

②部位：在固结灌浆部位，可结合固结灌浆进行；

③特点：可通过混凝土钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统；应安排在坝体混凝土达到稳定温度后，防止混凝土冷缩拉裂；灌浆压力通常不超过0.1～0.3Mpa。

岩基灌浆按材料可分为水泥灌浆、水泥粘土灌浆、化学灌浆。

三种材料比较：水泥浆液最为普遍，可靠、设备和工艺简单、成本低廉的优点；水泥粘土浆虽成本低但结石强度不高；化学灌浆是为解决有特殊地质条件或建筑物的裂缝等采用通常的颗粒材料难以灌进，成本较高，施工复杂，工艺要求严。二．水泥灌浆对材料的要求

1．水泥：颗粒细、稳定性好、胶结性强、结石强度高和耐久性好，标号不低于425号。水泥细度要求一般来讲水泥颗粒粒径应不大于岩石裂隙宽度的1/3～1/5，水泥浆才易于灌入。普通硅酸盐水泥颗粒粒径一般多在40～60μm，所以难以灌入宽0.2mm以下的裂隙。灌浆所用水泥细度一般认为通过4900孔/cm2的标准筛的筛余量小于2%为好或比表面积3000cm2/g为好。

2．掺合料：惰性材料如砂、粘土、粉煤灰用以节约水泥；活性材料如减水剂、速凝剂、缓凝剂等有助于加强浆液流动性和扩散性提高灌浆效果。

3．水：与一般混凝土拌和用水一样

三．灌浆施工工艺

插图二岩基灌浆

插图三单排灌浆孔

插图四灌浆孔

1.钻孔：请看各种钻孔机械，岩心钻机、履带式钻机、潜孔钻机、冲击式钻机

①钻孔机械：回转式钻机、风钻或架钻请看几种钻机1

、2

②要求：孔位、孔向、孔深应符合设计要求。孔位偏差不超过10cm，对垂直或倾角小于5度的帷幕孔其孔斜偏差不得大于表中的规定；孔径上下均一，孔壁平整；帷幕钻孔方向原则上应较多地穿过裂隙和岩层层面，钻孔角度通常控制在0度～10度之间。

2.冲洗：在灌浆以前将残存在孔底和粘滞在孔壁的岩粉铁末冲洗出孔外，并将岩层裂隙和孔洞中的充填物冲洗干净。

冲洗方法有单孔冲洗和群孔冲洗。单孔冲洗：

①高压压水冲洗：冲洗压力可采用同段灌浆压力的70%～80%。回水洁净延续10～20min就可结束。

②高压脉动冲洗：采用高低压力反复冲洗，先用高压（为灌浆压力的80%或100%）经5～10min后，将压力在几秒时间内突降到零，形成反向水流将裂隙中的碎屑带出，此时回水多浑浊，当回水变清后在升高到原来压力，如此反复直到回水洁净再延续10～20min。

③扬水冲洗：对地下水位较高和地下水补给条件较好的钻孔可采用此法。冲洗时先将冲洗管下到钻孔底部，上端接风管，通入压缩空气，在孔中水气混合后，由于比重减轻，在地下水压力作用下再加压缩空气的释压膨胀与返流作用，夹带孔内碎屑杂物喷出孔外。

群孔冲洗：一般适用于岩层破碎、节理比较发育的岩层中

3.压水试验：压水试验主要是测定岩层的渗透特性，为岩基灌浆或处理提供必要的依据。在一定压力之下，通过钻孔将水压入孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水时间，计算出代表岩层渗透特性的技术参数ω。

单位吸水率ω=Q/LH

ω——单位吸水率，L/(min.m.m)

Q——压入流量，L/min

H——试验压力，m，通常为同段灌浆压力的70%～80%

L——试验孔段长度，m，与灌浆段长一致，一般为5～6m

帷幕灌浆孔，每5～10min测读一次压入水量，当试验结果符合下列标准之一时即可结束试验，以最终流量作为计算流量，标准如下：

①流量之一大于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值10%。

②流量均小于5L/min时，连续四次读数，其最大值与最小值之差小于最终值20%。

③连续四次读数，流量均小于0.5L/min。

固结灌浆孔压水试验吸水量的稳定标准可按帷幕灌浆孔适当放宽。4.灌浆：请看灌浆设备另看灌浆导管、高压喷射注浆

①钻孔灌浆次序：遵循分序加密的原则。

a.分序加密，浆液逐渐挤压密实，可促进灌浆区域的连续性；

b.逐序提高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液的密实性；

c.通过后灌序孔ω和单位吸浆量的变化可推断先灌序孔的灌浆质量和效果；

d.可减少相邻孔串浆现象，有利于施工。

地基灌浆一般按照先固结后帷幕顺序。

固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行，覆盖的混凝土一般应达50%设计强度后。

②灌浆方法：按灌浆时浆液灌注和流动的特点，分纯压式和循环式。

按钻孔灌浆顺序，分全孔一次灌浆和分段灌浆。

③灌浆压力：通常指作用在灌浆段中部的压力，是灌浆施工中的重要控制参数一般而言在不致破坏岩基稳定和坝体安全的前提下，尽可能采用比较高的压力。

灌浆压力的确定：

a.灌浆压力的大小与孔深、灌浆要求、地质条件和有无压重等有关，可参考类似工程；

b.可通过压水试验确定临界压力作为依据

一般认为帷幕灌浆表层孔段的灌浆压力不宜小于1～1.5倍帷幕的工作水头，底部则以2～3倍工作水头为宜；固结灌浆的压力，浅孔无压重时，可采用0.2～0.5Mpa，有压重时，可采用0.3～0.7Mpa，深孔固结灌浆可参照帷幕灌浆确定。

通常将灌浆压力大于3～4Mpa或能使岩体中的基本裂隙扩大的灌浆称高压灌浆。乌江渡大坝防渗帷幕采用高压（6～8MPa）灌浆取得成功的经验。④灌浆压力和吸浆率的控制及浆液稠度的变换：

a．以灌浆压力为主的控制

适用于透水性不大，裂隙不太发育，岩层比较坚硬完整、使用的灌浆压力不高的地层。

优点：使细小的裂缝得到充分的灌注，有利于提高灌浆质量。

缺点：可能造成浆液扩散太远，在缓倾角地质软弱面时，易引起岩层抬动。

可结合吸浆率和浆液稠度一起考虑。当吸浆较小时应灌稀浆，尽快升到规定的最大灌浆压力；当吸浆率较大时，应灌浓浆，并逐渐升压。

b．以吸浆率为主的控制

适用岩层破碎，透水性较大或使用的灌浆压力较高时。

优点：可以减少浆液的流失，不易引起岩层的抬动，不需使用大排浆量的灌浆泵。

缺点：影响细小裂缝的灌注效果，增加钻孔数量。

在灌浆过程中对吸浆率大小的控制，主要视地质结构而定。对具有缓倾角裂缝和软弱面的岩层，一般可控制在5L/（min.m）左右。若吸浆率大于规定值，就降低压力，以控制吸浆率不超过规定值。

c．浆液稠度变换

岩基灌浆中的浆液稠即水灰比有8∶1、5∶1、3∶1、2∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。

灌浆过程中，必须根据灌浆压力或吸浆率的变化，适时调整浆液稠度。浆液稠度的变换遵循由稀到浓的原则。当灌浆压力保持不变，吸浆率均匀减少时；或吸浆率不变，压力均匀升高时，不得改变水灰比。采用限量法控制时一般当某一级水灰比浆液的灌入量已超过限量，而灌浆压力或吸浆率均无改变或改变不明显时，应加浓一级水灰比。

⑤灌浆结束条件和封孔

a．结束标准：一般用两个指标控制，一个是残余吸浆量即灌到最后的限定吸浆量；一个是闭浆时间即在残余吸浆量的情况下保持设计规定压力的延续时间。

国内帷幕灌浆工程中，大多规定在设计规定压力之下，灌浆孔段的单位吸浆小于0.4L/min时，延续30～60min，就可结束；固结灌浆的结束标准是单位吸浆量小于0.4L/min时，延续时间30min。

B．封孔：灌浆结束后，随即将灌浆孔清理干净用水泥砂浆填实。

⑥质量检查第三节防渗墙施工《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》SL174-96一.防渗墙的定义及应用

请看录像地下连续墙施工

插图一槽型防渗套接

1．定义：修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗漏的地下连续墙。

2．应用：控制闸坝基础的渗流；坝体的防渗和加固；泄水建筑物下游基础的防冲；水工建筑物基础的承重等。

3．型式：槽孔型、圆型。请看圆型成墙图

槽孔的尺寸：

Ⅰ有效厚度d：（与结构、筑墙材料、筑墙方法有关）

钢板桩水泥砂浆水泥粘土砂浆灌注墙d仅10～20cm；

泥浆槽级配料填筑墙d达300cm；

一般混凝土、粘土混凝土防渗墙d一般60～80cm左右。

Ⅱ槽孔长度L的确定：一般为5～9米

尽量采用较长槽孔，以减少槽孔之间接头数目；一个槽孔最好座落在地质条件相差不悬殊的地段上；

保证砼浇筑时砼面上升速度不小于2m/h；二.防渗墙的施工插图二导向槽

插图三防渗墙施工平台请看防渗墙施工图、三峡防渗帷幕施工

1．造孔前准备工作

①导向槽的作用：控制造孔的方向、支撑上部孔壁。

②导向槽的材料：木料、条石、灰拌土、混凝土。

③导向槽的尺寸：

宽：一般等于或略大于防渗墙的设计厚度；

高：1.5～2.0m，导向槽底部高程高出地下水位0.5m以上，顶部高程要高于两侧地面高程。

④其他准备工作

2．三泥三浆固三壁进三行造三孔三①泥三浆固三壁原三理：三如图泥浆三固壁三原理三图所示三，孔三壁任三意一三点土三体P的极三限平三衡条三件为三：P1三=P三2②泥三浆作三用：三除固三壁作三用之三外，三在造三孔中三尚有三悬浮三岩屑三和冷三却润三滑钻三头作三用，三成墙三后渗三入孔三壁的三泥浆三和胶三结在三孔壁三的泥三皮还三有防三渗作三用。三③三泥浆三制浆三土料三要求三：粘三粒含三量大三于5三0%三，塑三性指三数大三于2三0，三含砂三量小三于5三%，三二氧三化硅三与三三氧化三二铝三比值三以3三～4三为宜三。三④造三孔：三造孔三方法三：钻三劈法三、钻三抓法三、分三层钻三进三造孔三机械三：钻三挖机三械和三土方三机械三⑤三终三孔验三收：三验收三项目三请看三教材三⑥三清孔三换浆三：目的三：消三除回三落在三孔底三的沉三渣，三换上三新鲜三泥浆三，以三保证三混凝三土和三不透三水层三连接三质量三。三标准三：经三过1h后，三孔底三淤积三厚度三不大三于1三0cm三，孔内三泥浆三比重三不大三于1三.3g/三cm三2，粘度三不大三于3三0s，含砂三量不三大于三10三%。造孔三中，三孔内三泥浆三面始三终保三持在三导墙三顶面三以下三30三～5三0cm三。3.三成三墙：三方法三：导三管提三升法三。三导管三布置三：可三见图插图三四三导管三布置三图导管三由若三干节φ2三0～三25三cm的钢三管连三接，三沿槽三孔轴三线布三置，三相邻三导管三的间三距不三宜大三于3三.5m，最大三不超三过4m，一期三槽孔三两端三的导三管距三孔端三以1三.0三～1三.5m为宜三，一三期槽三孔两三端的三导管三距孔三端以三0.三5～三1.三0m为宜三，当三孔底三高差三大于三25cm时，三导管三中心三应布三置在三该导三管控三制范三围的三最低三处。三导三管长三等于三安设三部位三的孔三深加三上槽三孔上三部的三余高三减去三导管三底与三孔底三的距三离。三浇三筑混三凝土三：严三格遵三循先三深后三浅的三顺序三（从三最深三的导三管开三始，三由深三到浅三一个三一个三导管三依次三开浇三）三必须三连续三浇筑三（泥三浆下三无法三进行三冷缝三处理三），三混凝三土面三上升三速度三≮2m/三h，混凝三土终三浇顶三面高三于设三计高三程0三.5m。防渗三墙混三