水工帷幕灌漿施工工藝技術(shù)

1、水工帷幕灌漿施工工藝技術(shù)在巖石地基上建壩，為了防止壩基滲漏，常采用帷幕灌漿。灌漿結(jié)合排水是減少壩基滲漏、降低壩基揚(yáng)壓力的有效方法?；鶐r透水性強(qiáng)，灌漿帷幕防滲效果顯著，宜以“阻”為主；基巖透水性弱，宜以“排”為主。在斷層、擠壓破碎帶、泥化夾層等部位仍宜以“阻”為主，在幕后主排水孔中還應(yīng)采取措施，防止細(xì)顆粒土流出。根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在透水性較大地段，防滲帷幕常能使壩基幕后揚(yáng)壓力降低到0.5H（H為水頭）左右；防滲帷幕再結(jié)合排水則可降低到（0.20.3）H；若再采取抽排措施。揚(yáng)壓力將會(huì)更小。一、帷幕灌漿的幾個(gè)重要問題（1）認(rèn)真查明地質(zhì)情況。這是進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要關(guān)鍵，特別是對(duì)于喀斯特、裂隙、斷層、破碎帶

2、、泥化夾層等不良地質(zhì)，更應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)勘探。實(shí)踐證明，順河斷層，特別是陡傾角斷層，是庫水易滲漏的通路，即使是規(guī)模小的斷層，只要是穿過帷幕，就應(yīng)重視。因?yàn)樘幚聿缓?，常?huì)使幕后揚(yáng)壓力值增大。遇到大的可斷層，除彩結(jié)構(gòu)措施外，還應(yīng)采取有效的防滲措施。例如，彩加密孔灌漿，在帷幕上游斷層所在部位采用深孔固結(jié)灌漿或建造防滲井等。（2）做好灌漿試驗(yàn)。在地質(zhì)條件復(fù)雜而壩又較高的情況下，常在施工現(xiàn)場選擇有代表性的地段進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，以試驗(yàn)所得的成果作為防滲帷幕設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。我國三門峽、潘家口、烏江渡、龍羊峽、紅楓、隔河巖、二灘等幾十座大壩均在工地進(jìn)行了比較全面和細(xì)致的灌漿試驗(yàn)，保證了帷幕灌漿設(shè)計(jì)和施工的順利進(jìn)行。（3

3、）根據(jù)帷幕線上各部位不同的地質(zhì)條件以及該部位水工建筑物對(duì)防滲帷幕的具體要求，分地段進(jìn)行帷幕設(shè)計(jì)，在排數(shù)和孔距方面應(yīng)有所差別。（4）帷幕設(shè)計(jì)最基本的地質(zhì)資料是帷幕線上的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，但位于帷幕線上的勘控孔有時(shí)較少，多利用其附近勘控孔推斷，精度不夠。所以在帷幕灌漿施工中，還應(yīng)分地段布設(shè)必要數(shù)量先導(dǎo)孔，據(jù)以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和合理性，必要時(shí)應(yīng)對(duì)灌漿孔的孔距和孔深進(jìn)行修改和調(diào)整，使之更加符合實(shí)際。二、灌漿帷幕主要參數(shù)1、灌漿帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行灌漿帷幕設(shè)計(jì)時(shí)，確定防滲標(biāo)準(zhǔn)是首要一環(huán)。帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)取決于樞紐布置、壩型、壩高、地質(zhì)條件、水庫滲漏損失的經(jīng)濟(jì)價(jià)值等，著重點(diǎn)是工程安全、大壩地基的滲流穩(wěn)定和水

4、庫滲漏損失的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。東風(fēng)薄拱壩建于喀斯特地區(qū)，最大壩高162m，靠近右壩肩有地下廠房壩基帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)見表1112。由表11-12可見，該工程防滲的重點(diǎn)地段是河床和兩岸壩肩以及右岸地下廠房上游，因此防滲標(biāo)準(zhǔn)也較高。2、灌漿帷幕的形式和深度（1）接地式帷幕。灌漿帷幕深入基巖中的相對(duì)不透水巖層，基本上全部截?cái)酀B流，這種帷幕的防滲效果好。帷幕深度由相對(duì)不透水巖層的位置確定。高壩在河床及左右壩肩近河床地段均宜采用這種形式。（2）懸掛式帷幕。在相對(duì)不透水巖層埋藏深的地段，帷幕深度難以達(dá)到相對(duì)不透水巖層，這種帷幕的防滲效果相對(duì)較差。國內(nèi)一些大壩，懸掛式帷幕深度一般約為壩高的50，其變化范圍多在3070之間

5、?？λ固匕l(fā)育地區(qū)有時(shí)達(dá)到1倍壩高或以上。帷幕的形式和深度應(yīng)根據(jù)大壩基巖地質(zhì)條件和對(duì)基巖防滲的要求以及其他一些因素綜合確定。同一座壩由于各個(gè)地段具體條件不同，帷幕的形式和深度也不完全相同。例如朱莊水庫漿砌塊石重力壩，壩高100m，在河床部位帷幕深度進(jìn)入相對(duì)不透水巖層5m，而在左岸壩肩部位，壩高自該處巖面算起僅2030m，雖基巖巖石破碎，透水性大，但由于相對(duì)不透水巖層埋藏很深，所以選用懸掛式帷幕，幕深定為該地段壩高的1倍左右。高壩基巖灌漿帷幕常深入兩岸壩肩，為不使鉆孔深度在大，常在兩岸分層開挖灌漿平洞，在平洞內(nèi)進(jìn)行鉆孔灌漿。3、灌漿帷幕的厚度和灌漿孔的排數(shù)灌漿帷幕厚度和灌漿孔排數(shù)的確定，至今尚未有

6、一個(gè)統(tǒng)一的準(zhǔn)則，實(shí)際上這個(gè)問題與地質(zhì)條件、灌漿壓力和防滲標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)。如果地質(zhì)條件不良而防滲標(biāo)準(zhǔn)又較高，例如要求透水率q小于1Lu，灌漿孔的排數(shù)可為三排。采用高壓灌漿時(shí)，擴(kuò)散半徑增大，也可為雙排；如果地質(zhì)條件又較好，可采用單排。我國一些高壩在河床地段，防滲標(biāo)準(zhǔn)常定為透水率q小于1Lu，故多布設(shè)三排或雙排孔，其中一排為主孔，深達(dá)相對(duì)不透水巖層，其他排孔的深度根據(jù)地質(zhì)條件，有的與主孔相同，成為均厚式帷幕，有的較淺，為主孔深度的1223，成為階梯式帷幕。對(duì)高壩帷幕灌漿或遇到復(fù)雜情況難于確定排數(shù)和孔距時(shí)，宜進(jìn)行現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)或施工初期的試驗(yàn)性灌漿確定。4、灌漿壓力灌漿壓力是保證和控制灌漿質(zhì)量提高灌漿效果

7、的一個(gè)重要因素，使用較高的壓力有利于提高灌漿質(zhì)量和效果，但應(yīng)注意防止混凝土抬動(dòng)和不使巖體開裂引起永久變形。我國70年代后修建的高壩，一般均采用高壓灌漿。大型工程和地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，灌漿壓力宜通過灌漿試驗(yàn)確定。三、壓水試驗(yàn)地基的滲透性一般有兩種表示的方法：一為滲透系數(shù)K，其單位為m/d或cm/s，常用于土層或砂礫石層；另一種為單位吸水率L（minmm）透水率q（Lu），常用于巖石。我國5080年代使用單位吸水率，直至1992年SL25-91壓水試驗(yàn)規(guī)程發(fā)布，為與國際通用標(biāo)準(zhǔn)相一致，開始改用透水率。滲透系數(shù)K多使用抽水或注水試驗(yàn)方法求得，而單位吸水率或透水率則使用壓水試驗(yàn)方法求得。本文統(tǒng)一使用透水率

8、表示。滲透系數(shù)K和透水率q兩者之間并無確定的相關(guān)關(guān)系，但有時(shí)為考慮問題方便起見，通過國內(nèi)外各工程的實(shí)踐，兩者之間的近似關(guān)系可為1Lu =(1.32.3)105 cm/s。 單位吸水率現(xiàn)改為透水率q，單位為Lu ，1Lu 0.01 L（minmm）。1、壓水試驗(yàn)的應(yīng)用SL6294(規(guī)范對(duì)壓水試驗(yàn)作了如下規(guī)定： “ 帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法時(shí)，先導(dǎo)孔應(yīng)自上而下分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)采用五點(diǎn)法或單點(diǎn)法。各次序灌漿孔的各灌漿段在灌漿前宜進(jìn)行簡易壓水?！?帷幕灌漿檢查孔應(yīng)自上而下分段卡塞進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)采用五點(diǎn)法或單點(diǎn)法?！?2、壓水試驗(yàn)所用壓力值SL6294規(guī)范對(duì)此的規(guī)定見表1113。3、

9、壓力試驗(yàn)測試方法有些工程在灌漿試驗(yàn)的檢查孔中進(jìn)行了如下三種壓水測試。（1）防滲性能檢查，逐級(jí)做壓水試驗(yàn)。與前述帷幕灌漿檢查孔中所進(jìn)行的相同。（2）耐久性能檢查，全孔一次進(jìn)行，以23倍壩前最大設(shè)計(jì)水深的壓力向檢查孔內(nèi)進(jìn)行壓水，持續(xù)時(shí)間可為4872h甚至更長，觀察壓入水量有無變化，初步檢驗(yàn)?zāi)惑w的密實(shí)性與耐久性。如壓入水量沒有變化或變化很小，則認(rèn)為耐久性能良好。（3）破壞性能檢查，全孔一次進(jìn)行，將壓力逐級(jí)升高，觀察壓入孔內(nèi)的水量，有無突然增大情況，以求得造成幕體破壞時(shí)的壓力值。四、灌漿技術(shù)措施灌漿設(shè)備主要有水泥漿攪拌桶、灌漿機(jī)（泵）、管路、灌漿塞等。有的灌漿機(jī)附有水泥漿攪拌桶，有的攪拌桶由工地自行制

10、造。攪拌桶由上下兩個(gè)筒體及拌灰裝置、傳動(dòng)裝置組成，容量一般在100200L之間。對(duì)攪拌筒的要求是連續(xù)地進(jìn)行高速攪拌，保證灌漿不間斷地工作，桶內(nèi)水泥漿不會(huì)分離和沉淀。灌漿管路有內(nèi)外管、返漿管及高壓輸漿管，要求管子有足夠的耐壓強(qiáng)度，便于拆裝。灌漿塞是水泥灌漿孔的一種堵塞裝置，裝在灌漿管的頭部，其作用在于能分隔密封灌漿孔，進(jìn)行分段灌漿。灌漿機(jī)是灌漿的主要設(shè)備，灌漿質(zhì)量在一定程度上取決于灌漿機(jī)的工作情況。一般灌漿機(jī)有活塞式及氣壓式兩種，目前已有較為輕便的液壓式，但前者應(yīng)用較廣。有的工程專用灌漿機(jī)不足，可采用鉆探用的BW25050型的泥漿泵來代替灌漿泵，并配以適當(dāng)容量的拌漿筒。（1）灌漿方法有下述幾種：

11、 按漿液的灌注流動(dòng)方式分為純壓式和循環(huán)式（圖112）。純壓式漿液全擴(kuò)散到巖石的裂隙中去，不再返回灌漿桶，適用于裂隙發(fā)育而滲透性大的孔段；循環(huán)式漿液在壓力作用下進(jìn)入孔段，一部分進(jìn)入裂隙擴(kuò)散，余下的漿液經(jīng)回漿管路流回到漿液攪拌筒中去。循環(huán)式灌漿使?jié){液在孔段中始終保持流動(dòng)狀態(tài)，減少漿液中顆粒沉淀，灌漿質(zhì)量高，國內(nèi)外大壩巖石地基的灌漿工程大都采用此法。按灌漿孔中灌漿程序可分為一次灌漿和分段灌漿兩種方法。一次灌漿用在灌漿深度不大，孔內(nèi)巖性基本不變，裂隙不大而巖層又比較堅(jiān)固的情況下，可將孔一次鉆完，全孔段一次灌漿。分段灌漿是用在灌漿孔深度較大，孔內(nèi)巖性又有一定變化而列隙又大時(shí)，因?yàn)榱严缎再|(zhì)不同的巖層需用不

12、同濃度的漿液進(jìn)行灌漿，而且所用的壓力也不同。此外，裂隙大則吸漿量大，灌漿泵不易達(dá)到?jīng)_洗和灌漿所需的壓力，從而不能保證灌漿質(zhì)量。在這種情況下，可將灌漿孔劃分為幾段，分別采用自下而上或自上而下的方法進(jìn)行灌漿。灌漿段長度一般保持在5m左右。自下而上分段灌漿的灌漿孔，可一次鉆到設(shè)計(jì)深度。用灌漿塞按規(guī)定段長由下而上依次塞孔、灌漿，直到孔口（圖113）。此法允許上段灌漿緊接在下段結(jié)束時(shí)進(jìn)行，這樣可不用搬動(dòng)灌漿設(shè)備，比較方便。自上而下分段灌漿法的施工步驟如（圖114）所示。這種方法的灌漿孔只鉆到第一孔段深度后，即進(jìn)行該段的沖洗、壓水試驗(yàn)和灌漿工作。經(jīng)過待凝規(guī)定時(shí)間后，再鉆開孔內(nèi)水泥結(jié)石，繼續(xù)向下鉆第二孔段，

13、進(jìn)行第二孔段的沖洗、壓水試驗(yàn)和灌漿工作。依次反復(fù)，直到設(shè)計(jì)深度。此法的缺點(diǎn)是鉆機(jī)需多次移動(dòng)，每次鉆孔要多鉆一段水泥結(jié)石，同時(shí)必須等上一段水泥漿凝固后方能進(jìn)行下一段的工作。其優(yōu)點(diǎn)是：從第二孔段以下各段灌漿時(shí)可避免沿裂隙冒漿；不會(huì)出現(xiàn)堵塞事故；上部巖石經(jīng)灌漿提高了強(qiáng)度，下段灌漿壓力可逐步加大，從而擴(kuò)大灌漿有效半徑，進(jìn)一步保證了質(zhì)量；此外，也可避免孔壁坍塌事故。上述分段灌漿的兩種方法，如果遇到地表巖層比較破碎，下部巖層比較完整時(shí)，在一個(gè)孔位可將兩種方法混合使用，即上部采用自上而下、下部采用自下而上的方法來進(jìn)行灌漿。（2）灌漿材料的選擇和漿液濃度的控制： 巖石地基的灌漿一般都采用水泥灌漿。水泥灌漿的主

14、要材料是由水泥和水拌制而成的水泥漿。水泥品種的選擇及其質(zhì)量要求：對(duì)無侵蝕性地下水的巖層，多選用普通硅酸鹽水泥；如遇有侵蝕性地下水的巖層，以采用抗硫酸鹽水泥或礬土水泥為宜。水泥的標(biāo)號(hào)應(yīng)大于325。為提高巖基灌漿的早期強(qiáng)度，我國壩基帷幕灌漿一般多用425#水泥。對(duì)水泥細(xì)度的要求為水泥顆粒的粒徑要小于1/3巖石裂隙寬度，灌漿才易生效；一般規(guī)定，灌漿用的水泥細(xì)度，應(yīng)能保證通過0.08mm孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩孔的顆粒重量不小于85%95%。灌漿過程中，必須根據(jù)吸漿量的變化情況，適時(shí)調(diào)整漿液的濃度，使巖層的大小裂隙既能灌滿又不浪費(fèi)。開始時(shí)用最稀一級(jí)漿液，在灌入一定的漿量沒有明顯減少時(shí)，即改為用濃一級(jí)的漿液進(jìn)行灌注，

15、如此下去，逐級(jí)變濃直到結(jié)束。（3）灌漿壓力及其控制方法： 灌漿壓力通常是指作用在灌漿段中部的壓力。確定灌漿壓力的原則是：在不致破壞基巖和壩體的前提下，盡可能采用比較高的壓力。因?yàn)閴毫Ω?，可以使?jié){液更好地壓入細(xì)小的縫隙內(nèi)，增大漿液的擴(kuò)散半徑，析出多余的水分，提高灌注材料的密實(shí)度。但是，灌漿壓力也不能過高，否則會(huì)使裂隙擴(kuò)大，引起巖層或壩體的抬動(dòng)變形。灌漿壓力的大小與孔深、巖層性質(zhì)和灌漿段上有無壓重等因素有關(guān)，國內(nèi)工程上目前常用下式進(jìn)行計(jì)算式中：P灌漿壓力Pa P0基巖表層的允許壓力Pa，可由表1114中查得； D灌漿段以上巖層的厚度m； M灌漿段以上巖層每增加一米所能增加的壓力，Pam，也可由表1

16、1-14查得； h灌漿孔以上壓重的厚度m；r壓重的容重kgm2； K系數(shù)，可選用13。根據(jù)公式或以往類似工程經(jīng)驗(yàn)所確定的灌漿壓力，只能作為事先估算的一種依據(jù)。在實(shí)際工程中，由于具體條件千變?nèi)f化，灌漿壓力往往需要通過試驗(yàn)來確定，并在灌漿施工中進(jìn)一步檢驗(yàn)和調(diào)整。灌漿的結(jié)束條件是用兩個(gè)批標(biāo)來控制。即：一個(gè)是殘余吸漿量，又稱最終吸漿量，即灌到最后的限定吸漿量；另一個(gè)是閉漿時(shí)間，即在殘余吸漿量的情況下，保持設(shè)計(jì)規(guī)定壓力的延續(xù)時(shí)間。國內(nèi)帷幕灌漿工程中，大多規(guī)定：在設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力之下，灌漿孔段的單位吸漿量小于0.2L/min，延續(xù)3060min以后，就可結(jié)束灌漿。有的工程，由于巖層的細(xì)小裂隙過多，在高壓作用

17、下，后期吸漿量雖不大，但延續(xù)時(shí)間很長，仍達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，且回漿有逐段變濃的現(xiàn)象。這說明受灌的細(xì)小裂隙只進(jìn)水不進(jìn)漿，或只有細(xì)水泥顆粒灌入而粗顆粒灌不進(jìn)。在這種情況下，或者改變水泥細(xì)度，或者經(jīng)過兩次稀釋濃漿而仍達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)只進(jìn)水不進(jìn)漿時(shí)，再延續(xù)1030min，就結(jié)束灌漿。五、回填封孔技術(shù)措施在各孔灌完后，均應(yīng)很好地回填封孔，將鉆孔嚴(yán)密填實(shí)?；靥畈牧隙嘤盟酀{或水泥砂漿。砂的粒徑不大于12min，砂的摻量一般為水泥的0.752倍。水灰比為0.5：1或0.6：1。機(jī)械回填法是將膠管（或鐵管）下到鉆孔底部，用泵將砂漿或水泥漿壓入，漿液由孔底逐漸上升，將孔內(nèi)積水頂出，直到孔口冒漿為止。要注意的是軟

18、管下端必須經(jīng)常保持在漿面以下。人工回填法與機(jī)械壓漿回填法相同，但因漿液壓力較小，封孔質(zhì)量難以保證。六、特殊情況的處理方法1、灌漿中斷的處理方法（1）因機(jī)械、管路、儀表等出現(xiàn)故障而造成灌漿中斷時(shí)，應(yīng)盡快排除故障，立即復(fù)恢灌漿。否則應(yīng)沖洗鉆孔，重新灌漿。（2）恢復(fù)灌漿時(shí)，如注入量較中斷前減少較多，應(yīng)使用開灌比級(jí)的漿液進(jìn)行灌注。按依次換比的規(guī)定重新灌主。（3）恢復(fù)灌漿后，若停止吸漿，可用高于灌漿壓力0.14MPa的高壓水進(jìn)行沖洗而后恢復(fù)灌漿。2、串漿處理方法（1）相鄰兩孔段均具備灌漿條件時(shí)，可同時(shí)灌漿。（2）相鄰兩孔段有一孔段不具備灌漿條件，首先給被串孔段充滿清水，以防水泥漿堵塞凝固，影響未灌漿孔段

19、的灌漿質(zhì)量。并用大于孔口管的實(shí)心膠塞放在孔口管上，用鉆機(jī)立軸鉆桿壓緊。3、冒漿處理方法（1）混凝土地板面裂縫處冒漿，可暫停灌漿，用清水沖洗干凈冒漿處，再用棉紗堵塞。（2）沖洗后用快干地勘水泥加氯化鈣搗壓封堵，再進(jìn)行低壓、限流、限量灌注。4、漏漿處理方法（1）漿液在延伸較遠(yuǎn)的大裂隙通道滲漏在山體周圍，可采取長時(shí)間間歇（一般在24h以上）待凝灌漿方法灌注。如一次不行，再進(jìn)行二次間歇灌注。（2）漿液在大裂隙通道滲漏，但不滲漏到山體周圍，可采用限壓、限流與短時(shí)間間歇（數(shù)十分鐘）灌漿。如達(dá)不到要求，可采取長時(shí)間間歇待凝，然后限流逐漸升壓灌注。一般反復(fù)!#次即可達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。5、固管處理方法灌注水灰比1：1以下的濃漿時(shí)，容易發(fā)