基巖水泥灌漿技術(shù)(幻燈)課件

水泥灌漿技術(shù)1灌漿技術(shù)基本知識1.1灌漿的定義灌漿是將具有膠凝性和流動性的漿液按著規(guī)定的漿材配比，借用機(jī)械或漿液自重施加壓力，通過鉆孔或預(yù)埋管路輸送到巖石裂隙或水工建筑物的空隙中的一種施工工藝。灌漿的目的是用漿液填充裂（空）隙，起到固結(jié)、粘合、防滲的作用，從而提高基巖或建筑物的承載強(qiáng)度、抗變形能力和改善傳遞應(yīng)力條件；改善壩基滲流條件和減少滲漏量。1.2灌漿分類按灌漿作用：固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、接觸灌漿、回填灌漿、接縫灌漿。按灌漿材料：水泥灌漿、水泥粘土灌漿、水泥砂漿灌漿、化學(xué)灌漿等。按巖石類別：巖石灌漿和砂礫石灌漿。2.1.1固粒漿材應(yīng)具有的特性①顆粒細(xì)。漿材粒徑小于裂縫寬度的1/3～1/5，才具有好的可灌性。《灌規(guī)》規(guī)定：帷幕灌漿和壩體接縫灌漿所用水泥細(xì)度宜為通過80um方孔篩的篩余量不大于5%。②穩(wěn)定性好。漿液顆粒在一定時間內(nèi)于漿液中要保持均勻分散的懸浮狀態(tài)，具有較好的流動性，以利灌漿。③膠結(jié)性強(qiáng)。灌入空隙后經(jīng)一定時間能膠凝成堅硬結(jié)石，并具有抗侵蝕的能力。2.1.2化學(xué)漿材應(yīng)具有的特性①粘度低。②可控凝固時間。③膠體強(qiáng)度。膠體具有一定的抗壓、抗?jié)B、抗擠性能。④易購易制。⑤無毒或低毒。漿材灌注后不得對環(huán)境造成污染，不得造成工作人員中毒。2.2水泥2.2.1水泥的品種常用的灌漿水泥是普通硅酸鹽水泥（代號P.O）。2.2.2水泥細(xì)度普通硅酸鹽水泥顆粒粒徑多為40～60um，只能灌入寬度大于0.5mm的裂縫。針對小于0.5mm的細(xì)微裂縫，采用干磨細(xì)水泥、超細(xì)水泥、濕磨細(xì)水泥漿液。干磨細(xì)水泥最大粒徑在35um以下，超細(xì)水泥最大粒徑在12um以下，濕磨細(xì)水泥平均粒徑在40um以下。2.3水泥漿2.3.1漿液密度（比重）漿液密度表示單位體積漿液的質(zhì)量。2.3.2漿液粘度（流動性）漿液粘度表示漿液流動時，其內(nèi)部流層間所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的大小。2.3.3漿液析水率（穩(wěn)定性）水泥漿析水現(xiàn)象是因?yàn)樗囝w粒的沉淀引起的。析水沉淀是水泥漿的主要缺點(diǎn)。2.3.4水泥漿凝結(jié)時間初凝：水泥從加水?dāng)嚢柚瞥蓾{液到開始凝結(jié)所需的時間。終凝：從加水?dāng)嚢柚瞥蓾{液到凝固完成所需的時間。稱為膏狀漿液，適用于大孔隙、堆石體的灌漿。漿液由水泥、粉煤灰、粘土、減水劑等材料混合而成。2.4化學(xué)漿液2.4.1水利工程用于基礎(chǔ)防滲方面的化學(xué)灌漿材料①丙凝②水溶性聚氨酯2.4.2水工建筑物混凝土裂縫等缺陷處理①甲凝②環(huán)氧樹脂④基巖灌漿必須按分序加密的原則進(jìn)行。⑤帷幕線上每隔15m左右應(yīng)布置帷幕先導(dǎo)孔?？讛?shù)也可以按基本灌漿孔的10%控制，孔深一般抵達(dá)設(shè)計帷幕底下以下5～6m。⑥帷幕灌漿相鄰兩孔灌漿段的高差不得小于15m。⑦帷幕灌漿應(yīng)在庫水位低于孔口高程時施工。⑧基巖灌漿孔段的施工按下列程序進(jìn)行：鉆孔→洗孔→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→封孔以上適用于垂直的或頂角小于5°的帷幕灌漿孔。頂角大于5°的斜孔可適當(dāng)放寬，方位角偏差值不宜大于5°。3.2.2鉆孔取芯帷幕先導(dǎo)孔和帷幕、固結(jié)灌漿的檢查孔要求鉆孔過程中提取巖芯并繪制鉆孔柱狀圖。

3.2.3鉆孔沖洗（洗孔）鉆孔過程中，通過鉆具向孔內(nèi)輸入清水、風(fēng)或者專用沖洗液，不斷地將巖粉沖出孔外?！豆嘁?guī)》規(guī)定，孔底沉積厚度不得超過20cm?？咨睿╩）2030405060允許偏差(m)單排孔0.250.450.711.3二或三排孔0.250.50.81.151.53.3裂隙沖洗3.3.1目的洗孔完成后應(yīng)安裝阻漿塞，用壓力水進(jìn)行巖層裂隙的沖洗，直至回水清凈時為止。目的是希望將巖層裂隙或空洞里的風(fēng)化、軟弱的泥質(zhì)充填物沖出孔外，或是將其推移到灌漿范圍以遠(yuǎn)，以利于漿液結(jié)石與裂隙面膠結(jié)牢固。3.3.2沖洗方法①固結(jié)灌漿孔裂隙沖洗的方法：ⅰ單孔沖洗：當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時，對一個孔用壓力水沖洗或風(fēng)水聯(lián)合沖洗。ⅱ群孔沖洗：當(dāng)遇到復(fù)雜地質(zhì)條件時，對一組孔進(jìn)行風(fēng)、壓力水聯(lián)合或輪換沖洗。ⅲ揚(yáng)水沖洗：當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，把風(fēng)送入孔內(nèi)，待風(fēng)、水噴出時將孔內(nèi)的巖粉、泥質(zhì)物帶出孔外。②帷幕灌漿孔的裂隙沖洗方法：ⅰ壓力沖洗法：保持用一個壓力點(diǎn)的清水沖洗裂隙，直至孔內(nèi)返水潔凈時為止。ⅱ脈動沖洗法：先以設(shè)計沖洗壓力連續(xù)沖洗5～10min后，突然壓力降為零，在裂隙中形成反向水流，以期將充填物帶出。上述工作反復(fù)多次，直至孔內(nèi)返水潔凈為止?！豆嘁?guī)》要求，沖洗壓力可為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa。3.4壓水試驗(yàn)3.4.1壓水試驗(yàn)分類及計算①簡易壓水試驗(yàn)：比較簡單、容易的壓水試驗(yàn)簡稱簡易壓水試驗(yàn)。壓水壓力可為灌漿壓力的80%。壓水20min，每5min測讀一次壓入流量。用公式q=Q/(P*L)計算巖石透水率。其中：q——透水率（Lu(呂榮)）

Q——流量（L/min）P——壓力（MPa）L——段長（m）《灌規(guī)》規(guī)定，采用自上而下分段循環(huán)式灌漿法、孔口封閉法進(jìn)行帷幕灌漿時，各灌漿段在灌漿前，宜進(jìn)行簡易壓水試驗(yàn)。采用自下而上分段灌漿法時，各灌漿孔灌漿前可在孔底段進(jìn)行一次簡易壓水。固結(jié)灌漿孔灌漿前的壓水試驗(yàn)，孔數(shù)不宜少于總孔數(shù)的5%。②壓水試驗(yàn)：《灌規(guī)》規(guī)定，帷幕灌漿的試驗(yàn)孔、先導(dǎo)孔和基巖灌漿的檢查孔要求進(jìn)行正規(guī)壓水試驗(yàn)，采用單點(diǎn)法或五點(diǎn)法。3.5灌漿施工3.5.1灌漿設(shè)備灌漿設(shè)備包括：灌漿泵、攪拌機(jī)、儲漿機(jī)、濕磨機(jī)、灌漿自動記錄儀等。濕磨機(jī)：將配制好的水泥漿中的水泥顆粒再次磨細(xì)的機(jī)械。目前，國內(nèi)使用較多的濕磨機(jī)有SW—3型和GSM—Ⅲ型。濕磨細(xì)水泥漿的細(xì)度一般可達(dá)到D50=10～12um，比表面積可達(dá)7000㎝2/g以上。大循環(huán)三參數(shù)自動記錄儀安裝示意圖：該法的最大優(yōu)點(diǎn)：每段灌漿結(jié)束后不須待凝，可直接開鉆下一段，大大節(jié)省時間；多次復(fù)灌，有助于提高灌漿質(zhì)量。使用該法也有一定的約束條件：孔口封閉法適用于高壓水泥灌漿工程；孔口封閉器應(yīng)有良好的耐壓和密閉性能，在灌漿過程中灌漿管應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動和升降;孔口鑲鑄段以下3或4個灌漿段段長宜短，灌漿壓力遞增宜快；灌漿管外徑與鉆孔孔徑之差宜為10～20mm；3.5.3灌漿壓力的選定和控制①灌漿壓力的選擇：正確選定灌漿壓力，是較困難的。工程設(shè)計階段，確定灌漿壓力多數(shù)是先采用類比法?！痘炷林亓卧O(shè)計規(guī)范》規(guī)定，固結(jié)灌漿壓力在不抬動基礎(chǔ)巖體的原則下，經(jīng)論證采用無混凝土蓋重灌漿時，其灌漿壓力為0.2～0.4MPa，有蓋重時為0.4～0.7MPa。帷幕灌漿壓力應(yīng)通過試驗(yàn)確定，通常在帷幕孔頂段取1.0～1.5倍壩前靜水頭，在孔底段取2～3倍壩前靜水頭，但不得抬動巖體。在100um≦抬動值﹤200um時，灌漿升壓過程嚴(yán)格控制注入率小于10L/min，如果抬動值不再上升，逐級升壓，否則停止升壓；在抬動值≧200um時，停止灌漿，待凝8h后掃孔復(fù)灌。3.5.4漿液的配合比和濃度變換①配合比選擇：《灌規(guī)》規(guī)定，帷幕灌漿漿液的水灰比可選用5，3，2，1，0.8，0.6（0.5）；固結(jié)灌漿可采用3，2，1，0.6（0.5）。CV標(biāo)抗力體固灌：2，1，0.7，0.5。②濃度變換的原則ⅰ當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。ⅱ當(dāng)某級漿液注入量已達(dá)300L以上，或灌注時間已達(dá)30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級水灰比。ⅲ當(dāng)注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。3.5.5灌漿結(jié)束條件①帷幕灌漿的結(jié)束條件《灌規(guī)》規(guī)定：ⅰ采用自上而下分段灌漿法時，灌漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注60min,可結(jié)束灌漿。ⅱ采用自下而上分段灌漿法時，在該段最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。ⅲ采用孔口封閉灌漿法時，在該段最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注60～90min，可結(jié)束灌漿。②固結(jié)灌漿的結(jié)束條件《灌規(guī)》規(guī)定：在該灌漿段最大設(shè)計壓力下,當(dāng)注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。①導(dǎo)管注漿封孔法：適用于淺孔（孔深小于10m）和孔內(nèi)無涌水的灌漿孔?！豆嘁?guī)》中要求固結(jié)灌漿孔可采用此法。②全孔灌漿封孔法：全孔灌漿結(jié)束后先采用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)殘留余漿置換成水灰比為0.5：1的濃漿之后將灌漿塞卡在孔口進(jìn)行純壓式灌漿封孔。灌漿壓力可根據(jù)工程具體情況而定，一般不宜小于1.0MPa。采用孔口封閉法的帷幕灌漿孔多使用全孔灌漿法封孔。CV標(biāo)抗力體固灌封孔：終孔段灌漿結(jié)束后以0.5：1級濃漿置換孔內(nèi)稀漿，采用2.0MPa的壓力進(jìn)行灌漿封孔，延續(xù)灌注時間不小于30min。灌漿孔上部的空腔用人工回填砂漿封實(shí)。③分段灌漿封孔法：全孔灌漿結(jié)束后自下而上分段進(jìn)行純壓式灌漿封孔。分段長度為20～30m，灌漿壓力為相應(yīng)深度的最大灌漿壓力，持續(xù)時間一般為30min?？卓诙螒?yīng)為1h。這種封孔方法適用于采用自上而下分段灌漿、孔深較長和封孔較困難（如有涌水）的灌漿孔。帷幕灌漿的先導(dǎo)孔和檢查孔多采用此法。《灌規(guī)》要求各類灌漿孔的封孔質(zhì)量均應(yīng)進(jìn)行抽樣檢查。檢查的數(shù)量和合格標(biāo)準(zhǔn)各工程可據(jù)具體情況制定，一般抽查數(shù)量不宜超過總孔數(shù)的5%，若抽查不合格，應(yīng)加倍抽查。封孔檢查采取順原孔鉆取芯樣的方法。有的工程規(guī)定：獲取的水泥結(jié)石芯樣長度不應(yīng)低于孔深的95%，且結(jié)石完整，有一定的強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度不低于20MPa）。3.6原始記錄及資料整理3.6.1原始記錄①施工原始記錄有：鉆孔記錄、裂隙沖洗記錄、壓水試驗(yàn)記錄、灌漿記錄、封孔記錄以及變形觀測記錄等。②質(zhì)檢原始記錄有：孔位、孔深、鉆孔測斜記錄及灌漿材料、漿液密度、灌漿壓力、結(jié)束條件、封孔質(zhì)量檢查等記錄。3.6.2資料整理為及時掌握灌漿情況，便于設(shè)計、監(jiān)理和施工人員查閱有關(guān)資料，應(yīng)隨鉆孔灌漿施工的進(jìn)展，收集施工原始記錄并按程序予以整理、填報或繪制各類圖表。一般包括：灌漿成果一覽表、灌漿分序統(tǒng)計表、灌漿成果綜合統(tǒng)計表、灌漿成果綜合剖面圖。①灌漿成果一覽表：將一個孔或一個單元工程全部孔的施工成果（孔深、透水率、注漿量、注灰量、單位注入量、灌漿壓力、水灰比等參數(shù)）匯總在一起的明細(xì)表。②灌漿分序統(tǒng)計表：以一個單元工程（一個壩段或區(qū)段）為單位，分別將不同排、序的各灌漿孔的平均單位注灰量和透水率匯總，并將每個灌漿孔各段的單位注灰量和透水率按劃分的若干個區(qū)段進(jìn)行段次的統(tǒng)計。經(jīng)匯總統(tǒng)計后，可得出各排、序孔的平均單位注灰量和透水率以及各序孔在單位注灰量、透水率各區(qū)段的頻率分布情況。由此，可大致看出該單元工程隨排、序孔加密的灌漿效果。③灌漿成果綜合統(tǒng)計表：將單元工程或一個單位工程的灌漿分序統(tǒng)計表同排同序孔的平均單位注灰量和透水率以及其區(qū)間分布頻率再進(jìn)行匯總。由此表可大致看出該單位工程的灌漿呈現(xiàn)的規(guī)律和灌漿效果。④灌漿成果綜合剖面圖：為了將灌漿成果更形象化，通常將一個單元工程的灌漿孔的平面布置圖和垂直剖面圖畫出來，并把灌漿成果一覽表中的有關(guān)數(shù)據(jù)列在旁邊。從綜合剖面圖中，不僅可以看出各灌漿孔在平面上的相對位置，而且各個灌漿段分布的高程位置也能一目了然，同時各灌漿段施工成果也更加直觀，對分析灌漿成果、判斷地質(zhì)情況、指導(dǎo)灌漿施工都具有現(xiàn)實(shí)意義。3.7灌漿質(zhì)量檢查及工程質(zhì)量評價灌漿質(zhì)量檢查包括灌漿施工質(zhì)量檢查和灌漿效果的檢查。3.7.1施工質(zhì)量的檢查及評價①施工質(zhì)量的檢查按《水電水利基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級評定標(biāo)準(zhǔn)》﹙DL/T5113.1—2005﹚進(jìn)行檢查，應(yīng)按下表的要求執(zhí)行。

項(xiàng)類15.5檢查項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測方法主控項(xiàng)目1、鉆孔孔深不得小于設(shè)計孔深鋼尺、測繩量測2、灌漿灌漿壓力符合設(shè)計要求自動記錄儀、壓力表檢測灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計要求自動記錄儀或壓力表、量漿尺等檢測3、施工記錄、圖表齊全、準(zhǔn)確、清晰查看資料一般項(xiàng)目1、鉆孔孔序按先后排序和孔序施工現(xiàn)場查看孔位偏差≦10cm鋼尺量測終孔孔徑帷幕孔不得小于46mm，固結(jié)孔不宜小于38mm卡尺量測鉆頭孔底偏距符合設(shè)計要求測斜儀測取數(shù)據(jù)、進(jìn)行計算2、灌漿灌漿段位置及段長符合設(shè)計要求核定鉆桿、鉆具長度或用鋼尺、測繩量測鉆孔沖洗回水清凈、孔內(nèi)沉淀小于20cm觀看回水、量測孔深裂隙沖洗與壓水試驗(yàn)符合設(shè)計要求測量記錄時間、壓力和流量漿液及變換符合設(shè)計要求比重稱、量漿尺、自動記錄儀等檢測特殊情況的處理無特殊情況發(fā)生、或雖有特殊情況，但處理后不影響灌漿質(zhì)量根據(jù)施工記錄和實(shí)際情況分析抬動觀測符合設(shè)計要求千分表等量測封孔符合設(shè)計要求目測或鉆孔檢查②施工質(zhì)量的評定帷幕灌漿應(yīng)逐孔逐段進(jìn)行檢查，固結(jié)灌漿應(yīng)逐孔進(jìn)行檢查。ⅰ單個孔質(zhì)量評定合格：灌漿孔鉆孔及各段灌漿的主控項(xiàng)目全部符合標(biāo)準(zhǔn)，一般項(xiàng)目有70%的檢查點(diǎn)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)良：灌漿孔的主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目全部符合標(biāo)準(zhǔn)。ⅱ灌漿單元工程質(zhì)量等級評定合格：單元工程灌漿效果檢查符合要求，灌漿孔全部合格，優(yōu)良灌漿孔數(shù)小于70%。優(yōu)良：單元工程灌漿效果檢查符合要求，灌漿孔全部合格，優(yōu)良灌漿孔數(shù)大于或等于70%。③施工質(zhì)量的控制“質(zhì)控點(diǎn)”應(yīng)根據(jù)每個工程的具體情況來確定，一般來說，開孔前的孔位檢查，終孔時的孔深、孔斜檢測，灌漿結(jié)束時的壓力、注入率、屏漿時間，封孔后的掃孔檢查以及檢查孔的壓水試驗(yàn)均可作為質(zhì)控點(diǎn)。3.7.2灌漿效果的檢查①施工成果資料分析②檢測成果資料檢測成果資料包括：檢查孔的壓水試驗(yàn)、取芯成果（采取率、水泥結(jié)石填充密實(shí)程度以及芯樣力學(xué)性能試驗(yàn)等）、基巖的物探資料。《灌規(guī)》規(guī)定：帷幕灌漿工程的質(zhì)量應(yīng)以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，結(jié)合對施工記錄、成果資料的分析，進(jìn)行綜合評定；固結(jié)灌漿工程質(zhì)量的檢查宜采用測量巖體波速和巖體彈模的方法，也可采用鉆檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)的方法。3.7.3灌漿工程質(zhì)量的合格標(biāo)準(zhǔn)及評價《灌規(guī)》規(guī)定：①帷幕灌漿工程質(zhì)量的評定標(biāo)準(zhǔn)為：經(jīng)檢查孔壓水試驗(yàn)檢查，壩體混凝土與基巖接觸段及其下一段的透水率的合格率為100%，其余各段的合格率不小于90%。當(dāng)設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)為小于2Lu時，不合格試驗(yàn)段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定值的200%；當(dāng)設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)大于或等于2Lu時，不合格試驗(yàn)段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定值的150%，且不合格試驗(yàn)段的分布不集中。灌漿質(zhì)量可評定為合格。②固結(jié)灌漿質(zhì)量的評定標(biāo)準(zhǔn)為：試驗(yàn)段的合格率在85%以上，不合格試驗(yàn)段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定的150%，且不集中，灌漿質(zhì)量可評為合格。CV標(biāo)抗力體灌漿處理后巖體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)設(shè)計要求見下表：巖類

指標(biāo)聲波速度（m/s）聲波速度（m/s）灌后鉆孔變形模量E（GPa）單位透水率q(Lu)巖體完整性系數(shù)Kv大理巖Ⅲ2類巖體≧5000測點(diǎn)大于85%﹤4200的測點(diǎn)小于5%≧7.0≦3.0≧0.55Ⅳ2類巖體≧4600測點(diǎn)大于85%﹤3900的測點(diǎn)小于5%≧5.0≦3.0≧0.50砂板巖Ⅲ2類巖體≧4800測點(diǎn)大于85%﹤4100的測點(diǎn)小于5%≧6.0≦3.0≧0.55Ⅳ2類巖體≧4500測點(diǎn)大于85%﹤3800的測點(diǎn)小于5%≧4.2≦3.0≧0.503.8排水孔和揚(yáng)壓力觀測孔當(dāng)一個或幾個單元工程的帷幕灌漿結(jié)束后，并已經(jīng)檢查孔壓水試驗(yàn)驗(yàn)證合格后，混凝土重力壩和拱壩即可在帷幕下游側(cè)鉆設(shè)壩基排水孔和基礎(chǔ)揚(yáng)壓力觀測孔。3.9基巖灌漿工程的完工驗(yàn)收3.9.1完工驗(yàn)收時應(yīng)具備的條件①灌漿工程的單元工程和分部工程施工及檢查已完成，并進(jìn)行了工程質(zhì)