水工帷幕灌浆施工工艺技术

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1、水工帷幕灌浆施工工艺技术在岩石地基上建坝，为了防止坝基渗漏，常采用帷幕灌浆。灌浆结合排水是减少坝基渗漏、降低坝基扬压力的有效方法。基岩透水性强，灌浆帷幕防渗效果显著，宜以“阻”为主；基岩透水性弱，宜以“排”为主。在断层、挤压破碎带、泥化夹层等部位仍宜以“阻”为主，在幕后主排水孔中还应采取措施，防止细颗粒土流出。根据多年实践经验，在透水性较大地段，防渗帷幕常能使坝基幕后扬压力降低到0.5H（H为水头）左右；防渗帷幕再结合排水则可降低到（0.20.3）H；若再采取抽排措施。扬压力将会更小。一、帷幕灌浆的几个重要问题（1）认真查明地质情况。这是进行设计的重要关键，特别是对于喀斯特、裂隙、断层、破碎带

2、、泥化夹层等不良地质，更应进行重点勘探。实践证明，顺河断层，特别是陡倾角断层，是库水易渗漏的通路，即使是规模小的断层，只要是穿过帷幕，就应重视。因为处理不好，常会使幕后扬压力值增大。遇到大的可断层，除彩结构措施外，还应采取有效的防渗措施。例如，彩加密孔灌浆，在帷幕上游断层所在部位采用深孔固结灌浆或建造防渗井等。（2）做好灌浆试验。在地质条件复杂而坝又较高的情况下，常在施工现场选择有代表性的地段进行灌浆试验，以试验所得的成果作为防渗帷幕设计的主要依据。我国三门峡、潘家口、乌江渡、龙羊峡、红枫、隔河岩、二滩等几十座大坝均在工地进行了比较全面和细致的灌浆试验，保证了帷幕灌浆设计和施工的顺利进行。（3

3、）根据帷幕线上各部位不同的地质条件以及该部位水工建筑物对防渗帷幕的具体要求，分地段进行帷幕设计，在排数和孔距方面应有所差别。（4）帷幕设计最基本的地质资料是帷幕线上的工程地质和水文地质，但位于帷幕线上的勘控孔有时较少，多利用其附近勘控孔推断，精度不够。所以在帷幕灌浆施工中，还应分地段布设必要数量先导孔，据以验证设计的正确性和合理性，必要时应对灌浆孔的孔距和孔深进行修改和调整，使之更加符合实际。二、灌浆帷幕主要参数1、灌浆帷幕的防渗标准进行灌浆帷幕设计时，确定防渗标准是首要一环。帷幕的防渗标准取决于枢纽布置、坝型、坝高、地质条件、水库渗漏损失的经济价值等，着重点是工程安全、大坝地基的渗流稳定和水

4、库渗漏损失的经济价值。东风薄拱坝建于喀斯特地区，最大坝高162m，靠近右坝肩有地下厂房坝基帷幕防渗标准见表1112。由表11-12可见，该工程防渗的重点地段是河床和两岸坝肩以及右岸地下厂房上游，因此防渗标准也较高。2、灌浆帷幕的形式和深度（1）接地式帷幕。灌浆帷幕深入基岩中的相对不透水岩层，基本上全部截断渗流，这种帷幕的防渗效果好。帷幕深度由相对不透水岩层的位置确定。高坝在河床及左右坝肩近河床地段均宜采用这种形式。（2）悬挂式帷幕。在相对不透水岩层埋藏深的地段，帷幕深度难以达到相对不透水岩层，这种帷幕的防渗效果相对较差。国内一些大坝，悬挂式帷幕深度一般约为坝高的50，其变化范围多在3070之间

5、。喀斯特发育地区有时达到1倍坝高或以上。帷幕的形式和深度应根据大坝基岩地质条件和对基岩防渗的要求以及其他一些因素综合确定。同一座坝由于各个地段具体条件不同，帷幕的形式和深度也不完全相同。例如朱庄水库浆砌块石重力坝，坝高100m，在河床部位帷幕深度进入相对不透水岩层5m，而在左岸坝肩部位，坝高自该处岩面算起仅2030m，虽基岩岩石破碎，透水性大，但由于相对不透水岩层埋藏很深，所以选用悬挂式帷幕，幕深定为该地段坝高的1倍左右。高坝基岩灌浆帷幕常深入两岸坝肩，为不使钻孔深度在大，常在两岸分层开挖灌浆平洞，在平洞内进行钻孔灌浆。3、灌浆帷幕的厚度和灌浆孔的排数灌浆帷幕厚度和灌浆孔排数的确定，至今尚未有

6、一个统一的准则，实际上这个问题与地质条件、灌浆压力和防渗标准密切相关。如果地质条件不良而防渗标准又较高，例如要求透水率q小于1Lu，灌浆孔的排数可为三排。采用高压灌浆时，扩散半径增大，也可为双排；如果地质条件又较好，可采用单排。我国一些高坝在河床地段，防渗标准常定为透水率q小于1Lu，故多布设三排或双排孔，其中一排为主孔，深达相对不透水岩层，其他排孔的深度根据地质条件，有的与主孔相同，成为均厚式帷幕，有的较浅，为主孔深度的1223，成为阶梯式帷幕。对高坝帷幕灌浆或遇到复杂情况难于确定排数和孔距时，宜进行现场灌浆试验或施工初期的试验性灌浆确定。4、灌浆压力灌浆压力是保证和控制灌浆质量提高灌浆效果

7、的一个重要因素，使用较高的压力有利于提高灌浆质量和效果，但应注意防止混凝土抬动和不使岩体开裂引起永久变形。我国70年代后修建的高坝，一般均采用高压灌浆。大型工程和地质条件复杂时，灌浆压力宜通过灌浆试验确定。三、压水试验地基的渗透性一般有两种表示的方法：一为渗透系数K，其单位为m/d或cm/s，常用于土层或砂砾石层；另一种为单位吸水率L（minmm）透水率q（Lu），常用于岩石。我国5080年代使用单位吸水率，直至1992年SL25-91压水试验规程发布，为与国际通用标准相一致，开始改用透水率。渗透系数K多使用抽水或注水试验方法求得，而单位吸水率或透水率则使用压水试验方法求得。本文统一使用透水率

8、表示。渗透系数K和透水率q两者之间并无确定的相关关系，但有时为考虑问题方便起见，通过国内外各工程的实践，两者之间的近似关系可为1Lu =(1.32.3)105 cm/s。 单位吸水率现改为透水率q，单位为Lu ，1Lu 0.01 L（minmm）。1、压水试验的应用SL6294(规范对压水试验作了如下规定： “ 帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，先导孔应自上而下分段进行压水试验。压水试验采用五点法或单点法。各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前宜进行简易压水。“ 帷幕灌浆检查孔应自上而下分段卡塞进行压水试验，试验采用五点法或单点法。” 2、压水试验所用压力值SL6294规范对此的规定见表1113。3、

9、压力试验测试方法有些工程在灌浆试验的检查孔中进行了如下三种压水测试。（1）防渗性能检查，逐级做压水试验。与前述帷幕灌浆检查孔中所进行的相同。（2）耐久性能检查，全孔一次进行，以23倍坝前最大设计水深的压力向检查孔内进行压水，持续时间可为4872h甚至更长，观察压入水量有无变化，初步检验幕体的密实性与耐久性。如压入水量没有变化或变化很小，则认为耐久性能良好。（3）破坏性能检查，全孔一次进行，将压力逐级升高，观察压入孔内的水量，有无突然增大情况，以求得造成幕体破坏时的压力值。四、灌浆技术措施灌浆设备主要有水泥浆搅拌桶、灌浆机（泵）、管路、灌浆塞等。有的灌浆机附有水泥浆搅拌桶，有的搅拌桶由工地自行制

10、造。搅拌桶由上下两个筒体及拌灰装置、传动装置组成，容量一般在100200L之间。对搅拌筒的要求是连续地进行高速搅拌，保证灌浆不间断地工作，桶内水泥浆不会分离和沉淀。灌浆管路有内外管、返浆管及高压输浆管，要求管子有足够的耐压强度，便于拆装。灌浆塞是水泥灌浆孔的一种堵塞装置，装在灌浆管的头部，其作用在于能分隔密封灌浆孔，进行分段灌浆。灌浆机是灌浆的主要设备，灌浆质量在一定程度上取决于灌浆机的工作情况。一般灌浆机有活塞式及气压式两种，目前已有较为轻便的液压式，但前者应用较广。有的工程专用灌浆机不足，可采用钻探用的BW25050型的泥浆泵来代替灌浆泵，并配以适当容量的拌浆筒。（1）灌浆方法有下述几种：

11、 按浆液的灌注流动方式分为纯压式和循环式（图112）。纯压式浆液全扩散到岩石的裂隙中去，不再返回灌浆桶，适用于裂隙发育而渗透性大的孔段；循环式浆液在压力作用下进入孔段，一部分进入裂隙扩散，余下的浆液经回浆管路流回到浆液搅拌筒中去。循环式灌浆使浆液在孔段中始终保持流动状态，减少浆液中颗粒沉淀，灌浆质量高，国内外大坝岩石地基的灌浆工程大都采用此法。按灌浆孔中灌浆程序可分为一次灌浆和分段灌浆两种方法。一次灌浆用在灌浆深度不大，孔内岩性基本不变，裂隙不大而岩层又比较坚固的情况下，可将孔一次钻完，全孔段一次灌浆。分段灌浆是用在灌浆孔深度较大，孔内岩性又有一定变化而列隙又大时，因为裂隙性质不同的岩层需用不

12、同浓度的浆液进行灌浆，而且所用的压力也不同。此外，裂隙大则吸浆量大，灌浆泵不易达到冲洗和灌浆所需的压力，从而不能保证灌浆质量。在这种情况下，可将灌浆孔划分为几段，分别采用自下而上或自上而下的方法进行灌浆。灌浆段长度一般保持在5m左右。自下而上分段灌浆的灌浆孔，可一次钻到设计深度。用灌浆塞按规定段长由下而上依次塞孔、灌浆，直到孔口（图113）。此法允许上段灌浆紧接在下段结束时进行，这样可不用搬动灌浆设备，比较方便。自上而下分段灌浆法的施工步骤如（图114）所示。这种方法的灌浆孔只钻到第一孔段深度后，即进行该段的冲洗、压水试验和灌浆工作。经过待凝规定时间后，再钻开孔内水泥结石，继续向下钻第二孔段，

13、进行第二孔段的冲洗、压水试验和灌浆工作。依次反复，直到设计深度。此法的缺点是钻机需多次移动，每次钻孔要多钻一段水泥结石，同时必须等上一段水泥浆凝固后方能进行下一段的工作。其优点是：从第二孔段以下各段灌浆时可避免沿裂隙冒浆；不会出现堵塞事故；上部岩石经灌浆提高了强度，下段灌浆压力可逐步加大，从而扩大灌浆有效半径，进一步保证了质量；此外，也可避免孔壁坍塌事故。上述分段灌浆的两种方法，如果遇到地表岩层比较破碎，下部岩层比较完整时，在一个孔位可将两种方法混合使用，即上部采用自上而下、下部采用自下而上的方法来进行灌浆。（2）灌浆材料的选择和浆液浓度的控制： 岩石地基的灌浆一般都采用水泥灌浆。水泥灌浆的主

14、要材料是由水泥和水拌制而成的水泥浆。水泥品种的选择及其质量要求：对无侵蚀性地下水的岩层，多选用普通硅酸盐水泥；如遇有侵蚀性地下水的岩层，以采用抗硫酸盐水泥或矾土水泥为宜。水泥的标号应大于325。为提高岩基灌浆的早期强度，我国坝基帷幕灌浆一般多用425#水泥。对水泥细度的要求为水泥颗粒的粒径要小于1/3岩石裂隙宽度，灌浆才易生效；一般规定，灌浆用的水泥细度，应能保证通过0.08mm孔径标准筛孔的颗粒重量不小于85%95%。灌浆过程中，必须根据吸浆量的变化情况，适时调整浆液的浓度，使岩层的大小裂隙既能灌满又不浪费。开始时用最稀一级浆液，在灌入一定的浆量没有明显减少时，即改为用浓一级的浆液进行灌注，

15、如此下去，逐级变浓直到结束。（3）灌浆压力及其控制方法： 灌浆压力通常是指作用在灌浆段中部的压力。确定灌浆压力的原则是：在不致破坏基岩和坝体的前提下，尽可能采用比较高的压力。因为压力高，可以使浆液更好地压入细小的缝隙内，增大浆液的扩散半径，析出多余的水分，提高灌注材料的密实度。但是，灌浆压力也不能过高，否则会使裂隙扩大，引起岩层或坝体的抬动变形。灌浆压力的大小与孔深、岩层性质和灌浆段上有无压重等因素有关，国内工程上目前常用下式进行计算式中：P灌浆压力Pa P0基岩表层的允许压力Pa，可由表1114中查得； D灌浆段以上岩层的厚度m； M灌浆段以上岩层每增加一米所能增加的压力，Pam，也可由表1

16、1-14查得； h灌浆孔以上压重的厚度m；r压重的容重kgm2； K系数，可选用13。根据公式或以往类似工程经验所确定的灌浆压力，只能作为事先估算的一种依据。在实际工程中，由于具体条件千变万化，灌浆压力往往需要通过试验来确定，并在灌浆施工中进一步检验和调整。灌浆的结束条件是用两个批标来控制。即：一个是残余吸浆量，又称最终吸浆量，即灌到最后的限定吸浆量；另一个是闭浆时间，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：在设计规定的压力之下，灌浆孔段的单位吸浆量小于0.2L/min，延续3060min以后，就可结束灌浆。有的工程，由于岩层的细小裂隙过多，在高压作用

17、下，后期吸浆量虽不大，但延续时间很长，仍达不到结束标准，且回浆有逐段变浓的现象。这说明受灌的细小裂隙只进水不进浆，或只有细水泥颗粒灌入而粗颗粒灌不进。在这种情况下，或者改变水泥细度，或者经过两次稀释浓浆而仍达不到结束标准，确认只进水不进浆时，再延续1030min，就结束灌浆。五、回填封孔技术措施在各孔灌完后，均应很好地回填封孔，将钻孔严密填实。回填材料多用水泥浆或水泥砂浆。砂的粒径不大于12min，砂的掺量一般为水泥的0.752倍。水灰比为0.5：1或0.6：1。机械回填法是将胶管（或铁管）下到钻孔底部，用泵将砂浆或水泥浆压入，浆液由孔底逐渐上升，将孔内积水顶出，直到孔口冒浆为止。要注意的是软

18、管下端必须经常保持在浆面以下。人工回填法与机械压浆回填法相同，但因浆液压力较小，封孔质量难以保证。六、特殊情况的处理方法1、灌浆中断的处理方法（1）因机械、管路、仪表等出现故障而造成灌浆中断时，应尽快排除故障，立即复恢灌浆。否则应冲洗钻孔，重新灌浆。（2）恢复灌浆时，如注入量较中断前减少较多，应使用开灌比级的浆液进行灌注。按依次换比的规定重新灌主。（3）恢复灌浆后，若停止吸浆，可用高于灌浆压力0.14MPa的高压水进行冲洗而后恢复灌浆。2、串浆处理方法（1）相邻两孔段均具备灌浆条件时，可同时灌浆。（2）相邻两孔段有一孔段不具备灌浆条件，首先给被串孔段充满清水，以防水泥浆堵塞凝固，影响未灌浆孔段

19、的灌浆质量。并用大于孔口管的实心胶塞放在孔口管上，用钻机立轴钻杆压紧。3、冒浆处理方法（1）混凝土地板面裂缝处冒浆，可暂停灌浆，用清水冲洗干净冒浆处，再用棉纱堵塞。（2）冲洗后用快干地勘水泥加氯化钙捣压封堵，再进行低压、限流、限量灌注。4、漏浆处理方法（1）浆液在延伸较远的大裂隙通道渗漏在山体周围，可采取长时间间歇（一般在24h以上）待凝灌浆方法灌注。如一次不行，再进行二次间歇灌注。（2）浆液在大裂隙通道渗漏，但不渗漏到山体周围，可采用限压、限流与短时间间歇（数十分钟）灌浆。如达不到要求，可采取长时间间歇待凝，然后限流逐渐升压灌注。一般反复!#次即可达到结束标准。5、固管处理方法灌注水灰比1：

20、1以下的浓浆时，容易发生固管现象。如采用小口径孔口封闭自上而下分段循环灌浆法施工，可解决固管问题。6、溶洞和暗河的处理方法（1）溶洞内如有粘土填充且稳定性较好，可不必清除，按常规浆液灌注即可，如填充物不密实、不稳定，应冲洗清除，然后投砂、砾石骨料回填再灌注水泥浆液。（2）溶洞、暗河通道、漏浆量很大，可采用布袋法灌注。将浓浆灌入布袋内封好袋口丢入孔内。边投砂、砾石骨料，边投布袋浓浆，边灌双液浆（加速凝剂的浆液）。待通道基本堵塞，待凝48h后再扫孔，按常规方法灌注水泥浆液。七、质量检查1、质量评定灌浆质量的评定，以检查孔压水试验成果为主，结合对竣工资料测试成果的分析，进行综合评定。每段压水试验吕荣

21、值满足规定要求即为合格。2、检查孔位置的布设（1）一般在岩石破碎、断层、裂隙、溶洞等地质条件复杂的部位、注入量较大的孔段附近、灌浆情况不正常以及经分析资料，认为对灌浆质量有影响的部位。（2）检查孔在该部位灌浆结束37d后就可进行。采用自上而下分段进行压水试验，压水压力为相应段灌浆压力的80%。检查孔数量为灌浆孔总数的10%，每一个单元至少应布设一个检查孔。3、压水试验结束检查孔压水试验结束后，按技术要求进行灌浆和封孔，检查孔应采取岩心，计算获得率，并进行描述。4、压水试验检查压水试验检查，坝体混凝土和基岩接触段及其下一段的合格率应为100，以下各段的合格率应在90,以上，不合格段透水率值不得超过设计规定值的100，且不集中，灌浆质量可认为合格。5、抽样检查对封孔质量宜进行抽样检查。