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灌浆施工简介第一节 灌浆施工概述：一灌浆的概念： 灌浆是通过预先在岩石、土壤或者建筑物中设置的钻孔或者是灌浆管，利用灌浆机将一定配比的浆液施加一定的压力灌进地基的裂缝孔隙或者建筑物自身的裂缝中，使其胶结成密实坚固而不透水的整体的工作。二.灌浆技术的发展： 灌浆施工是近几十年才发展起来的施工技术。最早的应用是在修建水闸、船坞工程中，当时是在压力作用下，将粘土类的浆液灌入到闸基和船坞边墙以及地板的孔隙内，以后，在修建矿井、隧洞和大坝等工程中，逐渐加以使用。灌浆材料也由粘土发展到使用水泥、化学材料。由于灌浆效果较好，适用性较大，施工比较简单，也比较经济，因此灌浆技术得到广泛推广。三.灌浆的基本分类：（一）按灌浆目的不同分：1.固结灌浆： 例如大坝的坝基、隧洞的围岩节理裂隙发育、软弱破碎，承载力低，通过灌浆处理，使其完整性提高，承载力提高的灌浆；2.帷幕灌浆： 大坝坝基节理裂隙发育、软弱破碎，渗透性大，通过灌浆处理，使其密实，从而提高防渗能力的灌浆；3.接触灌浆： 大坝坝体与天然坝基的结合面，一般是自然的防渗薄弱面，抗滑稳定的薄弱面，通过灌浆处理，可提高接触防渗能力，提高抗滑能力；4.裂缝补强灌浆： 混凝土建筑物出现裂缝，往往整体性降低，强度降低，通过灌浆，恢复应有的整体性和强度。5.大坝劈裂灌浆： 例如均质土坝坝体、心墙坝的心墙防渗能力不足时，沿着坝轴线布置灌浆孔，利用灌注泥浆的压力，有控制性的将坝体劈开，并灌注泥浆，使之形成一道近于竖直的，而且连续的浆体防渗帷幕，以解决土坝坝体的渗透稳定问题；6.地基高压喷射灌浆： 这是利用高压射流的冲切作用，将原来的地层结构破坏，利用水泥浆或者粘土浆与被灌地层中的土、沙、石掺混，从而形成具有近似于水泥沙浆或者混合沙浆强度的凝结体，使其形成地下的连续板墙，以达到防渗和加固地基的目的。7.回填灌浆： 隧洞开挖后形成的自然轮廓表面，很难达到一致的光华平整，衬砌结构与围岩之间必然结合不好，使衬砌受力传力不均，在衬砌施工完成以后，在衬砌顶部钻孔灌浆，充填衬砌与围岩之间的孔隙，以改善衬砌的受力条件。（二）按浆液材料不同分：1.粘土灌浆：（1）对土的总体要求： 一般用粘土或者亚粘土，应具有遇水崩解，吸水膨胀，有一定的稳定性，有一定的粘结力的特点。（2）土料选择： 灌浆部位的原材料不同，灌浆使用的土料要求也不同。1）坝体灌浆： 原则上要用与坝体相同的土料，若改换土料，一般应控制有关参数要合适，如粘粒含量2045%、粉粒含量4070%、沙粒含量不大于10%、塑性指数1025。2）沙砾石地基灌浆： 如粘粒含量不少于4050%、粉粒含量不超过4550%、沙粒含量（粒径0.050.25毫米）不大于5%、塑性指数1020。（3）浆液配制： 纯粘土浆配制很简单，将选择的土料经过浸泡、搅拌、筛滤净化以后，拌和而成。但是，为了提高灌浆效果，很多灌浆很少用纯粘土浆，一般都掺加水泥，这就要适当控制水泥的用量。一般情况，水泥与土料的比例为1：11：4；浆液的稠度（水和干料的比例）为：1：16：1。2.水泥灌浆： 水泥灌浆应用非常广泛，主要原因是它具有胶凝性好，粘结石块强度高，施工比较方便，成本也比较低。（1）对水泥的要求： 颗粒要细，稳定性要好，胶结性要强，耐久性要好。（2）水泥品种选择： 选择原则应符合灌浆目的的要求。一般灌浆用硅酸盐类水泥，回填灌浆、帷幕灌浆、固结灌浆、接缝灌浆所用的水泥标号不低于325、425、525号。有特殊要求的，可选用特种水泥。矿渣水泥、火山灰水泥不宜用于灌浆，原因是，这类水泥早期强度低，稳定性较差。（3）对水泥颗粒的要求： 为了保证灌浆效果，水泥颗粒的粒径要小于裂隙宽度的1/31/5，因为，水泥颗粒细，不仅容易灌入细微裂缝，扩大灌浆范围，而且浆液稳定，不容易产生沉淀分离，水化反应充分，强度高，胶结牢固。（4）浆液掺和材料： 为了节省水泥，一般在浆液配制时，掺入适量的沙、粘土、粉煤灰等惰性材料。在帷幕灌浆中，为提高灌浆的密实性，在浆液中通常掺入适量的铝粉、膨润土或者其他高塑性粘土的细粒料。为了提高浆液的可灌性、流动性，在浆液中可掺入适量的减水剂（塑化剂）等表面活性材料。3.其他灌浆： 除粘土灌浆外，还有化学灌浆和沥青灌浆。但是它们的使用受到一定的限制。例如化学灌浆是用高分子材料配制成的溶液作为浆液的一种新型灌浆。它的胶凝时间、固结时间、硬化时间都可以比较准确的控制有利于施工而且化灌聚合体几乎是不透水的，防渗性很强，化灌聚合体的自身强度和粘结力也比较大。但是化灌材料大多数有毒性，污染环境，同时，施工工艺比较复杂，价格比较昂贵，所以使用受到限制。一般情况下，化学灌浆只用于不适宜粘土灌浆和水泥灌浆的场合。有关化学灌浆的材料、相对经济指标、适用范围可参考教材84页表51。不同化灌材料的配制和应用请自看教材，工作以后可以查阅有关材料手册。第二节.岩基灌浆一.岩基灌浆的种类： 在岩基上建筑大坝，对坝基往往需要进行固结灌浆、帷幕灌浆，有的还进行接触灌浆，在大坝浇注前，若先铺设一层水泥沙浆垫层，就不再进行接触灌浆，工程中一般这样做。（一）固结灌浆：1.目的： 将坝基岩石破碎、裂隙发育的岩石胶结起来，以提高岩基的整体性、均匀性，承载能力。2.范围： 坝基裂隙发育，岩石破碎的全部范围（范围较大）。3.钻孔深度： 一般510米（较浅）。4.灌浆压力： 一般较小，在坝体浇注前灌浆，灌浆压力一般控制0.20.5MP，在浇注部分坝体以后灌浆，灌浆压力一般控制0.30.7MP。5.灌浆时间： 有的在大坝浇注之前浇注，但是，由于坝基面裸露，在灌浆压力的作用下，岩基表面会出现冒浆、漏浆，表层岩石容易被抬动，反而破坏了整体性，降低了承载能力。因此更多的是在大坝先浇注12层混凝土后，再在浇注的混凝土上钻孔灌浆，这样，岩基面上有了压重，可以提高灌浆压力，也不会冒浆、漏浆，灌浆质量会大大提高。（二）帷幕灌浆：1.目的： 充填岩基中的裂隙，浆液与基岩胶结后形成一道不透水的阻水幕墙，以达到减少坝基渗漏和降低作用在坝底的扬压力，这道幕墙就叫帷幕。2.范围： 只在坝基靠近上游钻13排孔进行灌浆。（范围较小）3.钻孔深度： 一般较深。4.灌浆压力： 一般较大，在坝基表层段灌浆压力一般不小于11.5倍的最大工作水头，在靠近帷幕的底部，灌浆压力一般不小于23倍的最大工作水头。5.灌浆时间： 一般在大坝浇注一定高度或者大坝施工完成以后，在大坝的廊道里进行钻孔灌浆，这种灌浆，既不影响大坝的浇注施工，又可以在大坝有了一定高度的压重混凝土以后钻孔灌浆，因此，灌浆压力可以大大增加，帷幕灌浆质量能够得到保证。二.灌浆施工工序： 一般分钻孔、冲洗、压水试验、灌浆等四道工序。（一）钻孔：1.钻孔要求： 钻孔质量对灌浆质量有一定的直接影响，因此一般要求：1）孔向不能偏斜，孔深一定足够； （符合设计要求，孔向偏斜孔深就不足，灌浆帷幕就可能达不到不透水层，从而留下缺口，形成漏水通道，降低防渗效果。）2）孔径均一，孔壁平整： （这样，灌浆塞容易卡紧，灌浆时不会出现返浆现象）3）钻孔尽量少产生岩粉细稍； （岩粉细稍产生的少，孔壁裂隙堵塞的少，灌浆质量就容易得到保证）。2.钻孔机械： 一般都用专门钻孔机，这类钻孔机有回转式钻孔机、风钻式钻孔机、架钻式钻孔机等，根据钻孔深度的需要，可以从中选择。3.钻孔放样： 钻孔前，一般用测量仪器先放出建筑物的边线或者中线以后，再用钢尺放出灌浆孔位置。并应测出各个孔的高程。4.钻孔要求： 原则要求钻孔尽可能多的与岩石裂隙、岩石层理相互交叉。倾角大的裂隙一般打斜孔，倾角小于40度的打直孔。通常打直孔比打斜孔可提高工效3050%，因此，最好多打直孔。孔壁要正直均匀，特别是深孔帷幕，当孔距较近时，应注意测斜工作，一般在开始钻进1020米必须测斜一次，然后要进行抽查，并根据具体情况决定是否继续测斜工作。帷幕灌浆孔允许的斜度偏差值一般为：孔深20米，偏差0.3；孔深40米，偏差0.8；孔深60米。偏差1.8（偏差值均为最大允许值，以孔深的百分数计）。5.钻孔方向的控制措施：（1）钻机机台要平稳，钻进时机身不晃动：（2）钻机立轴方向要准确，稳定钻机时，可用钻锤通过钻机立轴中心对准孔位，并安设孔口定向管，其长度不应短于3米；（3）采用加重减压钻进，即在钻具上加重，利用给进把平衡器减压；（4）钻机立轴转数控制在每分钟140170转，避免离心力过大，同时钻具长度最好不短于9米；（5）在钻杆上，每隔34米，加设导向胶皮圈，防止钻具甩动；（6）开孔6米范围内，要低速、小压力钻进，立轴钻杆的上余部分不宜过长，避免摆动；（7）钻进中遇到换径、换层，不论岩性如何变化，均应适当减速；（8）随时注意改进钻孔操作方法。（二）冲洗：1.冲洗的目的： 钻孔时产生的岩粉会残留在孔底和孔壁上，若不冲洗，会也许灌浆的质量，因此，冲洗的目的是将岩层裂隙和空洞中的岩粉和其他充填物冲洗干净，以确保灌浆的质量。2.冲洗基本方法： 一般分单孔冲洗和群孔冲洗。（1）单孔冲洗：1）适用条件： 一般用于岩层比较完整，裂隙不太发育的情况。2）单孔冲洗的基本方法： 一般采用高压水冲洗、高压低压反复冲洗、扬水冲洗。A.高压水冲洗： 冲洗压力，一般控制相当于同段灌浆压力的7080%左右，在规定的压力下，回水达到完全清洁、没有杂质，冲洗流量稳定20分钟即可停止。B.高压、低压反复冲洗（也叫高压脉冲冲洗）： 该法首先用同段孔的最大灌浆压力的7080%作为冲洗压力，冲洗大约5分钟左右后，将冲洗压力突然降到0，此时会造成反向脉冲水流，将裂隙中的杂物带出，回水呈浑浊流。当回水由浑浊变清后，再将冲洗压力加大到原有压力，维持几分钟后，再突然降为0，如此一升一降，反复冲洗，直到连续在30分钟内不再出现混水为止。实践证明，冲洗时，压力差越大，冲洗效果越好。C.扬水冲洗： 这种方法是将铁管下入钻孔底，通入压缩空气，使孔内的气、水混合物即喷出孔外，同时也将孔底的杂物带出。该法在断层破碎带地区，冲洗效果比高压水冲洗好的多。此法一般通入5个大气压的风压。它适用于地下水丰富和地下水位高的钻孔冲洗。（1）群孔冲洗：1）适用条件： 一般用于岩层破碎、断层裂隙互相串通的地质情况。2）冲洗方法： 以一孔或者数孔作为进水孔，向孔中压水或者压气，也可以水中掺气，以群孔中的另一孔作为出水排污孔，直到排出的为清水为止。有时，为了更好的冲洗，将原出水孔冲洗以后，再改为进水孔，原进水孔轮流改为出水孔，这样可以达到反复冲洗的目的。（三）压水试验：1.压水试验的目的：（1）灌浆前进行压水试验： 以测定岩层的裂隙情况和漏水量的大小，了解岩层的渗透性，为灌浆设计提供依据；（2）灌浆后进行压水试验： 以检查灌浆的质量和效果。2.压水试验基本方法： 用单位吸水率代表岩层的渗透特性，既在单位压力下，单位孔长，在单位时间内岩层的吸水量（具体指，在每米水柱压力下，每米试验孔段的长度，在每分钟内压入的流量）。3.单位吸水率计算公式： W=Q/LS 式中： W单位吸水率，（L/min.m.m）； Q压入流量，（L/min）； L试验孔段长度，m； S试验压力，以计算水头计，m。（四）灌浆施工：1.灌浆设备： 一般包括灌浆机、拌浆筒、输浆管、灌浆塞、压力表及其他附属设备。现简要介绍几种主要设备：（1）灌浆机： 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。灌浆机一般有活塞式、气压式、液压式三种。活塞式灌浆机过去应用比较普遍。活塞式灌浆机按灌浆泵的缸体轴线方向不同又分为立式和卧式两种。立式的一般都是单缸的，而卧式的又有单缸和双缸两个类型。它们的工作原理请在今后的工作实践中去领会理解（2）输浆管： 输浆管主要有钢管和胶管两种。钢管适应变形能力差，也不容易清理，因此，一般还是多用胶管，但是，在高压灌浆时，仍然需要使用钢管。胶皮管一般能承受612个大气压，若压力再大，可能会由管缝漏水，这时，需采用3毫米厚、直径在100毫米内的无缝钢管，钢管一般可以承受50个以上的大气压。用软钢丝加固的胶皮管，大约能承受2025个大气压。（3）灌浆塞： 灌浆塞又叫阻塞器。它是用来堵塞灌浆段和上部联系的比不可少的堵塞物，以避免翻浆、冒浆、以及不能升压，而影响灌浆质量。灌浆塞的形式也很多，一般用富于弹性、耐磨性能比较好的橡皮制成。灌浆塞一般由4个胶皮圈组成，串装在管外，被夹紧在底座与顶座之间，借助孔口的丝杆将其压紧而扩张，使胶皮圈与孔壁紧贴，以达到阻止浆液沿着孔壁冒出的目的。2.钻灌次序： 固结灌浆和帷幕灌浆的钻孔灌浆都是遵循分序加密的原则进行的。首先进行第一次序的钻孔灌浆（如图中1号），然后在已经灌浆的孔间进行第二次钻孔灌浆（如图中2号）。如果岩层吸水率还没有降到设计规定值，再进行第三次序钻孔灌浆（如图中3号）。如此逐渐加密，直到符合设计要求为止。3灌浆方式：按照灌浆时浆液是否部分返回地面和重复使用，灌浆方法分纯压式、循环式两种。（1）纯压式灌浆： 这种方法是用单根灌浆管将浆液压入钻孔而不返回循环。该法的优点是：设备比较简单，操作比较方便。缺点是：灌浆流速小，水泥、粘土类的浆液，容易产生沉淀，容易堵塞管道和岩石裂隙，灌浆效果较差。适用条件是：有较大的裂隙，吸浆量较大，钻孔深度在1215米的情况。由于化学灌浆都是稀溶液，不存在中途沉淀的问题，所以，化学灌浆都采用纯压式灌浆。（2）循环式灌浆： 这种方法是用内外两管同时插入钻孔，把浆液压入钻孔后，一部分进入到岩石裂隙，一部分多余浆液可以从内外管之间的空隙返回到孔外，经过回浆管路返回浆液的拌和筒，或者进入到其他的钻孔中去。该法的优点是：由于浆液始终处于流动状态，而不会产生沉淀，因此灌浆效果好。同时可以根据进浆与回浆的浆液比重的差值，对岩层的吸浆情况作出判断。缺点是：设备和操作比较复杂。适用条件是：水泥、粘土类的浆液一般采用该法。3.灌浆顺序： 灌浆顺序有一次灌浆法、分段灌浆法、综合灌浆法等。（1）一次灌浆法： 这种方法是将灌浆孔一次钻到底（设计深度），在孔口设置灌浆塞，沿钻孔全长进行灌浆，此法施工简单，但是灌浆效果差，一般只适用于孔深小于10米，岩层裂隙较少，透水性不大的情况。（2）自上而下分段灌浆法： 这种方法是将设计钻孔深度分成几段进行钻灌。开始钻孔35米后，随即进行冲洗、压水、灌浆，等第一段所灌的浆液凝结后（一般不少于36小时），再进行下一段钻灌工作。从上到下，每段35米，直到灌浆结束。此法的优点是：随着钻孔段深度的加大，灌浆压力可以加大，从而可以提高灌浆质量；上部灌完后便形成较为完整的结石，再往下部钻灌时，地面不会冒浆，岩层也不会被抬动；分段钻孔、分段冲洗、分段压水试验，成果比较准确，有利于判断各段的灌浆质量。缺点是：钻机移动次数比较多，钻孔的工作量大，等待凝结时间长，灌浆效率低。适用情况：地质条件比较差、岩层破碎、节理裂隙发育、灌浆质量要求比较高的情况。（3）自下而上分段灌浆法： 这种方法是一次性将钻孔钻到设计深度，然后每隔35米一段，自下而上分段灌浆，灌浆时，灌浆塞要分段塞孔。该法的优点是：允许上段的灌浆在下段灌浆结束时紧接着进行（不留凝结时间）也不用搬动灌浆设备，因此，工作量小，施工简单，效率较高。缺点是；此法不能采用较高的灌浆压力，否则，当上部岩层裂隙较多时，地层容易松动，地面容易出现冒浆，影响灌浆质量。适用条件：岩层较为完整、倾角不大，裂隙较少的情况。（4）综合灌浆法： 这种方法是在总结自上而下、自下而上两种方法的优点后改进的。地质岩层一般是上部裂隙多，下部较完整，因此，灌浆时，上部灌浆采用自上而下法，下部灌浆时采用自下而上法。该法因此叫做综合法。4.灌浆压力控制：（1）控制灌浆压力的原因： 灌浆压力采用较大的值，可以使浆液更好的压入岩层细小的裂隙，增大浆液的扩散半径，提高灌浆结石的密实度，有利于提高灌浆的防渗效果和固结质量。但是，灌浆压力大，有可能导致裂缝扩大，抬动上部岩层，破坏原有的岩层结构。因此，灌浆压力必须控制在一定的范围内。（2）控制基本原则： 影响灌浆压力的因素有：钻孔深度、岩层性质、裂隙分布、裂隙状态、浆液的浓度、浆塞以上的压重（包括岩层重量、建筑物重量）。因此灌浆压力控制的基本原则是：最大允许灌浆压力，不得高于灌浆塞以上岩层及该处建筑物压力的总和。（3）控制压力计算： 式中：P灌浆段中心处允许的最高灌浆压力，MPa；P1孔口处岩层的允许灌浆压力（按90页表52查取），MPa；m灌浆段以上岩层每增加1米增加的压力（由表52查），MPa；T灌浆段以上的岩层厚度，m；K系数，在13之间选用，压重层松散时，取低值，反之取高值：岩层以上压重层或者建筑物的容量，t/m3；t岩层以上压重层或者建筑物的厚度，m。说明： 一般认为，决定灌浆压力大小的方法，还是通过代表段的野外试验来确定，采用不同压力进行一系列灌浆试验，直到掀动岩层。试验可以用稀浆，以防止淤塞钻孔，并且用不同段长在不同深度上试验，低压时，岩石的吸浆率大致与压力成正比，当掀动岩层时，吸浆率会突然增大。过大的灌浆压力，使机械磨损增大，长时间运转，容易出现故障，造成停机伤人事故。 控制灌浆压力有两种方法，一种是，在灌浆开始后，短期内将压力升到设计值，并保持到灌浆结束；另一种是先低压，而后逐级升到设计值。在正常情况下，前者一直处于高压状态，效果比较好。但是在一些渗透性大、吃浆量也大，或者渗径与外界连通的情况下，应先用低压，控制一定灌入量，适当变化浆液稠度，灌浆压力可以逐渐上升，当升到设计值时，调整浆液流量、稠度、维持浆液压力直至结束。（4）灌浆压力经验控制值： 除了按上述方法选择灌浆压力外，对于帷幕灌浆，在表层段灌浆压力不应小于11.5倍的工作水头，在底部一般为最大工作水头的23倍；对于固结灌浆，一般为浅孔，在坝体浇注前灌浆时，灌浆压力一般采用0.20.5MPa，在坝体浇注后灌浆，灌浆压力一般采用0.30.7MPa。（5）灌浆压力的压力表量度： 灌浆压力一般都由孔口的压力表间接量度，当灌浆压力为P时，压力表的读数为：式中： P0压力表读数，MPa； 0浆液容重，t/m3 h压力表中心到灌浆段中心之高差，m；P灌浆段到压力表之间的管路压力损失，MPa。5.浆液稠度选择与变换： 由于各个孔段裂隙的分布和大小不同，就是同一灌浆段也包含不同宽度的裂隙，这是普遍性。 但是每一种宽度的裂隙在某一固定的灌浆段占裂隙总长的比值不会相同，这是特殊性。 合理的灌浆稠度，既要适应普遍性，又要适应特殊性。（1）适应普遍性的方法： 先用稀浆，后用稠浆。（稀浆流动性好，但会扩散到灌浆范围外，造成浪费，而且凝固时产生的收缩大，水泥结石与岩石缝面脱开，防渗和固结质量降低。稠浆流动性差，扩散范围小，细小的裂缝灌不进去，但是凝固时产生的收缩小，与裂缝面粘结比较好，防渗和固结的质量相对提高）。灌浆初期、中期，稀浆可以适应较细的裂隙；灌浆的中期、后期，稠浆又能适应较宽的裂隙。