基岩帷幕灌浆施工.doc

基岩帷幕灌浆施工 灌浆实践表明，既使是优良的防渗帷幕设计，也需要通过精心的灌浆施工，才能获得理想的灌浆效果。 钻孔灌浆施工人员不仅需要有熟练的技术，还需有针对不同情况采取相应有有效措施的丰富经验，而更重要的是，钻孔灌浆施工队伍应有良好的素质和朴实的施工工艺作风。 灌浆工作一定要细致、认真；要严格地依照技术要求进行施工；原始记录一定要清楚、准确、如实地反映施工的情况和所遇到的问题；施工过程中，一定要及时整理资料，分析资料。通过施工实践，若对灌浆设计、灌浆技术要求和灌浆施工工艺有什么意见，宜主动提出，与设计和监理协商、研究，共同解决。总括起来说，灌浆施工应做到：“严格，认真，实事求是，一丝不苟”。第一节 灌浆的施工次序与施工方法 一、灌浆的施工次序 1灌浆施工次序的原则 灌浆施工次序的原则是逐序缩小孔距，即钻孔逐渐加密。 逐渐加密的优点是：浆液逐渐挤密压实，可以促进灌浆帷幕的连续性和完整性；能够逐序升高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液结石的密实性；根据对各次序孔的单位注入量和透水率的分析，可起到反映灌浆情况和灌浆质量的作用，为增、减灌浆孔提供论据；减少邻孔串浆现象，有利于施工。 2帷幕孔的灌浆次序 大坝基岩防渗帷幕通常是由一排孔、二排孔、或三排孔构成，多于三排孔的比较少。 (1)多排孔帷幕的施工次序 多排孔帷幕的施工，在排序上也要遵循逐渐加密的原则。在基岩内有地下水活动或在有水头压力的情况下，排序施工可按下述要求进行： 1)由两排孔组成的帷幕，先灌下游排，后灌上游排。 2)由三排孔或多排孔组成的帷幕，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。 在基岩内无地下水活动的情况下，对于两排孔组成的帷幕没有排序的要求，对于三排孔或多排孔组成的帷幕，应先灌两边的边排孔，最后灌中间排孔。 (2)同一排上灌浆孔的施工次序，图8-1是按三个次序孔施工的例子，也是单排孔帷幕施工的例子，其施工次序是：首先钻灌第次序孔，然后钻灌第次序孔，最后钻灌第次序孔。有些大坝在灌浆帷幕线上设置先导孔，国外称之为Pilot hole，简称导孔，就是灌浆前根据对岩层预估情况，在帷幕线上每隔一定距离(多为34个第一次序孔距的距离或1824m)选择一个第一次序孔兼作导孔。施工时，首先钻灌此导孔，以便了解这一范围内帷幕线上的地质条件和钻灌情况，为以后在此范围内的灌浆应采取什么样的措施提供出可靠的依据。故对导孔的钻进、压水试验和灌浆的要求，都比对一般灌浆孔的要求要高一些，孔也要深一些。导孔的布置见图8-2。 图8-2 导孔布置图（a）导孔布设；（b）导孔与序孔关系p导孔；第一次序孔；Lp导孔间距离；L第一次序孔距；n两个相邻导孔间的第一次序孔数图 8-1 单排帷幕灌浆孔施工次序图（a）第一次序；（b）第二次序；（c）第三次序、第一，二，三次序孔；L、L、L第一，二，三次序孔孔距；1帷幕线；2地面（岩石面）；3灌浆孔） 单排帷幕灌浆孔，一般多为3个次序。第次序孔距多为812m，最终孔距多为23m。国外大坝单排帷幕灌浆孔也多按34个次序施工，其第次序孔距通常选为2040ft(6.112.2m)，最终孔距多为255ft(075153m)。双排孔和三排孔灌浆施工，每排孔可考虑为2个次序，因为还要考虑排序，故总的施工次序还要多些。 在裂隙发育、充填有粘泥、杂质的岩石中灌浆时，为了冲洗出裂隙中的泥质充填物， 有时采用群孔冲洗。冲洗孔组的划分与施工次序，根据帷幕孔的排数而定，见第七章第二节。 二、灌浆的施工方法 就灌浆孔本孔灌浆来说，灌浆方法可分为两类，一为全孔一次灌浆，一为全孔分段灌浆，后者又可分为几种不同的方法。灌浆方法的选用主要根据地质条件，坝工要求以及钻孔情况而定。今将各类灌浆方法概述如下：1 全孔一次灌浆全孔一次灌浆，就是把全孔作为一段进行灌浆。一般在孔深入岩不超过6m的浅孔、地质条件良好、岩石较完整、漏水又较小的情况下，可考虑全孔一次灌浆，孔径可以尽量小一些。 2全孔分段灌浆 全孔分段灌浆，根据钻孔各段的钻进和灌浆的相互顺序，又可分为以下几种灌浆方法：(1)自上而下分段灌浆法 自上而下分段灌浆就是自上而下逐段钻进，随段位安设灌浆塞，逐段灌浆的一种施工方法，见图8-3.这种分段灌浆的方法在下述情况下适宜采用：图8-3 自上而下分段灌浆程序示意图（a）、（b）钻进第一段及灌浆；（c）、（d）钻进第二段及灌浆；（e）、（f）钻进第三段及灌浆；1、2、3灌浆先后顺序的段号 1)岩石破碎、孔壁不稳固，孔径不均匀； 2)竖向节理、裂隙发育； 3)渗漏情况严重。 灌浆段的施工程序一般是：钻进(一段)冲洗简易压水灌浆待凝钻进(下一段)冲洗 自上而下分段灌浆的优点有：由于灌浆塞安设在已灌段的底部，易于堵塞严密，不致产生绕塞返浆；随着灌浆段位深度的增加，能逐段加大灌浆压力；压水试验成果准确；计算灌入的干料量准确；灌浆质量比较好。 此法也有一些缺点，如：每段灌浆后常需要待凝一定时间；钻孔与灌浆两个工序交替进行，互相等待，费时较多。对于前者，1983年制定的灌浆规范中作了这样的规定：“采用自上而下分段灌浆时，孔口无涌水的孔段，在灌浆结束后，一般可不待凝。但在断层、破碎带等地质条件复杂或孔口有涌水的地段，则宜待凝，其待凝时间应根据工程具体情况确定”。这是一个较大的改进。 为避免漏灌，灌浆塞应塞在已灌段段底以上不小于0.5m的部位。 (2)自下而上分段灌浆法 自下而上分段灌浆就是将钻孔一直钻到设计孔深，然后自下而上逐段进行灌浆，见图8-4。在岩石比较坚硬完整，裂隙不很发育，渗透性不甚大的岩石中进行帷幕灌浆时，常采用此法。 自下而上分段灌浆的优点有：工序简化，钻进、灌浆两个工序各自连续施工；无需待凝，节省时间，工效较高。图8-4 自下而上分段灌浆程序示意图（a）钻孔；（b）第一段灌浆；（c）第二段灌浆；（d）第三段灌浆；1、2、3灌浆先后顺序的段号 此法灌浆常遇到的问题是：灌浆压力的增高，受到一定程度的限制；压水试验成果和单位注入量数值不很准确；孔段裂隙在钻进过程中易受岩粉堵塞，影响灌浆质量段位愈上，影响愈大；在陡倾角裂隙发育或孔径不均的孔段，灌浆塞常难塞堵严密，且在灌浆时，压力大，容易发生浆液绕塞上流，时间一长，会造成沉淀埋塞事故。如果绕塞返浆严重形成孔口冒浆，则上部待灌段的灌浆质量也将受到影响；由于岩石破碎或孔径不均等原因，致使灌浆塞卡塞不严，故常需上下移动调整灌浆塞位置，这样不仅造成操作上的不便，多费时间，而且有时由于多次上提塞位，致使灌浆段过长，影响灌浆质量。(3)综合分段灌浆法 综合分段灌浆是一种自上而下与自下而上相结合的的分段灌浆方法。在深帷幕孔的灌浆中，有时把全孔深分成几个大综合段，如图8-5（a）中所示，全孔分为三个大综合段，每个大综合段中又包含有几个灌浆段。从全孔的施工进程上来看，以大综合段为单元计，表现是自上而下的，但从每个大综合段内的各灌浆段来看，则又是自下而上的。大综合段段数的划分和其中各灌浆段的长度，根据地质条件而定，其优点是若发生灌浆塞卡塞不严而需多次上提时，灌浆段最长不超过三个孔段。 有时，由于上部岩层裂隙多，又比较破碎；所以在上部几段地质条件坏的部位先采用自上而下分段灌浆法，而在下部地质条件较好部位的多数孔段则采用自下而上分段灌浆法，见图8-5(b)。 在地质条件比较复杂而钻孔又深的情况下，可考虑采用综合分段灌浆法，对灌浆质量和施工进度都是有利的。 (4)小口径钻孔、孔口封闭、无栓塞、自上而下分段灌浆法(以后简称孔口封闭、自上而下分段灌浆法)，这种灌浆方法就是把封闭器(即灌浆塞)设置在孔口，自上而下分段钻进，逐段灌浆并不待凝的一种分段灌浆方法，见图8-6。这种分段灌浆方法是在砂砾石层中所使用的循环钻灌法的基础上发展起来的，20世纪70年代首次在乌江渡大坝岩溶基础帷幕灌浆中正式应用，取得了很好的效果。此法有许多优点：如全部孔段均能自行复灌；工艺简单；免去了起、下塞工序和塞堵不严的麻烦；不需待凝，节省时间；孔径小，效率高，成本低，进度快；一个机组可负责钻孔，又负责灌浆，钻灌合一，便于调变；先钻孔、后灌浆，可连续作业；发生孔内事故的可能性较少等。但也有一些缺点：如埋入孔口管多，不易回收，耗用一部分钢材；全孔多次复灌，孔内占用水泥量较多；各段压水试验成果和单位注入量值的准确性稍差等。 图8-6 孔口封闭自上而下分段灌浆法的施工程序示意图（a）、（b）第一段的钻进、灌浆；（c）、（d）第二段的钻进、灌浆；（e）、（f）第三段的钻进、灌浆； 1、2、3灌浆先后顺序的段号 这种灌浆方法适用于灌浆压力大于3MPa的帷幕灌浆工程，它是由一套完整的施工程序组成，不宜分割而任意取用其中的一部分。施工中应注意：孔口管必须镶铸牢实，最大灌浆压力为5MPa时埋入深度不宜小于2m;各灌浆段灌浆时必须下入灌浆管，管口距段底不得大于50mm；钻孔孔径宜为60mm左右；孔口管以下的35个灌浆段，段长宜短，压力递增宜快。再往下的各灌浆段段长宜为5m，灌浆压力可提高到设计的最大灌浆压力；灌浆应同时满足下述两个条件后，方可结束，a.在设计压力下，注入率不大于1L/min，延续时间不少于6090min;b.灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于90120min。 20世纪80年代以来，比较高的大坝或采用灌浆压力比较大的基岩帷幕灌浆多喜欢采用这种灌浆方法施工。为了提高和保证帷幕灌浆质量，1994年和2001年制定的灌浆施工技术规范中专门写有“孔口封闭灌浆法施工”一节。 采用这种方法施工，孔口封闭器的效能与质量是一个重要因素。若灌注浓浆时间较长，例如灌注水灰比为1:10.6:1的浓浆，灌注时间达12h以上时，常易发生“固管”现象，就是灌浆孔内灌浆管被孔内水泥浆凝固住，而无法起拔出。防止发生这样事故的主要技术措施就是在灌浆过程中需要经常转动灌浆管，而在转动时又不降低灌浆压力。为此要求孔口封闭器应具备这种性能。 辽宁省观音阁水库大坝坝基帷幕灌浆施工，采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法。大坝基岩为石灰岩，岩溶发育，注入量大。施工初期发生“固管”情况多，几乎达到灌浆孔段的10%。以后，由于施工技术逐渐熟练，施工工艺不断改进，“固管”现象有了较大改善，但还时有发生。后期采用辽宁省水利水电勘测设计研究院研制成功的新型的“搅动式循环灌浆孔口封闭”，在灌浆的全过程中，强制灌浆管边搅动，边灌浆，使孔内浆液形成高速紊流，从而保证了在恒定的灌浆压力下，不使孔内浆液产生析水、渗漏、凝固现象，有效地防止了灌浆孔内的“固管”事故，取得了良好的灌浆效果。 三、灌浆段的长度 灌浆段的长度是根据岩石裂隙发育程度、破碎情况、渗透性以及设备能力等条件而定，灌浆段的长短与灌浆质量有关。 岩石中各处的裂隙状态多是不一致的，如裂隙的宽窄、分布的疏密以及其中填充物等情况都是多变化的。在较小的范围内，即在灌浆段较短的情况下，其变化的程度要小些，简单些，灌浆容易些，灌浆质量也会好些；而在较大的范围内，即在灌浆段较长的情况下，裂隙变化的程度要大些，复杂些，灌浆要难些，灌浆质量也常易受一定程度的影响而稍差些。图8-7灌浆段中裂隙分布示意图1宽大裂隙；2中、小裂隙；3灌浆塞在裂隙大小不均匀的孔段中进行灌浆时，常不易将大的、小的裂隙都同样灌好。例如一个较长的灌浆段，其上部有一条宽大的裂隙， 而其他部位是分布着较多的中、小裂隙，见图8-7。灌浆时，由于这一条宽大裂隙的存在，吸浆量很大，按照一般规定，便采取针对吸浆量大的灌注措施，如较快地变换浆液浓度，缓慢升压等进行灌注。这样一来，一是由于压力偏低和浆液较浓，灌浆段内的中、小裂隙将会过早地被堵塞，灌注范围受限；二是由于大部分浆液流入宽大裂隙，孔段内宽大裂隙以下的部位流量小、流速慢、浆液容易沉淀，将此部位填实，致使中小裂隙得不到有效的灌注。这些均会影响全段的灌浆质量。 另外，在裂隙很发育、渗透性很大的岩石中，如果采用的灌浆段过长，常会发生供不上浆，升压困难等现象，易于影响灌浆质量。 一般讲，各灌浆段在灌浆前做的简易压水，其成果只是代表该段岩石渗透性的平均值，并不能如实地反映该段内各部位渗透性的真实情况。所以灌浆段愈长，反映渗透性的真实程度愈低，灌浆段愈短则能较为真实而又比较准确地反映出该段岩石的渗透性。 由上述情况看，灌浆段短些，灌浆质量要好些；灌浆段长些，灌浆质量可能会差些，灌浆段过长，则会影响灌浆质量。 从各灌浆工程的实践情况来看，在一般地质条件下，段长多控制在56m。岩石条件较好、渗透性较弱的地区，段长可放长些，但一般也不宜超过10m。在岩石破碎、裂隙发育、渗漏情况严重的地区，段长应缩短至34m。在渗漏量特大的地区，如遇到大溶洞，则应根据具体情况做特殊处理。 采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法施工时，灌浆段长度宜稍短些，在表层10m以内，段长可取23m；10m以下、段长可取为4m或5m。 坝基混凝土体与基岩之间的接触面应作为一短段，段长在岩石中不大于2m，单独先行灌浆。灌浆塞塞在混凝土中基岩面以上0.5m左右处。无论采用上述的哪一种灌浆方法，接触段均宜先行灌浆、灌完后，再进行以下各孔段的钻孔灌浆工作。例如采用自下而上的灌浆方法时，也宜先将接触段灌完，而后再一直钻到终孔深度，进行自下而上的灌浆。 为了保证灌浆质量，在钻孔过程中，当遇到漏水量大、孔口不返水的孔段，即应停钻，将此处作为一短段，先行灌好，而后再继续钻进。 四、灌注浆液的方式水泥浆或由其他固体颗粒材料所制成的浆液，在静止状态下，都有沉淀现象。如果浆液处于流动状态，其运动能力超过颗粒下沉的能力，则颗粒在浆液中便易保持均布的悬浮状态，浆液浓度将是均匀的。为此，灌注浆液须保持适当的流速，对灌浆质量有利。就每一灌浆段来说，灌浆方式可分为以下两种： 1纯压式灌浆灌入灌浆段内的浆液，都扩散到岩石的裂隙中去，从孔内不再返回的，称为纯压式灌浆。这是相对循环式灌浆而言的。纯压式灌浆的布置见图8-8。 由于灌浆段内的浆液不是经常处于具有一定流速的运动状态，特别是经较长时间的灌注，吸浆量逐渐减少，流速逐渐降低，浆液易于沉淀，水泥颗粒下沉，便会堵住裂隙进口，影响灌浆质量，这是纯压式灌浆的一个缺点。 在裂隙不甚发育、渗透性不大的孔段，最好不选用纯压式灌浆。因为浆液在孔段内流动缓慢，水泥颗粒易于沉淀，这样将会过早地堵塞孔壁上裂隙的进口，影响浆液的扩散范围。只有在岩石吸浆量大的情况下才使用纯压式灌浆。 2.循环式灌浆 灌浆泵以一定的排浆量压送浆液，在泵的排浆量大于岩石的吸浆量的情况下，进入孔段内的浆液一部分进入裂隙而扩散，余下的那一部分浆液便经回浆管路返出孔外，流回到浆液搅拌机中，这种方法称为循环式灌浆。采用这种灌浆方法可使灌浆段内浆液始终保持着循环流动的状态，减少灌浆段内沉淀现象，有利于灌浆质量。为此，一般在灌浆施工技术要求中规定，循环式灌浆塞中的射浆管距离孔底不宜大于05m，这样将有利于浆液在孔段内流动。循环式灌浆的布置情况，见图8-9。 20世纪70年代及其以前，国内基岩帷幕灌浆比较强调采用“循环式”，通过1983年、1994年制定的灌浆施工技术规范，逐渐松动。2001年灌浆施工技术规范已经改为这样的规定：帷幕灌浆宜采用循环式，也可采用纯压式。 第二节 灌浆压力的控制与使用 灌浆压力一般系指灌浆段所受的全压力，也就是孔口处压力表上指示的压力、压力表至灌浆段间浆柱的压力与压力表处至灌浆段间管路摩擦压力损失等三种压力的总和，在设计文件上所写的灌浆压力多系指此，此值需经计算才能得出。 对于混凝土坝，其帷幕灌浆应在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后施工，借以提高灌浆压力。一般认为灌浆压力在帷幕表层段不宜小于115倍水头，在底部宜为23倍水头。 实际上在工地进行灌浆时，在灌浆过程中调整压力和控制压力，主要是凭借观读仪表。最常用、最简单并可以直观读出的是装在孔口处压力表上指示的压力值。所以，虽然在设计文件上写明某区灌浆孔中各灌浆段应使用的灌浆压力值，但在灌浆施工中尚难直接应用。为了便于灌浆施工，又易为施工人员掌握，一般多是将其换算为在孔口处压力表上应达到的压力值，写明在该区的灌浆技术要求文件上。为了防止混淆，在该文件上还应予以注明说清：“各灌浆段使用的压力值系指装在孔口处回浆管上压力表所指示的压力值”，这样就明确了。 本节中所说的“规定的压力”，即指上述规定的在压力表上所指示的压力值。 一、灌浆压力的选定与使用原则 灌浆压力应根据灌浆试验的成果而选定，如果缺乏这种资料。可根据基岩的具体情况和对帷幕的要求，通过有关灌浆压力公式的计算和参考同类灌浆工程使用压力的经验选定压力，在灌浆过程中再依据具体情况进行调整。 一个灌浆段的全部灌浆过程，在一定条件下，应是基本上在规定的压力下进行的，这是灌浆工作中控制压力的基本原则。 灌浆过程中，选用合宜的浆液，适时地变换浆液配合比，合理地控制灌浆压力并使它们之间很好地配合，这是保证灌浆质量的重要因素 二、灌浆过程中灌浆压力的控制 灌浆过程中，灌浆压力的控制基本可分成如下两种方法。 1一次升压法 灌浆开始时，将压力尽快地升到规定压力，注入率不限。在规定压力下，每一级浓度浆液的累计吸浆量达到一定限度后，变换浆液配合比，逐级加浓，随着浆液浓度的逐级增加，裂隙的逐渐被填充，注入率将逐渐减少，直至达到结束标准时，即结束灌浆，见图8-10。此法适用于透水性小、裂隙不甚发育的较坚硬、完整岩石的灌浆。 2分级升压法在灌浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级升高到规定的压力值。灌浆开始如果吸浆量大时，使用最低一级的压力灌注，当注入率减少到一定限度(称为下限)，例如20L/min，则将压力升高一级，当注入率又减少到20L/min，再升高一级压力，如此进行下去，直到在规定压力下，灌至注入率减少到结束标准时，即结束灌浆。在灌浆过程中，在某一级压力下，如果注入率超过一定限度(称为上限)，例如30L/min，则应降低一级压力进行灌注，待注入率达到下限值时，再提高到原一级压力，继续灌注。压力分级不宜过多，可以分为两个或三个阶段。采用三个阶段时，可选为04P1，07 P1，1 P1 (P1为规定压力)或05 P1，08 P1，1P1或其他不同分级。至于注入率的上限和下限，可根据岩石的透水性，在帷幕中不同的部位以及灌浆次序而定，一般上限可定为3050L/min，下限为1520L/min，见图8-11。例如，采用第一种压力分级，灌浆开始时，用最稀一级的浆液灌注，将压力控制在0.4 P1，当注入率逐渐减少到下限值20L/min，就升高压力到0.7 P1，继续灌注，由于压力升高，注入率亦将增大，保持在这样的压力下灌注一定时间后，注入率又逐渐减少，达到下限值20L/min时，再升高压力到规定压力P1，此时注入率又增大，继续灌注直至注入率逐渐减少到结束标准时，结束灌浆。但在每一级灌浆压力下，若注入率不见减小，则应较快地将浆液逐级或越级变浓。 如果开始灌浆时，在第一级0.4 P1的压力下，注入率已超过上限值30L/min，则应再适当地降低压力，使注入率不超过上限，待注入率达到下限值时，再提高到0.4 P1，进行灌注。当基岩透水性很大，难于很快达到规定的压力时，或者虽能达到规定的压力值，但由于注入率大，如超过50L/min，甚至更多，在这种情况下，宜采用分级升压法，使之最后达到规定的压力，其主要目的就在于减少浆液的过度流失，节省灌注材料。大坝帷幕灌浆，有条件时宜采用一次升压法控制灌浆压力，但在遇到基岩透水性大，吸浆量大的情况时，就需采用分级升压法灌浆。分级升压必须配合浆液变浓的技术措施。第三节 灌浆浆液的使用与配合比变换 一、浆液的配合比 1浆液配合比的意义 浆液的配合比就是组成浆液的水和干料二者的比例，如系水泥浆，其配合比就是水与水泥之比，简称为水灰比。配合比一般均采用重量比值来计算。例如，水泥浆的水灰比为2，就是水：水泥2：1， 也就是2kg的水与1kg的水泥，或10kg的水与5kg的水泥混合而成的水泥浆液。在配合比的表示关系中，都是以水泥为1作为基数的。也有用体积比值来表示配合比的，如前所述，水：水泥2：1，就是说用2L的水与1L的水泥，或是用10L的水与5L的水泥混合成的水泥浆液。用体积比有一定缺点，因为单位容积的干料即单位容重，由于密实程度不同，其值也就不同。例如，1L水泥的重量可变化在1215kg之间，所以一般很少采用体积比。若没有注明时，通常的配合比均系指重量比。 水泥粘土浆或水泥砂浆的配合比表示方法与前述基本相同，但习惯的写法常将水泥写在最前面，并以其为1，作为基数，如水泥：砂：水1：05：1，就是1kg水泥、05kg砂和1kg水或6kg水泥、3kg砂和6kg水混合成的水泥砂浆。这里若说水与干料的比，即指水：(水泥+砂)，应为1：15。若说水泥砂浆中的水灰比，则应为1：1。 浆液中水与干料的比值或水泥浆的水灰比值越大，表示浆液越稀；反之，则浆液越浓。这种浆液的浓稀程度，称之为浆液的浓度。 2水泥浆水灰比的分级 基岩灌浆最常用的是水泥浆。常用的水泥浆的水灰比的分级为5：1、3：1、2：1、1：1、08：1、06：1、05：1(简写为5、3、2、1、08、06、05)七个比级。 水灰比在06及其以下的浆液，除特殊情况外，一般较少使用。这是由于浆液浓，流动性不好，易于堵塞输浆管路，压力损失也较大，有时也易于过早地封闭裂隙进口，影响浆液扩散的缘故。 3其他浆液的浓度分级 以水泥为主体并掺有其他材料如膨润土粘土、砂等的浆液，其配合比根据受灌岩石情况和对灌浆的要求，经试验室的浆液配比性能试验而选定。 二、浆液浓度的使用 灌浆过程中，浆液浓度的使用有两种方式：一种方式是，由稀浆开始，逐级变浓，直至达到结束标准时，以所变至的那一级浆液浓度结束。另一种方式是，由稀浆开始，逐级变浓，当注入率减少到某一规定数值时(如小于5或10Lmin)，再将浆液变稀，直灌至达到结束标准时，用稀浆结束。后者仅是在20世纪50年代建国初期曾使用过，以后就不采用了，目前采用的均为第一种方式。 灌浆的对象，是岩石中的裂隙和空洞。这些裂隙和空洞的宽窄、大小以及它们在岩石中的分布情况和疏密程度都是不同的，变化很大，即使在一个较短的灌浆段范围内，这种现象也是依然存在的。 首先灌较稀的浆液，其目的在于：稀浆的流动性能好，宽窄裂隙和大小空洞均能进浆，优先将细缝、小洞灌好、填实。而后将浆液逐级变浓，使中等或较大的裂隙、空洞随后也得到良好的充填。这样在同一个段中的各种裂隙和空洞都能获得有效的灌浆。 优质的灌浆效果，取决于浆液浓度合宜的、适时的变换。过早地换成浓浆，常易将细小裂隙进口堵塞，致使未能填满灌实，影响灌浆效果：灌注稀浆过多，也易延长灌注时间，浆液过度扩散，造成材料的浪费，既不经济，也不利于结石的密实性。所以根据岩石的实际情况，恰当地掌握浆液浓度的变换是保证灌浆质量的一个重要因素。一般灌浆段内的细小裂隙多时，稀浆灌注的历时应长一些，就是多灌一些稀的浆液；反之，如果灌浆段中宽大裂隙多时，则应较快地换成较浓的浆液，使灌注浓浆的历时长一些。在灌浆试验阶段，有条件时，尽量找出灌注各类岩体的最优水灰比。 三、灌浆过程中浆液浓度的变换 1限量法 灌浆过程中最常用的浆液浓度变换的方法是限量法，其变换的原则如下： 灌浆开始，灌注最稀一级的浆液，每一级浓度的浆液灌入一定量V升(如300500L)后，如果注入率没有改变或改变不显著时，也就是注入率过程线Gf(t)没有显著下降，则将浆液变浓一级灌注，见图8-12，如此逐级变浓，直至结束。在注入率已有显著逐渐减小的现象，也就是注入率过程线已呈显著逐渐下降的现象的情况下，即使已灌入一定量V的浆液也不要改浓，因为这种现象表明，裂隙或空洞已逐渐被浆液所填充压实，浆液流失的可能性很小，此时如果仍将浆液变浓一级，常易造成岩石突然不吸浆或短期内停止吸浆的现象，不利于保证灌浆质量。图8-13中，在水灰比为3：1的灌注过程中，注入率过程线Gf(t)呈逐渐下降的现象，即使已灌入一定量V的浆液也不宜变浓。如果变至2：1的浓度，此时注入率过程线，可能从改变浓度时起突然连续下降，在极短时间内便会达到基本停止吸浆的程度。这种影响灌浆质量的原因就在于浓度改变的不当。若仍继续灌注3：1的浆液，则可能多灌入如图8-13中阴影部分所示的浆量。 按规定改变浓度后，如发现压力突增或单位吸浆量突然减小时，则表示浆液浓度变换的不很适当，这时应尽快地换回原浓度的浆液，继续灌注。采用这种变换方法应注意两个问题： (1)每一浓度比级的累计吸浆量达到多少时才允许变浓一级，这个数值主要是根据地质条件和工程具体情况而定的，一般情况下多采用300500L，也有的采用600L的。这里应遵循的原则是：尽量使最优水灰比的浆液多灌入一些(最优水灰比通过灌浆试验得出)，也就是说，岩石中细小裂隙多时，则较稀的浆液应多灌一些，稀浆比级的灌入量的限量要大一些。反之，若岩石中宽大裂隙多时，则较浓的浆液的比级(如2：1、1：1)的灌入量的限量应大一些。除此之外，也还应将灌浆段长度这个因素考虑在内。 (2)对于前文中所述“改变不显著”的理解问题，这一直是个未能用具体数字肯定的条文，其概念不清，灵活性较大，不易掌握。我们初步想法是：在每一浓度比级的浆液灌注过程中，大于初始注入率的7080%，就属于“改变不显著”。例如，某一灌浆段开始时用5：1的稀浆进行灌注，其注入率为30L/min，它的7080%为2124L/min，当累计灌入量达到300L后，注入率降为26L/min，其值大于2124L/min,即认为是“改变不显著”，可以将浆液加浓一级；若该时注入率降为20L/min，则可认为已有显著改变(即显著降低)，这时即不应将浆液变浓，仍应以原浓度的浆液继续灌注，其以后累计的灌入量又达300L后，以20Lmin作为初始单位吸浆量，依照前述原则检验其是否“改变不显著”，而后决定应否将浆液变浓。 为使技术要求更加明确，便于现场施工掌握，1971年在朱庄水库大坝(基础岩石破碎、裂隙发育、透水性大)帷幕灌浆施工技术要求中作出如下规定：“使用5：1、3：1浓度的浆液时，各级的灌浆量己达600L，而注入率仍大于25Lmin或灌浆时间已经持续30min，而注入率仍大于20Lmin时，可换用大一级浓度的浆液”，“使用2：1、15：1、1：1浓度的浆液时，灌浆量已达600L而注入率仍大于15L/min时，可换用大一级的浓度浆液”，这样规定，就比较更加明确了。 2限率法 另外一种浆液浓度变换的方法是根据同一级浓度的浆液，在一定时间内(例如10min)灌入浆量的多少，作为是否需要变换浆液浓度的标准，简称其为“限率法”。 假设一个灌浆段，灌浆从水灰比为5：1开始，以图8-14中的A线为边界线，10min内其吸浆量在A线以上时，就将浆液浓度变浓一级；若在A线以下时，则仍按原浓度继续灌注，延续10min再看当时吸浆量多少，依上述原则再决定是否将浆液浓度变浓，如此继续下去，直至灌浆结束。若以文字表示其变换的标准，见表8-1。表8-1 浆液浓度变换标准 浆液浓度W/C改变条件（10min的吸浆量L）改变的浓度W/C5：13003：13：12002：12：11501：11：110008：108：110006：106：1100或直至结束05：105：1直至结束采用这种方法 ，对各种浓度的浆液究竟采用多大的限率才是最佳的，应根据地质条件、设计要求以及施工情况而定。 3.浆液浓度变换其他规定 （1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不应改变水灰比。 （2）当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。第四节 灌浆结束的条件与封孔 一、灌浆结束的条件 在正常的灌浆过程中，灌浆结束的条件通常沿用的有下列几种： （1）采用自上而下分段灌浆法时，在规定的灌浆压力下，灌浆段注入率不大于0.4L/min，延续30min或注入率不大于1L/min继续灌注60min，灌浆工作可以结束。采用自下而上分段灌浆法时，在规定的灌浆压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注30min，可以结束。 （2）在规定的灌浆压力下，单位长度注入率不大于0.1或0.2L/(min.m)，延续30min即可结束。这里将灌浆段长度因素考虑在内。 国内大坝基岩帷幕灌浆工程多采用第一种方式作为灌浆结束的标准。 有些大坝基岩中细小裂隙多，灌浆压力大时，常易将水泥浆液中的水分压入岩隙中，水泥颗粒进入岩隙的却不多；或是仅将水泥浆液中细颗粒灌入，粗颗粒没有灌入，随浆液又循环回到供浆桶中，因此发生“回浆变浓”的现象。在这种情况下，注入率有时会大于1L/min，灌注时间很长不见显著减少，达不到结束标准。针对这种情况，有的工程又补充了如下规定：在规定的灌浆压力下，遇到回浆变浓的情况时，测定回浆比重，如果达到比原灌入水泥浆的浓度高一级(或两级）浆液的比重值时，立即加水，稀释为原灌入水泥浆的浓度或另换以原浓度的新浆，继续灌注，并测定回浆比重，当回浆比重二次又增大到前述比重值时，表明灌浆段内确属已达到进水不进水泥的状态。这时，不论单位吸浆量是多少。再延续灌注1030min即行停灌。 例如，当灌入水灰比为3：1的水泥浆时(其比重为1200)，发生了回浆变浓的现象，测定回浆比重，比重逐渐增大，达到1286时(水灰比为2：1的水泥浆的比重)，向供浆桶中加水，稀释至仍为3：1的水泥浆液，或是废弃桶内残余浆液，另行拌制新的3：1的水泥浆，继续灌注，直至测定其回浆比重二次又增大到1286时，延续一段时间，即行停灌。 二、回填封孔 在帷幕灌浆施工中，基础岩石中钻孔很多，也比较深，因此，在各孔灌完后，均应很好地进行回填封孔，将钻孔严密填实。回填材料多采用水泥或采用水泥和砂。砂粒需洁净，粒径不大于12mm。砂的掺量一般可为水泥的051倍，水灰比不宜过大，一般可等于1或小于1，以使水泥砂浆具有适宜的流动性，且砂粒又不易很快沉淀为原则。 回填封孔应切实注意保证质量，施工时要注意两个问题：一是要使回填料与钻孔岩壁紧密胶结，不使漏水，以免形成水流通路。另外钻孔内的回填料本身应填密压实，封孔后，孔内不应留有大的洞穴，也不应有小孔。回填封孔有以下几种常用的方法。 1.机械压浆法 在全孔灌浆完毕后，将胶管(或铁管)下入到钻孔底部(不再用灌浆塞)，用灌浆泵经胶管向钻孔内压入水灰比为0.6:1(或05：1)的浓水泥浆，浓浆由孔底逐渐上升，将孔内积水顶出，直到孔口冒出浓浆时止。或是用砂浆泵经胶管向钻孔内压入水泥：砂：水1：0.5：1(或其他比例)的水泥砂浆，随着砂浆在孔内的浆面徐徐上升，同时也将胶管徐徐上提，要注意的是使胶管的下端必须经常保持在浆面以下，最后孔内积水被砂浆挤出，砂浆也是自下而上将钻孔全部填实。 封孔完毕，待凝几天后，孔口空余部分如小于5m，即用水泥砂浆或水泥球，经由铁管送入孔内空余部分的底部，自下而上逐渐予以填实封堵；如果仍大于5m，则仍应用机械压浆法再压浆封孔一次，直至孔口空余部分小于5m时止。 2.全孔灌浆封孔法 全孔灌浆完毕后，将灌浆塞塞在孔口，灌入水灰比为0.5:1或0.6:1的浓浆，灌浆压力应根据工程具体情况而定，一般不宜小于1MPa。当注入率不大于1L/min，延续30min停止。这种封孔方法适用于采用自下而上分段灌浆法施工的和深度小于15m较浅的帷幕灌浆孔。3.置换和压力灌浆封孔法 这种封孔法系上述两种方法的综合，也就是先将孔内余浆置换成为水灰比0.5(或0.6):1的浓浆，而后再将灌浆塞塞在孔口进行压力灌浆封孔。封孔质量好。适用于采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法且深度较大的帷幕灌浆孔。采用孔口封闭法灌浆，当最下面一段灌完结束后，利用原灌浆管灌入水灰比为0.5(或0.6)：1的浓浆，将孔中余浆全部顶出，直至孔口返出浓浆止。而后提升灌浆管，在提升过程中，严禁用水冲洗灌浆管，严防地面废浆和污水、杂物等流入孔内，同时还应不断地向孔内补入浓浆（或待灌浆管全部提出后再向孔内补入浓浆也可）。最后，在孔口卡塞进行纯压式封孔灌浆，仍采用水灰比为0.5（或0.6）浓浆，压力可为该孔最大灌浆压力的50%80%或采用1MPa。当注入率不大于1L/min，延续30min停止。封孔灌浆结束后，闭浆1224h。4.分段灌浆封孔法全孔灌浆结束后，自下而上分段进行灌浆，每段段长1520m，浆液水灰比为0.5（或0.6）：1的浓浆，灌注压力可采用该段顶部孔段的灌浆压力，当注入率不大于1L/min，延续30min停灌。将灌浆塞上提，继续其上面一段的灌浆封孔，直至孔口段。有条件时，孔口段封孔压力不宜小于1MPa。 帷幕灌浆孔封孔工序非常重要，如果封堵不严实，孔内有水渗流出，将会形成“短路”，对帷幕起到冲蚀破坏作用，有损帷幕的耐久性。较多的重要的大坝基岩灌浆帷幕，在某一地段灌浆工作结束后，对其中少数帷幕灌浆孔重新扫开，检验封孔质量，不合格者，再次二次补灌封机。 第五节 灌浆过程中特殊情况的预防和处理 一、灌浆中断 在灌浆过程中，由于某些原因，常出现迫使灌浆暂时停顿的现象，通称为灌浆中断，简称中断。 1灌浆中断的原因 （1）机械设备方面 在进行灌浆，特别是当灌注浓浆时，灌浆泵经长时间的运转，有时会发生故障，如球阀座被浆液冲磨出缺口、盘根不严漏浆等。尤其是在高压灌浆时，更易出现这种现象。（2）输浆管方面 如使用的胶管性能不良、管与管之间连接的不牢固，因而在灌浆时，发生管子破裂或管子接头崩脱等现象。（3）仪表失灵 主要是压力表失灵。（4）地质条件方面 如岩层中陡倾角裂隙发育，发生地表冒浆或因岩石破碎，灌浆塞堵塞不严，发生孔口返浆等现象，因而需要停机处理。 （5）其他 如停水、停电以及灌浆区附近爆破时的躲炮等。 2.中断对灌浆的影响 灌注浆液的连续性是取得良好灌浆质量的重要条件之一。除掉由于岩石吸浆量特大，需要采用间歇灌注措施，因而有目的地使灌浆中断者外，一般正常的灌浆应该是自灌浆一 经开始，就连续灌注下去，一直到符合结束条件时止。 如果由于某些原因发生中断，则往往会影响灌浆质量，同时也会给灌浆施工带来麻烦，延误工期。 发生中断的时间较短，而灌的又是较稀的浆液时，中断后及时采取有效的冲洗措施，可能不致影响灌浆质量，譬如在中断后复灌时的注入率与中断前的注入率大致相同，这就不影响灌浆质量，见图8-15中的(a)。如果中断历经时间较长，且已灌至较浓的浆液，中断后又未及时采取有效冲洗措施，则往往会严重地影响灌浆质量，表现在中断后复灌时的注入率较中断前突然减少很多，即注入率过程线Gf(t)在复灌时突然大幅度下降，有的甚至不再吸浆。这样实际灌入的浆量在相当大的程度上是小于不中断时的可能灌入的浆量。这少灌的浆量如图8-15中(b)的阴影部分所示。这种现象的存在表明明，在要求处理的范围内的岩石中的裂隙，或者根本未受到灌注，或者仅部分受到灌注，或者未灌饱，或者未灌密实。 浆液中水泥颗粒的沉淀和浆液的凝固是造成中断后复灌时注入率突然减小现象的主要原因。 3中断的预防 灌浆中断往往在灌浆压力比较大和灌注历时比较长的情况下发生。预防中断可以从下述几方面考虑： (1)选用性能适应于灌浆要求的灌浆泵，保证在规定的最大压力下能长时期的连续运转。每段灌浆完成后，要把泵缸洗干净，仔细检查泵的各部零件是否处于完好状态。 (2)选用性能适应于灌浆要求的输浆管材，各管之间的连接要牢固，使用前检查管子有无堵塞，是否畅通，有无破损。 (3)压力表应准确，注意验证。不要使用不合规格要求的、不准确的压力表。 (4)灌浆塞在孔内要堵塞严密，灌浆前应用压水或稀浆检查。 (5)灌浆工程所用的风、水、电，宜设置专用线(管)路，以保证灌浆作业连续不断地进行。如因故必须停水、停电时，则应提前8h通知灌浆工地。 4中断的处理措施 灌浆中断后，应赶快采取措施能尽早复灌，尽量缩短中断时间，这是保证灌注质量少受损失或不受损失的原则。中断时间短，一般对灌注质量影响小，甚至没有什么影响；中断时间越长，则影响程度也越大。其处理措施如下： (1)从造成中断的原因，找解决的措施； 1)属于机械运转故障者：如灌浆泵、动力机或浆液搅拌机械发生故障，若检修简单，则迅速修理以便尽快复灌。有条件时，应设有备用的灌浆泵，一旦原灌浆泵发生故障，可以立即更换。 2)属于管子破裂或脱节者：迅速换管，或割掉破裂部位再行连接。 3)属于仪表失灵者：换用性能良好的仪表。 4)属于地表冒浆、孔内返浆者：解决的各种措施，可参见本节第三、四项中所述的有关内容。 (2)冲洗钻孔，清除沉淀，给复灌创造条件：中断后，孔段内的浆液处于静止状态，水泥颗粒会很快沉淀，堵住裂隙，埋住射浆管。中断时间越长，沉淀埋实越强，甚至会凝固，这样不仅严重地影响着灌浆质量，也会造成起塞的困难。故中断后，一般应尽快地冲洗钻孔，把段内浆液冲洗出来，给复灌创造条件。 1)中断时间短者：中断后，估计极短时间内能够复灌，中断前灌的又是稀浆，中断时注入率也很大。根据具体情况，可以不进行净孔冲洗，排除故障后就可复灌。 2)中断时间长者：中断后，根据中断的原因和当时的情况，估计短时间内难以复灌的，应立即冲洗钻孔。如果由于停电、停水、或机械故障等原因不能立即冲洗钻孔，而中断前灌的又是浓浆时，则应松开灌浆塞，上提射浆管，以免由于浆液沉淀被埋住。待具备冲洗条件时，再行强力冲洗。中断后，冲洗越早，效果越好；冲洗越迟，效果越差。如果裂隙内的浆液已达到初凝状态，即使孔内的沉淀可以冲出，复灌时也难以有良好的结果。 (3)扫孔到底，重新灌浆：当中断时间较长，又未能及时冲洗钻孔，预计钻孔内有浆液沉淀，并可能已经初凝时，则应将灌浆塞提出孔外，在恢复灌浆前，用钻具重新钻扫到孔底，用压力水冲洗后，作为未灌孔段看待，重新开始灌浆。 二、串浆 在灌浆过程中，浆液从其他钻孔内流出，这种现象，称为串浆。 发生串浆的主要原因是：由于岩石中裂隙较多，相互串连，使灌浆孔相互间直接或间接地连通，造成了串浆通路。当裂隙发育，裂缝宽大，灌浆压力比较高，孔距又较小时，会促使串浆现象加重。 发现串浆，应立即采取措施，否则，不仅会影响灌浆孔的灌浆质量，浪费水泥，而且对串浆孔的钻进与将来的灌浆工作均很不利。1.防止串浆的主要措施 (1)加大第一次序孔间的孔距。 (2)适当地增长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间，使前一次序孔灌注的浆液基本上已经凝固后，再开始后一次序孔的钻灌工作，防止新灌入的浆液将前期已灌入到裂隙中的浆液结石冲开一条通路，由已灌的或其他钻孔中串出。 (3)使用自上而下分段灌浆的方法，也有利于防止串浆。2.发生串浆后，常采用的处理措施： (1)当串浆孔为正在钻进的钻孔时，应立即停钻，在串浆孔内漏泥浆处以上的部位安设灌浆塞，堵塞严密，在灌浆孔中依照施工技术要求正常地进行灌浆。 (2)若串浆孔为待灌的灌浆孔时，最好是串浆孔与灌浆孔同时进行灌浆、一台灌浆泵灌注一个孔，如无此条件，则只得采用如上述(1)法的措施。 三、地表冒浆 在灌浆过程中，浆液沿裂隙或层面往上串流而冒出地表的现象，称为地表冒浆。由于灌浆孔段与地表有陡倾角的连通裂隙，在灌浆压力较大而灌浆段的位置又较浅时，常易发生地表冒浆现象。 地表冒浆对灌浆质量不利，例如不能使用大的灌浆压力；浆液由地表冒出，孔壁四周需要灌浆的裂隙，难于受到良好灌注；浆液扩散范围小，结石的密实性差。 由于帷幕灌溉浆多在岩石上已浇筑有混凝土的情况下进行，所以发生地表冒浆现象的机率并不多。地表冒浆的处理方法见第五章第二节。 四、绕塞返浆 在灌浆过程中，进入灌浆段内的浆液，在压力作用下，绕过橡胶塞流到上部的孔内，这种现象就是绕塞返浆。这种返浆在压力作用下继续上升直至流出孔外，就是孔口返浆。孔口返浆是绕塞返浆的严重后果，见图-16。 1绕塞返浆的原因 (1)在灌浆段与橡胶塞以上的孔段之间有裂隙相通，灌浆时，一部分浆液沿着这类裂隙流到橡胶塞上部的孔段内。这种现象最易在采用自下而上的灌浆法时发生。如