水泥灌浆技术读刊

1、水泥灌浆技术1.1 灌浆的定义灌浆是将具有胶凝性和流动性的浆液按着规定的浆材配比，借用机械或浆液自重施加压力，通过钻孔或预埋管路输送到岩石裂隙或水工建筑物的空隙中的一种施工工艺。灌浆的目的是用浆液填充裂（空）隙，起到固结、粘合、防渗的作用，从而提高基岩或建筑物的承载强度、抗变形能力和改善传递应力条件；改善坝基渗流条件和减少渗漏量1.2 灌浆分类按灌浆作用 ：固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆、回填灌浆、接缝灌浆。按灌浆材料：水泥灌浆、水泥粘土灌浆、水泥砂浆灌浆、化学灌浆等。按岩石类别：岩石灌浆和砂砾石灌浆。2 灌浆材料及灌注浆液2.1 灌浆材料的分类及特性灌浆材料分为两类：一是固体颗粒材料，如水泥、

2、粘土、粉煤灰、砂等，用固粒材料制成的浆液是悬浮液;二是化学灌浆材料，如甲凝、环氧树脂、氰凝等，用化学灌浆材料制成的浆液是真溶液。一般讲的灌浆施工（如基岩固结、帷幕灌浆、隧洞回填、固结灌浆、混凝土坝接缝灌浆）均以水泥基浆液为主，只有在特殊部位（如地质断层、破碎带、微细裂隙、有涌动水的情况）才采用化学灌浆，作为补充灌浆。2.1.1 固粒浆材应具有的特性颗粒细。浆材粒径小于裂缝宽度的1/31/5,才具有好的可灌性。灌规规定：帷幕灌浆和坝体接缝灌浆所用水泥细度宜为通过 80um 方孔筛的筛余量不大于5% 。稳定性好。浆液颗粒在一定时间内于浆液中要保持均匀分散的悬浮状态，具有较好的流动性，以利灌浆。胶结

3、性强。灌入空隙后经一定时间能胶凝成坚硬结石，并具有抗侵蚀的能力。2.1.2 化学浆材应具有的特性粘度低。可控凝固时间。胶体强度。胶体具有一定的抗压、抗渗、抗挤性能。易购易制。无毒或低毒。浆材灌注后不得对环境造成污染，不得造成工作人员中毒。2.2 水泥2.2.1 水泥的品种常用的灌浆水泥是普通硅酸盐水泥（代号 p.o） 。2.2.2 水泥细度普通硅酸盐水泥颗粒粒径多为4060um,只能灌入宽度大于0.5mm的裂缝。针对小于 0.5mm 的细微裂缝，采用干磨细水泥、超细水泥、湿磨细水泥浆液。干磨细水泥最大粒径在 35um 以下， 超细水泥最大粒径在12um 以下， 湿磨细水泥平均粒径在40um 以

4、下。2.3 水泥浆2.3.1 浆液密度（比重）浆液密度表示单位体积浆液的质量。2.3.2 浆液粘度（流动性）浆液粘度表示浆液流动时，其内部流层间所产生的内摩擦力的大小。2.3.3 浆液析水率（稳定性）水泥浆析水现象是因为水泥颗粒的沉淀引起的。析水沉淀是水泥浆的主要缺点。2.3.4 水泥浆凝结时间初凝：水泥从加水搅拌制成浆液到开始凝结所需的时间。终凝：从加水搅拌制成浆液到凝固完成所需的时间。国标规定,硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min, 终凝不得迟于12h。2.3.5 改性水泥浆液细水泥浆液稳定浆液：遇水性能易恶化的岩石或注入量较大的洞穴，通常采用稳定性浆液灌注。伴制成的水泥浆液2h 内的析

5、水率小于5%，即为稳定浆液。如水灰比为 0.5 ： 1的纯水泥浆。有的水泥浆中加入一定量的膨润土和减水剂就制成稳定浆液。混合浆液：水泥砂浆、水泥粘土浆、水泥粉煤灰浆、水泥水玻璃浆等。膏状浆液:塑性屈服强度大于20pa 的混合浆液称为膏状浆液，适用于大孔隙、堆石体的灌浆。浆液由水泥、粉煤灰、粘土、减水剂等材料混合而成。2.4 化学浆液2.4.1 水利工程用于基础防渗方面的化学灌浆材料丙凝水溶性聚氨酯2.4.2 水工建筑物混凝土裂缝等缺陷处理甲凝环氧树脂3 基岩灌浆技术3.1 一般规定当同一地段既有岩石灌浆又有抬动观测孔、物探测试孔时，应按下列顺序施钻：抬动观测孔f物探测试孔f基岩灌浆孔。同一地段

6、的基岩灌浆必须按先固结灌浆，后帷幕灌浆的顺序进行。帷幕后的排水孔和扬压力观测孔必须在相邻部位的帷幕灌浆完成并检查合格后，方可进行。灌浆在有盖重混凝土的条件下进行时，其混凝土应达到50%设计强度后，方可进行钻孔灌浆。基岩灌浆必须按分序加密的原则进行。帷幕线上每隔 15m 左右应布置帷幕先导孔。 孔数也可以按基本灌浆孔的10%控制，孔深一般抵达设计帷幕底下以下56m。帷幕灌浆相邻两孔灌浆段的高差不得小于15m 。帷幕灌浆应在库水位低于孔口高程时施工。基岩灌浆孔段的施工按下列程序进行：钻孔-洗孔-裂隙冲洗-压水试验-灌浆-封孔3.2 钻孔3.2.1 钻孔技术要求孔径： 灌规要求，帷幕灌浆孔孔径不得小

7、于 46mm ，固结灌浆孔孔径不宜小于38mm。孔位：实际开孔孔位与设计孔位偏差值不大于10cm。孔深：符合设计要求。孔斜：钻孔应保证孔向准确，按技术要求进行孔斜测量。灌规对孔斜要求见下表：孔深（m）2030405060允许偏差（m）单排孔0.250.450.711.3=孔0.250.50.81.151.5以上适用于垂直的或顶角小于5。的帷幕灌浆孔。顶角大于5。的斜孔可适当放宽，方位角偏差值不宜大于 5。3.2.2 钻孔取芯帷幕先导孔和帷幕、固结灌浆的检查孔要求钻孔过程中提取岩芯并绘制钻孔柱状图。3.2.3 钻孔冲洗（洗孔）钻孔过程中，通过钻具向孔内输入清水、风或者专用冲洗液，不断地将岩粉冲出

8、孔外。灌规规定，孔底沉积厚度不得超过20cm。3.3 裂隙冲洗3.3.1 目的洗孔完成后应安装阻浆塞，用压力水进行岩层裂隙的冲洗，直至回水清净时为止。目的是希望将岩层裂隙或空洞里的风化、软弱的泥质充填物冲出孔外，或是将其推 移到灌浆范围以远，以利于浆液结石与裂隙面胶结牢固。3.3.2 冲洗方法固结灌浆孔裂隙冲洗的方法：i单孔冲洗：当地质条件较好时，对一个孔用压力水冲洗或风水联合冲洗。ii群孔冲洗：当遇到复杂地质条件时，对一组孔进行风、压力水联合或轮换冲洗。iii扬水冲洗：当地下水位较高时，把风送入孔内，待风、水喷出时将孔内的岩粉、 泥质物带出孔外。帷幕灌浆孔的裂隙冲洗方法：i压力冲洗法：保持用

9、一个压力点的清水冲洗裂隙，直至孔内返水洁净时为止。ii脉动冲洗法：先以设计冲洗压力连续冲洗510min后，突然压力降为零，在裂隙中形成反向水流，以期将充填物带出。 上述工作反复多次， 直至孔内返水洁净为止。灌规要求，冲洗压力可为灌浆压力的80%,并不大于1mpa。3.4 压水试验3.4.1 压水试验分类及计算简易压水试验：比较简单、容易的压水试验简称简易压水试验。压水压力可为灌浆压力的80%。压水20min,每5min测读一次压入流量。用公式q=q/（p*l）计算岩石透水率。其中：q透水率（lu（吕荣）q流量（l/min ）p压力（mpa）l 段长（m）灌规规定，采用自上而下分段循环式灌浆法、

10、孔口封闭法进行帷幕灌浆时，各 灌浆段在灌浆前，宜进行简易压水试验。采用自下而上分段灌浆法时，各灌浆孔灌 浆前可在孔底段进行一次简易压水。固结灌浆孔灌浆前的压水试验，孔数不宜少于 总孔数的5%。压水试验：灌规规定，帷幕灌浆的试验孔、先导孔和基岩灌浆的检查孔要求进行正规压水试验，米用单点法或五点法。单点法：采用一个压力级的压水试验就叫单点法。五点法：采用三级压力五个阶段 的压水试验叫五点法。注意两点：压力为全压力；稳定流量是指在稳定的压力下， 每35min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的 10%,或者最大值与最小值之差小于1l/min,即认为压入流量达到稳定标准。可结

11、束压水试验工作，取最终值作为计算值。劈裂压水试验疲劳压水试验3.5 灌浆施工3.5.1 灌浆设备灌浆设备包括：灌浆泵、搅拌机、储浆机、湿磨机、灌浆自动记录仪等。湿磨机：将配制好的水泥浆中的水泥颗粒再次磨细的机械。目前，国内使用较多的湿磨机有 sw-3型和gsm 一出型。湿磨细水泥浆的细度一般可达到d50=1012um,比表面积可达 7000 cm 2/g以上。大循环三参数自动记录仪安装示意图：3.5.2 灌浆方法根据地质条件、灌浆孔深度和灌浆目的以及设计文件要求来确定灌浆方法。一般可 分两大类。全孔一次灌浆法全孔分段灌浆法i自上而下分段灌浆法ii自下而上分段灌浆法iii综合分段灌浆法iv孔口封

12、闭灌浆法在灌浆孔的接触段灌浆后，在孔口埋设安装孔口管，孔口管的埋设是该法的关键工序。该法的最大优点：每段灌浆结束后不须待凝，可直接开钻下一段，大大节省时间；多次复灌，有助于提高灌浆质量。使用该法也有一定的约束条件：孔口封闭法适用于高压水泥灌浆工程；孔口封闭器应有良好的耐压和密闭性能，在灌浆过程中灌浆管应能灵活转动和升降；孔口镶铸段以下 3或4个灌浆段段长宜短，灌浆压 力递增宜快；灌浆管外径与钻孔孔径之差宜为1020mm ;3.5.3 灌浆压力的选定和控制灌浆压力的选择：正确选定灌浆压力，是较困难的。工程设计阶段，确定灌浆压 力多数是先采用类比法。混凝土重力坝设计规范规定，固结灌浆压力在不抬动基

13、础岩体的原则下，经论证采用无混凝土盖重灌浆时，其灌浆压力为0.20.4mpa,有盖重时为0.40.7mpa。帷幕灌浆压力应通过试验确定，通常在帷幕孔顶段取1.01.5倍坝前静水头，在孔底段取23倍坝前静水头，但不得抬动岩体。灌浆压力的控制：注入率较小时，应尽快达到设计值，即次升压法”；反之，则宜缓慢提升至规定值，即分级升压法cv标抗力体固结灌浆灌浆压力控制：在抬动值100um时，灌浆压力升压过程按卜表规定进行控制。灌浆吸浆率(l/min)3030 2020 10 10备注灌浆使用压力(mpa)0.4p0.6p0.8ppp为对应孔段的灌浆压力在100um三抬动值 200um时，灌浆升压过程严格控

14、制注入率小于10l/min ,如果抬动值不再上升，逐级升压，否则停止升压；在抬动值三200um时，停止灌浆，待凝8h后扫孔复灌。3.5.4 浆液的配合比和浓度变换配合比选择：灌规规定，帷幕灌浆浆液的水灰比可选用5, 3, 2, 1, 0.8, 0.6(0.5);固结灌浆可采用 3, 2, 1, 0.6 (0.5)。cv标抗力体固灌：2, 1, 0.7, 0.5。浓度变换的原则i当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，不得 改变水灰比。ii当某级浆液注入量已达300l以上，或灌注时间已达 30min,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。iii当注

15、入率大于30l/min时，可根据具体情况越级变浓。3.5.5 灌浆结束条件帷幕灌浆的结束条件灌规规定：i采用自上而下分段灌浆法时，灌浆段在最大设计压力下，注入率 不大于1l/min后，继续灌注 60min,可结束灌浆。ii采用自下而上分段灌浆法时，在该段最大设计压力下，注入率不大于1l/min后，继续灌注 30min ，可结束灌浆。iii采用孔口封闭灌浆法时，在该段最大设计压力下，注入率不大于1l/min后，继续灌注6090min,可结束灌浆。固结灌浆的结束条件灌规规定：在该灌浆段最大设计压力下,当注入率不大于1l/min 后，继续灌注30min ，可结束灌浆。cv 标抗力体固灌结束条件：采用

16、自上而下分段灌浆法时，连续45min 时段内，在满足最大设计压力下且注入率不大于1l/min 的时间累计值达到 30min 以上时， 可结束灌浆。 当采用其它灌浆法时， 在该灌浆段最大设计压力下,当注入率不大于1l/min后，继续灌注30min ，可结束灌浆。3.5.6 封孔机械封孔法归纳起来有导管注浆封孔法和全孔灌浆封孔法以及分段灌浆封孔法。导管注浆封孔法：适用于浅孔（孔深小于 10m）和孔内无涌水的灌浆孔。灌规中要求固结灌浆孔可采用此法。全孔灌浆封孔法：全孔灌浆结束后先采用导管注浆法将孔内残留余浆置换成水灰比为 0.5： 1 的浓浆之后将灌浆塞卡在孔口进行纯压式灌浆封孔。灌浆压力可根据工程

17、具体情况而定， 一般不宜小于1.0mpa 。 采用孔口封闭法的帷幕灌浆孔多使用全孔灌浆法封孔。cv 标抗力体固灌封孔：终孔段灌浆结束后以 0.5： 1 级浓浆置换孔内稀浆，采用2.0mpa 的压力进行灌浆封孔，延续灌注时间不小于30min 。灌浆孔上部的空腔用人工回填砂浆封实。分段灌浆封孔法：全孔灌浆结束后自下而上分段进行纯压式灌浆封孔。分段长度为2030m,灌浆压力为相应深度的最大灌浆压力，持续时间一般为30min。孔口段应为1h。这种封孔方法适用于采用自上而下分段灌浆、孔深较长和封孔较困难（如有涌水）的灌浆孔。帷幕灌浆的先导孔和检查孔多采用此法。灌规要求各类灌浆孔的封孔质量均应进行抽样检查

18、。检查的数量和合格标准各工程可据具体情况制定， 一般抽查数量不宜超过总孔数的 5%， 若抽查不合格， 应加倍抽查。封孔检查采取顺原孔钻取芯样的方法。有的工程规定：获取的水泥结石芯样长度不应低于孔深的95% ，且结石完整，有一定的强度（抗压强度不低于20mpa ） 。3.6 原始记录及资料整理3.6.1 原始记录施工原始记录有：钻孔记录、裂隙冲洗记录、压水试验记录、灌浆记录、封孔记录以及变形观测记录等。质检原始记录有：孔位、孔深、钻孔测斜记录及灌浆材料、浆液密度、灌浆压力、结束条件、封孔质量检查等记录。3.6.2 资料整理为及时掌握灌浆情况，便于设计、监理和施工人员查阅有关资料，应随钻孔灌浆施工

19、的进展， 收集施工原始记录并按程序予以整理、 填报或绘制各类图表。 一般包括：灌浆成果一览表、灌浆分序统计表、灌浆成果综合统计表、灌浆成果综合剖面图。灌浆成果一览表：将一个孔或一个单元工程全部孔的施工成果（孔深、透水率、 注浆量、注灰量、单位注入量、灌浆压力、水灰比等参数）汇总在一起的明细表。灌浆分序统计表：以一个单元工程（一个坝段或区段）为单位，分别将不同排、 序的各灌浆孔的平均单位注灰量和透水率汇总，并将每个灌浆孔各段的单位注灰量 和透水率按划分的若干个区段进行段次的统计。经汇总统计后，可得出各排、序孔 的平均单位注灰量和透水率以及各序孔在单位注灰量、透水率各区段的频率分布情 况。由此，可

20、大致看出该单元工程随排、序孔加密的灌浆效果。灌浆成果综合统计表：将单元工程或一个单位工程的灌浆分序统计表同排同序孔 的平均单位注灰量和透水率以及其区间分布频率再进行汇总。由此表可大致看出该 单位工程的灌浆呈现的规律和灌浆效果。灌浆成果综合剖面图：为了将灌浆成果更形象化，通常将一个单元工程的灌浆孔 的平面布置图和垂直剖面图画出来，并把灌浆成果一览表中的有关数据列在旁边。 从综合剖面图中，不仅可以看出各灌浆孔在平面上的相对位置，而且各个灌浆段分 布的高程位置也能一目了然，同时各灌浆段施工成果也更加直观，对分析灌浆成果、判断地质情况、指导灌浆施工都具有现实意义。3.7 灌浆质量检查及工程质量评价灌浆

21、质量检查包括灌浆施工质量检查和灌浆效果的检查。3.7.1 施工质量的检查及评价施工质量的检查按水电水利基本建设工程单元工程质量等级评定标准（dl/t5113.1 2005 ）进行检查，应按下表的要求执行。项 类15.5佥查项目质里标准检测方法主控项 目1、钻孔孔深不得小于设计孔深钢尺、测绳量测2、灌浆灌浆压力符合设计要求自动记录仪、压力表检测灌浆结束标准符合设计要求自动记录仪或压力表、量 浆尺等检测3、施工记录、图表齐全、准确、清晰查看资料一般项 目1、钻孔孔序按先后排序和孔序施工现场查看孔位偏差=10cm钢尺量测终孔孔径帷幕孔不得小于 46mm ,固结孔/、宜小于38mm卡尺量测钻头孔底偏距

22、符合设计要求测斜仪测取数据、进行计 算2、灌浆灌浆段位置及段 长符合设计要求核定钻杆、钻具长度或用 钢尺、测绳量测钻孔冲洗回水清净、孔内沉淀小于20cm观看回水、量测孔深裂隙冲洗与压水 试验符合设计要求测量记录时间、压力和流量浆液及变换符合设计要求比重称、量浆尺、自动记录仪等检测特殊情况的处理无特殊情况发生、或虽有特殊 情况，但处理后不影响灌浆质 量根据施工记录和实际情况 分析抬动观测符合设计要求千分表等量测封孔符合设计要求目测或钻孔检查施工质量的评定帷幕灌浆应逐孔逐段进行检查，固结灌浆应逐孔进行检查。i单个孔质量评定合格：灌浆孔钻孔及各段灌浆的主控项目全部符合标准，一般项目有70%的检查点符

23、合质量标准。优良：灌浆孔的主控项目和一般项目全部符合标准。ii灌浆单元工程质量等级评定合格：单元工程灌浆效果检查符合要求，灌浆孔全部合格， 优良灌浆孔数小于 70%。优良：单元工程灌浆效果检查符合要求，灌浆孔全部合格，优良灌浆孔数大于或等于 70%。施工质量的控制质控点”应根据每个工程的具体情况来确定，一般来说，开孔前的孔位检查，终孔 时的孔深、孔斜检测，灌浆结束时的压力、注入率、屏浆时间，封孔后的扫孔检查 以及检查孔的压水试验均可作为质控点。3.7.2 灌浆效果的检查施工成果资料分析检测成果资料检测成果资料包括：检查孔的压水试验、取芯成果(采取率、水泥结石填充密实程度以及芯样力学性能试验等)

24、、基岩的物探资料。灌规规定：帷幕灌浆工程的质量应以检查孔压水试验成果为主，结合对施工记 录、成果资料的分析，进行综合评定；固结灌浆工程质量的检查宜采用测量岩体波 速和岩体弹模的方法，也可采用钻检查孔进行压水试验的方法。3.7.3 灌浆工程质量的合格标准及评价灌规规定：帷幕灌浆工程质量的评定标准为：经检查孔压水试验检查，坝体混凝土与基岩接触段及其下一段的透水率的合格率为100%,其余各段的合格率不小于90%。当设计防渗标准为小于 2lu时，不合格试验段的透水率不超过设计规定值的200%;当设计防渗标准大于或等于2lu时，不合格试验段的透水率不超过设计规定值的150%,且不合格试验段的分布不集中。

25、灌浆质量可评定为合格。固结灌浆质量的评定标准为：试验段的合格率在85%以上，不合格试验段的透水率不超过设计规定的150%,且不集中，灌浆质量可评为合格。cv标抗力体灌浆处理后岩体物理力学性质指标设计要求见下表：岩类指标声波速度(m/s)声波速度(m/s)灌后钻孔变形模量e(gpa)单位透水率 q(lu)岩体完整性系数kv大理岩田2类岩体三5000测点大于85% 4200的测点小于5%全7.0三3.0全 0.55n2类岩体三4600测点大于85% 3900的测点小于5%全5.0三3.0全 0.50“板岩田2类岩体三4800测点大于85% 4100的测点小于5%全6.0三3.0全 0.55n2类岩

26、体三4500测点大于85% 3800的测点小于5%全4.2三3.0全 0.503.8 排水孔和扬压力观测孔当一个或几个单元工程的帷幕灌浆结束后，并已经检查孔压水试验验证合格后，混 凝土重力坝和拱坝即可在帷幕下游侧钻设坝基排水孔和基础扬压力观测孔。3.9 基岩灌浆工程的完工验收3.9.1 完工验收时应具备的条件灌浆工程的单元工程和分部工程施工及检查已完成，并进行了工程质量评定和验 收。与灌浆工程有关的观测项目基本完成，并进行了灵敏度的检查和初始值的测定。坝前库水位已达到蓄水初期最低要求，经实测，坝基的渗漏量和扬压力在设计允 许范围内。3.9.2 完工验收应提供的文件和资料验收准备工作报告（附施工

27、单位的申请验收报告）。施工报告和施工期的观测报告。设计报告和设计图纸、设计文件。监理阶段验收报告（质量检查及评定）和单元（分部）工程验收鉴定证书。3.9.3 完工验收需要形成的文件单位（灌浆）工程完工验收鉴定书。主要内容包括：工程概况，各阶段的工程验 收及质量评价情况，工程遗留的主要问题及处理意见，工程质量总的评价及结论， 验收成员签字。遗留工程（问题）清单。移交的设施、仪表、完工资料（原始记录和竣工图表）清单。3.9.4 完工资料的移交施工记录、灌浆成果、竣工图纸和检测资料以及阶段施工报告需进行移交。具体如下：施工记录包括钻孔记录、测斜记录、冲孔和裂隙冲孔记录、压水试验（简易压水）记录、灌

28、浆记录（人工现场记录与自动记录仪记录）、封孔记录、抬动变形观测记录、制浆记录和浆液试验记录等。灌浆成果11包括灌浆成果一览表、灌浆分序统计表、灌浆综合统计表、工程量完成情况表、灌 浆孔综合剖面图、各次序孔透水率频率曲线图、各次序孔单位注入量频率曲线图、 灌浆孔测斜汇总表和孔斜平面投影图。 观测资料 包括基础排水系统的单孔或区段渗水量统计表及与库水位关系曲线、基础扬压力观 测成果及折减系数分部图、典型坝段观测断面基础扬压力与库水位的关系曲线等。 检测资料 包括检查孔压水试验成果表、检查孔钻孔柱状图、灌浆材料检测报告和有关照片、 录像、岩芯实物及灌浆前后物探测试成果。 阶段验收施工报告和施工技术总结。16100.090.080.0透水率(lu)i序孔透水率频率曲线en序孔透水率频率曲线检查孔兼田序孔透水率频率曲线i序孔透水率频率累计曲线h n序孔透水率频率累计曲线 检查孔兼田序孔透水率频率累计曲线0.0 ( m )1725.0 (1720.0 (1715.0 (1710.0 (1705.0 (1700.0 (m)m )m )m)m )m )1692.36 ( m)63.70 a48.32-4.4215.88 gth82.52 0153.33 472135.08 275.106959j/10.95172121.4148337.332t163 36.70 2150.56 0-21