第二章05冲洗与压水

1、第五节 钻孔冲洗、裂隙冲洗及压水试验1 钻孔冲洗钻孔冲洗（简称洗孔、冲孔）是指使用清水或压缩空气与水将钻孔孔底沉淀的岩屑 和孔壁上粘附的岩粉等污物冲出孔口以外， 以使与钻孔相交的岩石裂隙口不被泥渣堵塞 达到便于浆液注入的目的。灌浆工程对钻孔冲洗的要求是冲洗后孔底沉积厚度不大于20cm。严格地说，冲孔是钻孔工序的一部分，钻孔（全孔或一个孔段）完成以后就应当及 时地将钻孔冲洗干净 ,并保护好孔口，防止污水流进或异物落入 . 冲孔是灌浆工程中不可 缺少的一个环节 .灌浆孔的冲洗通常采用水冲法 , 即在钻孔完成后，取出岩芯，再下入钻具（或仅下入 钻杆），开大水流，使孔内钻渣随循环水流悬浮带出孔外。冲孔

2、水量要尽可能地大一些 直至回水清净，肉眼观察无岩粉为止。如果这样不能冲洗干净，不能达到孔底沉积小于 20cm 的要求，那就要采取捞砂取粉等措施。如果孔壁有很多黏着物，或有特殊的冲洗要 求，可能还应当专门对孔壁进行侧向冲洗。孔深较浅的灌浆孔和使用风动钻孔机械钻进 的灌浆孔也可使用压缩空气与水作冲洗介质 .冲孔的特点是，孔口不封闭 , 冲洗水流的水量大 , 但压力不一定大。冲洗时间以回水 变清为原则，施工中有的要求回水变清后持续多少时间的，这种做法实际上并无必要。2 裂隙冲洗2。 1 裂隙冲洗的目的裂隙冲洗（简称洗缝）是指采用水或压缩空气等介质对钻孔周围的岩体的裂隙或孔 隙进行的冲洗。其目的是 :

3、（ 1）希望将缝隙中的软弱充填物冲出孔口外, 或推移至灌浆区域的一定范围之外 ;（2 ）使被灌裂隙变得畅通，以扩大灌注范围和注入量；（3 ）使被灌裂隙变得干净，以利于浆液注入后与裂隙两面的岩石黏结紧密, 增强灌浆 效果。以前工程界对裂隙冲洗的必要性和有效性尚存争议，通过许多试验和工程实践，特别乌江渡水电站帷幕灌浆取得成功以后，认识趋于一致：除非采取特别的冲洗方法和付出大的代价，裂隙冲洗难以取得明显的效果；对于帷幕灌浆，裂隙冲洗并非是完全必要的， 一些软弱物质可以通过提高灌浆压力来灌注或挤压密实，使抗渗能力满足要求；固结灌 浆的目的主要是提高岩体的变形模量，因而对裂隙冲洗的要求高于帷幕灌浆。在水

4、工建筑物水泥灌浆施工技术规范中，一般情况下的裂隙冲洗均规定采用比较简单的压水冲洗法，并可与简易压水试验结合进行。对需要重点加固的部位应按设计 要求强化裂隙冲洗。对遇水易软化的地层不宜进行裂隙冲洗，也应当不做或少做压水试 验。2。2裂隙冲洗的方法裂隙冲洗常用的方法是压水冲洗，有特殊要求时应采用强力冲洗，即高压压水冲洗、脉动冲洗、风水联合冲洗或高压喷射冲洗。灌浆工程岩体的裂隙冲洗应当使用清水，除 非工程有特殊需要，方可使用化学剂。裂隙冲洗应该在钻孔冲洗以后进行各种洗缝方法及其适用条件见表 2-5 1.表列各种冲洗方法可以单独使用，也可以几种方法结合使用，其中以压水冲洗使用最多，强力冲洗的方法在一些

5、工程有特殊要求的部位也有应用。我 国乌江渡水电站帷幕灌浆采用了不进行专门的裂隙冲洗的施工方法铜街子水电站坝基固结灌浆工程中 C5层间错动带、F3及F3 1断层破碎带采用了高压喷射冲洗置换灌浆的 加固方法。表2 5-1裂隙冲洗方法冲洗方式作业要点冲洗原理适用条件及冲洗效果压水冲洗安装灌浆塞隔离被灌浆孔段，使用灌 浆泵向孔段内压入循环水流，压水压力 由回水管阀门调节，通常为灌浆压力的 80%,至返岀的水洁净，或持续一段时间 为止.裂隙缝口的一部分充 填物被压力水冲刷挟带 流出孔外，不能从孔口冲 洗岀的充填物被压力水 推移至离钻孔较远的位 置。适用除不需冲洗以外 的各种地层。施工简便但 冲洗效果一般

6、较差。高压压水冲洗压水压力通常大于 iMPa但不超过灌 浆压力的80%。其余同上。同上不适宜缓倾角和易抬动地层。效果尚好。脉动冲洗按照压水冲洗的方法，先使用较大的 压力冲洗数分钟，接着完全放开回水阀 门，低压大流量冲洗，如此反复脉动， 直至返岀的水洁净或持续一段时间为 止。高压时类似压水冲洗 机理，低压时裂隙内水压 力高于孔内压力，形成反 向水流将充填物带岀。适宜于断层破碎带，但孔壁稳定的地层.效果较好.风水联合冲洗在孔段中下入风管和水管，或在水管 中通入风，使风、水在孔中混合膨胀， 并喷岀孔外.注意风压应大于满孔时的 水柱压力，可以反复多次。直至返岀的 水洁净或持续一段时间为止。压缩空气的能

7、量在孔 内释放，形成紊动、震荡 水流，对裂隙中的充填物 质起到松动、剥离、抽吸 的作用。适宜于断层破碎带，但孔壁稳定的地层。施工稍复杂，效果较好。高压喷射冲洗通过钻孔找准需要加固的部位，下入喷射管，通入高压水（2550MPS），或 者伴以压缩空气，强力冲刷和击碎裂隙 或夹层内的软弱物质，使其剥离，冲岀 孔外.可反复进行，直至返岀清水.利用高压水束的巨大 能量，将软弱充填物切割 破坏冲出，而后以水泥浆 液灌注置换填补其空间。适宜于断层及软弱夹 层的局部加固。冲洗效果 好，但施工复杂，仅用于 个别重要部位。群孔冲洗将被冲洗孔和相邻孔同时钻岀，通常 以35孔为一组，各孔轮番进水、进 气和排水、排气、

8、排泥渣.利用邻孔提供的空间， 增加了裂隙内充填物的 排泄通道，增大了冲洗液 的水力梯度。适宜于有串通条件的 群孔固结灌浆。冲洗效果 好，但施工复杂，打乱灌 浆次序。3压水试验压水试验，即钻孔压水试验，它是一种在钻孔内进行的岩体原位渗透试验。它的主要 任务是测定岩体的透水性，为灌浆工程的设计、施工和质量检验提供基本资料。灌浆工程的先导孔和灌浆后的检查孔的压水试验按照水工建筑物水泥灌浆施工技 术规范附录A进行。3。1压水试验的方法3。1。1压水试验的准备压水试验的钻孔孔径可为 56mm150mm钻孔宜用金刚石或合金钻进，禁止使用泥浆钻进。试段长度一般为 5m遇强漏失带时应单独划分试段。3。 1。2

9、 压水试验的设备（ 1）止水栓塞 止水栓塞有多种类型，如气压或水压胶囊塞、螺杆顶压胶球塞，以 及可对试段上下两端同时隔离的双联栓塞，施工中可酌情采用。通常希望与灌浆工艺及 所使用的灌浆塞一致起来 , 以充分发挥设备效用和提高工效 .为了止水可靠，止水栓塞的长度不宜小于 7 倍钻孔直径 .（ 2）供水设备 通常的灌浆泵可作为供水设备， 但要求其最大流量能达到 100L/min 以上，压力稳定，工作可靠，泵的出口安装容积大于5L 的空气室。在有条件的地方宜采用自流供水进行试验 .（ 3） 量测设备 主要有压力表、流量计。试验压力应保持在压力表最大标值的 1/3 至 3/4 之间 . 灌浆用的大量程

10、压力表不能用作压水试验。可以使用水表作为流量计，但应 能在最大压水压力下正常工作； 也可以使用量水标尺测量耗水量 . 使用能同时测量压力和 流量的灌浆自动记录仪是最好的设备。3.1 。 3 压水试验的程序 压水试验的操作程序包括洗孔，地下水位测量，安装管路、栓塞和仪表, 试通水，压力控制和流量观测等。洗孔的方法和要求已于前述。洗孔之后压水试验之前，是否进行裂隙冲洗应视压水 试验的目的而定，灌浆孔段（包括先导孔）灌浆前的压水试验或简易压水通常在裂隙冲 洗后进行，或将裂隙冲洗与简易压水合并进行。地下水位是压水试验压力的起算零点，可利用先导孔测定。测量时向孔中注满清水， 观测水位下降速度，每 5mi

11、n 测记一次，当连续 2 次测得下降速度均小于 5cm/min 时, 即 以最后一次观测水位作为该地段的地下水位。当灌浆施工完成后 , 进行检查孔压水试验时，由于地层经过灌浆渗透性已经很小，所 以这时也可取地下水位与孔口齐平。当孔口有涌水时 , 应当测定涌水压力和涌水量 .为施工简便起见，压水试验管路和仪表安装通常都与灌浆的管路安装方式一致，如 本书第六节图 2 6-9 。各项准备工作做好以后就可以开始进行压水试验。试验前应当先通水试压，确认管 路充满了水 , 管路系统和栓塞在最大试验压力下不渗、不漏、不堵 , 压力表或记录仪工作 正常，否则应当重新安装试验系统 .试验通过调节阀门控制保持稳定

12、压力，每 3min5min 测读一次流量，当连续 4 次观测值中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或小于 1L/min 时，本阶段试验完成 , 取最终值为计算流量。3。 1。4 试验压力的计算 试验压力是指作用在试段内的实际平均压力（ 全压力）。当地下水位在试段以上时，试验压力等于压力表指示压力与由压力表中心至地下水 水位的水柱压力的代数和；当地下水位在试段以下时，试验压力等于压力表指示压力与由压力表中心至试段中 点的水柱压力的代数和；当地下水位在试段以内时，试验压力等于由压力表中心至地下水位以上的试段的中 点的水柱压力的代数和。此外严格地说，还应当加上（循环式灌浆管路）或减去 （ 纯压式

13、灌浆管路）管路压力 损失，但因此项数值较小，在灌浆工程中一般忽略不计 .3。 3 单点法压水试验及透水率的计算 灌浆工程普遍使用单点法压水试验，即只使用一个压力阶段的压水试验方法。单点 法压水试验的成果按公式 2 5 1 计算。2-5 1)q = Q/PL式中 q- 透水率， Lu；Q压入流量，L/mi n ;P作用于试段内的全压力，MPaL试段长度，m.透水率单位吕容（Lu）的意义是，当试验压力为1MPa每米试段的压入流量为1L/min时，该试段透水率为 1Lu。试段透水率取两位有效数字。以前我国沿用前苏联的技术标准，压水试验的成果使用单位吸水量（3 ）表示.其涵义是在每米水头作用下，每米试

14、段内的流量，单位为L/ （ min。m.m）。由此可见透水率q和单位吸水量3的关系是q = 1003（2-5 2）3.4 五点法压水试验五点法压水试验是采用三级压力进行升压和降压共五个阶段的压水试验方法，即P1P2 P3P2 Pi （ Piv P2 v P3=。三级压力一般为 0。3、0.6、1。0MPa根据五个阶段的压水试验资料绘制P Q曲线，参照表25-2确定P Q曲线类型。以三级压力中的最大压力值（P3）及相应的压入流量（Q）及公式2 5-1求算透水率.每一试段的压水试验成果用透水率和P Q曲线类型表示,如0.58（ A），8.5（D）等。表25-2五点法压水试验的P-Q曲线类型及特点表

15、芟型名称曲（层箭'；咂匚（扩张璧1AF曲线1:升压曲线 为谴过原点Mrtffi.降压曲蜕勺升压命丹屋曲战 凸向Q Mi 降压曲觀勺凸肉P 降所肺绒与 升压仙觇幕凸IM p鼬 降压曲纯与 升圧曲纯不 重合血时 针环状升压曲轴仙 向Q轴，降缶 曲统与畀（Erti逆时针阡状3。5简易压水灌浆工程施工过程中，常常需要了解随着各排、各序孔灌浆的进行，岩体透水率变化的趋势，以评估灌浆设计和施工参数的正确性，同时预测灌浆效果.简易压水就是为满足这一要求而进行的简化和粗略的压水试验简易压水压力采用灌浆压力的80%并不大于1MPa,压水时间20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量值计算透水率

16、.简易压水由于其精确度要求不高， 所以通常假设地下水位与孔口齐平 压水压力也不 采用全压力，而采用表压力。即按压力表（或记录仪）指示的压力记读，忽略孔内水柱压力和管路损失的影响。当对裂隙冲洗没有专门要求时，简易压水可与裂隙冲洗结合进行。3.6用压水试验成果计算渗透系数透水率q和渗透系数K之间不是简单的对应关系，各种条件下通过 q计算k的公式 也很多。水利水电工程钻孔压水试验规程SL1992推荐：当试段位于地下水位以下，透水率在10Lu以下，P-Q曲线为A型（层流型）时，可用2-5 3式求算渗透系数K=In (2 5-3)2 n HLr式中 K -地层渗透系数，m/d;Q 压水流量，m3/d;H 试验压力，以水头表示，m ;L 试验段长度，m;r -钻孔半径，m。也可以用图2-5-1中的曲线查找，该图给出了不同地方的研究成果，可以提供大致合理的近似值。/ /