水利工程施工培训讲义

水利工程施工工授课教师：吴吴雪英第三章基础础工程本章的重点和和难点是岩基基灌浆的方法法和施工、防防渗墙的施工工。主要的知知识点包括：：基坑开挖；；岩基灌浆的的目的；帷幕幕灌浆、固结结灌浆和接触触灌浆的区别别及施工方法法；水泥灌浆浆的各材料的的要求；单位位吸水率；钻钻孔灌浆的次次序；灌浆的的浆液稠度和和压力变化；；防渗墙的作作用；泥浆固固壁原理；导导管布置。概述：一.各类型的的水工建筑物物对地基基础础的要求1．具有足够够的强度，能能够承受上部部结构传递的的应力；2．具有足够够的整体性和和均一性，能能够防止基础础的滑动和不不均匀沉陷；；

3．具有有足够的抗渗渗性和耐久性性，防止发生生严重的渗漏漏和渗透破坏坏及地下水的的侵蚀破坏。。水利施工网二．地基处理理的方法1．地基开挖挖：在地基范范围内将不合合设计要求的的覆盖层、分分化破碎有缺缺陷的岩层挖挖掉，是一种种最通用可靠靠的处理方法法

2．断层层、软弱夹层层、破碎带处处理方法砼砼塞、砼拱、、截水槽、防防渗墙常用岩岩溶处理可可用堵、铺、、截、围、导导、灌

3．．土、砂砾石石地基处理防防渗：截水水槽、打板桩桩、防渗墙、、修铺盖加加固：预压、、换砂、砂井井、振动密实实、打桩、灌灌浆等第一节基础础开挖一．基础开挖挖插图一坝基基开挖平台示示意插图二坝基基开挖形态插图三沿坝坝轴线开挖图图1．定义：在在地基范围内内将不合设计计要求的覆盖盖层、风化破破碎有缺陷的的岩层挖掉，，是一种通用用可靠的地基基处理方法。。

2．应解解决的问题如如下：

①及及时排除基坑坑积水；②②合理安排开开挖程序，掌掌握“自上而而下，先岸坡坡后河槽”的的原则，分层层开挖，逐渐渐下降；③③合理选定基基坑开挖范围围与形态；基基坑开挖范围围主要取决于于水工建筑物物的平面轮廓廓,同时考虑虑实际施工情情况。基坑开开挖要避免形形成高边坡、、深槽壁，要要求基岩面比比较平整，高高差不宜太大大，并尽可能能略向上游倾倾斜同时考虑虑不同坝型的的要求。④④正确选择开开挖方法及开开挖参数，保保证质量和安安全为重点；；

⑤做好开开挖和利用石石渣的综合平平衡。二．开挖方法法

对岩石地地基而言，主主要的方法是是爆破开挖，，采取控制爆爆破，分层向向下，预留保保护层的方式式

坝基爆破破开挖的基本本要求是：保保证质量；注注重安全；方方便施工；综综合平衡。保保证质量具具体在两个方方面：

1．．要求在爆破破开挖过程中中既有效地按按分层逐层下下挖，又要有有效防止由于于震动破坏保保留岩体和设设计基岩线下下的岩体;2．要求在在爆破开挖时时防止对已建建成的水工建建筑物或已完完工的灌浆地地段造成损坏坏。第二节岩基基灌浆定义：就是把把一定配合比比的具有流动动性和胶凝性性的浆液，通通过钻孔压入入岩层裂隙中中，经过胶结结硬化后以提提高岩基的强强度，改善岩岩基的整体性性和抗渗性。。一.岩基灌浆的分分类及部位插图一岩基基灌浆示意图图岩基灌浆按目目的可分为帷帷幕灌浆、固固结灌浆和接接触灌浆。1．帷幕灌灌浆：请看三峡二期工程程大坝廊道灌灌浆①目的：减少少坝基的渗流流量、降低渗渗透压力，保保证地基的渗渗透稳定。②②部位：布布置在坝基迎迎水面下的基基础内，形成成一道连续而而垂直或向上上游倾斜的幕幕墙。③特点：孔较较深，通常要要求孔深入到到岩基单位吸吸水率ω〈0.05～0.01L/（min.m.m）的等值线以下下3～5m；多采用单孔灌灌浆，使用的的灌浆压力较较大；斜幕一一般比直幕效效果好，但施施工较复杂；；灌浆时间应应在水库蓄水水前完成；通通常都在基础础灌浆廊道内内进行，廊道道尺寸通常宽宽2～3m，高3～4m。2．固结灌浆：①①目的：提提高和改善岩岩基的物理力力学性能，减减少开挖深度度，增强防渗渗效果。②②部位：灌浆浆的范围主要要根据大坝地地基的地质条条件、岩石破破碎情况、坝坝型和基础岩岩石应力等条条件而定③③特点：孔深深一般为5～～8m，也有深达15～40m；孔在平面上呈呈网格交错布布置，通常采采用群孔冲洗洗和群孔灌浆浆；灌浆时间间多是在基础础开挖和坝基基基础部位混混凝土浇筑等等工序间穿插插进行。3.接触灌浆浆：

①目的的：加强坝体体混凝土与岸岸坡或地基之之间的结合能能力，提高坝坝体的抗滑稳稳定性，同时时也能增加岩岩基的固结强强度和防渗性性能

②部位位：在固结灌灌浆部位，可可结合固结灌灌浆进行；③特点：可通通过混凝土钻钻孔压浆或预预先在接触面面上埋设灌浆浆盒及相应的的管道系统；；应安排在坝坝体混凝土达达到稳定温度度后，防止混混凝土冷缩拉拉裂；灌浆压压力通常不超超过0.1～～0.3Mpa。岩基灌浆按材材料可分为水水泥灌浆、水水泥粘土灌浆浆、化学灌浆浆。三种材料比较较：水泥浆液液最为普遍，，可靠、设备备和工艺简单单、成本低廉廉的优点；水水泥粘土浆虽虽成本低但结结石强度不高高；化学灌浆是为为解决有特殊殊地质条件或或建筑物的裂裂缝等采用通通常的颗粒材材料难以灌进进，成本较高高，施工复杂杂，工艺要求求严。二．水泥灌浆浆对材料的要要求1．水泥：颗颗粒细、稳定定性好、胶结结性强、结石石强度高和耐耐久性好，标标号不低于425号。水水泥细度要求求一般来讲水水泥颗粒粒径径应不大于岩岩石裂隙宽度度的1/3～～1/5，水水泥浆才易于于灌入。普通通硅酸盐水泥泥颗粒粒径一一般多在40～60μm，所以难以灌入入宽0.2mm以下的裂隙。。灌浆所用水水泥细度一般般认为通过4900孔/cm2的标准筛的筛筛余量小于2%为好或比比表面积3000cm2/g为好。

2．．掺合料：惰惰性材料如砂砂、粘土、粉粉煤灰用以节节约水泥；活活性材料如减减水剂、速凝凝剂、缓凝剂剂等有助于加加强浆液流动动性和扩散性性提高灌浆效效果。

3．．水：与一般般混凝土拌和和用水一样三．灌浆施工工工艺插图二岩基基灌浆插图三单排排灌浆孔插图四灌浆浆孔1.钻孔：请请看各种钻孔孔机械，岩心钻机、履带式钻机、潜孔钻机、冲击式钻机①钻孔机械：：回转式钻机机、风钻或架架钻请看几种种钻机1、2②要求：孔位位、孔向、孔孔深应符合设设计要求。孔孔位偏差不超超过10cm，对垂直或倾角角小于5度的的帷幕孔其孔孔斜偏差不得得大于表中的的规定；孔径径上下均一，，孔壁平整；；帷幕钻孔方方向原则上应应较多地穿过过裂隙和岩层层层面，钻孔孔角度通常控控制在0度～～10度之间间。

2.冲冲洗：在灌浆浆以前将残存存在孔底和粘粘滞在孔壁的的岩粉铁末冲冲洗出孔外，，并将岩层裂裂隙和孔洞中中的充填物冲冲洗干净。冲洗方法有单单孔冲洗和群群孔冲洗。单孔冲洗：①高压压水冲冲洗：冲洗压压力可采用同同段灌浆压力力的70%～～80%。回回水洁净延续续10～20min就可结束。②②高压脉动动冲洗：采用用高低压力反反复冲洗，先先用高压（为为灌浆压力的的80%或100%）经经5～10min后，将压力在在几秒时间内内突降到零，，形成反向水水流将裂隙中中的碎屑带出出，此时回水水多浑浊，当当回水变清后后在升高到原原来压力，如如此反复直到到回水洁净再再延续10～～20min。③③扬水冲洗：对对地下水位较较高和地下水水补给条件较较好的钻孔可可采用此法。。冲洗时先将将冲洗管下到到钻孔底部，，上端接风管管，通入压缩缩空气，在孔孔中水气混合合后，由于比比重减轻，在在地下水压力力作用下再加加压缩空气的的释压膨胀与与返流作用，，夹带孔内碎碎屑杂物喷出出孔外。群孔冲洗：一一般适用于岩岩层破碎、节节理比较发育育的岩层中3.压水试验验：压水试验验主要是测定定岩层的渗透透特性，为岩岩基灌浆或处处理提供必要要的依据。在在一定压力之之下，通过钻钻孔将水压入入孔壁四周的的缝隙中，根根据压入的水水量和压水时时间，计算出出代表岩层渗渗透特性的技技术参数ω。单位吸水率ω=Q/LH

ω——单位吸水率，，L/(min.m.m)

Q——压入流量，L/minH——试验压力，m，通常为同段灌灌浆压力的70%～80%L——试验孔段长度度，m，与灌浆段长一一致，一般为为5～6m帷幕灌浆孔，，每5～10min测读一次压入入水量，当试试验结果符合合下列标准之之一时即可结结束试验，以以最终流量作作为计算流量量，标准如下下：

①流流量之一大于于5L/min时，连续四次次读数，其最最大值与最小小值之差小于于最终值10%。

②流流量均小于于5L/min时，连续四次次读数，其最最大值与最小小值之差小于于最终值20%。

③连连续四次读读数，流量均均小于0.5L/min。。固结灌浆孔压压水试验吸水水量的稳定标标准可按帷幕幕灌浆孔适当当放宽。4.灌灌浆：：请看看灌浆设设备另看灌浆导导管、高压喷喷射注注浆①钻钻孔灌灌浆次次序：：遵循循分序序加密密的原原则。。a.分序加加密，，浆液液逐渐渐挤压压密实实，可可促进进灌浆浆区域域的连连续性性；b.逐序提提高灌灌浆压压力，，有利利于浆浆液的的扩散散和提提高浆浆液的的密实实性；；c.通过后后灌序序孔ω和单位位吸浆浆量的的变化化可推推断先先灌序序孔的的灌浆浆质量量和效效果；；d.可减少少相邻邻孔串串浆现现象，，有利利于施施工。。地地基灌灌浆一一般按按照先先固结结后帷帷幕顺顺序。。固固结灌灌浆宜宜在混混凝土土覆盖盖的情情况下下进行行，覆覆盖的的混凝凝土一一般应应达50%设计计强度度后。。②②灌灌浆方方法：：按灌灌浆时时浆液液灌注注和流流动的的特点点，分分纯压压式和和循环环式。。按按钻孔孔灌浆浆顺序序，分分全孔孔一次次灌浆浆和分分段灌灌浆。。③③灌灌浆压压力：：通常常指作作用在在灌浆浆段中中部的的压力力，是是灌浆浆施工工中的的重要要控制制参数数一般般而言言在不不致破破坏岩岩基稳稳定和和坝体体安全全的前前提下下，尽尽可能能采用用比较较高的的压力力。灌浆压压力的的确定定：a.灌浆压压力的的大小小与孔孔深、、灌浆浆要求求、地地质条条件和和有无无压重重等有有关，，可参参考类类似工工程；；b.可通过过压水水试验验确定定临界界压力力作为为依据据一一般认认为帷帷幕灌灌浆表表层孔孔段的的灌浆浆压力力不宜宜小于于1～～1.5倍倍帷幕幕的工工作水水头，，底部部则以以2～～3倍倍工作作水头头为宜宜；固结灌灌浆的的压力力，浅浅孔无无压重重时，，可采采用0.2～0.5Mpa，有压重重时，，可采采用0.3～0.7Mpa，深孔固固结灌灌浆可可参照照帷幕幕灌浆浆确定定。通通常常将灌灌浆压压力大大于3～4Mpa或能使使岩体体中的的基本本裂隙隙扩大大的灌灌浆称称高压压灌浆浆。乌乌江渡渡大坝坝防渗渗帷幕幕采用用高压压（6～8MPa）灌浆取取得成成功的的经验验。④灌灌浆压压力和和吸浆浆率的的控制制及浆浆液稠稠度的的变换换：a．以灌浆浆压力力为主主的控控制适适用用于透透水性性不大大，裂裂隙不不太发发育，，岩层层比较较坚硬硬完整整、使使用的的灌浆浆压力力不高高的地地层。。优优点：：使细细小的的裂缝缝得到到充分分的灌灌注，，有利利于提提高灌灌浆质质量。。缺缺点：：可能能造成成浆液液扩散散太远远，在在缓倾倾角地地质软软弱面面时，，易引引起岩岩层抬抬动。。可可结合合吸浆浆率和和浆液液稠度度一起起考虑虑。当当吸浆浆较小小时应应灌稀稀浆，，尽快快升到到规定定的最最大灌灌浆压压力；；当吸吸浆率率较大大时，，应灌灌浓浆浆，并并逐渐渐升压压。b．以吸浆浆率为为主的的控制制适适用岩岩层破破碎，，透水水性较较大或或使用用的灌灌浆压压力较较高时时。优优点点：可可以减减少浆浆液的的流失失，不不易引引起岩岩层的的抬动动，不不需使使用大大排浆浆量的的灌浆浆泵。。缺缺点：：影响响细小小裂缝缝的灌灌注效效果，，增加加钻孔孔数量量。在灌浆浆过程程中对对吸浆浆率大大小的的控制制，主主要视视地质质结构构而定定。对对具有有缓倾倾角裂裂缝和和软弱弱面的的岩层层，一一般可可控制制在5L/（（min.m））左右。。若吸吸浆率率大于于规定定值，，就降降低压压力，，以控控制吸吸浆率率不超超过规规定值值。c．浆液稠稠度变变换岩岩基基灌浆浆中的的浆液液稠即即水灰灰比有有8∶∶1、、5∶∶1、、3∶∶1、、2∶∶1、、1.5∶∶1、、1∶∶1、、0.8∶∶1、、0.6∶1、0.5∶1。灌灌浆浆过程程中，，必须须根据据灌浆浆压力力或吸吸浆率率的变变化，，适时时调整整浆液液稠度度。浆液稠稠度的的变换换遵循循由稀稀到浓浓的原原则。。当灌灌浆压压力保保持不不变，，吸浆浆率均均匀减减少时时；或或吸浆浆率不不变，，压力力均匀匀升高高时，，不得得改变变水灰灰比。。采用用限量量法控控制时时一般般当某某一级级水灰灰比浆浆液的的灌入入量已已超过过限量量，而而灌浆浆压力力或吸吸浆率率均无无改变变或改改变不不明显显时，，应加加浓一一级水水灰比比。⑤灌浆浆结束束条件件和封封孔a．结束标标准：：一般般用两两个指指标控控制，，一个个是残残余吸吸浆量量即灌灌到最最后的的限定定吸浆浆量；；一个个是闭闭浆时时间即即在残残余吸吸浆量量的情情况下下保持持设计计规定定压力力的延延续时时间。。国国内帷帷幕灌灌浆工工程中中，大大多规规定在在设计计规定定压力力之下下，灌灌浆孔孔段的的单位位吸浆浆小于于0.4L/min时，延延续30～～60min，就可结结束；；固结结灌浆浆的结结束标标准是是单位位吸浆浆量小小于0.4L/min时，延延续时时间30min。B．．封孔：：灌浆浆结束束后，，随即即将灌灌浆孔孔清理理干净净用水水泥砂砂浆填填实。。⑥⑥质量量检查查第三节节防防渗墙墙施工工《《水利利水电电工程程混凝凝土防防渗墙墙施工工技术术规范范》SL174-96一.防防渗墙墙的定定义及及应用用请请看录录像地下连连续墙墙施工工插图一一槽槽型防防渗套套接1．定定义：：修建建在挡挡水建建筑物物和透透水地地层中中防止止渗漏漏的地地下连连续墙墙。2．．应用用：控控制闸闸坝基基础的的渗流流；坝坝体的的防渗渗和加加固；；泄水水建筑筑物下下游基基础的的防冲冲；水水工建建筑物物基础础的承承重等等。3．．型式式：槽槽孔型型、圆圆型。。请看看圆型成成墙图图槽孔的的尺寸寸：ⅠⅠ有有效厚厚度d：（（与结构构、筑筑墙材材料、、筑墙墙方法法有关关）钢钢板板桩水水泥砂砂浆水水泥粘粘土砂砂浆灌灌注墙墙d仅10～20cm；；泥浆槽槽级配配料填填筑墙墙d达300cm；；一般混混凝土土、粘粘土混混凝土土防渗渗墙d一般60～～80cm左右。。ⅡⅡ槽孔孔长度度L的确定定：一一般为为5～～9米米尽尽量采采用较较长槽槽孔，，以减减少槽槽孔之之间接接头数数目；；一个槽槽孔最最好座座落在在地质质条件件相差差不悬悬殊的的地段段上；；保保证砼砼浇筑筑时砼砼面上上升速速度不不小于于2m/h；二.防防渗墙墙的施施工插图二二导导向槽槽插图三三防防渗墙墙施工工平台台请看防渗墙墙施工工图、三峡防防渗帷帷幕施施工1．造造孔孔前准准备工工作①①导导向向槽的的作用用：控控制造造孔的的方向向、支支撑上上部孔孔壁。。②②导导向槽槽的材材料：：木料料、条条石、、灰拌拌土、、混凝凝土。。③③导导向槽槽的尺尺寸：：宽宽：一一般等等于或或略大大于防防渗墙墙的设设计厚厚度；；高高：1.5～2.0m，导向槽槽底部部高程程高出出地下下水位位0.5m以上，，顶部部高程程要高高于两两侧地地面高高程。。④④其其他准准备工工作2．泥泥浆浆固壁壁进行行造孔孔①①泥浆浆固壁壁原理理：如如图泥浆固固壁原原理图图所示，，孔壁壁任意意一点点土体体P的极限限平衡衡条件件为：：P1=P2②泥浆浆作用用：除除固壁壁作用用之外外，在在造孔孔中尚尚有悬悬浮岩岩屑和和冷却却润滑滑钻头头作用用，成成墙后后渗入入孔壁壁的泥泥浆和和胶结结在孔孔壁的的泥皮皮还有有防渗渗作用用。③③泥泥浆制制浆土土料要要求：：粘粒粒含量量大于于50%，，塑性性指数数大于于20，含含砂量量小于于5%，二二氧化化硅与与三氧氧化二二铝比比值以以3～～4为为宜。。④④造孔孔：造造孔方方法：：钻劈劈法、、钻抓抓法、、分层层钻进进造造孔机机械：：钻挖挖机械械和土土方机机械⑤⑤终终孔孔验收收：验验收项项目请请看教教材⑥⑥清清孔换换浆：：目的：：消除除回落落在孔孔底的的沉渣渣，换换上新新鲜泥泥浆，，以保保证混混凝土土和不不透水水层连连接质质量。。标标准：：经过过1h后，孔孔底淤淤积厚厚度不不大于于10cm，，孔内泥泥浆比比重不不大于于1.3g/cm2，粘度不不大于于30s，含砂量量不大大于10%。造孔中中，孔孔内泥泥浆面面始终终保持持在导导墙顶顶面以以下30～～50cm。。3.成成墙墙：：方方法法：：导导管管提提升升法法。。导导管管布布置置：：可可见见图图插图图四四导导管管布布置置图图导管管由由若若干干节节φ20～～25cm的钢钢管管连连接接，，沿沿槽槽孔孔轴轴线线布布置置，，相相邻邻导导管管的的间间距距不不宜宜大大于于3.5m，，最大大不不超超过过4m，，一期期槽槽孔孔两两端端的的导导管管距距孔孔端端以以1.0～～1.5m为宜宜，，一一期期槽槽孔孔两两端端的的导导管管距距孔孔端端以以0.5～～1.0m为宜宜，，当当孔孔底底高高差差大大于于25c