基岩水泥灌浆技术(幻灯)课件

水泥灌浆技术1灌浆技术基本知识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。2.1.1固粒浆材应具有的特性①颗粒细。浆材粒径小于裂缝宽度的1/3～1/5，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%。②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。③胶结性强。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①粘度低。②可控凝固时间。③胶体强度。胶体具有一定的抗压、抗渗、抗挤性能。④易购易制。⑤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40～60um，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。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①丙凝②水溶性聚氨酯2.4.2水工建筑物混凝土裂缝等缺陷处理①甲凝②环氧树脂④基岩灌浆必须按分序加密的原则进行。⑤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5～6m。⑥帷幕灌浆相邻两孔灌浆段的高差不得小于15m。⑦帷幕灌浆应在库水位低于孔口高程时施工。⑧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，不断地将岩粉冲出孔外。《灌规》规定，孔底沉积厚度不得超过20cm。孔深（m）2030405060允许偏差(m)单排孔0.250.450.711.3二或三排孔0.250.50.81.151.53.3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①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。②帷幕灌浆孔的裂隙冲洗方法：ⅰ压力冲洗法：保持用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5～10min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①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、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%。②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，采用单点法或五点法。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—Ⅲ型。湿磨细水泥浆的细度一般可达到D50=10～12um，比表面积可达7000㎝2/g以上。大循环三参数自动记录仪安装示意图：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10～20mm；3.5.3灌浆压力的选定和控制①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0.2～0.4MPa，有盖重时为0.4～0.7MPa。帷幕灌浆压力应通过试验确定，通常在帷幕孔顶段取1.0～1.5倍坝前静水头，在孔底段取2～3倍坝前静水头，但不得抬动岩体。在100um≦抬动值﹤200um时，灌浆升压过程严格控制注入率小于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≧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①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。②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①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60～90min，可结束灌浆。②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。①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。②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。③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20～30m，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。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①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。②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。①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。②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，可大致看出该单元工程随排、序孔加密的灌浆效果。③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。④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①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检查项目质量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，固结孔不宜小于38mm卡尺量测钻头孔底偏距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②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%。③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①施工成果资料分析②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）、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：①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。灌浆质量可评定为合格。②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Ⅲ2类岩体≧5000测点大于85%﹤4200的测点小于5%≧7.0≦3.0≧0.55Ⅳ2类岩体≧4600测点大于85%﹤3900的测点小于5%≧5.0≦3.0≧0.50砂板岩Ⅲ2类岩体≧4800测点大于85%﹤4100的测点小于5%≧6.0≦3.0≧0.55Ⅳ2类岩体≧4500测点大于85%﹤3800的测点小于5%≧4.2≦3.0≧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①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