沈阳农业大学水利学院水利水电工程施工课件-第三章

第三章基础工程

1、地基:承受建筑物荷载的岩土（包括基础下的和基础周围的岩土)。

2、基础分为岩基和软基(土和砂砾石地基）3.水工建筑物的地基要求：

①有足够的强度（承载力），②一定的抗渗能力，③同时又要求地基有一定的整体性，均匀性，耐久性。而天然地基由于构造地质和水文地质的作用，往往存在不同形式和程度的缺陷，需要经过人工处理

第一节岩基开挖与处理

一、开挖：按照设计要求，将不能作为建筑物地基的缺陷岩层挖除，使水工建筑物修筑在坚实可靠的岩体上。

（一)岩基开挖标准的确定1.依据设计图纸确定开挖长度、宽度。

2.依据施工规范确定开挖深度(风化程度)。3.首先满足地质要求，其次满足结构要求。（二)开挖作业前的准备工作1.完成施工测量控制网的设计和建立。2.依据设计文件、施工规范、现场条件和施工水平，编制石方开挖施工措施计划。措施计划内容：（1)工程概况。（2)开挖施工布置图。（3)开挖方法、程序和施工作业措施。（4)爆破方法和典型爆破参数。

（二)开挖作业前的准备工作（5)边坡和岩基保护措施。（6)出渣、弃渣措施和渣料利用计划。（7)施工排水措施。（8)施工进度计划。（9)施工设备和辅助设备配置计划。（10)劳动力及材料供应计划。（11)现场生产性试验计划。（12)施工安全与环境保护措施。（13)施工组织管理机构与质量控制措施。

（三)开挖应遵循的基本原则和方法

1.及时排除基坑积水、渗水、地表水，确保开挖在不受水的干扰下进行。

措施:在基坑开挖区周边、裂隙发育带设排水沟或集水井。一般设在永久建筑物边线尺寸外。

2.合理安排开挖程序,保证安全,提高效率

1)自上而下，先岸坡后河槽的原则。

2)分层开挖，逐层下降。3)爆破开挖要形成临空面4)注意开挖卸荷造成地层应力的重分布，避免形成新的不稳定岩体。

1—坝顶线;2—原地面线;3—安全削坡;4—开挖线;5—开挖层

3.合理确定基坑开挖范围与形态

1)建筑物的地基开挖以后要求基岩面平整，并尽可能向上游倾斜或形成台阶.

坝基开挖形态

（a)锯齿形；

（b)台阶形

1—原基岩面；2—基岩开挖面

2)原基岩面高差过大（岸坡坝段)要开挖成一定宽度的平台。平台宽度约占坝段的1/2至1/3。

3)开挖范围比永久建筑物的平面尺寸略宽，主要满足机械的运行、道路的布置、施工排水、立模与支撑的要求。放宽的范围一般从几米到十几米不等。4.建基面保护层开挖1)重力坝建基面岩性规定：坝高70m以上：达到微风化或弱风化岩下部坝高30~70m：达到微风化至弱风化岩上部2)保护层开挖一般要求：对于建基面1.5m以上的一层岩石

称为保护层。保护层一般分二层开挖，要采用手风钻钻孔、少药量、火花起爆。对于软弱破碎的基岩，应留出20~30cm的撬挖层。

5.开挖验收标准1)无活石、无反坡；2)起伏差控制在20~30cm内；3)无浮渣；4)无积水；5)无水锈；6)涌水要妥善处理（引、排、堵)。

6.做好开挖和利用石碴的综合平衡规划

1.优点：充分利用开挖的土石料，不仅可以大大减少弃渣用地，而且可以同时进行相关的工程项目，节约大批建设资金。如：用基坑出渣修筑土石付坝和围堰;用基坑石料制作混凝土骨料;尽量作到料尽其用。2.弃渣场地的规划，应注意以下几点:①弃渣场地作为施工总平面的布置，统筹规划，即方便施工，又节省出渣费用。②不能恶化水流条件:影响围堰防渗闭气，抬高尾水和堰前水位，阻滞河道水流，影响水电站，泄水建筑物的正常运行影响渡汛安全等，有害物质的废渣不准堆在河床中。③力求少占或不占耕地，以免影响农业生产④尽量作到弃渣一次到位，避免二次搬运，以节约资金，降低工程造价。

二、断层破碎带处理(一)断层处理1.断层:岩层或岩体受力而产生断裂，并沿断裂面两侧发生显著位移的断裂构造称为断层。断层两侧常形成强度较低的岩体破碎发育带称为断层破碎带。2.危害:地基强度、承载力、抗渗性降低，危害大坝安全。3.处理方法1)对于埋深浅的断层破碎带多采用明挖换基。即将破碎带一定深度（断层宽度的1.5~2倍)两侧破碎风化的岩石清除，回填砼，必要时铺设限裂钢筋和进行接触灌浆。2)对于宽度较大，埋深较深的断层破碎带，设置砼塞（砼塞的宽度一般要取断层宽度的1~1.5倍)，增加该部位的固结灌浆或帷幕灌浆。

图

陡倾角断层破碎带处理1—灌浆廊道;2—混凝土塞;3—断层破碎带;4—水平混凝土塞5—固结灌浆;6—帷幕灌浆;7—排水孔

（二)缓倾角软弱夹层的处理1.概念：倾向下游的水平节理称缓倾角;软弱夹层主要是指基岩层面或裂隙面中强度较低，已泥化或遇水容易泥化的夹层。2.危害：产生滑动和渗漏。

3.处理方法1)加深开挖，在坝踵及坝址设置两段齿槽。2)设置抗剪桩或抗剪键槽。3)采用预应力锚索加固。4)适当改进坝体结构。如利用上游水重增加稳定。

图

缓倾角夹层处理

1—灌浆廊道;2—上游齿槽;3—下游齿槽;

4—软弱夹层;5—排水孔;6—灌浆帷幕

图

抗剪桩锚固地基

1—帷幕灌浆廊道;2—抗剪桩;3—软弱夹层;

4—排水孔;5—灌浆帷幕

图

预应力锚索锚固

1—灌浆帷幕;2—排水孔;3—下游排水孔;

4－预应力锚索;5—软弱夹层;6—冲刷坑（三)岩溶处理1.岩溶:可溶性岩层长期受地表水或地下水溶蚀和溶滤作用后，所产生的一种自然现象。主要是白云岩和石灰岩。2.危害:削弱地基承载力，形成渗水通道。

3.处理方法1)直接挖出回填砼；适用于较小、较浅的溶槽、溶洞。2)洞挖回填置换并灌浆；适用于深长的溶槽或溶洞。3)修截水墙、回填砼塞、高压灌浆；适用于有贯通性地下空腔的溶洞。4)高压喷射灌浆；适用于大型、内含松散物质的溶洞。

第二节软基开挖与处理一、砂砾石地基的处理方法1.修建截水槽：在坝基沿坝轴线方向开挖一条沟槽，槽底直达岩基，槽内回填土料。2.设水平铺盖：铺盖长度L=（3~5)H作用水头。采用水平铺盖防渗时，在下游必须做相应的减压排水工程，以降低渗透压力和提高允许渗透比降，防止发生管涌和流土等渗透破坏。

一、砂砾石地基的处理方法

3.筑混凝土防渗墙：中小型工程墙厚0.5~0.8m，防渗墙顶部插入防渗体内部2~4m，其周围3~4m范围采用高塑性粘土填筑，防渗墙两端插入防渗体6~10m。4.砂砾石灌浆：

可灌比M＞15，

灌水泥浆;

可灌比M=10-15，灌水泥粘土浆

可灌比M=5-10，

灌高细度水泥粘土浆二、淤泥坝基处理流砂：开挖基坑时，由于原地下水位与基坑内水位相差悬殊，因此，形成的动水压力也大，可能使渗流携带泥沙从基坑底部向上喷冒，在边坡上形成管涌、流土现象，即流砂现象。在渗流水作用下土颗粒群体运动，称为"流土”。填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为"管涌”.二、淤泥坝基处理处理方法：1.置换法;这种方法用于软土层在2-3m以内，较为经济。

2.加固法：加盖重、打沙井、预压加固;3.垂直铺塑。

第三节防渗墙施工混凝土防渗墙是水工建设中较普遍采用的一种地下连续墙,是透水性土基防渗处理的一种有效措施。混凝土防渗墙是利用专用的造槽机械设备成槽,并在槽孔内注满泥浆,以防孔壁坍塌,最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆,筑成墙体。墙体既可以做成刚性的,也可以做成塑性、柔性的。

一、成槽技术各种混凝土连续墙施工工艺的区别，主要在于成槽方法和排渣方法的不同。在成槽方面，有锯槽法和挖掘法。锯槽法中，有往复射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽;挖掘法所用机具中，有抓斗、冲击、回转钻或两者并用的钻具。在出渣方面，有正循环、反循环的泥浆出渣和不循环出渣。正循环是指通过管道把泥浆压送到槽孔底，泥浆在管道的外面上升，把土渣携出地面;反循环是指泥浆从管道外面自然流到槽孔内，然后在槽孔底与土渣一起，被抽到地面上来;不循环是指用抓斗挖槽，泥浆处于不循环状态。

（一)锯槽法成槽

1.往复射流式开槽机成槽施工图3往复式射流开槽机1.牵引绳2.牵引机3.主减速机4.曲轴5.滑动元件6.摇臂7.刀杆8.卷扬机9.刀架（大臂)10.反循环泥浆管11.喷嘴12.刀齿13.后行走轮14.大架15.主机架16.铁鞋17.转盘18花兰丝

图往复式射流开槽机造槽成墙工作原理图1.地基2.喷水嘴3.刀齿4.刀杆5.大臂6.反循环泥浆管7.注满泥浆槽孔8.隔离体9.漏斗导管10.已浇混凝土1.往复射流式开槽机成槽施工往复式射流开槽机最适合于砂壤土、粉土地层的作业。由于运用了锯的切割作用、犁的翻土作用、高压水（泥浆)的射流冲击作用，所以对砂壤土、粉土地层特别有效。该机拥有100多个射流喷嘴，出口流速达到20ｍ/s，锯、犁和射流的共同作用切开土体，由反循环抽砂泵迅速排出粗颗粒液体和沉渣，从而成槽。同时由循环水（泥浆)形成浆液，起到固壁作用。

2.链斗式开槽机成槽施工

其最大优点是对粘性土、直径小于15cm的砂石土层作业特别有效。图3－13链斗式开槽机造槽成墙工作原理图1.地基2.挖斗3.链条4.大臂5.注满浆液槽孔6.隔离体7.漏斗导管8.已浇混凝土9.吊绳3.液压开槽机成槽施工液压系统使液压缸的活塞杆做垂直运动,带动工作装置的刀杆做上下往复运动,刀杆上的刀排紧贴工作面切削和剥离土体,被切削和剥离的土体及切屑,由反循环排渣系统强行排出槽孔,作业中使用泥浆固壁,开槽机沿墙体轴线方向全断面切削,不断前移,从而形成一个连续规则的条形槽孔。液压开槽机可以在各种土层中进行连续开槽作业,负载能力90～160KN,最大成槽深度45ｍ,开槽宽度0.18～0.4ｍ,排渣粒径小于8cm,一般地层开槽效率13～14m2/h。

图3－14液压开槽机造孔成墙工作原理图1.锯齿型刀排2.地基3.主机4.刀杆5.注满泥浆的槽孔6.隔离体7.漏斗导管8.已浇混凝土（二)挖掘机具成槽

1．修筑导向槽（1)导向槽的作用

1)导向作用2)定位作用3)泥浆保持作用4)孔口保护作用

（2)导向槽的形式图3－15导向槽的形式A.直板型B.倒Ｌ型C.Ｌ型D.槽型2.成槽机具挖掘成槽机具又称挖槽机，有冲击钻机、抓斗式成槽机、回转钻机。（1)冲击钻机成槽常用的钻头有十字型钻头和空心钻头，适合于各种土质情况作业。另外，配有接渣斗和捞渣筒等专用工具。布孔原则是，主孔孔径等于墙厚，两个主孔的中心距为2.5倍孔径（边到边为1.5倍孔径)，墙厚一般为600~1200mm图3－16CZ型冲击钻机造孔A.钻主孔B.劈打副孔1.主孔2.副孔3.孔内注满泥浆（2)抓斗式成槽机成槽液压抓斗式成槽机比冲击钻机具有更大的适用性。它可以在坚硬的土壤与砂砾石中成槽,能挖出最大直径ｌm左右的石块,成槽深度可达60ｍ。抓斗式成槽机成槽是一种与钻机配合的先钻后抓法,也叫两钻一抓法或钻抓成槽法。

图3－17GDW3型抓斗式成槽机成槽1.行走支撑机构2.主电机3.支撑滑轮4.收放机构5.冲抓挖斗（2)抓斗式成槽机成槽反循环钻成孔是对砂士层较适宜的成孔方式，可钻挖地下水位以下的厚细砂层。缺点：①很难钻挖比钻头吸泥口口径大的卵石(15cm以上)层;②土层中地下水压力较大或有流动状态的水时，施工较困难;③废泥水处理量大，钻挖出来的土砂中水分多，弃土影响环境。

二、泥浆固壁（一)泥浆的作用１．稳固槽壁作用２．悬浮携渣作用３．冷却润滑作用（二)泥浆固壁原理re—泥浆密度

r—水密度

r0—土的密度

rw—土的饱和密度

k—土的侧压力系数三、混凝土灌注地下连续墙是在泥浆下（或水下)灌注混凝土。泥浆下灌注混凝土的施工方法主要有刚性导管法和泵送法，可根据工程条件进行选择。其中刚性导管法最为常用，要点是：泥浆下混凝土顺竖向导管下落，利用导管隔离泥浆（或环境水)，导管内的混凝土依靠自重压挤下部导管出口的混凝土，并在已灌入的混凝土体内流动、扩散上升，最终置换出泥浆，保证混凝土的整体性。

图

混凝土导管灌注示意图

A.待浇B.压球C.提升导管D灌注

A.

B.

C.

D

图

导管布置图（单位：m)

1—导墙；2—受料斗；3—导管；4—混凝土；5—泥浆

灌注混凝土注意的问题(1)开灌前，先向导管内放入一个能被泥浆浮起的隔水栓（球)，开灌时先注少许水泥砂浆，紧接着注入混凝土，然后稍向上提升导管，同时要保证导管内充满混凝土并能在隔水栓（球)被挤出后，埋住导管底部

。(2)灌注应连续进行，导管也需不断提升，若因意外事故造成混凝土灌注中断，中断时间不得超过30min。

灌注混凝土注意的问题

(3)混凝土面上升速度不应大于2m/h,导管埋深1～6ｍ,混凝土的坍落度为18～22cm,扩散半径为1.5~2.0m。R=5.15SVR—混凝土扩散半径,ｍS－混凝土塌落度,ｍV－混凝土浇筑上升速度,２～４ｍ／ｓ５.１５－经验系数灌注混凝土注意的问题（4)当达到距槽口4-5m时，由于导管内混凝土压力减小，混凝土扩散能力减弱，易发生堵管或夹泥浆层。此时应加强排浆与稀释，同时抬高漏斗等措施。（5)混凝土浇筑结束后，槽顶应高于设标高50cm，以确保防渗墙的质量。

四、接头处理锯槽法造槽成墙,分隔槽段常采用隔离体法,隔离体有钢性隔离体和土工布袋隔离体两种。挖掘法造槽灌注地下连续墙,一般划分为若干槽段进行灌注施工,相邻两槽段的衔接部分称为接头,常用的接头方式有钻凿式和预留式两种。

四、接头处理（１)套打一钻法：一期槽孔混凝土灌注成型后，在其端部套打部分成型混凝土，供二期槽孔内灌注混凝土及接头用。该法的特点是施工简便，适用于各种地层，但工程量增加，接头质量不易保证。（２)双反弧法：双反弧接头是在两邻槽孔间留下约一钻孔长度，待两邻槽孔间混凝土灌注成型后，从预留长度处，用双反弧钻头钻除四个角，孔内灌注混凝土接头。这种接头适于一般粘土或砂砾石地层，孔深一般不超过40ｍ，若超过40ｍ时，必须有相应的措施。

四、接头处理（３)接头管法施工方法是在一期槽孔两端下入接头管，待混凝土浇注后，拔出接头管形成接头孔，孔内灌注混凝土。接头管适用于各种地层，其深度根据起拔能力决定，一般用于孔深40ｍ以内，墙厚0.6～0.8m的连续墙。

（４)拉管法由接头管衍生的接头形式，当孔深较大时全孔深的接头管起拔困难，可在一期槽孔内灌注时，在孔底15～20ｍ范围下接头管，上部用钢丝绳或细钢管牵引，当灌注混凝土达初凝时，上提接头管一段距离，再灌注混凝土，重复做到槽孔内灌注满混凝土，最后将管全部拔出形成接头，供二期槽孔内灌注混凝土用。

第三节土工膜施工技术一、概述目前,国内外通常采用聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)、氯化聚乙烯(CPE)等原料,制造土工合成材料,形成了八大系列产品,如土工织物、土工膜、土工网、土工格栅、土工席垫、土工织物模袋、土工复合材料及相关产品等。目前,国内外堤坝渗流控制中所应用的土工合成材料,主要是相对不透水的土工膜和透水反滤的土工织物。

1.特点土工膜用于坝基垂直防渗的施工技术简称为垂直铺塑。由于塑料类土工膜具有优良的物理力学性能，价格便宜，施工方便迅速，适应变形能力强，有良好的不透水性，其本身渗透系数一般小于10-11cm/s;寿命长，在地下良好的保护状态下，其工作寿命至少在30年以上。因而应用于许多水利工程。

2.基本原理首先用链斗式或往复式开槽机,在需防渗的土体中垂直开出槽孔,并以泥浆稳固槽壁,然后将与槽深相当的卷状土工膜下入槽内,倒转轴卷,使土工膜展开,最后进行膜两侧的填土,即形成防渗帷幕。回填时,先在槽底回填粘土,厚度不小于ｌm,目的是密封接头。接着回填与坝基土质相同的土,待其下沉稳定后,往槽内继续填土压实,再将出槽后的土工膜与建筑物防渗体系妥善连接,并做好防止建筑物变形的构造。

图

工程施工流程图

二、垂直铺塑防渗技术适应范围

（1)透水层深度一般在12ｍ以内。（2)透水层中大于5cm的土粒含量不超过10％（以重量计)，其少量大石块的最大粒径不超过15cm，或不超过开槽设备允许的尺寸。（3)透水层中的水位能满足泥浆固壁的要求。（4)透水层底为符合防渗要求的岩石层或不透水层。（5)透水层中流砂夹层或纯中粗砂段所占比例很少，不超过防渗深度的1/3，泥浆能够固壁。

三、下膜施工1．下膜形式一是重力沉膜法;二是膜杆铺设法。

图重力沉膜法下膜1.膜2.重力卷筒3.预留膜4.泥浆槽孔图3－23膜杆铺设法下膜1.上牵引绳2.前膜杆3.膜杆旋转下膜4.下牵引绳5.膜卷6.下膜器7.后牵引绳8.后膜杆9.后膜牵引固定绳10.前进方向2.PE土工膜铺设施工技术要求１)大捆PE土工膜的铺设宜采用拖拉机、卷扬机等机械；条件不具备或小捆PE膜，也可采用人工铺设。２)按规定顺序和方向，分区分块进行PE土工膜的铺设。３)铺设PE土工膜时，应适当放松，并避免人为硬折和损伤。４)铺设PE土工膜时，膜片间形成的结点，应为Ｔ字型，不得作成十字形。

2.PE土工膜铺设施工技术要求５)PE土工膜焊缝搭接面，不得有污垢、砂土、积水（包括露水)等影响焊接质量的杂质存在。６)铺设PE土工膜时，应根据当地气温变化幅度和工厂产品说明书要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量。大约3％～5％

。７)槽孔弯曲处应使土工膜和接缝妥贴槽孔。

2.PE土工膜铺设施工技术要求８)PE土工膜铺设完毕、未加保护层前，应在膜的边角处每隔2～5m，放一个20～40kg重的砂袋。９)PE土工膜应自然松弛地与支持层贴实，不宜折褶、悬空。特殊情况需要褶皱布置时，应另作特殊处理。

3.土工膜的搭接土工膜各条幅间现场搭接宽度不小于10cm,搭接方法有焊接法、黏结法、折叠法、重叠法,最常用的是焊接法和黏接法。搭接方法应根据施工现场的实际情况和复合土工膜的材质、有无甩边来确定。

四、回淤和填土垂直铺塑的最后一道工序是回填,下膜后回填一般是回淤和填土相结合。回淤即是利用开槽时砂浆泵抽出的槽中砂土料浆液进行自然淤积。由于不够满槽的回淤需要量,需另外备土补填。回填土料不应含有石块、杂草等物质,其质量应符合设计要求。

第四节岩基灌浆

一、概念:

把某种具有流动性和胶凝性的浆液，通过钻孔，以一定的压力，通过钻孔用灌浆设备压入岩层裂隙中去，经硬化胶结后形成结石，以提高坝基的强度和抗渗性。

灌浆施工工艺流程:布孔→灌浆试验→钻孔→冲洗→压水实验→灌浆→封孔→质量检查二、灌浆法的分类

按灌浆目的：固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆；按材料可分:水泥灌浆（效果可靠)、水泥粘土灌浆（结石强度低)、化学灌浆（成本高)。灌浆用的水泥，要求颗粒细、稳定性好、胶结强度和结石强度高、耐久性好，水泥标号不低于32.5MPa。多选用普通硅酸盐水泥，其特点是凝结快，早期强度高，密实。

1.固结灌浆:

①目的：提高地基的整体性，均匀性和承载能力，减少开挖深度，深孔灌浆还可提高地基的防渗性能。②布置：孔深一般5～8米，也有15～40米的。③范围：a.坝内上下游应力大的地方（地质条件好)；b.全面灌浆（地质条件差，而坝又较高)；c.坝基外15~30米（加强地基的抗滑稳定)。

2.帷幕灌浆:①目的：为了控制库水通过基岩渗漏，减少坝基的渗流量和降低坝底的扬压力。②特点：孔较深（通常要求深入到岩基单位吸水率0.05～0.01L/min.m.m的等值线以下3～5米)。多呈线形垂直排列，采用单孔灌浆，使用灌浆压力较大。ω=Q/LSω—单位吸水率；Q—压入耗水量（L/min)L—试验段长（m)；S—压力(按水柱高计m)3.接触灌浆:目的是加强坝体混凝土与岸坡和地基之间的结合能力、提高坝体的抗滑稳定性，同时也能增进岩基的固结强度和防渗性能。其灌浆方法，可通过砼钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统;在固结灌浆部位可结合固结灌浆进行。

三、灌浆时间

岩基灌浆时间，应结合施工导流，坝基开挖，混凝土浇筑以及水库蓄水等工作，统筹考虑，妥善安排。1.岩基灌浆的前提条件:岩基上必须有一定厚度的相对不透水的盖重。2.帷幕灌浆:水库蓄水前完成，通常在廊道内进行。3.固结灌浆:与砼浇筑交叉进行。4.接触灌浆:坝体达到稳定温度后进行。

四、灌浆试验

1.目的：为灌浆设计方案和施工措施提供主要依据。2.任务：1)论证灌浆方案的可行性，了解地基的可灌性及灌浆对地基的改善程度。2)推荐合理的是工程程序及灌浆工艺，确定选用的灌浆材料，最优的浆液配比。3)提供有关的技术参数，如孔距、排距、帷幕厚度和深度、采用的灌浆压力、灌浆设备容量等

。

3.相关要求1)灌浆机械的选择：通常灌浆机械的额定压力应大于设计灌浆压力的1.5倍，排浆量大于受灌地层的吸浆量。2)灌浆试验区选择：应选在与实际灌浆区地质条件相同或类似地点。帷幕灌浆宜选在拟定的帷幕线的上游部分，起到帷幕前深孔固结作用；固结灌浆实际受灌部位，作为固结灌浆的一部分。3)布孔原则：应遵循分序加密的原则，地质条件好的布7~9个孔，地质条件差的布20个孔，帷幕采用单排或双排直线型、折线形，固结采用三角型、正方形、六边形。五、钻孔及冲洗1.钻孔

①钻孔机械

a.回转式钻机：适合深孔。

b.凿岩机：适合特殊部位浅孔。

c.风钻和架钻：适合浅孔。②

钻孔孔径：灌浆孔75~91mm;检查孔110~130mm。③钻头选择：合金钻头，适合7级以下岩石，效率高;钢粒钻头，适合7级以上岩石，效率低;金刚石钻头，适合石质坚硬且完整，效率高，成本高。

④钻孔的质量要求:a.孔向、孔深、孔位符合要求。b.孔径上下均匀，孔壁平顺c.钻进过程中产生的岩粉细屑少。孔序要符合设计要求；孔位允许偏差±10cm；孔深不小于设计深度，沉积厚度小于20cm；偏斜率小于2.5%或设计要求。

2.冲洗目的：将孔底、孔壁的岩粉、铁末冲出孔处；并将岩层裂隙和孔洞间的充填物冲洗干净或推移到灌浆区以外，然后再注入水泥浆，保证灌浆质量。

①钻孔冲洗

②岩层裂隙冲洗：单孔冲洗（高压水冲洗、高压脉冲冲洗、扬水冲洗)群孔冲洗。

③冲洗标准：冲洗压力为灌浆压力的70%~100%，回水变清，持续10~20分钟，孔内残渣沉积厚度小于10~20cm。

六.压水实验1)目的：确定岩层的渗透性能，为岩基灌浆的设计施工提供必要的技术资料和依据。2)时间：灌浆前，钻孔冲洗结束后。3)试验段长：与灌浆段长一致，一般5~6m。4)试验压力：0.3MPa、0.6MPa、1MPa，由低到高，再由高到低，或同段灌浆压力的70%～80%。5)单位吸水率:ω=Q/LS，Lu=0.01ω，法国学者Lugeon采用100N/cm2的标准压力，每1m段长，每分钟内压入岩石裂隙中的水量1升为1Lu，单位L/min.m。

六.压水实验6)压水实验标准《水利水电工程压水试验规程》SL31-2003要求在稳定压力下，每3~5min测一次压入水量，当试验结果符合下列条件即可结束。并取最终流量作为计算值。a.连续4次读数，(Qmax-Qmin)<10%Q终；b.连续4次读数，(Qmax-Qmin)<1L/min；通过压水试验可观察：灌浆效果、施工进展、灌浆质量。

七.灌浆施工（一)钻孔灌浆的次序

1.在帷幕和固结灌浆中，钻孔灌浆的次序，都应遵循分序加密的原则，其优点在于①分序加密，浆液逐渐挤压密实，可促进灌浆区域的连续性；②逐序提高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液的结石密实性；③通过后灌孔ω和单位吸浆量的变化，可推断先灌孔的浆液质量和效果，为是否需要增加或减少灌浆钻孔的次数提供依据；④可减少相邻孔串浆现象，有利于施工。

2.帷幕灌浆的施工顺序1)单排帷幕灌浆各序孔的施工顺序，先钻灌Ⅰ序孔，然后依次Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ序孔。孔距视岩层完好程度而定，一般Ⅰ序孔采用8-12米，然后内插加密，直至达到设计要求。

2)双排帷幕灌浆，先灌下游排，后灌上游排；多排帷幕灌浆，先灌下游排，后灌上游排，最后灌中间排，以免浆液过多的流失到灌浆区范围以外。每排灌浆仍执行次序。

图

钻孔灌浆顺序（a）帷幕灌浆

（b）固结灌浆。1、2.3—钻灌次序

3.固结灌浆的施工次序固结灌浆宜在有混凝土压重的情况下进行。对于岩层比较完整，孔深5m左右的浅孔，可采用2个次序施工，;孔深5m以上的采用3个次序为宜。固结灌浆最后序孔的孔距和排距多在3-6米之间。布孔方式为梅花形即排间内插加密，相邻排的孔错开布置;或棋盘形。

图

固结灌浆孔的布孔方式和钻灌顺序A、D.E.梅花形布孔B、C.棋盘形布孔—第Ⅰ序孔—第Ⅱ序孔—第Ⅲ序孔

（二)灌浆方法：

按钻孔灌浆的顺序分全孔一次钻灌和分段钻灌。按浆液流动特点:纯压式灌浆和循环式灌浆。1.钻灌方法1)全孔一次灌浆

将灌浆孔一次钻到全深，阻塞器卡塞在空口，全孔一次注浆。这种方法施工简便，适于孔深小于10m，地质条件比较好，基岩较完整的情况。

2)分段灌浆:根据岩层裂隙的分布情况，将灌浆孔进行孔段划分，使每一孔段的裂隙分布比较均匀，以利于施工操作和提高灌浆质量。依施工顺序不同，又分为以下4种：自上而下灌浆法、自下而上灌浆法、混合法

、孔口封闭法。

2)分段灌浆

①自上而下分段灌浆法

概念：向下钻一段，灌一段，凝一段，再钻灌下一段，钻、灌交替进行，直到设计全深。优点：随着段深的增加，可以逐段增加灌浆压力，提高灌浆质量;由于上部岩层已经灌浆，形成结石，下部岩层灌浆时不易产生岩层抬动和地面冒浆;分段钻灌，分段进行压水试验，压水试验成果比较准确，有利于分析灌浆效果，估算灌浆材料需用量。缺点：钻孔与灌浆交替进行，设备搬移影响施工进度，成本高。适用条件：这种方法适于地质条件不良，岩层破碎，竖向节理裂隙发育的情况。

图

自下而上分段灌浆

（a）一次钻孔（b）第1段灌浆（c）第2段灌浆

（d）第3段灌浆；1、2.3灌浆段顺序；4-灌浆塞

2)分段灌浆②自下而上分段灌浆法概念:一次钻孔到全深，然后自下而上分段灌浆。优点:钻孔和灌浆互不干扰，进度快、成本低。缺点:后灌段的灌浆压力不能适当加大，孔壁如有坍塌，使阻塞器卡塞困难常易发生串浆事故，各段压水试验成果不甚精确。适用条件:一般多用在岩层比较完整或上部有足够压重，不易产生岩层抬动的情况。2)分段灌浆③综合灌浆法

实际工程中,通常是上层岩石破碎,下层岩石完整。在深孔灌浆时,可以兼取以上两法的优缺点,上部孔段自上而下钻灌,下部孔段自下而上灌浆。又叫混合灌浆法。

2)分段灌浆④小口径孔口封闭灌浆法

概念：此法是将封闭器设置在孔口，而不用下入阻塞器的一种灌浆方法。施工程序为先钻一浅孔，深入岩层不小于2m，进行表层灌浆，灌浆结束后，在孔口埋入直径75mm，2m长的钢管作为孔口管，然后自上而下逐段钻灌

，灌后不需待凝，立即进行下一段钻灌。优点：孔内不需下入灌浆塞，施工简便，避免孔内凝塞、绕塞返浆事故;每段灌浆结束后，不需待凝，钻灌连续作业，加快了进度;多次重复灌注，有利于保证灌浆质量;可以使用大的灌浆压力等。

2)分段灌浆④小口径孔口封闭灌浆法缺点：埋入的孔口管不易回收，耗用钢材多;压水试验成果不很准确;全孔多次复灌，孔内占用水泥量多。适用条件：适用于最大灌浆压力大于3MPa的帷幕灌浆工程，钻孔孔径宜为60mm左右。灌浆必须采用循环式自上而下分段灌浆方法。各灌浆段灌浆时必须下入灌浆管，管口距段底不得大于50cm。

2.浆液灌注方式1)纯压式灌浆灌入孔段内的浆液都扩散到岩层缝隙里，不再返回。优点：设备简单，操作简便，灌浆管不在灌浆段内，不会发生固钻现象。缺点：灌浆段内的浆液单纯向岩层内压入，不能循环流动，浆液流动速度小，浆液易于沉淀，常会堵塞裂隙口，影响灌浆效果。适用条件：多用于吸浆量大，大裂隙，孔深不超过12~15m的情况。浅孔固结灌浆可以考虑采用纯压式。

图纯压式灌浆和循环式灌浆示意图A.纯压式灌浆B.循环式灌浆1.水2.拌浆桶3.灌浆泵4.压力表5.灌浆管6.灌浆塞7.回浆管2.浆液灌注方式2)循环式灌浆灌浆时，灌浆管必须下入到灌浆段底部，距离段底不大于50cm。一部分浆液被压入岩层缝隙里，另一部分由回浆管路返回拌浆桶中。优点：浆液在灌浆段始终保持循环流动状态，不易沉淀，灌浆效果好；根据进浆与回浆浆液相对密度的差别，作为衡量灌浆结束的一种条件。缺点：长时间灌注浓浆时，回浆管在孔内易被凝住。适用条件：由于循环式灌浆对灌浆质量比较有保证，目前工程中都采用这种方式。

（三)灌浆压力1.概念:指作用在灌浆段中部的压力。一般而言，在不致破坏岩基稳定和坝体安全的前提下尽可能采用较高的灌浆压力，以增大扩散半径，压入细微裂隙。

灌浆压力的大小与孔深、灌浆要求、地质条件和有无压重有关。常在设计时通过公式计算或根据经验先行拟订，而后在灌浆过程中调整确定，这是确定灌浆压力的原则。确定灌浆压力可通过以下4种方法综合确定。

2.灌浆压力确定方法①.参考类似工程灌浆资料，根据经验选取，再通过灌浆试验调整。

②通过压水试验确定临界压力，来选择灌浆压力。灌浆压力不超过临界压力。

③以工作水头确定，对帷幕灌浆：表层孔段P≮（1-1.5)H—工作水头

底部孔段P≮（2-3)H对固结灌浆：深孔，无盖重P=0.2～0.5MPa；

浅孔，有盖重P=P=0.3～0.7MPa2.灌浆压力确定方法④利用公式确定P=P0+mD+KrghP—灌浆压力Pa;P0—岩基表层的允许压力Pa，可查表得;D—灌浆段以上岩层厚度，m;m—灌浆段以上每米岩层所能承受的灌浆压力Pa/m;可查得;K—系数，可选用1~3;r—压重的容重，kg/m3;g—重力加速度，m/s2;h—灌浆孔以上压重的厚度，m;（四)灌浆压力和浆液浓度的控制

1.一次升压法（以压力为主控制)概念：在某一段灌浆开始时，一次将压力升高到预定压力，并在这个压力作用下灌注由希到浓的浆液，直到屏浆。适用条件：适用于透水性不大，裂隙不甚发育的岩层或比较坚硬完整的地层。2.逐级升压法概念：在某一段灌浆中，将压力分为几个阶段（一般分0.4P、0.7P、P三级)，逐级升到预定压力。即从最低一级压力起灌，当单位吸浆量减少到规定的下限时（30~40L/min)将压力升高一级，若单位吸浆量超过上限（80~100L/min)时，再回落到低一级压力灌注，直到屏浆。适用条件：适用于岩层比较破碎，透水性较大或使用的灌浆压力较高。

3.浆液浓度的变换1）岩基浆液变换原则：遵循由稀到浓。帷幕灌浆的纯水泥浆液的水灰体积比，可采用5:1.3:1.2:1.1:1.0.8:1.0.6:1.0.5:1等七个比级，实际经常采用5:1.3:1.1:1.0.5:14个比级。

2)浆液变换标准①当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或当注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。②当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达到1h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应加浓一级。③当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。越级变浓后若灌浆压力或注入率突然改变较大时,应查明原因,并改变回原来水灰比进行灌注。

（五)灌浆结束标准和封孔

1.灌浆结束标准（1)帷幕灌浆

采用自上而下分段灌浆法时，在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注60min；或注入率不大于1L/min时，继续灌注90min；采用自下而上分段灌浆法时，继续灌注的时间可对应上述注入率，相应地减少为30min和60min，灌浆可以结束。

1.灌浆结束标准（2)固结灌浆

在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min，灌浆可以结束。（3)回填灌浆与接触灌浆在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，延续灌注5min灌浆可以结束。

2.封孔

（1)机械压浆封孔法

全孔灌浆结束后，将胶管（或铁管)下到钻孔底部，用灌浆泵或砂浆泵经胶管，向钻孔内泵入水灰比为0.5:1的浓浆或水泥:砂:水为1:（0.5~1):（0.75~1)的砂浆。水泥浆或砂浆由孔底逐渐上升，将孔内余浆或积水顶出，直到孔口冒出浓浆或砂浆止。

2.封孔（2)压力灌浆封孔法

全孔灌浆结束后，将灌浆塞塞在孔口，灌入水灰比为0.5:1的浓浆，灌入压力可根据工程具体情况确定。较深的帏幕灌浆孔可使用0.8~1MPa的压力，当注入率不大于1L/min时，继续灌注30min停止。

2.封孔（3)置换和压力灌浆封孔法

系上述两种方法的综合。先将孔内余浆置换成为水灰比为0.5:1的浓浆，而后再将灌浆塞塞在孔口，进行压力灌浆封孔。

采用孔口封闭灌浆法时，应使用这种方法封孔。在孔口进行纯压式灌浆封孔1h，用0.5:1的浓浆，压力可为最大灌浆压力。封孔灌浆结束后，闭浆24h。

2.封孔（4)分段压力灌浆封孔法

全孔灌浆结束后，自下而上分段进行灌浆封孔，每段段长15~20m灌注水灰比为0.5:1的浓浆，灌注压力与该段的灌浆压力相同，当注入率不大于1L/min时，继续灌注30min停止，在孔口段延续60min停止，灌注结束后，闭浆24h。采用上述各种方法封孔，若孔内浆液凝固后，灌浆孔上部空余长度大于3m，应采用机械压浆法继续封孔；灌浆孔上部空余长度小于3m，可使用更浓的水泥浆或砂浆人工封填密实。

2.封孔（5)固结灌浆封孔固结灌浆孔深小于10m时，采用机械压浆法；固结灌浆孔深大于10m时，参照帷幕孔进行。

（六)特殊情况处理1.因故中断：a.小于30min尽快复灌；b.大于30min扫孔复灌，若不进浆，补孔重灌（在附近20cm以内)。2.地面冒浆：在灌浆的过程中，浆液沿裂缝或层面往上串流而冒出地表的现象。冒浆的处理方法有嵌缝、表面封堵、低压浓浆、间歇灌浆、限制流量（吸浆率小于1~2L/min)等

。

3.特大耗浆在经过正常变浆，且浆液浓度达到最浓级后，如孔段吸浆率仍很大，灌浆难于结束时，可以采取的措施有降压、加浓浆液、间歇灌浆(小于4h，否则待凝24h)、掺速凝剂、灌注水泥砂浆等4.串浆在灌浆的过程中，浆液从其他钻孔内流出的现象a.被钻孔正在钻进，应立即停止;b.串浆量不大时，可在灌浆的同时，在被串浆孔内通入水流冲洗;c.串浆量大时，可将串浆孔和灌浆孔同时灌浆;或将被串浆孔封堵，对灌浆孔按正常要求灌浆。5.地面抬动：降压灌注。

（七)灌浆的质量检查

1.工序操作质量检查①孔序;②孔深;③孔位;④段长;⑤冲洗;⑥灌浆前压水试验;▲⑦灌浆压力▲⑧浆液变换和结束标准;⑨有无中断及影响程度;⑩抬动变形;⑾封孔;⑿灌浆记录;⒀孔斜;⒁射浆管下置深度。

（七)灌浆的质量检查2.钻检查孔，做压水试验1)数量：宜为灌浆孔总数的10%(帷幕灌浆)或5%（固结灌浆)，同时一个坝段不少于1个。2)检查孔压水试验单位吸水量小于5L。3)钻取岩芯直观检查裂隙结合情况，计算获得率大于孔长的80%。固结灌浆质量检查，宜采用测量岩体波速或静弹性模量的方法。

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砂砾石地基灌浆

一、砂砾石地基的可灌性

1.可灌性——指砂砾石地基能否接受灌浆材料灌入的一种特性。2.取决因素——地基的颗粒级配、灌浆材料的细度、浆液的稠度、灌浆压力和施工工艺。3.衡量指标:⑴、可灌比M=D15/d85M——可灌比；D15——砂砾石地层颗粒级配曲线上含量为15%的粒径，mm；d85——灌浆材料颗粒级配曲线上含量为85%的粒径，mm。

可灌比M＞15，

灌水泥浆；

可灌比M=10-15，灌水泥粘土浆

可灌比M=5-10，

灌高细度水泥粘土浆⑵、砂砾石层中粒径小于0.１ｍｍ的颗粒含量百分数愈高,则可灌浆性愈差,当含量＜５％时可进行高细度水泥粘土浆液的灌注。当M=5~10时,还应考虑地层中粒径小于0.1mm的含量及地层的渗透系数。

⑶、用砂砾石层的有效粒径及渗透系数判断其可灌性ｋ＝αＤ２１０

ｋ――砂砾石层的渗透系数ｍ／ｓ。

Ｄ１０――砂砾石层的有效粒径，即砂砾石颗粒级配曲线上相应于含量１０％的粒径，ｃｍ。α—系数

一般认为渗透系数K大于3×10-4cm/s者具有可灌性。K大于3×10-2cm/s者可以灌注水泥粘土浆;K大于3×10-1cm/s者可以灌注水泥浆。

⑷、砂砾石层的不均匀系数

Ｃｕ＝Ｄ６０／Ｄ１０

Ｄ６０,Ｄ１０――砂砾石层颗粒级配曲线上相应于含量60％,10％的粒径,mm。不均匀系数反映了砂砾石地层中颗粒级配情况,可供地层可灌性分析时参考。

二、灌浆方法

1.打花管灌浆法

首先在地层中打入一根下部带尖头的花管,然后冲洗进入管中的砂土,最后自下而上分段拔管灌浆。此法虽然简单,但遇卵石及块石时打管很困难,故只适用于较浅的砂土层。灌浆时容易沿管壁冒浆,