第三章基础处理工程概述

1、,第三章 基础处理工程主讲人 卢文波,水工建筑物基础分类 岩基 软基（包括土基和沙砾石基）,概述,水工建筑物对地基基础的基本要求 足够的强度，承担上部结构传递的应力 足够的整体性和均一性，防止基础滑动和不均匀沉陷 足够的抗渗性，以免发生渗漏和渗透破坏 足够的耐久性，防止侵蚀破坏,基础处理的概念 采用特定的技术手段，减少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力学性能，使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，以保证工程的安全可靠和正常运行,基础处理的手段 表层缺陷开挖 建基面以下其他缺陷灌浆、防渗墙、高喷、锚固、置换,第一节 坝基岩石灌浆,岩基灌浆概念 将某种具有流动性和胶凝性的浆液

2、，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的空隙中，经过硬化胶结以后，形成结石，达到提高岩基强度，加强岩基整体性和抗渗性的目的。,2.1 岩基灌浆分类 固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆,布置在靠近上游迎水面的坝基内 形成一道连续的防渗幕墙,（1）帷幕灌浆,目的: 减少坝基的渗流量，降低坝底渗透压力，保证基础的渗透稳定 灌浆深度: 由作用水头及地质条件等确定 灌浆水平范围：深入坝肩 灌浆方式与参数：单孔灌浆，灌浆压力大 灌浆时间安排：蓄水前 灌浆工作面：基础灌浆廊道,（2）固结灌浆,目的: 提高基岩的整体性与强度，降低透水性 灌浆深度:一般为58m，也有深达1540m 灌浆范围：一般在坝基上、下

3、游应力较大部位；地质条件较差，需对坝基进行全面的固结灌浆，甚至包括坝基以外上、下游一定范围内 灌浆方式与参数：群孔冲洗和群孔灌浆，须控制灌浆压力 灌浆时间安排与顺序：基础混凝土浇筑一定厚度后；同一地段的基岩灌浆必须按先固结灌浆后帷幕灌浆的顺序进行,（3）接触灌浆,目的:加强坝体混凝土与坝基或岸肩之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性 灌浆方式与参数：通过混凝土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 灌浆时间安排与顺序：在坝体混凝土达到稳定温度以后进行，以利于防止混凝土收缩产生拉裂,灌浆技术也是进行水工隧洞围岩固结、衬砌回填、超前支护，混凝土坝体接缝以及建（构）筑物补强、堵漏等方面的主

4、要措施。,2.2灌浆材料,浆液性能要求 良好的可灌性，即在一定的压力下，能灌入到裂隙、空隙或孔洞中，充填密实 结石具有良好的防渗性能、必要的强度和粘结力 浆液应具有良好的流动性 较好的稳定性，析水率低 常用灌浆材料 水泥（外加剂） 水泥粘土 化学浆液：环氧树脂、聚氨酯、甲凝等高分子材料 水泥/化学浆液复合材料,2.3 灌浆施工过程,现场灌浆试验 了解坝基的可灌性 确定合理的施工程序与工艺 提供科学的灌浆参数 为进行灌浆设计与编制施工技术文件提供主要依据 基岩灌浆施工环节 钻孔钻孔（裂隙）冲洗压水试验灌浆方法与工艺灌浆质,钻 孔 设备：回转式钻机和硬质合金钻头 孔径：7591mm 钻孔质量要求

5、孔深、孔向、孔位符合设计要求 力求孔径上下均一，孔壁平顺 钻进过程中产生的岩粉细屑较少,钻孔（裂隙）冲洗,冲洗分类 钻孔冲洗 岩层裂隙冲洗 冲洗方法 高压压水冲洗：整个冲洗过程均在高压下进行，裂隙中的充填物沿着加压的方向推移和压实 高压脉动冲洗： 即采用高压低压水反复变换冲洗 扬水冲洗：地下水补水条件好，混气扬水 群孔冲洗、单孔冲洗 采用高压水或高压水气冲洗时，要注意观测，防止冲洗范围内岩层的抬动和变形,压水试验,压水试验目的 测定地层的渗透特性-透水率q ，为基岩的灌浆施工提供基本技术资料 检查地层灌浆实际效果的主要方法 透水率q定义 在单位时间内，通过单位长度试验孔段，在单位压力作用下所压

6、入的水量,q=,q地层的透水率， L（吕容） Q单位时间内试验段的注水总量，L/min； 作用于试验段内的全压力，MPa； L压水试验段的长度，m；,灌浆压水试验使用的压力通常为同段灌浆压力的80%，但一般不大于1MPa 对破碎带、裂隙密集带、岩层接触带以及岩溶洞穴等透水性较强的岩层，应合理确定试验的长度 同一试段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩层 另外，对于有岩溶泥质充填物和遇水性能易恶化的地层，在灌浆前可以不进行裂隙冲洗，也不宜做压水试验,灌浆的方法与工艺,钻孔灌浆次序 ：分序加密 注浆方式 ：纯压式和循环式 钻灌方法： 全孔一次钻灌和全孔分段钻灌两种方法 全孔一次钻灌多用于孔深不超过6m，

7、地质条件良好，基岩比较完整的情况 全孔分段钻灌又分自上而下法、自下而上法、综合灌浆法及孔口封闭法等,灌浆压力是指作用在灌浆段中部的压力 灌浆压力是控制灌浆质量、提高灌浆经济效益的重要因素 确定灌浆压力的原则：在不致破坏基础和坝体的前提下，尽可能采用比较高的压力 高压灌浆可以使浆液更好地压入细小缝隙内，增大浆液扩散半径，析出多余的水分，提高灌注材料的密实度,灌浆压力,灌浆压力的大小，与孔深、岩层性质、有无压重以及灌浆质量要求等有关， 帷幕灌浆表层孔段的灌浆压力不宜小于11.5倍帷幕的工作水头，底部孔段不宜小于23倍工作水头 固结灌浆若为浅孔，且无盖重时，其压力可采用0.20.5MPa；有盖重时，

8、采用0.30.7MPa 灌浆压力大于34MPa的灌浆称为高压灌浆，如隔河岩工程的帷幕灌浆，其灌浆压力达到5MPa，乌江渡工程的帷幕灌浆达到68MPa,灌浆压力和浆液稠度的控制,合理地控制灌浆压力和浆液稠度 是提高灌浆质量的重要保证 灌浆压力控制类型：一次升压法和分级升压法 分级升压法的压力分级不宜过多，一般以三级为限，例如可分为0.4P、0.7P及P三级 浆液注入率的上、下限视岩层的透水性和灌浆部位、灌浆次序而定，通常上限可定为80100L/min，下限为3040L/min,浆液稠度控制原则：使岩层的大小缝隙既能灌饱，又不浪费 浆液稠度的变换原则：先稀后浓 帷幕灌浆浆液配比可采用5:1、3:1

9、、2:1、1;1、0.8:1、0.6:1、0.5:1七个比级。,灌浆的结束条件与封孔,灌浆的结束控制条件 残余吸浆量/最终吸浆量：灌到最后的限定吸浆量 闭浆时间：在残余吸浆量不变的情况下保持设计规定压力的延续时间 帷幕灌浆时，在设计规定的压力之下，灌浆孔段的浆液注入率小于0.4L/min时，再延续灌注60min（自上而下法）或30min（自下而上法）；或浆液注入率不大于1.0L/min时，继续灌注90min或60min，就可结束灌浆。 对于固结灌浆，其结束标准是浆液注入率不大于0.4L/min，延续时间30min，灌浆可以结束。,灌浆结束后，帷幕灌浆孔，宜采用浓浆灌浆法填实，再用水泥砂浆封孔

10、对于固结灌浆，孔深小于10m时，可采用机械压浆法进行回填封孔，即通过深入孔底的灌浆管压入浓水泥浆或砂浆，顶出孔内积水，随浆面的上升，缓慢提升灌浆管；当孔深大于10m时，其封孔与帷幕孔相同。,灌浆强度数法-GIN (Grouting intensity number) 在一定灌浆段内、保持溶浆压力与灌浆量的乘积为常数来进行岩体灌浆的一种技术 由G. Lombrdi 其流动性好，可灌性高 化学浆液的聚合时间可以较准确地控制，从几秒到几十分钟 化学浆液聚合后的聚合体，渗透系数很小，一般为10-610-8cm/s，几乎不透水 有些化学浆液聚合体本身的强度及粘结强度比较高，可承受高水头 化灌材料聚合体的

11、稳定性和耐久性均较好，能抗酸、碱及微生物的侵蚀。但一般高分子化学材料都存在有老化问题。 化灌材料都有一定毒性，在配制、施工过程中要十分注意防护，并切实防止对环境的污染,2. 化学灌浆施工 化学浆液为真溶液，采用纯压式灌浆 钻孔和清洗工艺及技术要求，与水泥灌浆基本相同，也遵循分序加密的原则进行钻孔灌浆 化学灌浆方法有单液法灌浆和双液法灌浆 一次配制成的浆液或两种浆液组分在泵送灌注前先行混合的灌浆方法称为单液法 两种浆液组分在泵送后才混合的灌浆方法称为双液法,三峡工程永久船闸南五竖井 f1096断层处理 该断层宽度5m左右，内含软弱泥化的角砾岩、碎裂花岗岩及疏松软塑夹坚硬碎屑等，断层的规模大、性状

12、差 用高压旋喷灌浆技术处理松软物质； 用水泥灌浆充填挤压大裂隙，增加被灌岩体的强度 最后将化学浆液灌注到细微裂隙中，使多裂隙的断层胶结成一个整体,水泥灌浆采用孔口封闭、孔内循环法，逐段灌注改性水泥浆材，全段灌浆压力控制在5MPa以内 化学灌浆的浆材为长江科学院的CW系材料，采用分段阻塞、纯压式灌注的方式，各段压力逐级增加，最终控制在5MPa以内。 按水泥序孔、水泥序孔、化灌序灌水泥浆、化灌序孔及化灌序孔逐步进行钻灌 根据压水试验成果，各序孔的透水率呈明显递减，如竖井北壁，其透水率的递减为：2.87Lu2.76Lu1.15Lu0.37Lu0.22Lu0Lu，且灌前灌后的弹性波速平均提高了46.3

13、%，变形模量E超过8GPa的检测点在85%以上。,第二节 砂砾石地层灌浆 在砂砾石地层上修建水工建筑物，也可采用灌浆方法来建造防渗帷幕。其主要优点是：灌浆帷幕对基础的变形具有较好的适应性，施工的灵活性大，较之其它方法，更适合于在深厚砂砾石地层施工。 砂砾石地层具有结构松散、空隙率大、渗透性强的特点，在地层中成孔较困难，与基岩有很大差别。因此，在砂砾石地层中灌浆，有一些特殊的技术要求与施工工艺。,2.1 砂砾石地基的可灌性 概念 砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性 可灌性影响因素 主要决定于地层的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和灌浆工艺等因素。 可灌性衡量参数可灌比来进行衡量：M=D15/d85,D15砂砾石地层颗粒级配曲线上累计含量为15%的粒径，mm； d15灌浆材料颗粒级配曲线上累计含量为85%的粒径，mm。 当M=101