第一节灌浆设备机具和灌浆材料概述Word文档格式.docx
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（二）浆液类型1.水泥浆
下马岭混凝土坝砂砾石层基础防渗帷幕灌浆使用的是水泥浆,在一般情况下,不常使用。
水泥浆的优点是胶结情况好’结石强度高，制浆方便。
缺点是水泥价格高；
颗粒较粗,细小孔隙易灌入；
浆液稳定性差，易沉淀‘常会过早地将某些渗透断面
堵塞，因而影响灌浆效果；
灌浆时间较长时，易将灌浆器胶结住,难以起拔。
灌注水泥浆时，其配比也常分为10：
！
5：
3：
21,1.5:
1,1：
0^8：
0^610.5：
丨等九个比级,也可采用稍少一些的比级。
灌浆开始时,采用最稀一级的浆液’以后根据砂砾石层单位吸浆量的情况,逐级变浓。
2’水泥粘土浆
水泥粘土浆是一种最常使用的浆液，国内外大坝砂砾石层灌浆绝大多数都是采用这种浆液，其主要优点是稳定性好；
能灌注细小孔隙；
而且天然粘土材料较多，可就地取材,费用比较低廉；
防渗效果也好。
国内有的学者曾对砂砾石层灌浆帷幕的渗透破坏机理作过研究0，认为为了提高砂砾石层灌浆帷幕的稳定性’防止细颗粒流失和产生管涌’关键是要设法降低帷幕本身的透水性，而不是提高浆液结石的强度，因而没有必要在浆液中过多地提高水泥含量。
一般认为，浆液结石283的强度如果达到4〜5X！
）沙即可满足要求。
水泥粘土浆中水泥和粘土的比例多为冰泥：
粘土/丄：
：
"
4〔重量比穴浆液浓度范围多为干料；
水二工：
3〔重量比〕。
有的大坝通过灌浆试验,对灌注的水泥粘土浆液提出下列控制指标：
0浆液结石283龄期的强度不小于3〜5X功浆液粘度不超过603③浆液稳定
性应小于0.02；
&
浆液自由析水率应小于可供参考。
对于多排孔构成的帷幕,在边排孔中，宜采用水泥含量较高的浆液；
中间排孔中，则可采用水泥含量较低的浆液。
密云水库大坝‘谢尔，庞桑大坝、密希安大坝都是采用这种浆液灌注的’见表“-2。
当灌注水泥粘土浆时’为简便起见,从灌浆开始直至结束’多采用一种固定比例的水泥粘土浆,灌浆过程中不再变换。
但也有少数工程，灌浆开始时,使用稀浆，以后逐级变浓‘例如岳城水库大坝基础帷幕灌浆就是采用了这样的方法。
水泥粘土浆浆液浓度若是分级时，比较常使用的方法是：
浆液中水泥与粘土的掺量比例固定不变,而用加水量的多少来调制成不同浓度的浆液。
表11-2—些大坝灌浆使用的浆液情况
坝名
灌浆浆液情况
密云水库白河主坝
地层吸浆量
（！
^！
化）
水泥：
粘土冰
边排孔
中排孔
5050〜100“100
111.868.6111.864.3111.862.86
14112.51475145
谢尔，庞桑坝
边排孔水泥：
粘土冰二11.5：
5内排孔水泥：
粘土冰二15：
14
马特马克坝
两种组合（每一立方米浆液的组成）1.水泥粘土浆：
水8501水9501粘土300竑膨润土100竑水泥80竑硅酸盐161硅酸盐121磷酸盐144
密希安坝
五排灌浆孔外边两排孔粘土204，水泥144，水664里边两排孔粘土254，水泥54，水704中间排孔粘土254，水泥704。
，硅酸盐和磷酸盐54。
秋尔马依，怒林坝灌浆试验
粘土：
膨润土冰2.840.5112.3浆液比重1.46,57=2.0〜2.56107”
孟格拉坝灌浆试验
10红范围内不灌浆
10~20幵冰泥：
粘土冰2.55.3
52805X107”“2091冰泥：
粘土冰33.0766
528=3.76107”
3’粘土浆
粘土浆胶结慢，强度低，多用于砂砾石层较浅’承受水头也不大的临时性的小型防渗工程‘如白莲河坝围堰砂砾石层基础的防渗帷幕就是采用粘土浆进行灌注的。
但也有很少数大，其基础防渗帷幕基本上是采用粘土浆进行灌注的。
如日本船明坝（坝高24.5！
^砂砾石层厚60！
^防渗帷幕灌的是粘土浆,但其中也掺用了少量水泥广印度可达坝（坝高37.2！
需要处理段的长度65！
该部位砂砾石层厚约8””要求粘土浆的比重为丨.27,每60乙的粘土浆中加入水泥2細硅酸钠150”^〕的防渗帷幕就是灌的粘土浆。
曰本船明坝在工地灌浆试验之前,先进行室内粘土浆液试验。
在试验时,很重视粘土中胶质粘粒（粒径小于"
含量。
试验结果表明’当胶质粘粒浓度#（^+^〕10.12-0.14时，可以获得坚固的胶结体，且泌水很少（仄为胶体粘粒重,8为粘土重为水重〕。
但当胶质粘粒浓度达到0’10-0.12时，浆液的粘度却显示出很快地增长。
所以为了保证浆液具有合宜的稳定性和流动性，选用胶质粘粒浓度应有一个范围。
该坝选用了3种粘土（浓限654。
的占424。
〕和种粘土（液限〈。
^的占234。
〕作过试验，当水泥7粘土二0：
时〔重量比八最合适的胶质粘粒浓度的范围是0.045〜0.085。
船明坝实际施工时,采用了粗粒和细粒两种粘土配制液。
粘土性能和浆液配比见表11-3和表11-4每一段灌浆时‘先灌入粗粒粘土浆液‘灌至规定的数量后结束。
如果当尚未达到规定的数量就灌不进时,则改用细粒粘土浆液继续灌注，直至两种粘土浆液灌入量的总和达到规定的数量时结束’或是当细粒粘土浆液也灌不进时结束‘均认为该段属于正常结束灌浆。
表11-3粘土性能
粘土种类
含水量
比重
阿太堡界限含水量（^）
颗粒通过率〔4。
有机质
液限
塑限
塑性指数
2””
7！
”
1！
含量⑷
粗粒
25
2.72
45.6
25.9
19.7
100
89
13
1.0
5.2
细粒
50
66.0
31.0
35.0
95
40
2.9
5.7
表11-4灌浆浆液的配比和质控标准
浆液种类
粘土
种类
浓度
0+80+8+0
浆液配比
质控标准
胶质粘粒浓度
8+0
水泥含量
硅酸钠含量
”328
氢氧化钠含量
8
容重
1113〕
泌水率
流动性
粗粒粘土浆
0.41
0.30
7
1.363±
0.015
《
11±
2
0.073
细粒粘土浆
0.17
0.05
0.005
0.0075
1.120±
0.006
5
9±
0.067
.水泥粘土砂浆
为了有效地堵塞砂砾石层中的大孔隙，当吸浆量很大‘采用上述浆液难于奏效时,有时在水泥粘土浆中掺入细砂,掺量的多少,视具体情况而定。
这种浆液仅是用于处理特殊地层，一般情况下不常采用。
5’硅酸盐浆液、丙凝、聚氨酯及其他灌浆材料
为了进一步降低帷幕的渗透性、有一些大坝的防渗帷幕在使用水泥粘土浆灌注后’再用硅酸盐浆液或丙凝进行附加灌浆。
例如阿斯旺大坝,马特马克大坝和谢尔，庞桑大坝在灌注了水泥粘土浆后,又用硅酸盐浆液进行了附加灌浆。
美国哥伦比亚河上的洛克，利奇坝在灌注水泥粘土浆后’又加灌了八^-“即丙凝）浆液。
有时为了灌注大坝基础中的细砂层‘也常采用化学灌浆材料,如永定河上的下苹甸水电站落坡岭拦河坝基础细砂层中（细砂的细度模数为1.88〕就是采用聚氨酯进行灌注的。
灌浆后‘细砂层的单位吸水量由0.95降低到0.0431^^11^^）,满足了设计要求。
第二节固结灌浆施工技术
固结灌浆是对水工建筑物基础浅层破碎、多裂隙的岩石进行灌浆处理‘改善其力学性能,提高岩石弹性模量和抗压强度。
它是一种比较常用的基础处理方法,在水利水电工程施工中得到广泛应用。
一、主要技术要求
（丄）固结灌浆孔可采用风钻或其他型钻机造孔’终孔孔径不宜小于38！
^^孔位、孔向和孔深均应满足设计要求。
02〕固结灌浆应按环间分序、环向加密的原则进行。
环间宜分为两个次序‘地质条件不良地段可分为三个次序。
〔3〕固结灌浆宜采用单孔灌浆的方法,但在注入量较小地段’同一环上的灌浆孔可并联灌浆,孔数宜为两个‘孔位宜保持对称。
）固结灌浆孔基岩段长小于6瓜时,可全孔一次灌浆。
当地质条件不良或
有特殊要求时‘可分段灌浆。
〔5〕固结灌浆压力大于的工程‘灌浆孔应分段进行灌浆。
灌浆段的划分、灌浆压力的使用以及灌浆工艺的选择,应通过现场灌浆试验确定。
（幻压水试验检查宜在该部位灌浆结束3〜73后进行。
检查孔的数量不宜少于灌浆总孔数的57。
。
孔段合格率应在以上,不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的匸！
）1）,且不集中，灌浆质量可认为合格。
〔7〕岩体弹性波速和静弹性模量测试,应分别在该部位灌浆结束和283后进行。
其孔位的布置、测试仪器的确定、测试方法、合格批标以及工程合格标准,均应按照设计规定执行。
〔8〕灌浆孔灌浆和检查孔检查结束后,应排除孔内积水和污物,采用压力灌浆法或机械压浆法进行封孔‘并将孔口抹平。
〔9〕钻孔相互串浆时，可采用群孔并联灌注’孔数不宜多于3个。
应控制压力，防止混凝土面或岩石面抬动。
二、施工程序与工艺
（一）施工程序
钻进抬动观测孔、安装观测装置―弹性波钻孔钻进、压力、测试—静弹模测试孔钻进、压水、测试—弹性波与静弹模测试孔封孔—灌浆I0序分序施工—灌后1似弹性波测试孔扫孔、测试—灌后283静弹模孔扫孔、测试―加密孔钻进、压水、灌浆—灌后压水检查孔钻进、压水。
（二）施工工艺1.钻孔的布置
〔1〕无混凝土盖重固结灌浆,钻孔的布置有规则布孔和随机布孔两组。
规则布孔形式有正方形布孔和梅花形布孔两种。
正方形布孔分三序施工。
随机布孔形式为梅花形布孔。
断层构造岩可采用三角形加密或梅花形加密布置。
〔2〕有盖重固结灌浆,钻孔布置按正方形和三角形布置。
正方形中心布置加密灌浆孔,在试区四周布置物探孔,在正方形孔区设静弹模测试孔。
断层地区采用梅花形布孔‘并布设弹性波测试孔和静弹模测试孔。
2’灌浆设备与仪器安装
图11-1灌浆设备与仪器安装示意图
1一高速搅拌机；
2—双层储浆桶；
3—流量传感器^一灌浆泵；
5—压力传感器名一压力控制阀7—大循环阀门8—自动记录仪
3^有盖重固结灌浆区清基和浇筑混凝土
对基岩面的泥土、破碎岩块和松动块体进行清除,并排除积水。
由地质工程师进行地质描述,经监理人员验收签证后,立模浇筑混凝土,采用一个仓次浇筑,形成盖重混凝土平合。
浇筑时采用振捣器振捣密实。
4丨钻进抬动观测孔、安装观测装置
340^水利水电施工工程师手册灌浆设备与仪器安装情况,如图11-1所示。
为进行压力、流量与岩体变形监测,要求安设抬动观测装置。
首先钻进观测孔,孔深应深入基岩一定深度。
然后下入两种规格的观测管。
将两层管间隙及观测管与孔壁间隙灌入粉细砂,并密实填满间隙。
接着在外观测管上部伸出部分与地表浇筑在一起，防止地面水泥浆进入孔内。
在进行压水、灌浆前，将千分表用管夹固定在内观测管上，使伸缩杆与地面观测平合接触，以便进行抬动变形观测。
5’灌前测试孔钻进与压水
弹性波测试孔与静弹模测试孔均进行钻进、取心描述。
并自上而下分段压水或自下而上综合压水，或全孔一段压水。
压力为0’？
'
0”2似[？
或0’每5*^1读一次压力与流量,连续四次读数。
如符合规范要求，即可结束
压水。
6’灌浆孔钻进
〔1〕钻孔。
按两排或三排分三序施钻，每孔采取自上而下分段钻进、分段灌浆或钻进终孔后进行灌浆。
钻进时应进行岩心描述。
〔2〕钻孔冲洗与裂隙冲洗。
采用风水轮换冲洗钻孔,将孔内岩粉等杂物冲洗干净。
反复冲洗，直至孔内沉积物不超过20。
^为止。
然后进行裂隙冲洗,压力可为该段灌浆压力的该值若大于即采用1^1^。
地质条件复杂或有特殊要求时‘是否需要冲洗及如何冲洗,通过现场试验确定。
〔3〕压水试验。
进行灌前简易压水试验,采用单点法，按灌浆规范执行。
试验孔数不宜少于总孔数的50。
1.灌浆工作
〔1〕建立制浆站统一制浆。
制浆站由水泥台、高速双桶搅拌机和与输浆泵组成,按一定比例配制纯水泥浆，然后泵送到湿磨机,经磨细后再送到低速搅拌机内供灌浆使用。
〔2〕灌浆方法。
采用自上而下分段孔内循环式灌浆法,射浆管距灌浆段底部
小于50^*1。
〔3〕灌浆压力。
三个次序灌浆孔应采用不同的灌浆压力，I序孔的灌浆压力较低’II序孔的压力较高，冚序孔的压力最高。
〔4〕灌浆浆液。
普通水泥液水灰比可采用3：
1、2：
1、110.810.6：
1、五个比级,湿磨水泥浆液水灰比采用311、211、110.61四个比级。
〔5〕变浆标准。
当某一比级浆液的注入量达到3004以上或灌注时间已达到让时，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，可变浓一级水灰比。
当吸浆量小于104/+！
时,应换用湿磨水泥灌浆。
〔6〕开始采用湿磨水泥灌浆。
当注入量很大时，可不经湿磨而直接灌注，一旦注入量明显降低,可立即改为湿磨水泥灌注。
〔7〕灌浆结束标准。
在设计压力下’灌浆孔段注入率不大于0.41/+！
时,
持续灌注30#丨仏即可结束。
〔8〕封孔。
采用"
置换和压力灌浆封孔法“，先将孔内余浆置换成水灰比为0.5：
1的浓浆‘再将灌浆塞塞在孔口’进行压力灌浆封孔。
8’观测工作
在进行压水试验和灌浆的同时,应进行抬动观测和记录工作。
1灌浆质量检查孔
〔1〕压水试验检查。
灌浆结束3〜73后，钻进检查孔，进行压水试验检查。
采用单点法进行简易压水。
当灌浆压力为1〜时，压水试验压力采用；
当灌浆压力小于或等于时,压水试验压力为灌浆压力的800。
压水检查后,应按规定进行封孔。
〔2〕测试孔检查。
弹性波速检查、静弹性模量检查应分别在灌浆结束后14&
283后进行。
〔3〕抽样检查。
对灌浆孔与检查孔的封孔质量宜进行抽样检查。
（三）固结灌浆效果检查
大坝基础固结灌浆完成后，应当进行灌浆质量和固结效果的检查,经检查不符合要求的地段,根据实地情况‘认为有必要时‘需加密钻孔,补行灌浆。
固结灌浆效果检查,一般应以岩石力学性能的改进程度或所达到的数值为主要标志，渗透性单位吸水量仅可作为间接指标,起辅助性的检查作用’采用后一方法检查，比较简单、易行‘所以在一般工程上多采用之。
但其合格标准’不易制定，故应尽量多做些力学性能试验,以求得岩石经灌浆处理后的弹性模量数值等力学指标,供设计应用。
检查的方法,常用的有下列几种：
1.整理、分析灌浆资料‘验证灌浆效果
〔1〕计算出各次序灌浆孔的单位吸水量和单位注入量的平均值，由其逐序的减少程度,评断灌浆效果。
（力依照不同的灌浆次序’绘制出单位吸水量频率曲线及频率累计曲线、单位注入量频率曲线及频率累计曲线’由其变化情况‘评断灌浆效果。
2’钻设检查孔检查
在单位注入量大的地段或认为灌浆质量有疑问的地段,应钻设检查孔‘进行压水试验和灌浆以检查固结灌浆的效果。
检查孔的数目’一般可按灌浆孔数的5〜107。
来控制。
〔1〕做压水试验压水检查工作宜在该部位灌浆结束不少于33后进行。
压水试验多选用一个压力阶段，其压力值多与该段同一高程的灌浆压力相同。
深孔固结灌浆检查孔压水试验的压力值，可根据工程实际情况确定，当单位吸水量小于规定数值时,认为合格。
1983年灌浆规范中规定：
固结灌浆检查孔的孔段合格率应在807。
以上，其余孔段的指标值，亦不应超过设计规定值的507。
（如设计值为0』3’则不应超过0』45\即可认为合格。
在我国一些大坝固结灌浆工程中，一般常采用的灌浆质量合格标准的单位吸水量值为0.02〜0.051/（0111^―〕。
国外有些大坝工程也有采用其他标准的,例如日本的田子仓坝规定：
在5乂101/””压力下孔段注入水量小于51/1/时,认为合格。
印度的巴克拉坝规定：
在10013//2压力下，注入水量每15孔段长度内，每分钟小于0’即在7’03X101/””的压力下,每米长孔段,每分钟的注入水量小于1’490，认为合格。
22〕单位注入量检查检查孔压水试验完毕后，本孔还需进行灌浆，以其单位注入量值的大小也作为检查固结灌浆的一个标志。
有些工程规定：
检查孔的单位吸水量和单位注入量均需小于某一规定数值’固结灌浆才被认为是合格。
例如某一工程作这样的规定验查孔的单位吸水量和单位注入量均分别小于0’03乙（爪/^。
和259/瓜时,该区的固结灌浆才算合格。
3’测定弹性模量或弹性波速
鉴定坝基岩石经固结灌浆后其物理力学性能和改进程度’常利用弹性模量（或弹性波速〕来表示。
用弹性模量检查，宜在该部位灌浆结束不少于143后进行。
弹性模量（简称弹模,用！
表示）由于采用测试方法的不同，可分为静力弹性模量（简称静弹模‘用！
:
8表示）和动力弹性模量（简称动弹模’用表示）两种。
静力弹性模量是用静力法求得,其测试方法可分为两种,一种是在岩石表面测试,常使用各式千斤顶进行试验或水压力法进行试验。
另一种则是在钻孔内测试,使用的仪器有21-1型钻孔弹模计〔长江水利水电科学研究院制〕、2丫-110型钻孔压力计（水利水电科学研究院制）、200型孔内弹力计〔日本制）和钻孔膨胀计（法国制）等。
根据岩石变形情况，可以计算出静弹模和静变模动力弹性模量是用动力法求得的，即是用地震仪或声速仪,利用锤击，放小炮或发生器激发,测定岩石弹性波传播速度,再根据弹性波速度计算出岩石的动力弹性模量。
常用的仪器有：
国产3“#-2型岩石声波参数测定仪,北京地质仪器厂和重庆地质仪器厂制造的12道和24道地震仪；
美国的拜森15753型（单道〕、1580型（六道〕和281210型〔12道）信号增强地震仪等。
由于弹性波速度也能间接反映出岩石的物理力学性能，故有些工程就直接用它来表示岩石经固结灌浆后的效果。
静弹模测试比较复杂‘且所测得的数据代表岩体的范围也很小,而动弹测试方法比较简便’速度快‘且能反映出深部岩层及较大范围的岩体的弹性模量，故在固结灌浆效果检查中常被广泛采用。
灌浆前和灌浆后,在同一地点做弹性模量或弹性波速试验,根据其灌浆后的培高情况来评断灌浆效果。
使用千斤顶做弹性模量试验’可以用下式计算岩石的静弹模丑3和静变模
^1^（1一！
）从'
坞-5
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、！
111-1〕
^11-！
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）从！
I―0
一岩石的静力弹性模量（川^/!
；
―岩石的静力变性模量（100/!
）；
承党的压力（100/!
V
一加压板的尺寸：
圆形板的指直径,方形板的指边长（（；
』；
一弹性变形（（；
一全变形；
丄
一岩石的泊桑比；
——与承压板的刚度、形状以及与测量位置有关的系数（又称刚度系
数穴见表11-5及表11-6。
表11-5测点在加压板下的V值
加压板形状
柔性板
刚性板
角（边）点
中心
平均
圆形
0.64
1.00
0.85
0.79
方形
0.56
1.12
0.95
0.88
表11-6测点在加压板（圆形板）外的V值
―1
1/1.5
1/2
1/3
备注
0.365
0.262
0.170
『为加压板的半径
柔性板
0.237
0.129
0.057
为测点到板中心的距离
用动力法做弹性模量试验,可利用下列有关公式计算
义#,（二（1"
—）2"
）或&
#炉（！
^111―^〕巧#⑴-3〕
由式〔11-2〕和式〔11-3〕得出
即！
2#气1-？
111―4〕
V；
1―2广
“-2！
卜V？
〕㈦-4〕将式〔11-4〕中的！
丄代入式〔11-3〕使得
运^重力加速度或981！
^82一一动弹性模量。
用动力法测得岩石中纵波速度和横波速度后，代入式〔11-5〕和式〔11-40，便可直接求出动弹性模量&
和泊桑比！
丄的数值。
由于岩石泊桑比值约为0.20〜0.34’为方便起见，一般多假定0=0.25或0.3，则仅利用测得的岩石纵波速度值和已知的岩石密度「值,代入式〔11-即可得出值，其误差不会很大。
若取"
/。
々，…/之乂^即^=260014/%3）代入式〔10—2〕得：
〜0.022〜2
若取0二0」0〜二2乂’则得：
二0.019&
若已知岩石的纵波速度，则由式〔11-6〕或式〔11―7〕很快即可估算出岩石的动力弹性模量。
有的工程规定’岩石经过固结灌浆后’弹性波速（指纵波速度’不同）达到3500！
^么认为合格。
也有的工程浆固结灌浆后的
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