基岩帷幕灌浆扩散半径计算

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1、第五章 灌浆施工（简介）第一节 灌浆施工概述：一灌浆的概念： 灌浆是通过预先在岩石、土壤或者建筑物中设置的钻孔或者是灌浆管，利用灌浆机 将一定配比的浆液施加一定的压力灌进地基的裂缝孔隙或者建筑物自身的裂缝中，使其胶结 成密实坚固而不透水的整体的工作。二.灌浆技术的发展： 灌浆施工是近几十年才发展起来的施工技术。最早的应用是在修建水闸、船坞工程 中，当时是在压力作用下，将粘土类的浆液灌入到闸基和船坞边墙以及地板的孔隙内，以后， 在修建矿井、隧洞和大坝等工程中，逐渐加以使用。灌浆材料也由粘土发展到使用水泥、化 学材料。由于灌浆效果较好，适用性较大，施工比较简单，也比较经济，因此灌浆技术得到 广泛推

2、广。三.灌浆的基本分类：（一）按灌浆目的不同分：1. 固结灌浆： 例如大坝的坝基、隧洞的围岩节理裂隙发育、软弱破碎，承载力低，通过灌浆处理， 使其完整性提高，承载力提高的灌浆；2. 帷幕灌浆： 大坝坝基节理裂隙发育、软弱破碎，渗透性大，通过灌浆处理，使其密实，从而 提高防渗能力的灌浆；3. 接触灌浆： 大坝坝体与天然坝基的结合面，一般是自然的防渗薄弱面，抗滑稳定的薄弱面， 通过灌浆处理，可提高接触防渗能力，提高抗滑能力；4. 裂缝补强灌浆： 混凝土建筑物出现裂缝，往往整体性降低，强度降低，通过灌浆，恢复应有的整 体性和强度。5. 大坝劈裂灌浆： 例如均质土坝坝体、心墙坝的心墙防渗能力不足时，沿

3、着坝轴线布置灌浆孔，利用 灌注泥浆的压力，有控制性的将坝体劈开，并灌注泥浆，使之形成一道近于竖直的，而且连 续的浆体防渗帷幕，以解决土坝坝体的渗透稳定问题；6. 地基高压喷射灌浆： 这是利用高压射流的冲切作用，将原来的地层结构破坏，利用水泥浆或者粘土浆 与被灌地层中的土、沙、石掺混，从而形成具有近似于水泥沙浆或者混合沙浆强度的凝结体， 使其形成地下的连续板墙，以达到防渗和加固地基的目的。7. 回填灌浆： 隧洞开挖后形成的自然轮廓表面，很难达到一致的光华平整，衬砌结构与围岩之间 必然结合不好，使衬砌受力传力不均，在衬砌施工完成以后，在衬砌顶部钻孔灌浆，充填衬 砌与围岩之间的孔隙，以改善衬砌的受力

4、条件。（二）按浆液材料不同分：1. 粘土灌浆：（1）对土的总体要求： 一般用粘土或者亚粘土，应具有遇水崩解，吸水膨胀，有一定的稳定性，有一定的 粘结力的特点。（2）土料选择：灌浆部位的原材料不同，灌浆使用的土料要求也不同。1）坝体灌浆：原则上要用与坝体相同的土料，若改换土料，一般应控制有关参数要合适，如粘粒 含量 20-45%、粉粒含量40-70%、沙粒含量不大于10%、塑性指数 10-25。2）沙砾石地基灌浆：如粘粒含量不少于 40-50%、粉粒含量不超过 45-50%、沙粒含量（粒径 0.05-0.25 毫米）不大于 5%、塑性指数10-20。（3）浆液配制：纯粘土浆配制很简单，将选择的土

5、料经过浸泡、搅拌、筛滤净化以后，拌和而成。 但是，为了提高灌浆效果，很多灌浆很少用纯粘土浆，一般都掺加水泥，这就要适当控制水 泥的用量。一般情况，水泥与土料的比例为1：1-1：4；浆液的稠度（水和干料的比例）为： 1：1-6：1。2. 水泥灌浆：水泥灌浆应用非常广泛，主要原因是它具有胶凝性好，粘结石块强度高，施工比较 方便，成本也比较低。（1）对水泥的要求：颗粒要细，稳定性要好，胶结性要强，耐久性要好。（2）水泥品种选择： 选择原则应符合灌浆目的的要求。一般灌浆用硅酸盐类水泥，回填灌浆、帷幕 灌浆、固结灌浆、接缝灌浆所用的水泥标号不低于325、425、525 号。有特殊要求的，可选 用特种水泥

6、。矿渣水泥、火山灰水泥不宜用于灌浆，原因是，这类水泥早期强度低，稳定性 较差。（3）对水泥颗粒的要求：为了保证灌浆效果，水泥颗粒的粒径要小于裂隙宽度的 1/3-1/5，因为，水泥颗 粒细，不仅容易灌入细微裂缝，扩大灌浆范围，而且浆液稳定，不容易产生沉淀分离，水化 反应充分，强度高，胶结牢固。（4）浆液掺和材料： 为了节省水泥，一般在浆液配制时，掺入适量的沙、粘土、粉煤灰等惰性材料。在帷 幕灌浆中，为提高灌浆的密实性，在浆液中通常掺入适量的铝粉、膨润土或者其他高塑性粘 土的细粒料。为了提高浆液的可灌性、流动性，在浆液中可掺入适量的减水剂（塑化剂）等 表面活性材料。3. 其他灌浆：除粘土灌浆外，还

7、有化学灌浆和沥青灌浆。但是它们的使用受到一定的限制。例 如化学灌浆是用高分子材料配制成的溶液作为浆液的一种新型灌浆。它的胶凝时间、固结时 间、硬化时间都可以比较准确的控制有利于施工而且化灌聚合体几乎是不透水的，防渗性很 强，化灌聚合体的自身强度和粘结力也比较大。但是化灌材料大多数有毒性，污染环境，同 时，施工工艺比较复杂，价格比较昂贵，所以使用受到限制。一般情况下，化学灌浆只用于 不适宜粘土灌浆和水泥灌浆的场合。有关化学灌浆的材料、相对经济指标、适用范围可参考 教材 84 页表 5-1。不同化灌材料的配制和应用请自看教材，工作以后可以查阅有关材料手册。 第二节.岩基灌浆一. 岩基灌浆的种类：在

8、岩基上建筑大坝，对坝基往往需要进行固结灌浆、帷幕灌浆，有的还进行接触灌 浆，在大坝浇注前，若先铺设一层水泥沙浆垫层，就不再进行接触灌浆，工程中一般这样做。 （一） 固结灌浆：1. 目的：将坝基岩石破碎、裂隙发育的岩石胶结起来，以提高岩基的整体性、均匀性，承载能力。2. 范围：坝基裂隙发育，岩石破碎的全部范围（范围较大）。3. 钻孔深度：一般 5-10 米（较浅）。4. 灌浆压力：一般较小，在坝体浇注前灌浆，灌浆压力一般控制0.2-0.5MP，在浇注部分坝体以后灌浆，灌浆压力一般控制0.3-0.7MP。5. 灌浆时间：有的在大坝浇注之前浇注，但是，由于坝基面裸露，在灌浆压力的作用下，岩基表 面会

9、出现冒浆、漏浆，表层岩石容易被抬动，反而破坏了整体性，降低了承载能力。因此更 多的是在大坝先浇注1-2层混凝土后，再在浇注的混凝土上钻孔灌浆，这样，岩基面上有了 压重，可以提高灌浆压力，也不会冒浆、漏浆，灌浆质量会大大提高。（二） 帷幕灌浆：1. 目的：充填岩基中的裂隙，浆液与基岩胶结后形成一道不透水的阻水幕墙，以达到减少 坝基渗漏和降低作用在坝底的扬压力，这道幕墙就叫帷幕。2. 范围：只在坝基靠近上游钻1-3排孔进行灌浆。（范围较小）3. 钻孔深度：一般较深。4. 灌浆压力：一般较大，在坝基表层段灌浆压力一般不小于1-1.5倍的最大工作水头，在靠近帷 幕的底部，灌浆压力一般不小于2-3倍的最

10、大工作水头。5. 灌浆时间：一般在大坝浇注一定高度或者大坝施工完成以后，在大坝的廊道里进行钻孔灌浆，这 种灌浆，既不影响大坝的浇注施工，又可以在大坝有了一定高度的压重混凝土以后钻孔灌浆， 因此，灌浆压力可以大大增加，帷幕灌浆质量能够得到保证。二. 灌浆施工工序：一般分钻孔、冲洗、压水试验、灌浆等四道工序。（一） 钻孔：1. 钻孔要求：钻孔质量对灌浆质量有一定的直接影响，因此一般要求：1） 孔向不能偏斜，孔深一定足够；（符合设计要求，孔向偏斜孔深就不足，灌浆帷幕就可能达不到不透水层，从而留下缺 口，形成漏水通道，降低防渗效果。）2） 孔径均一，孔壁平整：（这样，灌浆塞容易卡紧，灌浆时不会出现返浆

11、现象）3）钻孔尽量少产生岩粉细稍；（岩粉细稍产生的少，孔壁裂隙堵塞的少，灌浆质量就容易得到保证）。2. 钻孔机械：一般都用专门钻孔机，这类钻孔机有回转式钻孔机、风钻式钻孔机、架钻式钻孔机 等，根据钻孔深度的需要，可以从中选择。3. 钻孔放样： 钻孔前，一般用测量仪器先放出建筑物的边线或者中线以后，再用钢尺放出灌浆孔 位置。并应测出各个孔的高程。4. 钻孔要求： 原则要求钻孔尽可能多的与岩石裂隙、岩石层理相互交叉。倾角大的裂隙一般打斜孔， 倾角小于 40 度的打直孔。通常打直孔比打斜孔可提高工效 30-50%，因此，最好多打直孔。 孔壁要正直均匀，特别是深孔帷幕，当孔距较近时，应注意测斜工作，一

12、般在开始钻进 10-20 米必须测斜一次，然后要进行抽查，并根据具体情况决定是否继续测斜工作。帷幕灌浆孔允 许的斜度偏差值一般为：孔深 20 米，偏差 0.3；孔深 40 米，偏差 0.8；孔深 60 米。偏差 1.8 （偏差值均为最大允许值，以孔深的百分数计）。5. 钻孔方向的控制措施：（1）钻机机台要平稳，钻进时机身不晃动：（2）钻机立轴方向要准确，稳定钻机时，可用钻锤通过钻机立轴中心对准孔位，并安设孔 口定向管，其长度不应短于3 米；（3）采用加重减压钻进，即在钻具上加重，利用给进把平衡器减压；（4）钻机立轴转数控制在每分钟140-170 转，避免离心力过大，同时钻具长度最好不短于9 米

13、；（5）在钻杆上，每隔3-4 米，加设导向胶皮圈，防止钻具甩动；（6）开孔 6 米范围内，要低速、小压力钻进，立轴钻杆的上余部分不宜过长，避免摆动；（7）钻进中遇到换径、换层，不论岩性如何变化，均应适当减速；（8）随时注意改进钻孔操作方法。（二） 冲洗：1. 冲洗的目的： 钻孔时产生的岩粉会残留在孔底和孔壁上，若不冲洗，会也许灌浆的质量，因此， 冲洗的目的是将岩层裂隙和空洞中的岩粉和其他充填物冲洗干净，以确保灌浆的质量。2. 冲洗基本方法： 一般分单孔冲洗和群孔冲洗。（1）单孔冲洗：1） 适用条件： 一般用于岩层比较完整，裂隙不太发育的情况。2） 单孔冲洗的基本方法： 一般采用高压水冲洗、高压

14、低压反复冲洗、扬水冲洗。A. 高压水冲洗：冲洗压力，一般控制相当于同段灌浆压力的 70-80%左右，在规定的压力下，回 水达到完全清洁、没有杂质，冲洗流量稳定20 分钟即可停止。B. 高压、低压反复冲洗（也叫高压脉冲冲洗）：该法首先用同段孔的最大灌浆压力的70-80%作为冲洗压力，冲洗大约 5分钟左右 后，将冲洗压力突然降到 0，此时会造成反向脉冲水流，将裂隙中的杂物带出，回水呈浑浊 流。当回水由浑浊变清后，再将冲洗压力加大到原有压力，维持几分钟后，再突然降为 0， 如此一升一降，反复冲洗，直到连续在30 分钟内不再出现混水为止。实践证明，冲洗时，压 力差越大，冲洗效果越好。C. 扬水冲洗：这

15、种方法是将铁管下入钻孔底，通入压缩空气，使孔内的气、水混合物即喷出孔 外，同时也将孔底的杂物带出。该法在断层破碎带地区，冲洗效果比高压水冲洗好的多。此 法一般通入5 个大气压的风压。它适用于地下水丰富和地下水位高的钻孔冲洗。（1）群孔冲洗：1） 适用条件： 一般用于岩层破碎、断层裂隙互相串通的地质情况。2） 冲洗方法： 以一孔或者数孔作为进水孔，向孔中压水或者压气，也可以水中掺气，以群孔中的 另一孔作为出水排污孔，直到排出的为清水为止。有时，为了更好的冲洗，将原出水孔冲洗 以后，再改为进水孔，原进水孔轮流改为出水孔，这样可以达到反复冲洗的目的。（三）压水试验：1. 压水试验的目的：（1）灌浆前进行压水试验： 以测定岩层的裂隙情况和漏水量的大小，了解岩层的渗透性，为灌浆设计提供依据；（2）灌浆后进行压水试验：以检查灌浆的质量和效果。2. 压水试验基本方法： 用单位吸水率代表岩层的渗透特性，既在单位压力下，单位孔长，在单位时间内 岩层的吸水量（具体指，在每米水柱压力下，每米试验孔段的长度，在每分钟内压入的流量）。3. 单位吸水率计算公式：W=Q/LS式中：W-单位吸水率，（L/min.m.m）；Q-压入流量，（L/min）； L-试验孔段长度，m； S-试验压力，以计算水头计，m。（四）灌浆施工：