水利工程施工基礎(chǔ)灌漿講義

1、 第三章 基礎(chǔ)處理工程 基礎(chǔ)處理（水電工程），即根據(jù)建筑物對地基的要求，采用特定的技術(shù)手段，來減少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力學(xué)性能，使地基具有足夠的強度、整體性、抗?jié)B性及穩(wěn)定性，以保證工程的安全可靠和正常運行。 基礎(chǔ)：1、巖基 2、軟基（土基與砂礫石地基） 由于受地質(zhì)構(gòu)造變化及水文地質(zhì)的影響，天然地基往往存在不同形式與程度的缺陷，需要經(jīng)過人工處理，才能作為水工建筑物的可靠地基。 第一節(jié) 壩基巖石灌漿 將某種具有流動性和膠凝性的漿液，按一定的配比要求，通過鉆孔用灌漿設(shè)備壓入巖層的孔（裂）隙中，經(jīng)過硬化膠結(jié)后，形成結(jié)石，以提高基巖的強度與整體性，改善基巖的抗?jié)B性 -壩基巖石灌

2、漿（簡稱基巖灌漿） 帷幕灌漿 布置在靠近上游迎水面的壩基內(nèi)，形成一道連續(xù)的防滲幕墻。其目的是減少壩基的滲流量，降低壩底滲透壓力，保證基礎(chǔ)的滲透穩(wěn)定。 帷幕灌漿的深度主要由作用水頭及地質(zhì)條件等確定，較之固結(jié)灌漿要深得多，有些工程的帷幕深度超過百米。 施工中，通常采用單孔灌漿，所使用的灌漿壓力比較大。 固結(jié)灌漿 目的是提高基巖的整體性與強度，并降低基礎(chǔ)的透水性。 當基巖地質(zhì)條件較好時，一般在可在壩基上、下游應(yīng)力較大的部位布置固結(jié)灌漿孔；在地質(zhì)條件較差而壩體較高的情況下，則需要對壩基進行全面的固結(jié)灌漿，甚至在壩基以外上、下游一定范圍內(nèi)也要進行固結(jié)灌漿。 灌漿孔的深度一般為58m，也有深達1540m的

3、，各孔在平面上呈網(wǎng)格交錯布置。通常采用群孔沖洗和群孔灌漿。接觸灌漿 目的是加強壩體混凝土與壩基或岸肩之間的結(jié)合能力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性。 一般是通過混凝土鉆孔壓漿或預(yù)先在接觸面上埋設(shè)灌漿盒及相應(yīng)的管道系統(tǒng)。接觸灌漿應(yīng)安排在壩體混凝土達到穩(wěn)定溫度以后進行，以利于防止混凝土收縮產(chǎn)生拉裂。灌漿的材料 漿液要求：（1）漿液在受灌的巖層中應(yīng)具有良好的可灌性，即在一定的壓力下，能灌入到裂隙、空隙或孔洞中，充填密實。（2）漿液硬化成結(jié)石后，應(yīng)具有良好的防滲性能、必要的強度和粘結(jié)力。（3）為便于施工和增大漿液的擴散范圍，漿液應(yīng)具有良好的流動性。（4）漿液應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性，析水率低。 基巖灌漿以水泥灌漿最普

4、遍。灌入基巖的水泥漿液，由水泥與水按一定配比制成，水泥漿液呈懸浮狀態(tài)。水泥灌漿具有灌漿效果可靠，灌漿設(shè)備與工藝比較簡單，材料成本低廉等優(yōu)點。灌漿施工過程 1鉆 孔 回轉(zhuǎn)式鉆機和硬質(zhì)合金鉆頭，其鉆進效率較高，不受孔深、孔向、孔徑和巖石硬度的限制，還可鉆取巖芯。 孔徑一般在7591mm。 鉆孔的質(zhì)量對灌漿效果影響。包括：（1）確?？咨?、孔向、孔位符合設(shè)計要求；（2）力求孔徑上下均一，孔壁平順；（3）鉆進過程中產(chǎn)生的巖粉細屑較少。 孔徑均一，孔壁平順，則灌漿栓塞能夠卡緊卡牢，灌漿時不致產(chǎn)生返漿。鉆進過程中產(chǎn)生過多的巖粉細屑，容易堵塞孔壁的縫隙，影響灌漿質(zhì)量。 鉆孔的方向與深度是保證帷幕灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵

5、。如果鉆孔方向有偏斜，鉆孔深度達不到要求，則通過各鉆孔所灌注的漿液，不能聯(lián)成一體，將形成漏水通路， 2鉆孔（裂隙）沖洗 沖洗分為： 鉆孔沖洗， 巖層裂隙沖洗 在巖層比較完整，裂隙比較少的地方，可采用單孔沖洗。沖洗方法有高壓壓水沖洗、高壓脈動沖洗和揚水沖洗等。（1）高壓壓水沖洗 整個沖洗過程均在高壓下進行，裂隙中的充填物沿著加壓的方向推移和壓實。（2）高壓脈動沖洗 即采用高壓低壓水反復(fù)變換沖洗。（3）揚水沖洗 （4）群孔沖洗 一般適用于巖層破碎，節(jié)理裂隙比較發(fā)育且在鉆孔之間互相串通的地層中。采用高壓水或高壓水氣沖洗時，要注意觀測，防止沖洗范圍內(nèi)巖層的抬動和變形。3壓水試驗 壓水試驗?zāi)康模簻y定地層

6、的滲透特性，為基巖的灌漿施工提供基本技術(shù)資料。壓水試驗也是檢查地層灌漿實際效果的主要方法。壓水試驗的原理：在一定的水頭壓力下，通過鉆孔將水壓入到孔壁四周的縫隙中，根據(jù)壓入的水量和壓水的時間，計算出代表巖層滲透特性的技術(shù)參數(shù)。 在我國，采用透水率q來表示巖層的滲透特性。所謂透水率，就是在單位時間內(nèi)，通過單位長度試驗孔段，在單位壓力作用下所壓入的水量。壓水試驗有單點法和五點法兩種，4灌漿的方法與工藝提高巖基灌漿的質(zhì)量，必須注意以下問題（1）鉆孔灌漿的次序 基巖的鉆孔與灌漿應(yīng)遵循分序加密的原則進行。 （2）注漿方式 按照灌漿時漿液灌注和流動的特點，灌漿方式有純壓式和循環(huán)式兩種。 （3）鉆灌方法 按照

7、同一鉆孔內(nèi)的鉆灌順序，有全孔一次鉆灌和全孔分段鉆灌兩種方法。全孔一次鉆灌系將灌漿孔一次鉆到全深，并沿全孔進行灌漿。這種方法施工簡便，多用于孔深不超過6m，地質(zhì)條件良好，基巖比較完整的情況。全孔分段鉆灌又分自上而下法、自下而上法、綜合灌漿法及孔口封閉法等。（4）灌漿壓力 所謂灌漿壓力，通常是指作用在灌漿段中部的壓力 灌漿壓力是控制灌漿質(zhì)量、提高灌漿經(jīng)濟效益的重要因素。確定灌漿壓力的原則是：在不致破壞基礎(chǔ)和壩體的前提下，盡可能采用比較高的壓力。高壓灌漿可以使?jié){液更好地壓入細小縫隙內(nèi)，增大漿液擴散半徑，析出多余的水分，提高灌注材料的密實度。 GIN灌漿法5）灌漿壓力和漿液稠度的控制 在灌漿過程中，合

8、理地控制灌漿壓力和漿液稠度，是提高灌漿質(zhì)量的重要保證。 灌漿過程中灌漿壓力的控制基本上有兩種類型，即一次升壓法和分級升壓法。 6）灌漿的結(jié)束條件與封孔 灌漿的結(jié)束條件，一般用兩個指標來控制，一個是殘余吸漿量，又稱最終吸漿量，即灌到最后的限定吸漿量；另一個是閉漿時間，即在殘余吸漿量不變的情況下保持設(shè)計規(guī)定壓力的延續(xù)時間。 5. 灌漿的質(zhì)量檢查 基巖灌漿隱蔽性工程，必須加強灌漿質(zhì)量的控制與檢查。為此，一方面要認真做好灌漿施工的原始記錄，嚴格灌漿施工的工藝控制，防止違規(guī)操作；另一方面，要在一個灌漿區(qū)灌漿結(jié)束以后，進行專門性的質(zhì)量檢查，作出科學(xué)的灌漿質(zhì)量評定?；鶐r灌漿的質(zhì)量檢查結(jié)果，是整個工程驗收的重

9、要依據(jù)。灌漿質(zhì)量檢查的方法很多，常用的有：對已灌地區(qū)，鉆設(shè)檢查孔，通過壓水試驗和漿液注入率試驗進行檢查；通過檢查孔，鉆取巖芯進行檢查，或進行鉆孔照相和孔內(nèi)電視，觀察孔壁的灌漿質(zhì)量；開挖平洞、豎井或鉆設(shè)大口徑鉆孔，檢查人員直接進去觀察檢查，并在其中進行抗剪強度、彈性模量等方面的試驗；利用地球物理勘探技術(shù)，測定基巖的彈性模量、彈性波速等，對比這些參數(shù)在灌漿前后的變化，借以判斷灌漿的質(zhì)量和效果。 四、化學(xué)灌漿 化學(xué)灌漿是在水泥灌漿基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型灌漿方法。它是將有機高分子材料配制成的漿液灌入地基或建筑物的裂縫中，經(jīng)膠凝固化后，達到防滲、堵漏、補強、加固的目的。 化學(xué)灌漿在基巖處理中，是作為水泥灌

10、漿輔助手段的。 它主要用于：裂隙與空隙細?。?.1mm以下），顆粒材料不能灌入；對基礎(chǔ)的防滲或強度有較高要求；滲透水流的速度較大，其它灌漿材料不能封堵等情況。1. 化學(xué)灌漿特性 材料分防滲堵漏和補強加固兩大類。前者有水玻璃、丙凝類、聚氨脂類等，后者有環(huán)氧樹脂類、甲凝類等。特性：1）化學(xué)漿液的粘度低，有的接近于水，有的比水還小。其流動性好，可灌性高，可以灌入水泥漿液灌不進去的細微裂隙中。 2）化學(xué)漿液的聚合時間（或稱膠凝時間，固化、硬化時間）可以比較準確地控制，從幾秒到幾十分鐘，有利于機動靈活地進行施工控制。 3）化學(xué)漿液聚合后的聚合體，滲透系數(shù)很小，一般為10-610-8cm/s，幾乎是不透水

11、的，防滲效果好。4）有些化學(xué)漿液聚合體本身的強度及粘結(jié)強度比較高，可承受高水頭。如用于加固補強的甲凝、環(huán)氧樹脂等，而聚氨脂對防滲與加固都有作用。5）化灌材料聚合體的穩(wěn)定性和耐久性均較好，能抗酸、堿及微生物的侵蝕。但一般高分子化學(xué)材料都存在有老化問題。6）化灌材料都有一定毒性，在配制、施工過程中要十分注意防護，并切實防止對環(huán)境的污染。2. 化學(xué)灌漿施工 化學(xué)漿液為真溶液，不存在粒狀灌漿材料的沉淀問題，化學(xué)灌漿都采用純壓式灌漿。 化學(xué)灌漿的鉆孔和清洗工藝及技術(shù)要求，與水泥灌漿基本相同，也遵循分序加密的原則進行鉆孔灌漿。 化學(xué)灌漿的方法，按漿液的混合方式區(qū)分，有單液法灌漿和雙液法灌漿。一次配制成的漿

12、液或兩種漿液組分在泵送灌注前先行混合的灌漿方法稱為單液法。兩種漿液組分在泵送后才混合的灌漿方法稱為雙液法。前者施工相對簡單，在工程中使用較多。 工程實例： 三峽工程永久船閘南五豎井f1096斷層的處理，在運用水泥化學(xué)復(fù)合灌漿方面取得較好的經(jīng)驗。該斷層寬度5m左右，內(nèi)含軟弱泥化的角礫巖、碎裂花崗巖及疏松軟塑夾堅硬碎屑等，斷層的規(guī)模大、性狀差，對結(jié)構(gòu)受力極為不利。施工中分別采用高壓旋噴灌漿技術(shù)處理松軟物質(zhì)；用水泥灌漿充填擠壓大裂隙，增加被灌巖體的強度；最后將化學(xué)漿液灌注到細微裂隙中，使多裂隙的斷層膠結(jié)成一個整體，極大提高了其物理力學(xué)性質(zhì)。 水泥灌漿采用孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)法，逐段灌注改性水泥漿材，全段灌漿壓力控制在5MPa以內(nèi)?；瘜W(xué)灌漿的漿材為長江科學(xué)院的CW系材料，采用分段阻塞、純壓式灌注的方式，各段壓力逐級增加，最終控制在5MPa以內(nèi)。在施工中，按水泥序孔、水泥序孔、化灌序灌水泥漿、化灌序孔及化灌序孔逐步進行鉆灌，根據(jù)壓水試驗成果，各序孔的透水率呈明顯遞減，如豎井北壁，其透水率的遞減為：2.87Lu2.76Lu1.15Lu0.37Lu0.22Lu0Lu，且灌前灌后的彈性波速平均提