水利工程岩石灌浆施工方法研究

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1灌浆所用浆液及配置浆液所需的材料要求

1.1水泥灌浆对于所需水泥的有关规定

(1）岩石或对其他介质的水泥浆液灌浆，拌制水泥浆液所使用的水泥种类和标号，需要综合考虑施工目的和施工环境的影响。对于水利工程目前规范要求使用普硅水泥或硅酸盐水泥，工程级别较低或临时工程经论证可采用复合水泥，当地下水有侵蚀性时应使用特种水泥。(2）对于水泥的强度等级也有专门的要求，永久工程一般要求采用42.5MPa的普硅水泥，用于临时工程的可使用32.5MPa的水泥，由用于坝体接缝处理的灌浆，所用水泥的强度等级也相对较高。(3）对于水泥的细度要求，用于防渗处理和帷幕所用水泥，按80通过方孔筛的筛余量来要求，标准是不大于5%。(4）施工时所用水泥需设专门的存放场地，并应按顺序使用，受潮结块后严禁使用。

1.2水泥类灌浆各种浆液

水泥类灌浆所用浆液，一般的岩石条件多用的是纯水泥拌制浆液，在岩石裂隙较大或者地下水流速较快等比较特殊的地质条件下，需要掺加外加剂、砂子、粘土、粉煤灰等添加剂和掺合料。(1）采用超细水泥所配置浆液：指用干磨或湿磨超细水泥所配置的浆液,一般用于岩石缝隙很小且防渗标准要求很高,且灌浆压力较大的情况。(2）有较好稳定性的水泥浆液：当工程要求较高或施工条件复杂不利的情况下，在水泥浆液中通过掺加稳定剂来提高浆液的稳定性，能明显提高施工适应性和保证率。(3）掺有混合材料的浆液：指根据实际需要掺入砂子、粘土、膨润土等掺合料的水泥浆液。各种掺合料的质量和相关指标应符合要求。①砂：水泥砂浆浆液用砂应采用细度模数不超过2.0mm的细砂，天然砂和人工砂均可使用，最大粒径不宜超过2.5mm，颗粒质地要求达到坚硬程度，含泥量、有机质含量和SO3含量不超过标准范围。②黏性土：掺加的目的主要是提高防渗效果，对黏性土来说塑性指数不宜小于14，黏粒含量、含砂量、有机物含量等在标准范围之内。也可使用II级膨润土替代粘土。③粉煤灰：起填充的作用，可选用I、II或III级的质量较好的粉煤灰，品质指标应符合规范规定。④水玻璃：可明显减小浆液的待凝时间加快施工进度，也常用于透水率较大和水压力较大的情况。

2灌浆设备和机具

灌浆施工所需的钻灌设备和小型机具包括灰浆搅拌设备、高压泵送设备、高压输送管路、耐压阀门等管件及压力表、孔口封闭设备和测量试验设备等，具体常用的有多种类型和规格参数。

3施工工艺

3.1施工方法

根据工程的地质条件和工程设计要求，灌浆分段进行，常规做法段长为5～10m，可采用孔内循环灌浆也可采用纯压式灌浆，按钻灌顺序可分为自上而下和自下而上两种，自上而下指钻孔和灌浆均是从顶部开始分段向下进行，上一段灌浆结束后并达到一定的待凝时间后再进行下一段的钻孔和灌浆作业，这样钻孔和灌浆作业互相影响较大，相互交叉等待的情况较多，所以施工效率相对低，但自上而下分段灌浆始终在孔口封闭，所以封闭质量和效果容易得到保证，而且下一段灌浆对上一段又能起到适当补强的作用，所以灌浆效果相对较好。自下而上分段灌浆是钻孔一次钻至孔底，然后自下而上从底部开始分段向上灌浆，使用灌浆塞在孔内不同高度分段封闭，钻孔与灌浆作业相互干扰较小，施工效率相对较高。是在同一在孔口用封闭器封闭，自下而上需要。现场施工在正式灌浆之前，应先选择岩石地层和地质条件具有代表性的地段，进行灌浆现场工艺试验，用以验证灌浆方法的适用性并确定具体的灌浆施工参数。正式灌浆时先按一定比例做先导孔，进行正规的压水试验，具体摸清该区域的透水率情况，以便于在施工过程中控制。灌浆孔间距1.5m～2.5m的比较常见，适应于一般的岩石地层，根据地质情况及工程要求设置单排孔或多排孔。帷幕灌浆孔布置应分序进行。

3.2施工工艺流程

钻孔灌浆施工程序按先后顺序主要包括：盖重砼施工或作业面平整—钻机就位调平后钻孔—钻孔冲洗及压水试验—孔封闭及灌浆—灌浆结束封孔—检查孔。自下而上灌浆法各灌浆段连续进行，灌浆完成并达到封孔标准后可直接封孔；自上而下分段灌浆后需要有待凝时间，然后再进行下一段钻孔、冲洗并灌浆，各道工序重复进行，最底部一段灌浆结束后统一进行封孔。

3.3操作工艺

3.3.1钻孔

帷幕应当采用回转钻机，固结灌浆可使用潜孔钻钻孔，钻孔时均不得使用泥浆护壁和冷却。潜孔钻施工效率很高，但在风压的作用下容易把极细的岩石粉末吹进较细的岩石裂隙，从而影响冲洗和灌浆效果，帷幕灌浆要求较严，所以不允许采用潜孔钻钻孔，以免影响防渗效果；固结灌浆以加固破碎岩石为主要目的，重点是将较大的岩石裂隙灌注密实，从而提高岩石的整体性和物理力学性能，通常可允许使用潜孔钻钻孔。钻孔时要控制好孔向、孔深及孔位，钻孔施工时，钻探设备安装应稳固、调正、水平，各类连接螺栓应加垫固紧。各传动轮必须对线，钻孔中心与立轴应在同一直线上。开孔时应随时校正钻孔的顶角与方位角，使之符合设计要求(如表1)。对于有覆盖层的地段进行钻灌时，在穿透覆盖层后需要埋设孔口管，预埋管的孔口位置应超过地面一段距离，以10cm左右为宜，埋设时需要灌注浓水泥浆固定，采取注入法使孔壁与孔口管间注满并溢出，即可停止注浆，随后调正并固定孔口管，72h之后便可凝结，然后即可进行下部岩石钻孔。

3.3.2灌浆

钻孔至相应段长时进行压水试验和孔内清洗，之后采用灌浆泵以孔内循环式灌浆法灌浆，灌浆压力表安装在距孔口30～50cm处。灌浆过程中随时从压力表中读取灌浆压力。拌料时严格按配比（水胶比）（5:1、3:1、2:1、1:1、0.5:1）下料，每次搅拌量用搅拌筒的刻度配合钢板尺量测。灌浆完成达到龄期后进行压水试验验证灌浆结果。灌浆过程中的孔深、灌浆压力、灰浆比重、注入浆量的量测及压水试验等均应有监理工程师旁站监督。

3.3.3灌浆压力处理

很明显灌浆压力越大，浆液也就越容易在压力作用下进入缝隙，所以灌浆效果也相应会越好，因此，在灌浆施工作业时，灌浆压力在具备条件时应当尽可能取最大值，但是也不是压力越大越好，如果压力过大，也可能会造成地层被掀动，从而产生破坏地层结构和上部工程结构的危险，以往的灌浆施工曾经出现过将2.5m厚的钢筋砼底板抬动并发生裂缝的事故，因此最大灌浆压力不允许高于灌浆塞以上岩层以及该岩层处压力的总和。

3.3.4灌浆处理

(1)中断处理：灌浆时应连续进行，若因故中断，应尽快排除故障恢复灌浆。中断时间过长就需要采取处理措施，如冲洗钻孔，冲洗效果不明显必要时还要进行扫孔。灌浆恢复以后，浆液应控制从最稀配比开始，如果吸浆率与中断前想比较差别不大，就可以变换到中断前的浆液配比，如差别较大可考虑逐级变浓。也可能会出现吸浆率减少很多的情况，甚至不吸浆，这种情况就应补孔重灌。(2)串口处理，在裂隙节理比较发育岩石基础上灌浆，在灌浆过程中容易发生与邻孔发生串通的现象，一般可采用处理方法有以下几种。①对于钻进孔，宜立即停止钻进；②如果被串孔内冒浆量不大，经过及时冲洗，孔内不致被水泥浆充填的，可以继续灌浆；③如果串浆量较大时，就需要和被串孔同时灌浆，但由于地层和盖重受压面积成倍增加，应考虑防止岩层被抬动，适当减小灌浆压力，并加强观测。或者将将被串孔堵塞，并及时扫孔冲洗灌浆。(3）作业面地面出现冒浆时处理的处理措施。特别是无盖重灌浆这种情况出现较多，可以是的进行表面处理如嵌缝和表面封堵，但是有效的措施还是采取浓浆、减压、间歇灌浆等方法。(4）特大耗浆现象的处理措施如浆液变至最浓后，灌浆孔段的吸浆率仍很大，造成灌浆难以达到结束的标准时，这种情况如上所述可能是存在岩石裂隙发育并且联通范围很大，甚至远远超出施工范围，在以往的工程中出现过在灌浆作业时所灌注的浆液渗漏至水库库区内的现象，甚至会出现在距离施工区范围很远的山谷中浆液大量溢出的现象，在这种情况下即使耗用大量的浆液和水泥，其实并不会起到作用，而且费工费时，必须及时采取措施处理，通常采取的措施有：降低压力、加速凝剂、使用混合砂浆，如混合砂浆效果也不明显可考虑掺加锯末等材料进行封堵。(5）地面抬动。在以往的施工过程中发生过地面抬动甚至很厚盖重底板遭受破坏的现象，主要是因灌浆压力太大或串孔的原因引起，在较大的作用面积下对上部地层和盖重会产生巨大的抬动压力。如果出现抬动现象，应立即采取处理措施，降低压力继续灌浆。然后分析原因，调整灌浆方法。(6）灌浆后涌水。对于这种情况，达到结束标准可暂不停止灌浆,保持压力再延续一段时间，不再涌水后再封闭孔口。

3.3.5、灌浆结束标准与封孔

(1)灌浆结束标准包括灌浆压力、注浆量，当再设计的灌浆压力下注浆量达到结束标准时，还需要进行屏浆，即保持灌浆压力继续灌注一段时间后才可结束灌浆，对于自上而下和自下而上灌浆屏浆时间有所区别，前者为60min，后者需要达到90min。(2)灌浆孔的封孔方法：采用自上而下分段灌浆时，在全孔灌浆结束后，应再用最稠一级浆液，按10～15米的段长将全孔作一次自下而上复灌，采用孔口封闭器灌浆时，最后可将全孔作一次浓浆封孔灌浆。水泥浆干硬以后，对未被填满部分用干硬性水泥砂浆封填，封堵时需要排除积水。

4结语

岩基灌浆施工技术是针对岩石基础的处理，技术含量较高,工艺较为复杂,而且属于隐蔽工程，因此不但要提前确定灌浆工艺、材料、施工参数等，还需要选择代表性地段进行灌浆试验，进行验证，然后才能进入正式施工阶段。岩石基础经过灌浆处理以后，其强度、整体性、可抗渗性都会明显提高，而且有适应性强、施工效率高、效果明显、成本较低的优点，对于较深的覆盖层体现的尤其明显，目前在水利工程中得到了广泛的应用，在其他行业也被用于截渗等工程措施，实践证明岩石灌浆技术是一项高效可行值得大力推广的施工技术。

作者:谢殿华 杨占坡 王宏伟 刘冰 单位:内蒙古辽河工程局股份有限公司