第一节灌浆设备机具和灌浆材料概述

第三篇基础处理工程333第一节灌浆设备机具和灌浆材料概述一、灌浆设备和机具灌浆采用以下设备和机具：(丄）钻探机。宜采用回转式钻机，如父7-2型液压立轴式钻机或其他各式适宜的钻机。〔2〕搅拌机。常用搅拌机有2】-4001.型、02’-200型高速搅拌机、风-100乙型低速搅拌机和2001^x2型双层贮浆筒。〔3〕灌浆泵。常用灌浆泵有101-100/100型灌浆泵或01250/50型泥浆泵等。灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵。容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍。〔4〕压力表。使用压力宜在压力表最大标准值的1/4〜3/4之间。压力表应经常进行检定‘不合格的压力表严禁使用，压力表与管路之间应设隔浆装置。〔5〕灌浆管路。应保证能承受1’5倍的最大灌浆压力。〔6〕水泥湿磨机。常用水泥湿磨机有长江科学院研制的11511353-1型湿磨机和胶体磨〔转速为3000778：〕。〔7〕自动记录仪。可采用01#-冚型、汉型或】-31型等微机自动记录仪,以提高灌浆记录的准确性和工作效率。〔8〕灌浆压力大于35=1时，应采用高压灌浆泵、高压灌浆塞、耐蚀灌浆阀门、钢丝编织胶管、大量程压力表、孔口封闭器或专用高压灌浆塞。〔9〕集中制浆站的制浆能力应满足灌浆高峰期所有机组用浆需要。制浆站应配置除尘设备。〔10〕所有灌浆设备应作好维护保养,保证正常工作状态,并应有必要的备用量。二、灌浆材料灌浆材料基本上可分为两类。一类是固体颗粒的灌浆材料’例如水泥、黏土、砂等。用固体颗粒浆材制成的浆液,其颗粒处于分散的悬浮状态‘是悬浮液。334水利水电施工工程师手册另一类是化学灌浆材料,例如环氧树脂、聚氨酯、甲凝等。由化学浆材制成的浆液是真溶液。岩石地基固结灌浆和帷幕灌浆均以水泥基浆液为主，遇到一些特殊地质条件,例如断层、破碎带、微细裂隙等’当使用水泥浆液难以达到预期效果时，方采用化学灌浆材料作为补充,而且化学灌浆多在水泥灌浆基础上进行。砂砾石地基帷幕灌浆则多以水泥黏土浆为主。三、灌注浆液(一〕、浆液的选择在地基处理灌浆工程中，浆液的选择非常重要‘在很大程度上直接关系到帷幕的防渗效果、地基岩石在固结灌浆后的力学性能以及工程费用。因此研究灌浆材料及其配浆工作一直是灌浆工程中的一个重要课题。通过多年来的试验研究和工程实践‘在这方面取得了很大成绩。由于灌浆的目的和地基地质条件的不同，组成浆液的基本材料和浆液中各种材料的配合比例也有很大的变化。在选择灌注浆液时,一般满足如下要求：(丄）浆液在受灌的岩层中应具有良好的可灌性’即在一定的压力下，能灌入到受灌岩层的裂隙、孔隙或空洞中，充填密实。这对微细裂隙岩石尤为重要。(力浆液硬化成结石后，应具有良好的防渗性能、必要的强度和黏结力。帷幕灌浆在长期高水头作用下,应能保持稳定‘不受冲蚀，耐久性强；固结灌浆则应能满足地基安全承载和稳定的要求。(幻为便于施工和增大浆液的扩散范围’浆液须具有良好的流动性。〔4〕浆液应具有较好的稳定性,析水率低。(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。第三篇基础处理工程335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。336水利水电施工工程师手册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“100111.868.6111.864.3111.862.8614112.51475145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，怒林坝灌浆试验水泥：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2.55.352805X107”“2091冰泥：粘土冰33.0766528=3.76107”第三篇基础处理工程337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252.7245.625.919.710089131.05.2细粒502.7266.031.035.010095402.95.7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粗粒0.410.30771.363±0.015《11±20.073细粒粘土浆细粒0.170.050.0050.00751.120±0.006！59±20.067338水利水电施工工程师手册！.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。当地质条件不良或第三篇基础处理工程339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3