帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验

1第七章基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验第一节钻进一、钻孔方法灌浆帷幕的钻孔是实现帷幕灌浆的先决条件，只有通过特设的钻孔，才能进行帷幕灌浆。基岩中采用回转式钻机，主要有硬质合金钻进，钻粒钻进和金刚石钻进三种，可根据岩石的硬度、完整性和可钻性的情况而选用。在较软的、可钻性为6—7级以下的岩石中，多采用硬质合金钻进；在7级以上的坚硬岩石中，多采用钻粒钻进；在石质坚硬且较完整的岩石中，应尽可能地采用金刚石钻进。近期经常采用的是金刚石或硬质合金钻头钻进，而钻粒钻进方法已很少被采用了。金刚石钻进，不仅岩粉少，而且钻进效率和岩芯采用率均较高，钻孔孔间也容易得到保证。2001年制定的水泥灌浆施工技术规范中规定：帷幕灌浆孔也可采用冲击或冲击回转式钻机钻进。当采用这种方法钻进时，应加强钻孔和裂缝的冲洗。钻孔的孔径，随着钻孔类别，钻进方法，钻孔深度和岩石情况而定。灌浆孔的孔径，一般多为59mm或75mm，在保证灌浆质量的前提下，一般宜优先选用小口径钻孔，但不得小于46mm。检查孔的孔径要稍大一些，一般可为75mm或91mm。二、钻扎方向帷幕灌桨钻孔的方向宜根据岩层构造、裂隙角度和施工条件而定。最有利的钻孔方向是与裂隙面或岩层面垂直，这样，同样深的钻孔可以穿过较多的裂隙或岩层面，能节省钻孔数量，灌浆效果也好。但钻斜孔施工比较困难，钻孔深度超过50m时，孔向易于“上飘”，诸多斜孔的方位角和倾角保持一致也较困难。所以，在没有特定要求，或不影响灌浆质量和不道多地增加钻孔工作量的情况下，为便于钻进和灌浆施工，帷幕钻孔宜采用铅直孔。钻孔时，应按照设计的孔向钻进。如果设计的是铅直孔，就按铅直方向钻进；如果设计的是斜孔，就要按照规定的倾斜度和方位角钻进，并保证钻孔偏斜率不超过允许值，这样，在灌浆之后，才有可能联结成帷幕，起到防渗作用。三、钻孔偏斜率的允许值铅直孔的偏斜率就是孔底的偏距与铅直孔孔深之比，也就是钻孔钻完后，其水平投影之长与其立面投影之长的比值，常用百分数表示，见图7-1。2钻孔经测斜后，测得偏斜角θ值，则d＝L1sinθ。钻孔偏斜率的计算公式为:δ=、即δ=tgθ(7.1)式中d——实钻钻孔的水平投影长度，亦即孔底偏距，也可称偏差；L——实钻钻孔的立面投影长度；L1——实钻钻孔的长度。对于铅直孔偏斜率允许值的考虑，原则上要求应为：两相邻钻孔底端的最大偏距不应超过两孔孔距的50％，以保证两相邻钻孔在最不利的条件下，其底部也不会相交。按照这个要求，当钻孔愈深或孔距愈小时，则偏斜率允许值也就愈小，钻孔难度愈大，在这样条件下，也就愈需采取多种措施，更要精心地操作。一般情况下，钻孔愈探，愈易偏斜，所以铅直孔偏斜率先许值的规定，多依钻孔深度而定。2001年制定的水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001对于钻孔偏斜率的规定中考虑了帷幕排数因素，见表7-1。表7-1帷幕灌浆孔孔底允许偏差（单位：m）孔深2030405060允许偏差单排孔0.250.450.701.001.30二或三排孔0.250.500.801.151.50注：①深孔钻进，孔深20m以内，孔向应尽量保证铅直，偏斜率小于1%。②孔深大于0m时，孔底最大允许偏差可根据工程实际情况确定，全孔偏斜率不宜大于2.5%。帷幕钻孔为斜孔时，掌握钻孔方向更难，除偏斜率外，还有对方位角的要求，因此，需采取相应的有效措施，在钻进中更要细心操作，对斜孔的允许偏斜程度，DL/T5148-2001灌浆规范规定：顶角大于5°的斜孔，孔底最大允许偏差值可根据实际情况，按表7-1中的规定适当放宽，但方位角的偏差值水应大于5°。总之，钻孔偏斜程度是个重要的问题，它直接影响帷幕质量，应引起高度重视。特别是深孔，对其偏斜率允许值的规定更要慎重，既要能保证灌浆帷幕质量，又要结合工程的实际情况与施工的具体条件，故需经多方面研究考虑后才可确定。与此同时，应该制定保证钻孔方向偏差不超出允许值的有效的专门措施，以利钻孔工作。四、孔斜的观测1．钻孔测斜的作用(1)了解孔斜情况，便于及时纠正。在帐幕的钻孔过程中，应通过测斜，随时了解钻孔偏斜的情况。如果钻孔偏斜超过了允许范围，应分析其偏斜的原因，采取相应的措施，及时纠正，使以后的钻孔能依照设计的钻孔方向钻进，以保证钻孔最终偏斜率不超出允许值范围。如果钻孔初始就发生过度的倾斜且难以纠正时，可稍移孔位另开新孔，以保证帷幕质量。(2)了解各帷幕灌浆孔实钻情况，便于分析帷幕质量。如果帷幕灌浆孔相互近似平行成排，则灌浆后比较容易相联成幕，防渗效果也好。如果各灌浆孔偏斜情况严重，且偏斜角度不同，偏斜方向亦异，灌浆后，可能呈现为不同方向的“水泥桩柱”，这样就难以保证帷幕的连续性、完整性和密实性，因而将会降低防渗效果。钻孔下部偏斜边大，钻孔间距即大，由钻孔中灌注的浆液，其有效的扩散范围未能相互搭接，有时会遗留小块未经灌到的空白区，一般通称其为“天窗”，形成漏水通路，对帷幕防渗作用不利。所以，在帷幕灌浆完成后，dL3通过整理出的“帷幕灌浆孔测斜成果图”等资料，可以有助于分析帷幕质量。(3)由各孔测斜的成果，可以比较准确地算出两个钻孔在任何高程部位相互之间的真实距离，供计算其他一些数据之用。例如，使用物标法，利用几个钻孔测定岩石不同深处处水平向弹性波速时，即需使用这个数值。孔距如有误差，即影响弹性波速计算值的准确性，两孔的间距愈短，影响愈大。2．对钻孔测斜的要求每个帷幕灌浆孔最好是都能自上而下分段测定孔斜，随时发现问题，及时纠正。测斜段的长度根据具体情况而定，一般多为5～10m。例如新安江、富春江、湖南镇等大坝的雄幕灌浆孔都是在钻进过程中自上而下地分段做了测斜；在陈村大坝维幕补强处理工程守还具体规定；孔深20m以上，每5m段长测斜一次；孔深20m以下，每10m段长测斜一次。有些工程，在整个钻孔完成后，再分段进行测斜，这样得出的测斜资料，只能供分析帷幕灌浆质量和计算不同高程处两钻孔真实间距之用，而不能起到在钻进过程中随时发现问题，及时纠偏的作用。为了奠定能按设计孔向钻进的基础，孔口段的测斜是极为重要的；对于深孔尤应重视这一工作。如发现孔口段已偏斜，应及时纠正，否则势必严重地影响以后的钻进工作。有的钻孔为了保证孔向，特埋设较长的孔口管，因此在埋设孔口管时一定要测量准确，务必使其方向与设计的钻孔方向一致。3．测量孔斜的方法(1)人工测斜法灯光目测法：把灯光光源下入孔内，利用灯光在欲测段内所居的中心位置与测线在孔口的位置之间的关系而测定孔斜及方位角，这种测量孔斜的方法就是灯光目测法，见图7-2。例如欲测L深处的孔斜，用线绳系住灯光下入孔内，调整测线在孔口的位置，使灯光保持在该深处钻孔断面的中心位置。根据测线在孔口的位置，就可以计算出孔斜和方位角。C是半径为r的孔口中心，A是测线通过孔口的位置，CA＝d表示偏距。α是实钻钻孔水平投影的方位角。d和α可在孔口直接量出。θ=arctg式中θ——偏斜角，以度表示；δ——偏斜率，以百分数表示。灯光日测法是一种操作方便、设备简单、测斜成果得出最快而又较准确的测斜方法，常用以校验孔口管或用于钻孔上部孔段的测斜。灯光日测法的使用条件是：①设计的钻孔是铅直孔；②钻孔偏距不超过钻孔半径；③测斜时，孔内须保持无水。使用的灯光光源，可以是手电筒，也可以是不高于24V的外带护丝罩的低压电灯泡。(2)测斜仪测斜法dL4使用专用的测斜仪器下入孔内进行测斜，不论是铅直孔或是斜孔，孔内是否有地下水均能进行测斜工作。常用的测斜仪有下列几种：1)JJX·3型井斜仪(或JJX·2型)：用于无磁性干扰、直径65mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的方位角和顶角。方位角刻度每分格为5°。在顶角2°时，即能测量方位角。其测量误差不大于±4°在顶角大于5°时，方位角测量误差不大于±3°。顶角测程为0°～50°，每分格为30′，其测量误差不大于±30′。2)KXP-1型轻便测斜仪用于直径大于46mm的非磁性钻孔内作连续多点的测量其顶角和方位角。代器利用磁针定向，采用非电量电测法通过三芯电缆在地面读数。顶角测量范围：0°～50°，测量误差≤±30′。方位角测量范围：4°～356°，测量误差≤±4°。3)JXY·2型罗盘测斜仪，用于无磁性干扰、直径80mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的顶角和方位角。方位角刻度每分格为2°，在顶角4°以上时，测量误差±4°。顶角刻度每分格为2°，测程为0°～60°，测量误差范围，在0°～30°之间时，不超过±1°；在30°以上，不超过±2°。4）JJL型阶螺测斜仪：用于地磁场强力异常及有套管的孔段，测量钻孔的顶角和方位角。全套仪器包括操纵台、稳压器、交流器、三脚架、仪器本体等五个部分。测量范围：顶角2°～30°，方位角0°～360°。测量精度：顶角误差±30′、方位角误差±5°。5）DUZ型多点照像测斜仪重约36kg，用于直径46mm以上的钻孔。测量范围：顶角0°～120°，方位角0°～360°。测量精度：顶角±0.2°，方位角±0.5°。相对来讲，这种代器测试精度高。钻孔测斜仪器种类较多，可根据工程实际需要选用。五、钻孔偏斜率的计算钻孔为铅直孔的连续分段测斜成果，见图7.1-3。孔料的计算方法，见表7.1-2。经过孔斜测量，得出各段的l、θ和α后，即可计算钻子L的偏斜率和其他数据。钻孔偏距：22cossinsinsinLLd(7.2)图7-3钻孔偏斜的水平投影与立面投影示意图l1、l2、l3—各侧斜段的钻孔长度；θ1、θ2、θ3—各测斜段钻孔的偏斜角；α1、α2、α3—各测斜段钻孔水平投影的方位角；d—钻孔孔底偏距；L—钻孔的立面投影长度5表7-2孔斜计算表测斜段号测斜段长l测斜段的倾斜角θ测斜段的水平投影方位角α东西向（即X向）偏距lsinθsinα南北向（即Y向）偏距lsinθcosα123nl1l2l3lnθ1θ2θ3θnα1α2α3αnl1sinθ1sinα1l2sinθ2sinα2l3sinθ3sinα3lnsinθnsinαnl1sinθ1cosα1l2sinθ2cosα2l3sinθ3cosα3lnsinθncosαn合计ΣlsinθsinαΣlsinθcosα钻孔立面投影长度：L=Σlcosθ（7.3）钻孔偏斜的方位角：(7.4)钻孔偏斜率：δ=（7.5）钻孔的偏斜角：（7.6）举例：某孔设计为直孔，孔深30m，自上而下每钻深5m测斜一次，共测六段，各段的倾斜角分别为0°30′、0°40′、0°50′、1°15′、1°35′、1°45′；各段的水平投影方位角分别为20°、40°、25°、15°、5°、10°，求该孔的偏斜率、偏距、偏斜角和方位角。解：已知l1=l2=l3=l4=l5=l6=5m；θ1=0°30′,θ2=0°40′,θ3=0°50′,θ4=1°15′,θ5=1°35′,θ6=1°45′；α1=20°,α2=40°,α3=25°,α4=15°,α5=5°,α6=10°。由三角函数表查得sinθ1=sin0°30′=0.0087,sinθ2=sin0°40′=0.0116,sinθ3=sin0°50′=0.0145,sinθ4=sin1°15′=0.0218,sinθ5=sin1°35′=0.0276,sinθ6=sin1°45′=0.0305;sinα1=sin20°=0.3420,sinα2=sin40°=0.6428,sinα3=sin25°=0.4226,sinα4=sin15°=0.2588,sinα5=5°=0.0872,sinα6=sin10°=0.1736;cosθ1=cos0°30′=1,cosθ2=cos0°40′=0.9999,cosθ3=cos0°50′=0.9999,cosθ4=cos1°15′=0.9998,cosθ5=cos1°35′=0.9996,cosθ6=cos1°45′=0.9995;cosα1=cos20°=0.9397，cosα2=cos40°=0.7660，cosα3=cos25°=0.9063，cosα4=cos15°=0.9659，cosα5=cos5°=0.9962，cosα6=cos10