巖石基礎(chǔ)灌漿施工方法在水利工程中的應(yīng)用

謝殿華等

摘 要：巖石通過(guò)純水泥及其他漿液的灌漿可使基巖的整體強(qiáng)度、整體性提高以及滲透量減少都有明顯的效果，并被廣泛采用。具有對(duì)巖層適用性強(qiáng)，對(duì)地形和場(chǎng)地條件要求不高，施工機(jī)械化程度高、效率高和成本較低的特點(diǎn)，而且質(zhì)量檢查手段簡(jiǎn)單，效果直接。巖石鉆孔和灌漿屬于隱蔽工程，在正式灌漿之前要先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，確定好灌漿壓力及孔間距等施工參數(shù)；在灌漿過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格做好過(guò)程控制和參數(shù)控制，確保達(dá)到預(yù)期效果，并做好原始記錄；灌漿完成達(dá)到齡期后按設(shè)置檢查孔通過(guò)壓水試驗(yàn)檢查灌漿質(zhì)量，通過(guò)透水率來(lái)判定施工質(zhì)量和灌漿效果，如果透水率小于標(biāo)準(zhǔn)值，表明灌漿質(zhì)量合格，反之則為不合格。

關(guān)鍵詞：巖石灌漿 有效措施 灌漿試驗(yàn) 過(guò)程控制 參數(shù)控制 記錄 檢查孔

中圖分類號(hào)：TV54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0101-03

新建水利樞紐工程及除險(xiǎn)加固工程，包括巖石基礎(chǔ)及兩岸巖石壩肩防滲處理、破碎巖石加固及壩體接縫防滲處理等，目前絕大部分采用的都是巖基灌漿施工技術(shù)，在大量水利工程及其他如礦山等工程中得到了廣泛應(yīng)用，灌漿效果也得到了充分的驗(yàn)證，巖基灌漿施工技術(shù)及理論也隨著工程實(shí)踐在不斷發(fā)展和成熟，鉆孔機(jī)械和灌漿機(jī)械工作能力及工作效率不斷提高，化學(xué)灌漿及超細(xì)水泥灌漿等特種灌漿技術(shù)也都隨著實(shí)際工程的需要不斷涌現(xiàn)。巖石基礎(chǔ)灌漿技術(shù)含量較高，由于基礎(chǔ)地質(zhì)條件的特殊性及工程作用和要求的不同，應(yīng)該根據(jù)具體情況來(lái)區(qū)別對(duì)待，有針對(duì)性地進(jìn)行理論分析和模擬計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)勘探和試驗(yàn)，來(lái)確定一套可行的工程實(shí)施方案，選擇最為安全又經(jīng)濟(jì)的施工措施，提高巖基整體強(qiáng)度和完整均勻性。

1 灌漿所用漿液及配置漿液所需的材料要求

1.1 水泥灌漿對(duì)于所需水泥的有關(guān)規(guī)定

（1）巖石或?qū)ζ渌橘|(zhì)的水泥漿液灌漿，拌制水泥漿液所使用的水泥種類和標(biāo)號(hào)，需要綜合考慮施工目的和施工環(huán)境的影響。對(duì)于水利工程目前規(guī)范要求使用普硅水泥或硅酸鹽水泥，工程級(jí)別較低或臨時(shí)工程經(jīng)論證可采用復(fù)合水泥，當(dāng)?shù)叵滤星治g性時(shí)應(yīng)使用特種水泥。

（2）對(duì)于水泥的強(qiáng)度等級(jí)也有專門的要求，永久工程一般要求采用42.5MPa的普硅水泥，用于臨時(shí)工程的可使用32.5MPa的水泥，由用于壩體接縫處理的灌漿，所用水泥的強(qiáng)度等級(jí)也相對(duì)較高。

（3）對(duì)于水泥的細(xì)度要求，用于防滲處理和帷幕所用水泥，按80通過(guò)方孔篩的篩余量來(lái)要求，標(biāo)準(zhǔn)是不大于5%。

（4）施工時(shí)所用水泥需設(shè)專門的存放場(chǎng)地，并應(yīng)按順序使用，受潮結(jié)塊后嚴(yán)禁使用。

1.2 水泥類灌漿各種漿液

水泥類灌漿所用漿液，一般的巖石條件多用的是純水泥拌制漿液，在巖石裂隙較大或者地下水流速較快等比較特殊的地質(zhì)條件下，需要摻加外加劑、砂子、粘土、粉煤灰等添加劑和摻合料。

（1）采用超細(xì)水泥所配置漿液：指用干磨或濕磨超細(xì)水泥所配置的漿液，一般用于巖石縫隙很小且防滲標(biāo)準(zhǔn)要求很高，且灌漿壓力較大的情況。

（2）有較好穩(wěn)定性的水泥漿液：當(dāng)工程要求較高或施工條件復(fù)雜不利的情況下，在水泥漿液中通過(guò)摻加穩(wěn)定劑來(lái)提高漿液的穩(wěn)定性，能明顯提高施工適應(yīng)性和保證率。

（3）摻有混合材料的漿液：指根據(jù)實(shí)際需要摻入砂子、粘土、膨潤(rùn)土等摻合料的水泥漿液。各種摻合料的質(zhì)量和相關(guān)指標(biāo)應(yīng)符合要求。

①砂：水泥砂漿漿液用砂應(yīng)采用細(xì)度模數(shù)不超過(guò)2.0 mm的細(xì)砂，天然砂和人工砂均可使用，最大粒徑不宜超過(guò)2.5 mm，顆粒質(zhì)地要求達(dá)到堅(jiān)硬程度，含泥量、有機(jī)質(zhì)含量和SO3含量不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍。

②黏性土：摻加的目的主要是提高防滲效果，對(duì)黏性土來(lái)說(shuō)塑性指數(shù)不宜小于14，黏粒含量、含砂量、有機(jī)物含量等在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。也可使用II級(jí)膨潤(rùn)土替代粘土。

③粉煤灰：起填充的作用，可選用I、II或III級(jí)的質(zhì)量較好的粉煤灰，品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。

④水玻璃：可明顯減小漿液的待凝時(shí)間加快施工進(jìn)度，也常用于透水率較大和水壓力較大的情況。

2 灌漿設(shè)備和機(jī)具

灌漿施工所需的鉆灌設(shè)備和小型機(jī)具包括灰漿攪拌設(shè)備、高壓泵送設(shè)備、高壓輸送管路、耐壓閥門等管件及壓力表、孔口封閉設(shè)備和測(cè)量試驗(yàn)設(shè)備等，具體常用的有多種類型和規(guī)格參數(shù)。

3 施工工藝

3.1 施工方法

根據(jù)工程的地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)要求，灌漿分段進(jìn)行，常規(guī)做法段長(zhǎng)為5～10 m，可采用孔內(nèi)循環(huán)灌漿也可采用純壓式灌漿，按鉆灌順序可分為自上而下和自下而上兩種，自上而下指鉆孔和灌漿均是從頂部開始分段向下進(jìn)行，上一段灌漿結(jié)束后并達(dá)到一定的待凝時(shí)間后再進(jìn)行下一段的鉆孔和灌漿作業(yè)，這樣鉆孔和灌漿作業(yè)互相影響較大，相互交叉等待的情況較多，所以施工效率相對(duì)低，但自上而下分段灌漿始終在孔口封閉，所以封閉質(zhì)量和效果容易得到保證，而且下一段灌漿對(duì)上一段又能起到適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)的作用，所以灌漿效果相對(duì)較好。自下而上分段灌漿是鉆孔一次鉆至孔底，然后自下而上從底部開始分段向上灌漿，使用灌漿塞在孔內(nèi)不同高度分段封閉，鉆孔與灌漿作業(yè)相互干擾較小，施工效率相對(duì)較高。是在同一在孔口用封閉器封閉，自下而上需要?，F(xiàn)場(chǎng)施工在正式灌漿之前，應(yīng)先選擇巖石地層和地質(zhì)條件具有代表性的地段，進(jìn)行灌漿現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，用以驗(yàn)證灌漿方法的適用性并確定具體的灌漿施工參數(shù)。正式灌漿時(shí)先按一定比例做先導(dǎo)孔，進(jìn)行正規(guī)的壓水試驗(yàn)，具體摸清該區(qū)域的透水率情況，以便于在施工過(guò)程中控制。

灌漿孔間距1.5 m～2.5 m的比較常見，適應(yīng)于一般的巖石地層，根據(jù)地質(zhì)情況及工程要求設(shè)置單排孔或多排孔。帷幕灌漿孔布置應(yīng)分序進(jìn)行，布控原則見圖1。

3.2 施工工藝流程

鉆孔灌漿施工程序按先后順序主要包括：蓋重砼施工或作業(yè)面平整—鉆機(jī)就位調(diào)平后鉆孔—鉆孔沖洗及壓水試驗(yàn)—孔封閉及灌漿—灌漿結(jié)束封孔—檢查孔。自下而上灌漿法各灌漿段連續(xù)進(jìn)行，灌漿完成并達(dá)到封孔標(biāo)準(zhǔn)后可直接封孔；自上而下分段灌漿后需要有待凝時(shí)間，然后再進(jìn)行下一段鉆孔、沖洗并灌漿，各道工序重復(fù)進(jìn)行，最底部一段灌漿結(jié)束后統(tǒng)一進(jìn)行封孔。

3.3 操作工藝

3.3.1 鉆孔

帷幕應(yīng)當(dāng)采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，固結(jié)灌漿可使用潛孔鉆鉆孔，鉆孔時(shí)均不得使用泥漿護(hù)壁和冷卻。潛孔鉆施工效率很高，但在風(fēng)壓的作用下容易把極細(xì)的巖石粉末吹進(jìn)較細(xì)的巖石裂隙，從而影響沖洗和灌漿效果，帷幕灌漿要求較嚴(yán)，所以不允許采用潛孔鉆鉆孔，以免影響防滲效果；固結(jié)灌漿以加固破碎巖石為主要目的，重點(diǎn)是將較大的巖石裂隙灌注密實(shí)，從而提高巖石的整體性和物理力學(xué)性能，通?？稍试S使用潛孔鉆鉆孔。鉆孔時(shí)要控制好孔向、孔深及孔位，鉆孔施工時(shí)，鉆探設(shè)備安裝應(yīng)穩(wěn)固、調(diào)正、水平，各類連接螺栓應(yīng)加墊固緊。各傳動(dòng)輪必須對(duì)線，鉆孔中心與立軸應(yīng)在同一直線上。開孔時(shí)應(yīng)隨時(shí)校正鉆孔的頂角與方位角，使之符合設(shè)計(jì)要求（如表1）。

對(duì)于有覆蓋層的地段進(jìn)行鉆灌時(shí)，在穿透覆蓋層后需要埋設(shè)孔口管，預(yù)埋管的孔口位置應(yīng)超過(guò)地面一段距離，以10 cm左右為宜，埋設(shè)時(shí)需要灌注濃水泥漿固定，采取注入法使孔壁與孔口管間注滿并溢出，即可停止注漿，隨后調(diào)正并固定孔口管，72 h之后便可凝結(jié)，然后即可進(jìn)行下部巖石鉆孔。

3.3.2 灌漿

鉆孔至相應(yīng)段長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行壓水試驗(yàn)和孔內(nèi)清洗，之后采用灌漿泵以孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法灌漿，灌漿壓力表安裝在距孔口30～50c m處。灌漿過(guò)程中隨時(shí)從壓力表中讀取灌漿壓力。拌料時(shí)嚴(yán)格按配比（水膠比）（5：1、3：1、2：1、1：1、0.5：1）下料，每次攪拌量用攪拌筒的刻度配合鋼板尺量測(cè)。灌漿完成達(dá)到齡期后進(jìn)行壓水試驗(yàn)驗(yàn)證灌漿結(jié)果。灌漿過(guò)程中的孔深、灌漿壓力、灰漿比重、注入漿量的量測(cè)及壓水試驗(yàn)等均應(yīng)有監(jiān)理工程師旁站監(jiān)督。

3.3.3 灌漿壓力處理

很明顯灌漿壓力越大，漿液也就越容易在壓力作用下進(jìn)入縫隙，所以灌漿效果也相應(yīng)會(huì)越好，因此，在灌漿施工作業(yè)時(shí)，灌漿壓力在具備條件時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能取最大值，但是也不是壓力越大越好，如果壓力過(guò)大，也可能會(huì)造成地層被掀動(dòng)，從而產(chǎn)生破壞地層結(jié)構(gòu)和上部工程結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)，以往的灌漿施工曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)將 2.5 m厚的鋼筋砼底板抬動(dòng)并發(fā)生裂縫的事故，因此最大灌漿壓力不允許高于灌漿塞以上巖層以及該巖層處壓力的總和。

3.3.4 灌漿處理

（1）中斷處理：灌漿時(shí)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，應(yīng)盡快排除故障恢復(fù)灌漿。中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就需要采取處理措施，如沖洗鉆孔，沖洗效果不明顯必要時(shí)還要進(jìn)行掃孔。灌漿恢復(fù)以后，漿液應(yīng)控制從最稀配比開始，如果吸漿率與中斷前想比較差別不大，就可以變換到中斷前的漿液配比，如差別較大可考慮逐級(jí)變濃。也可能會(huì)出現(xiàn)吸漿率減少很多的情況，甚至不吸漿，這種情況就應(yīng)補(bǔ)孔重灌。

（2）串口處理，在裂隙節(jié)理比較發(fā)育巖石基礎(chǔ)上灌漿，在灌漿過(guò)程中容易發(fā)生與鄰孔發(fā)生串通的現(xiàn)象，一般可采用處理方法有以下幾種。

①對(duì)于鉆進(jìn)孔，宜立即停止鉆進(jìn)；

②如果被串孔內(nèi)冒漿量不大，經(jīng)過(guò)及時(shí)沖洗，孔內(nèi)不致被水泥漿充填的，可以繼續(xù)灌漿；

③如果串漿量較大時(shí)，就需要和被串孔同時(shí)灌漿，但由于地層和蓋重受壓面積成倍增加，應(yīng)考慮防止巖層被抬動(dòng)，適當(dāng)減小灌漿壓力，并加強(qiáng)觀測(cè)?；蛘邔⒈淮锥氯?，并及時(shí)掃孔沖洗灌漿。

（3）作業(yè)面地面出現(xiàn)冒漿時(shí)處理的處理措施。

特別是無(wú)蓋重灌漿這種情況出現(xiàn)較多，可以是的進(jìn)行表面處理如嵌縫和表面封堵，但是有效的措施還是采取濃漿、減壓、間歇灌漿等方法。

（4）特大耗漿現(xiàn)象的處理措施

如漿液變至最濃后，灌漿孔段的吸漿率仍很大，造成灌漿難以達(dá)到結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這種情況如上所述可能是存在巖石裂隙發(fā)育并且聯(lián)通范圍很大，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出施工范圍，在以往的工程中出現(xiàn)過(guò)在灌漿作業(yè)時(shí)所灌注的漿液滲漏至水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)在距離施工區(qū)范圍很遠(yuǎn)的山谷中漿液大量溢出的現(xiàn)象，在這種情況下即使耗用大量的漿液和水泥，其實(shí)并不會(huì)起到作用，而且費(fèi)工費(fèi)時(shí)，必須及時(shí)采取措施處理，通常采取的措施有：降低壓力、加速凝劑、使用混合砂漿，如混合砂漿效果也不明顯可考慮摻加鋸末等材料進(jìn)行封堵。

（5）地面抬動(dòng)。

在以往的施工過(guò)程中發(fā)生過(guò)地面抬動(dòng)甚至很厚蓋重底板遭受破壞的現(xiàn)象，主要是因灌漿壓力太大或串孔的原因引起，在較大的作用面積下對(duì)上部地層和蓋重會(huì)產(chǎn)生巨大的抬動(dòng)壓力。如果出現(xiàn)抬動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)立即采取處理措施，降低壓力繼續(xù)灌漿。然后分析原因，調(diào)整灌漿方法。

（6）灌漿后涌水。

對(duì)于這種情況，達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)可暫不停止灌漿，保持壓力再延續(xù)一段時(shí)間，不再涌水后再封閉孔口。

3.3.5、灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)與封孔

（1）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括灌漿壓力、注漿量，當(dāng)再設(shè)計(jì)的灌漿壓力下注漿量達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還需要進(jìn)行屏漿，即保持灌漿壓力繼續(xù)灌注一段時(shí)間后才可結(jié)束灌漿，對(duì)于自上而下和自下而上灌漿屏漿時(shí)間有所區(qū)別，前者為60 min，后者需要達(dá)到90 min。

（2）灌漿孔的封孔方法：采用自上而下分段灌漿時(shí)，在全孔灌漿結(jié)束后，應(yīng)再用最稠一級(jí)漿液，按10～15米的段長(zhǎng)將全孔作一次自下而上復(fù)灌，采用孔口封閉器灌漿時(shí)，最后可將全孔作一次濃漿封孔灌漿。水泥漿干硬以后，對(duì)未被填滿部分用干硬性水泥砂漿封填，封堵時(shí)需要排除積水。

4 結(jié)語(yǔ)

巖基灌漿施工技術(shù)是針對(duì)巖石基礎(chǔ)的處理，技術(shù)含量較高，工藝較為復(fù)雜，而且屬于隱蔽工程，因此不但要提前確定灌漿工藝、材料、施工參數(shù)等，還需要選擇代表性地段進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，進(jìn)行驗(yàn)證，然后才能進(jìn)入正式施工階段。巖石基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)灌漿處理以后，其強(qiáng)度、整體性、可抗?jié)B性都會(huì)明顯提高，而且有適應(yīng)性強(qiáng)、施工效率高、效果明顯、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于較深的覆蓋層體現(xiàn)的尤其明顯，目前在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在其他行業(yè)也被用于截滲等工程措施，實(shí)踐證明巖石灌漿技術(shù)是一項(xiàng)高效可行值得大力推廣的施工技術(shù)。

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