任务一　帷幕灌浆施工

帷幕灌浆是指布置在靠近上游迎水面的坝基内,通过钻孔向其中压入浆液,形成一道连续的防渗幕墙,以减少坝基的渗流量,降低坝底渗透压力,保证基础渗透稳定的工程措施。

帷幕灌浆呈深而窄的特征,质量要求高,作业难度大,为保证灌浆的质量,一般安排在水库蓄水前完成。由于帷幕灌浆的工程量大,与坝体施工在时间安排上有矛盾,所以若为混凝土坝,通常安排在坝体基础灌浆廊道内进行,这样既可实现坝体上升与基岩灌浆同步进行,也使灌浆施工具备了一定厚度的混凝土压重,有利于提高灌浆压力,保证了灌浆质量,但对于各种土石坝,一般还是安排在坝体防渗体填筑之前于露天进行。对于高坝的灌浆帷幕,常常要深入两岸坝肩较大范围岩体中,一般需要在两岸分层开挖灌浆平洞。许多工程在坝基与两岸山体中所形成的地下灌浆帷幕,其面积较之可见的坝体迎水面要大得多。体现帷幕灌浆状态的参数有防渗标准、帷幕形式和深度、帷幕的厚度和排数以及灌浆的压力等。

一、浆液类型

(1)纯水泥浆。它是一种最常用的灌注浆液,适用于基岩固结灌浆和基岩帷幕灌浆。

(2)细水泥浆液。它分为干磨细水泥浆液、湿磨细水泥和超细水泥浆液,适用于微细裂隙基岩的灌浆。前两种浆液,一般情况下,其最大粒径Dmax在35μm以下,平均粒径D50为6～10μm。超细水泥为一种特制水泥,其最大粒径一般在12μm以下,平均粒径为3～6μm。

(3)稳定浆液。常在水泥浆液中掺有少量稳定剂(例如膨润土),其析水率不大于5%。适用于高压帷幕灌浆和遇水性能易恶化或注入量较大的地层的灌浆。例如克孜尔水库主坝右坝肩岩体为遇水易软化、崩解的泥岩,在固结灌浆中采用了稳定浆液,其配合比和性能见表2-1。

在拌制细水泥浆液和稳定浆液时,必须加入减水剂和采用高速搅拌机。

(4)混合浆液。在水泥浆液中掺有掺合料,例如水泥砂浆、水泥黏土浆、水泥粉煤灰浆、水泥水玻璃浆等,适用于注入量大或地下水流速较大地层的灌浆。如掺用粉煤灰,应采用高速搅拌机。

(5)膏状浆液。这种浆液塑性屈服强度大(常大于20Pa),稠度如牙膏,适用于大孔隙地层(如喀斯特空洞、岩体宽大裂隙、堆石体等)的灌浆。由于其明显的塑性特征,在灌浆过程中具有良好的浆液可控性,有利于控制大孔隙地层灌浆浆液扩散的范围。

二、灌浆施工

灌浆施工程序包括灌浆孔位放样、钻孔、钻孔裂隙冲洗、压水试验、浆液配制、灌注浆液、灌浆结束、灌浆质量检查。

1.放样

一般用测量仪器放出建筑物边线或中线后,再根据建筑物中线或边线定灌浆孔的位置,钻孔的开孔位置与设计位置的偏差不得大于10cm,帷幕灌浆还应测出各孔高程。

2.钻孔

灌浆孔有铅直孔和斜孔两种。钻孔原则应尽可能多地和岩石裂隙层理互相交叉。倾角较大的裂隙一般打斜孔,裂隙倾角小于40°的可打直孔,打直孔比打斜孔可提高工效30%～50%,因此,最好多打直孔。钻孔应按设计好的顺序进行。

帐幕灌浆的钻孔宜采用回转式钻机和金刚石钻头或硬质合金钻头,其钻进效率较高,不受孔深、孔向、孔径和岩石硬度的限制,还可钻取岩芯。钻孔的孔径一般在75～90mm。固结灌浆则可采用各式合适的钻机与钻头。

钻孔的质量对灌浆效果影响很大。钻孔质量包括:①确保孔深、孔向、孔位符合设计要求;②力求孔径上下均一、孔壁平顺;③钻进过程中产生的岩粉细屑较少。

孔深的控制可根据钻杆钻进的长度推测。孔斜的控制相对较困难,特别是钻设斜孔,掌握钻孔方向更加困难。在工程实践中,按钻孔深度不同规定了钻孔偏斜的允许值,见表2-2,当深度大于60m时,则允许的偏差不应超过钻孔的间距。钻孔结束后,应对孔深、孔斜和孔底残留物等进行检查,不符合要求的应采取补救处理措施。

3.钻孔(裂隙)冲洗

钻孔后,进入冲洗阶段,冲洗工作通常分为:①钻孔冲洗,将残存在钻孔底和黏滞在孔壁的岩粉碎屑等冲洗出来;②岩层裂隙冲洗,将岩层裂隙中的充填物冲洗出孔外,以便浆液进入到腾出的空间,使浆液结石与基岩胶结成整体。在断层、破碎带和细微裂隙等复杂地层中灌浆,冲洗的质量对灌浆效果影响极大。

一般采用灌浆泵将水压入孔内循环管路进行冲洗。

岩层裂隙冲洗方法分单孔冲洗和群孔冲洗两种。

在岩层比较完整,裂隙比较少的地方,可采用单孔冲洗。冲洗方法有高压压水冲洗、高压脉动冲洗和扬水冲洗等。

4.压水试验作业

灌浆施工时的压水试验,使用的压力通常为同段灌浆压力的80%,但一般不大于1MPa。试验时,可在预定压力之下,每隔5min记录一次流量读数,直到流量稳定30～60min,取最后的流量作为计算值,计算该地层的透水率q。

帷幕灌浆孔压水试验结果符合下列标准之一时,试验工作即可结束,且以最终压入流量读数作为计算流量。

(1)当流量大于5L/min时,连续4次读数的最大值与最小值之差小于最终流量的10%。

(2)当流量小于5L/min时,连续4次读数的最大值与最小值之差小于最终流量的20%。

(3)连续4次读数流量均小于0.5L/min。

压水试验应自上而下分段进行。分段的长度一般为5m。对于透水性较强的岩层、构造破碎带、裂隙密集带、岩层接触带以及岩溶洞穴等部位,应根据具体情况确定试段的长度。同一试验段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩层,这样获得的试验资料更具有代表性。如果地层比较单一完整,透水性又较小时,试验段长度可适当延长,但不宜超过10m。

5.灌浆的方法与工艺

为了确保岩基灌浆的质量,必须注意以下问题:

(1)钻孔灌浆的次序。单排帷幕孔的钻灌次序是先钻灌第Ⅰ序孔,然后依次钻灌第Ⅱ、第Ⅲ序孔,如有必要再钻灌第Ⅳ序孔(图2-2)。

双排和多排帷幕孔,在同一排内或排与排之间均应按逐渐加密的次序进行钻灌作业。双排孔帷幕通常是先灌下游排,后灌上游排;多排孔帷幕是先灌下游排,再灌上游排,最后灌中间排。在坝前已经壅水或有地下水活动的情况下,更有必要按照这样的次序进行钻灌作业,以免浆液过多地流失到灌浆区范围以外。

帷幕灌浆各个序孔的孔距视岩层完好程度而定,一般多采用第Ⅰ序孔孔距8～12m,然后内插加密,第Ⅱ序孔孔距4～6m,第Ⅲ序孔孔距2～3m,第Ⅳ序孔孔距1～1.5m。

(2)注浆方式。按照灌浆时浆液灌注和流动的特点,灌浆方式有纯压式和循环式两种。对于帷幕灌浆,应优先采用循环式。

(3)钻灌方法。按照同一钻孔内的钻灌顺序,有全孔一次钻灌和全孔分段钻灌两种方法。

全孔一次钻灌系将灌浆孔一次钻到设计孔底,并沿全孔进行灌浆。这种方法施工简便,多用于孔深不超过6m,地质条件良好,基岩比较完整的情况。

6.灌浆效果检查

基岩灌浆属于隐蔽性工程,必须加强灌浆质量的控制与检查,为此,一方面要认真做好灌浆施工的原始记录,严格灌浆施工的工艺控制,防止违规操作;另一方面,要在一个灌浆区灌浆结束以后,进行专门的质量检查,作出科学的灌浆质量评定。基岩灌浆的质量检查结果,是整个工程验收的重要依据。

灌浆质量检查的方法很多,常用的有:①在已灌地区钻设检查孔,通过压水试验和浆液注入率试验进行检查;②通过检查孔,钻取岩芯进行检查,或进行钻孔照相和孔内摄像,观察孔壁的灌浆质量;③开挖平洞、竖井或钻设大口径钻孔,检查人员直接进去观察检查,并在其中进行抗剪强度、弹性模量等方面的试验;利用地球物理勘探技术,测定基岩的弹性模量、弹性波速等,对比这些参数在灌浆前后的变化,借以判断灌浆的质量和效果。