水电工程造价指南：帷幕灌浆原则与压水试验

（一）岩石基础帷幕灌浆

1.施工特点

钻孔较深，一般延伸到相对不透水层之中；钻孔呈线性排列，平行坝轴线，多靠近上游侧。

2.施工次序

岩石基础帷幕灌浆施工次序划分的原则是逐序缩小孔距，即钻孔逐渐加密其通常由单排、二排或三排孔构成。

单排孔的施工次序为：先钻灌第Ⅰ次序孔，再钻灌第Ⅱ次序孔，最后钻灌第Ⅲ次序孔，分序施工，一般孔距为1～3m。

对于排与排之间（2排或3排）的施工次序为：先钻灌下游排，再钻灌上游排，最后钻灌中间排。

2 排或3 排孔组成的帷幕，排距一般不能再动，如需补加灌浆孔，在各排上逐孔加密，缩短孔距，因此设计时排距小于孔距，孔距=1.15×排距。

3.施工程序

基岩帷幕灌浆施工程序一般为：

施工准备→钻孔→冲洗→表面处理→压水试验→灌浆→封孔→质量检查。

（1）施工准备。包括场地平整、劳动组合、材料准备、孔位放样、电风水布置、交通线路布置、搭设机房以及机具设备就位、检查等。

（2）钻孔。钻孔的孔径与钻孔的类别、钻进方法、钻孔深度有关。

1）帷幕基本孔：钻粒钻进和硬质合金钻进孔径φ75～110mm，金刚石钻进孔径φ46～75mm。

2）帷幕检查孔：帷幕灌浆检查孔径为φ91～130mm。

3）钻孔的偏斜率：要求两相邻钻孔底端的最大偏距，不应超过两孔孔距的50%，一般孔越深，偏斜率要求越高。

（3）冲洗。用水将残存在孔内的岩粉和铁砂末冲出孔外，并将裂隙中的充填物（粘土、杂质）冲洗干净，以保证灌浆效果。冲洗可分为孔壁冲洗和裂隙冲洗。

1）孔壁冲洗。

目的：清除孔内残存的岩粉和铁末。

方法：用导管通入大量水从孔底向孔外冲洗或风水联合冲洗。

合格标准：孔口清水维持10min。

2）裂隙冲洗

目的：清除裂隙中夹杂的泥土和杂质。

方法：压力冲洗、脉冲冲洗、风水联合冲洗。

合格标准：不宜少于20min，清水维持10min。

（4）表面处理。为防止有压情况下浆液沿裂隙冒出地面，因此要先行处理（若基岩上有混凝土覆盖，无需进行）。采取的方法有水泥浆或水泥砂浆塞缝、砂浆抹面、浇盖面混凝土等。

（5）压水试验。压水试验目的是确定地层的渗透特性，为岩基处理设计和施工提供必要的技术资料和依据。它是测定地层渗透性最常见的一种试验方法。

压水试验是在一定压力下（可借助水头自重压力或使用机械压力），通过钻孔将水压入孔壁四周缝隙中，根据压入的流量和压力，计算出代表岩层渗透特性的技术参数。其表示方法：单位时间内压入水量的多少来表示岩石的渗透性。

吕荣压水试验：按规范规定，渗透特性用透水率表示，单位为吕容（Lu），定义为压水压力为1MPa 时，每米试段长度每分钟注入水量1L时，称为1Lu。其试验采用多级压力多阶段循环的方法。

单点压水：只采用一个压力值。

简易压水：在帷幕之前均需作简易压水。

（6）灌浆。

1）灌浆顺序。同一地段的基岩灌浆必须按先固结后帷幕灌浆。

2）灌浆方式。按照灌浆时浆液灌注和流动的特点，可分为纯压式灌浆和循环式灌浆。

单纯的把浆液沿灌浆管路一次压入钻孔，再扩张到岩层裂隙中，不再返回，这种方式称为纯压式灌浆。纯压式灌浆设备简单，操作方便，但由于灌浆段内浆液不是经常处于有一定流速的状态，特别是长时间的灌注，当吃浆量逐渐变小时，浆液流动逐渐变慢，浆液中的水泥颗粒易沉淀，并堵塞岩层裂隙和管路，影响灌浆效果。因此，这种方式适用于裂隙较大、岩石漏水量很大、吸浆量多和孔深不超过15m的岩层，或孔径很小、难以下循环式灌浆栓塞的情况。

浆液通过进浆管压入钻孔后，一部分被压入裂隙，另一部分由回浆管返回拌浆筒，这种方式称为循环式灌浆。循环式灌浆，一方面可使浆液始终保持流动状态，防止泥浆沉下，保证了浆液的稳定和均匀，提高灌浆效果；另一方面又可根据进浆浆液比重和回浆浆液比重的差值，判断岩层吸浆情况。

3）灌浆压力。按实验成果选定。一般情况下，帷幕的表层孔段大于1～1.5倍帷幕的工作水头。

帷幕底部段为2～3 倍工作水头。

4）浆液的浓度。应遵循由稀变浓、逐渐改变的原则变换，帷幕灌浆浆液浓度的水灰比（重量比）可采用：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 七个比级。开灌浓度可采用5∶1。

灌浆段段长一般控制在5m，如遇特殊地质情况，可以缩短或加长，但最多不超过10m。

采用自下而上帷幕灌浆时，在规定压力下，孔段的注入率小于0.4L/min 时，持续30min，灌浆即可结束；采用自上而下帷幕灌浆时，持续60min，灌浆可以结束。

（7）封孔。灌浆工作完成后，须及时作好封填工作。封填前，应尽量将孔内污物冲洗干净。为保证封填质量，规范要求采用“机械压浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”进行封孔；只有孔深小于5m的浅孔，可采用人工封孔。

（8）质量检查。

1）检查方法。包括压水试验、取岩芯、检查孔。检查孔的数量宜为灌浆孔总数的10 % 。

2）帷幕灌浆的压水试验。灌浆前的压水试验应在冲洗结束后进行，其孔数可根据工程实际情况确定；灌后检查孔压水试验的孔数一般不少于总孔数的10%。

3）检查部位。帷幕中心线上；岩石破碎断层，大裂隙等地质条件复杂地段；注入量大的地段；钻孔偏斜过大；灌浆情况不正常。

4.施工方法

基岩的钻进方法主要有硬质合金钻进、钻粒钻进、金刚石钻进和牙轮钻进。

基岩的灌浆方法（单孔灌浆）有以下几种：

（1）一次灌浆法。将孔一次钻到设计深度，再沿全孔一次灌浆（即把全孔作为一段来灌浆）。施工简便，多用于孔深10m内，基岩较完整、透水性不大的地层。

（2）分段灌浆法。

1）自上而下分段灌浆法。钻一段，灌一段（即自上而下逐段钻进，逐段安设灌浆塞逐段进行灌浆）。

施工程序：钻一段（一段不超过5m）—冲洗—简易压水试验—灌浆—待凝（待孔段孔口无涌水的情况时，在灌浆结束后，一般可不待凝）—钻进下一段。如此钻、灌交替，直至设计深度。

优点：由于灌浆塞安设在已灌段的底部，已堵塞严密，不致发生绕塞返浆；随着灌浆段位深度的增加，能逐段加大灌浆压力，灌浆质量比较好。

缺点：钻、灌工序交叉，工效低。(www.xing528.com)

适用范围：多用于岩层破碎、竖向节理裂隙发育等地质条件不良地段。

2）自下而上分段灌浆法。一次将孔钻到设计深度，然后自下而上利用灌浆塞逐段灌浆。

优点：工序简化，钻灌连续，省工省时。

缺点：灌浆塞常难堵塞严密，故不能采用较高压力，以免浆液绕塞上窜影响灌浆质量。

适用范围：一般适用于岩层较完整坚固的地层，以及裂隙不很发育、渗透性不很大的岩层中。

3）综合灌浆法。通常接近地表的岩层较破碎，越往下则越完整，所以，上部采用自上而下分段，下部采用自下而上分段，使之能保证质量，又可加快速度。

4）孔口封闭灌浆法。将灌浆塞设在孔口上，自上而下分段钻进，分段灌浆，并不待凝就钻灌下一段。

优点：采用孔口封闭器封闭孔口，由于孔口封闭，灌浆效果好，可以采用较大压力；使全部孔段都能得到复灌，对于结构松散，易塌孔地层效果较好，同时有利于提高灌浆质量，省去了待凝时间，加快了施工进度。

缺点：由于全孔经过多次复灌，消耗水泥较多。

灌浆方法较多，分类也不统一，国内外用得较多的有如下三类：自上而下孔口封闭分段灌浆法，如图14-1（a）；自下而上栓塞分段灌浆法，如图14-1（b）；自上而下栓塞分段灌浆法，如图14-1（c）。

（二）砂砾石基础帷幕灌浆

砂砾石基础帷幕灌浆施工在排序上应遵循先边排，后中排，先外后内的原则。帷幕形式有接地式和悬挂式，一般采用单孔灌浆，灌浆压力大。砂砾石层帷幕灌浆施工程序因灌浆方法不同而有所差别，这里不再一一赘述。

由于砂砾石地基的特点是松散体，须固壁；孔壁不光滑、不坚固，故不能直接下塞；孔隙大、吸浆量大，故大多采用水泥粘土浆。

砂砾石层的钻进一般采用跟管钻进，其方法主要有：按造孔的方式分冲击钻进和回转钻进；按冲洗液分清水冲洗钻进和泥浆护壁钻进。

图14-1　岩石灌浆方法

砂砾石层的灌浆方法有以下几种。

1.打花管灌浆法

使用刚度大、强度高的厚壁无缝下部带尖头的花管（钢管），将直接打入砂砾石层中［图14-2（a）］，然后冲洗进入管中的砂土［图14-2（b）］，最后自下而上分段拔管灌浆［图14-2（c）］。此法虽然简单，但遇卵石及块石时打管很困难，故只适用于较浅的砂土层。灌浆时容易沿管壁冒浆，也是此法的缺点。

图14-2　打花管灌浆法

图14-3　套管护壁灌浆法

2.套管护壁灌浆法

如图14-3，边钻孔边打入护壁套管，直至预定的灌浆深度［图14-3（a）］，然后冲洗钻孔，干净后，接着下入灌浆管［图14-3（b）］，然后拔套管灌注第一灌浆段［图14-3（c）］，再用同法灌注第二段［图14-3（d）］及其余各段，如此循序自下而上逐段灌浆，直至孔顶。此法的缺点也是打管较困难，为使套管达到预定的灌浆深度，常需在同一钻孔中采用几种不同直径的套管。

3.循环灌浆法（边钻边灌法）

如图14-4，仅在地表埋设护壁管，而无需在孔中打入套管，缺点也是容易冒浆，而且由于是全孔灌浆，灌浆压力难于按深度提高，灌浆质量难于保证。

图14-4　边钻边灌法

4.预埋花管法

在钻孔内预先下入带有射浆孔的灌浆花管，管外与孔壁将花管组装与结构如示意图14-5。其施工程序为：钻孔→清孔→下花管→下填料→待凝→下塞→开环→灌浆。

表14-2将套管法、循环钻灌法和预埋花管法3种砂砾石基础灌浆方法做了比较。

表14-2　灌浆方法比较表

续表

5.袖阀管法

此法为法国Soletanche公司首创，故又称Soletanche方法，此法于20 世纪50年代开始广泛用于国际土木工程界。这一灌浆方法所用的主要设备及钻孔构造如图14-6。

图14-5　灌浆花管组装与结构示意图（单位：cm）

1—花管；2—防滑环；3—橡皮箍；4—射浆孔

图14-6　袖阀管法的设备和构造

施工方法分为下述4 个步骤，见图14-7。

图14-7　袖阀管法施工程序

（1）钻孔。通常都用优质泥浆，例如膨润土浆进行固壁［图14-7（a）］，很少用套管护壁。

（2）插入袖阀管。为使套壳料的厚度均匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心［图14-7（b）］。

（3）浇筑套壳料。用套壳料置换孔内泥浆［图14-7（c）］，浇注时应避免套壳料进入袖阀管内，并严防孔内泥浆混入套壳料中。

（4）灌浆。待套壳料具有一定强度后，在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆［图14-7（d）］。

袖阀管法的优点主要有：

①可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆；②可使用较高的灌浆压力，灌浆时冒浆和串浆的可能性小；③钻孔和灌浆作业可以分开，使钻孔设备的利用率提高。

袖阀管法的缺点主要有：①袖阀管被具有一定强度的套壳料胶结，难于拔出重复使用，耗费管材较多；②每个灌浆段长度固定为33～50cm，不能根据地层的实际情况调整灌浆段长度。

在砂砾地基灌浆中，袖阀管法用得最多。