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1、第八章 灌浆工程灌浆是将具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，以适当的压力灌入地基孔隙、裂缝或建筑物自身的接缝、裂隙中作充填、胶结的防渗或加固处理。第一节 灌浆种类及灌浆材料水利工程中的灌浆按其目的的不同，可分为混凝土坝岩石地基及隧洞围岩的固结灌浆，岩基及砂砾石地基的防渗帷幕灌浆，混凝土坝与岩基的接触灌浆，混凝土建筑物的接缝及补强灌浆，土坝心墙防渗的劈裂灌浆，透水地基防渗的高压喷射灌浆等。按其所用浆液材料的不同，可分为水泥灌浆、粘土灌浆、化学灌浆和沥青灌浆等。一、水泥灌浆水泥是一种主要的灌浆材料。效果比较可靠，成本比较低廉，材料来源广泛，操作技术简便，在水利水电工程中被普遍采用。在缝隙宽
2、度比较大（大于0.150.2mm）、单位吸水率比较高大于0.01L/(min.m.m)、地下水流速度比较小(小于80200m/d)、侵蚀性不严重的情况下，水泥灌浆的效果较好。一般多选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥，在有侵蚀性地下水的情况下，可用抗酸水泥等特种水泥。矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥不宜用于灌浆。回填灌浆水泥强度等级不宜低于32.5；帷幕灌浆和固结灌浆水泥强度等级不宜低于42.5；接缝灌浆水泥强度等级不宜低于52.5。水泥的细度对于灌浆效果影响很大，水泥颗粒愈细，浆液才能顺利进入细微的裂隙，提高灌浆的效果，扩大灌浆的范围。一般规定：灌浆用的水泥细度，要求通过标准筛孔（4900孔
3、/cm）的筛余量不大于5%。应特别注意水泥的保管，不准使用过期、结块或细度不符合要求的水泥。根据灌浆需要，可掺铝粉及速凝剂、减水剂等外加剂，改善浆液的扩散性和流动性。二、粘土灌浆粘土灌浆的浆液是粘土和水拌制而成的泥浆。可就地取材，成本较低。它适用于土坝坝体裂缝处理及砂砾石地基防渗灌浆。灌浆用的粘土，要求遇水后吸水膨胀，能迅速崩解分散，并有一定的稳定性、可塑性和粘结力。在砂砾石地基中灌浆，一般多选用塑性指数为1020、粘粒d0.005mm含量为40%50%、粉粒（d=0.0050.05mm）含量为45%50%、砂粒（d=0.052mm）含量不超过5%的土料；在土坝坝体灌浆中，一般采用与土坝相同的
4、土料，或选取粘粒含量20%40%、粉粒含量30%70%、砂粒含量5%10%、塑性指数1020的重壤土或粉质粘土。对于粘粒含量过大或过小的粘土都不宜做坝体灌浆材料。三、化学灌浆化学灌浆是以各种化学材料配制的溶液作为灌浆材料的一种新型灌浆。浆液流动性好、可灌性高，小于0.1mm的缝隙也能灌入。可以准确的控制凝固时间，防渗能力强，有些化学灌浆浆液胶结强度高，稳定性和耐久性好，能抗酸、碱、水生物、微生物的侵蚀。这种灌浆多用于坝基处理及建筑物的防渗、堵漏、补强和加固。缺点是成本高，有些材料有一定毒性，施工工艺较复杂。化学灌浆的工艺与水泥灌浆工艺大致相同。按浆液的混合方式，可分为单液法和双液法两种灌浆法。
5、单液法是在灌浆之前，浆液的各组成材料按规定一次配成，经过气压和泵压压到孔段内，这种方法的浆液配合比较准确，设备及操作工艺均较简单，但在灌浆中要调整浆液的比例，很不方便，余浆不能再使用。此法适用于胶凝时间较长的浆液。双液法是将预先已配置好的两种浆液分别盛在各自的容器内，不相混合，然后用气压或泵压按规定比例送浆，使两液在孔口附近的混合器中混合后送到孔段内，两液混合后即起化学反应，浆液固化成聚合体。这种方法在施工过程中，可根据实际情况调整两液用量的比例，适应性强，储浆筒中的剩余浆液分别放置，不起化学反应，还可继续使用。此法适用于胶凝时间较短的浆液。化学灌浆材料品种很多。一般可分为防渗堵漏和固结补强两
6、大类。前者有丙烯酰胺类、木质素类、聚氨脂类、水玻璃类等；后者有环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类等。第二节 砂卵石地基灌浆砂砾石地基空隙率大、透水性强，要直进防渗处理方可作水工建筑物的地基。由于砂砾石是由颗粒材料组成的，对灌浆效果影响大，孔壁容易坍，在灌浆中需要了解和掌握地基可灌程度、灌浆材料与灌浆方法。一、砂卵石地基可灌性可灌性是指砂砾石地基能接受灌浆材料灌入程度的一种特性。影响可灌性的主要因素有地基的颗粒级配、灌浆材料的细度、灌浆压力和施工工艺等。一般常用以下几种指标进行评价。（1）可灌比MMD15D85 （8-1）式中：D15地基砂砾颗粒级配曲线上相应于含量为15%的粒径，mm； D85灌浆材料
7、颗粒级配曲线上相应于含量为85%的粒径，mm。当M值愈大，地基的可灌性愈好。M=510时，可灌含水玻璃的细粒度水泥粘土浆；M=1015时，可灌水泥粘土浆；当M15时，可灌水泥浆。（2）渗透系数KKD10 （8-2）式中：K砂砾石层的渗透系数，m/s； D10砂砾石颗粒级配曲线上相应于含量为10%的粒径，cm； 系数。当K值愈大，可灌性愈好。K3.5/10000m/s时，采用化学灌浆；K=（3.56.9）/10000m/s时，采用水泥粘土灌浆；K(6.99.3)/10000m/s时，采用水泥灌浆。（2）不均匀系数CuCu=D60/D10 （8-3）式中：D60砂砾层颗粒级配曲线上相应于含量为60
8、%的粒径，mm； D10砂砾层颗粒级配曲线上相应于含量为10%的粒径，mm。Cu大小反映了砂砾石颗粒不均匀的程度。当Cu较小，砂砾石的密度较小，透水性较大，可灌性较好；Cu较大，透水性小，可灌性差。实际工程中，除对上述有关指标综合分析确定外，还要考虑小于0.1mm颗粒含量的不利影响。砂砾石地基灌浆，多用于修筑防渗帷幕，防渗是主要目的。一般采用水泥粘土混合灌浆。要求帷幕幕体的渗透系数降到1/10001/100000cm/s以下，28d结石强度达到0.40.5MPa。浆液配比视帷幕设计要求而定，常用配比为水泥：粘土=1:21:4（重量比）。浆液稠度为水：干料=6:11:1。水泥粘土浆的稳定性和可灌
9、性优于水泥浆，固结速度和强度优于粘土。但由于固结较幔，强度低，抗渗抗冲能力差，多用于低水头临时建筑的地基防渗。为了提高固结强度，加快粘结速度，可采用化学灌浆。二、钻灌施工方法砂砾石地基灌浆孔除打管外，都是铅直向钻孔，造孔方式主要有冲击钻进和回转钻进两类。地基防渗帷幕灌浆的方法，可分为以下几种。（1）打管灌浆。灌浆管由钢管、花管、锥形管头组成，用吊锤或振动沉管的方法打入砂砾石地基受灌层。每段在灌浆前，用压力水冲洗，将土砂等杂质冲出地表或压入地层灌浆区外部。采用纯压式或自流式压浆，自上而下、分段拔管分段灌浆，直到结束。此法设备简单，操作方便，适于覆盖层较浅、砂石松散及无大孤石的临时工程。施工程序如
10、图8-1所示。（2）套管灌浆。此法是边钻孔边下套管进行护壁，直到套管下到设计深度。然后将钻孔冲洗干净，下灌浆管，再拔起套管至第一灌浆段顶部，安灌浆塞，压浆灌注。自下而上，逐段拔管，逐段灌浆，直到结束。其施工工艺如图8-2所示。 图8-1 打管灌浆程序 图8-2 套管灌浆程序a打管；b冲洗；c自流灌浆；d压力灌浆 a钻孔下套管；b下灌浆管；c拔套管灌1段浆；1.套锥 2.花管 3.钢管 4.管帽 5.打管锥 d拔套管灌2段浆；e拔套管灌3段浆.6.冲洗用水管 7.注浆管 8.浆液面 9.压力表 1.护壁套管 2.灌浆管 3.花管 4.止浆塞 10.进浆管 11.压重层 5.灌浆段 6.盖重层 （
11、3）循环灌浆。是一种自上而下，钻一段灌一段，无需待凝，钻孔与灌浆循环进行的灌浆方法。钻孔时需用粘土浆固壁，每个孔段长度视孔壁稳定和渗漏大小而定，一般取12m。此方法不设灌浆塞，而是在孔口管顶端封闭。孔口管设在起始段上，具有防止孔口坍塌、地表冒浆、钻孔导向的作用，以提高灌浆质量。工艺过程如图8-3所示。（4）埋花管灌浆。在钻孔内预先下入带有射浆孔的灌浆花管，花管外与孔壁之间的空间注入填料，在灌浆管内用双层阻浆器分段灌浆，其工艺过程为：钻孔及护壁清孔更换泥浆下花管和下填料开环灌浆。如图8-4所示。一般用回转式钻机钻孔，下套管护壁或泥浆护壁；钻孔结束后，清除孔内残渣，更换新鲜泥浆；用泵灌注花管与套管
12、空隙内的填料，边下料、边拔管、边浇筑直到全部填满将套管拔出为止；孔壁填料待凝515d，具有一定强度后，压开花管上的橡皮圈，压裂填料形成通路，称为开环；然后用清水或稀浆灌注510min，开始灌浆，完成每一排射浆孔（即一个灌浆段）的灌浆后，进行下一段开环灌浆。图8-3 循环灌浆 图8-4 预埋花管灌浆1.灌浆管（钻杆） 2.钻机竖轴 3.封闭器 4.孔口管 1.灌浆管 2.花管 3.射浆孔 4.灌浆段 5.凝土封口 6.防浆环（麻绳缠箍） 7.射浆花管 8.孔口管下花管 5.双栓灌浆塞 6.铅丝（防滑环） 9.盖重层 10.回浆管 11.压力表 12.进浆管 7.橡皮圈 8.填料 第三节 岩基灌浆
13、帷幕灌浆一般布置在坝体迎水面一侧的地基内，形成一道连续的垂直或向上的幕墙。其作用就是为了减少坝基渗流、降低渗透压力，保证地的渗透稳定。特点是，孔较深、灌浆压力较大，一般采用单孔灌浆。斜幕比直幕效果好，但施工难度大。对于帷幕灌浆的主要部位，应在水库蓄水前完成，容易保证质量。否则，由于出现较大的扬压力，不仅增加施工难度，还造成浆液损失，影响帷幕的整体性和密实性。为了解决帷幕灌浆和混凝土浇筑之间的矛盾，灌浆通常安排在廊道内进行。固结灌浆部位与范围由地基地质条件、岩石破碎情况决定的。当坝基良好时，有的工程仅在上下游应力大的范围进行固结灌浆，坝基岩石较差，坝又较高时，多进行坝基全面积甚至超出坝基面积的固
14、结灌浆。固结灌浆的目的是提高和改善岩基物理力学性质，提高岩基的强度和整体性，增强防渗效果，减少开挖深度。灌浆孔深较小，一般为58米，也有达1540米的深孔。平面上为网格交错布孔，通常采用群孔冲洗，分序加密灌浆。固结灌浆通常在坝基开挖和基础混凝土浇筑等工序间穿插进行，施工干扰大，时间性强，应合理安排。为了保证灌浆质量，有的工程要求分期进行，在混凝土浇筑前进行一期低压灌浆，基础混凝土浇筑后进行二期中压灌浆。接触灌浆的部位为混凝土与地基的结合面。通过混凝土钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统进行灌浆，灌浆方法与固结灌浆相同。在固结灌浆部位，可结合固结灌浆进行。目的是加强坝体混凝土与岸坡
15、或地基之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性。接触灌浆应安排在坝体混凝土达到稳定温度后进行，以防止混凝土冷缩拉裂。一、钻孔先进行放样。一般用测量仪器放出建筑物边线或中线后，由中线或边线确定灌浆孔的位置。开孔位置与设计位置的偏差不得大于10mm，帷幕灌浆还应测出各孔高程。对于直孔或倾角小于5度的斜孔，孔斜偏差值不得大于表8-1值。表8-1 孔斜允许值 孔深(m)2030405060孔斜最大允许偏差值(m)0.250.500.801.251.2灌浆孔有铅直孔和倾斜孔。裂隙倾角小于40度的可打直孔，以提高工效。多采用回转式钻机钻孔，钻孔效率高，不受孔深孔向和岩石硬度的限制。回转式钻机的钻头，有硬质合金
16、、钢粒和金刚石三种。在7级以下的岩石中，采用硬质合金钻头，钻进效率较高；7级以上的坚硬岩石，采用钢粒钻进，但产生的岩粉多、铁屑多，孔径不均，且只能钻直孔；在石质坚硬且较完整的岩石中，采用金刚石钻头，效率高、孔径均匀、且不受孔向影响，但成本高。孔径由岩石情况、孔的类别、钻孔深度而定，灌浆孔一般为7591mm，检查孔为110130mm。各灌浆孔都是采用逐步加密的施工顺序。先进行第一序孔的钻孔，灌浆后再依次进行进第二序孔的钻孔。这样，后序灌浆孔即可作为前序孔的检查孔，进行压水试验， 图8-5钻孔灌浆顺序如果单位吸水率达到了设计值，可省去后序 （a）帷幕灌浆 （b）固结灌浆孔的灌浆。帷幕孔布孔特点为“
17、线、单、深”， 1、2、3钻灌次序固结孔的点为“面、群、浅”，其布孔顺序见图8-5（a）、8-5（b）。二、冲洗在灌浆之前，要对钻孔孔壁及周围的岩石裂隙进行冲洗，将残存在孔底的岩粉、铁砂粉及孔壁周围裂隙中的充填物冲出孔口或推移到灌浆区以外以确保灌浆质量。经过冲洗，回水变清，孔内残存杂质沉积厚度不超过20cm时，可结束冲洗。冲洗方法可根据地质条件、灌浆种类而选定，有单孔冲洗和群孔冲洗。单孔冲洗仅能冲掉钻孔本身及周围较小范围裂隙的充填物，适用于岩石较完整、裂隙较少的情况，方法有以下四种：（1）高压水冲洗。将该孔段冲洗压力尽可能的提高，可达到灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，采用1MPa。在规
18、定的灌浆压力下，达到回水完全清洁，延续20分钟，达到稳定流量止。（2）高压脉冲冲洗。就是用高低压反复冲洗，先用高压（灌浆压力的80%）冲洗510分钟后，将孔口压力在极短的时间内突然降低到零，形成反向水流，将缝隙中的碎屑带出，浊水变清后，再将压力升到原来的压力，维持几分钟，又突然降为零，一升一降，反复冲洗，直到回水变清，再延续520分钟结束。压差越大，效果越好。（3）扬水冲洗。对于地下水位较高，水量丰富的钻孔，可以采用扬水法。冲洗时，先将冲洗管下入钻孔底部，压入压缩空气，孔内水气混合，由于重量轻，在地下水和压缩空气的作用下，喷出孔口外，将孔内杂物带出。连续通水通气，直到钻孔冲净为止。在断层破碎带
19、地区，冲洗效果最好。（4）群孔冲洗。一般适用于岩层破碎、节理裂隙比较发育的岩层中。根据设备能力和地质条件，常把25个裂隙互相串通的钻孔组成一批孔组，向一个或几个孔压入压力水和压缩空气，而从另外的孔排出污水，互为轮换，反复交替冲洗，直到各孔出水洁净为止。这种群孔冲洗，可不分序，同时灌浆。三、压水试验压水试验是在一定压力条件下，通过钻孔将水压入孔壁的周围的缝隙中去，根据压入的水量和压入时间来计算出的反映出岩层渗透特性的技术参数。在我国，岩层的渗透特性一般多用单位吸水量来表示。单位吸水量，就是在单位时间内，单位水头压力作用下压入单位长度试验孔段内的水量。压水试验在裂隙冲洗结束后进行。试验孔段长度和灌
20、浆段长度一致，一般为56m。试验采用纯压式压水方法。按下式计算：WQLH （8-4）式中 W单位吸水量，Lmin.m.m；Q试验孔段压入流量，Lmin；L试验孔段长度，m；H试验孔段的计算水头，m。压水试验的压力，采用同段灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时，取1MPa。帷幕灌浆，在设计压力下，压水20min结束。其间，每510min测一次压入水量，取最后的流量值作为计算流量。固结灌浆孔压水试验吸水量的稳定标准，可参考帷幕灌浆并适当放宽。四、灌浆施工（一）灌浆设备水泥灌浆所用的设备主要由灰浆搅拌机、灌浆泵、管路、灌浆塞等组成。搅拌机由上下两个筒体及拌灰装置、传动装置组成，容量在100-200
21、L之间，作用是连续供应灌浆泵所用浆液。灌浆用的泵一般为活塞式灌浆泵，按缸体轴线方向分为立式和卧式两种。立式为单缸，卧式分单缸和双缸两类。卧式为常用，工作原理见图8-6。当活塞右移时, 为吸浆；左移时,为压浆，浆液被压入空气室（起稳压作用），再压入管路中去。（a）单缸柱塞泵 （b）单缸隔膜泵 图8-6 活塞卧式灌浆泵工作原理1活塞；2阀门；3吸浆阀；4压浆阀；5压力管道；6空气室；7橡胶隔膜；8水管路的作用输送浆液。有内外管、返浆管及高压输浆管之分，一般采用高压胶管。灌浆塞的作用是分隔密封灌浆孔段，进行分段灌浆，提升灌浆压力。主要包括灌浆头、扩张器（胶球）和一些管阀组成。扩张器被夹紧在底座和顶座
22、之间，借孔口的丝杆压紧而扩张，与孔壁贴紧，起到阻浆作用。（二）钻灌次序帷幕灌浆与固结灌浆中，钻孔与灌浆都要遵循分序加密的原则。通过分序加密，浆液逐渐被挤压密实，促进灌浆的连续性；逐序提高灌浆压力，有利于浆液的扩散和密实；通过每序孔的和单位吸浆量的变化，判断先序孔的灌浆效果；可减少串浆现象的发生。布孔时先稀后密，对于帷幕灌浆，序孔按812m进行钻孔，然后进行灌浆，二、三、四序孔距分别为46m，23m，11.5m，分别钻孔灌浆。在有地下水或蓄水状态下灌浆，双排帷幕，应先下排，后上排；三排帷幕，先下排，然后上排，最后中间排，以免浆液过多地流失。固结灌浆，对于孔深小于5m，岩层比较完整的条件下，可采用
23、两序孔，方格型布点，最后孔序的孔距一般采用34m。固结灌浆宜在混凝土压重下进行。（三）灌浆方式与方法灌浆方法包括每个孔段的浆液灌注方式和每孔的钻灌顺序。1灌注方式浆液灌注方式分为纯压式和循环式两种。工作原理见图8-7。（1）纯压式灌浆。采用单根灌浆管，浆液压入孔段后，只能向岩石缝隙扩散，不能返回，如图8-7（a）。此法设备简单，操作方便，但流速小，易沉淀，只用于吸浆量很大、浅孔岩基固结灌浆。化学浆液是稀溶液，无沉淀问题，所以采用纯压式灌浆。（2）循环式灌浆。灌浆泵把浆液压入钻孔后，浆液一部分进入岩层裂隙中去，另一部分由回浆管返回拌浆筒，如图8-7（b）。此法在灌浆中，浆液在孔段内始终处于循环流
24、动状态，有效地防止固体颗粒材料在灌浆中沉淀。 图8-7 浆液灌注方式（a）纯压式； （b）循环式；1.水 2.拌浆筒 3.灌浆泵 4.压力表 5.灌浆管 6.灌浆塞 7.回浆管2钻灌方法 按一个钻孔的灌浆顺序可分为全孔一次灌浆法、全孔分段灌浆法两类。（1）全孔一次灌浆法。是将钻孔一次钻到设计深度，灌浆塞卡在孔口，全孔一次灌浆。这种方法虽然施工简单，但效果不佳，仅用于孔深小于6m、岩石较完整的地基。（2）全孔分段灌浆法。将全孔分为若干段进行钻孔灌浆，按顺序不同，又有自上而下分段、自下而上分段、综合分段及孔口封闭灌浆法。分段长度对灌浆质量有一定影响，帷幕一般控制在56m，地质条件好的地区，可放宽到
25、10m以内，地质条件差的地区，降到34m，坝体混凝土和基岩的接触段应先行单独灌浆并待凝，接触段在岩石中的长度不得大于2m。对于孔口封闭灌浆，孔段长度适当降低，地面以下10m内，分段长依次为2m、2m、3m、3m，10m以下各段长为4m。自上而下分段灌浆法将全孔分为35m若干段，自上而下钻一段灌一段（见图8-8）。其优点是随着孔深的增加，可逐段提高灌浆压力，保证灌浆质量；上段凝固后，才能灌下一段，可以防止地表冒浆；分段压水试验，成果准确，有利于分析判断各段灌浆质量。但钻机移动次数多、钻孔工效低、待凝时间长，对施工不利。适用于地质条件差、岩石破碎、灌浆要求高的地区。自下而上分段灌浆法是将全孔一次钻
26、完，然后自下而上，利用灌浆塞分段灌浆（见图8-9）。这种方法提高了钻机的工作效率，钻灌互不干扰，进度较快，但灌浆压力不能太大，易发生卡塞、串浆和绕塞返浆等，故仅适用于岩层较完整，裂隙较少的地区。 图8-8 自上而下分段灌浆 图8-9 自下而上分段灌浆（a）第1段灌浆（b）第2段灌浆（c）第3段灌浆 （a）一次钻孔（b）第1段灌浆（c）第2段灌浆 （d）第4段灌浆（e）第5段灌浆（f）第6段灌浆 （d）第3段灌浆；1、2、3灌浆段顺序；4-灌浆塞。 对于天然地基中，通常是接近地表的岩层比较破碎，下部岩层比较完整，常采用综合分段灌浆法。当钻孔较深时，在上部孔段采取自上而下分段钻孔灌浆，下部采取自下
27、而上分段钻孔灌浆，取其两者的优点。孔口封闭灌浆法是用封闭器代替灌浆塞，将封闭器设在孔口，自上而下分段钻孔和灌浆的一种方法。适用于最大灌浆压力大于3MPa帷幕灌浆工程。灌浆必须采用循环式自上而下分段灌浆方法。孔口段以下的35个灌浆段，段长宜短，压力递增宜快，再向下的各灌浆段段长宜为5m，灌浆压力提到设计的最大压力。施工过程为：首先钻一浅孔，深度不小于2m，进行表层灌浆，结束后埋入直径为75mm长度不小于2m的钢管作孔口管，然后自上而下进行小孔径（60mm左右）钻孔，钻一段，灌一段，中间不待凝，钻灌结合，连续作业，工效高，进度快，成体低，工艺简单，受到施工单位的欢迎。不足之处是孔口管不能回收，浪费
28、钢材，全孔多次复灌，压水试验不够准确。灌浆进行中，如同时满足两个条件，方可结束：条件一，在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延灌时间不少于90min；条件二，灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min。（四）灌浆压力 灌浆压力是指作用在灌浆孔段中心点的压力，是影响灌浆质量的重要因素。在不破坏岩层结构的前提下，压力越大，浆液扩散越远，胶体越密实，灌浆范围越大，灌浆效果越好。设计灌浆压力可由下式估算： PP1P2P3 （8-5）式中 P孔段中心点压力，MPa； P1灌浆管路中压力表的压力，MPa； P2浆液自重压力（考虑地下水的影响后），MPa（按灌浆中浆液密度最大值计算）； P
29、3压力表处至灌浆孔段间管路摩擦压力损失，MPa，当压力表安在孔口进浆管上时，取正值，压力表安在孔口回浆管上时，取负值。影响灌浆压力的因素很多，可按地质条件、压重条件、孔深及灌浆要求，参照已成工程，进行类比确定。也可通过压水试验，确定不破坏岩石结构的临界压力，作为选取设计灌浆压力的依据。临界压力可通过压力与注入水量的关系来判断，正常情况下，压入水量与压力成正比，当压力上升至某一数值时，注入水量突然迅速增大，说明岩石裂隙已被扩宽，此时的压力即为临界压力。灌浆压力的控制有两种方法，一是灌浆开始后，在较短的时间内，将压力升到设计压力，直到终止，这种方法叫一次升压法；另一种是将压力分三级，即依次从0.3
30、P、0.7P、1.0P逐级升压，以吸浆率控制。前种压力大，浆液扩散远，利于提高质量，用于岩石完整，吸水率小的地层灌浆；后者可以防止超灌、延长机械寿命，用于岩石破碎，透水性强的地层。（五）浆液稠度控制稠度即水与干料的比值。在灌浆过程中，浆液的稠度要根据吸浆量的变化及时调整。稀浆流动性好，易扩散，细小缝也能灌入；浓浆流动性差，扩散范围小，细小缝灌不进去。前者易超灌，浆液凝固收缩大，与岩石结合不好；后者凝固收缩小，固结质量高。岩基灌浆的浆液稠度，以水灰比表示（重量比）。帷幕灌浆浆液水灰比可采用分为5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1七个比级。灌浆可从5:1开始，根据灌浆
31、压力和吸浆率的变化及时调整，应遵循由稀到浓的原则，形成循序渐进的灌浆过程，先灌稀浆，逐步变浓，直到结束。在灌浆过程中，要及时变换浆液的稠度，最常用的是限量法。根据每一级稠度的浆液灌入量来控制，称为限量法。当某级稠度的浆液灌入量超过限量标准（300L以上或灌注时间超过1h），而灌浆压力及吸浆量均无改变，或无明显改变时，将浆液加浓一级；当灌入率大于30L/min时，可根据具体情况越级加浓。如果发现变浓后，吸浆量显著下降，或灌浆压力突然上升，说明裂隙被浓浆堵塞，变浓不当，应立即变回原稠度。固结灌浆浆液比级和稠度变换，可参照帷幕灌浆的规定，根据工程实际情况确定。（六）灌浆结束1.灌浆结束的标准帷幕灌浆
32、当采用自上而下分段灌浆法时，在设计压力下，灌入率不大于0.4L/min时，继续灌60min ；或不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆结束；采用自下而上分段灌浆法时，继续灌注的时间可相应地减少为30min和60min，灌浆可以结束。固结灌浆在规定压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注30min，灌浆可结束。2.封孔 帷幕灌浆孔比较深，回填质量要求高，应采用分段压力灌浆封孔法。即自上而下灌浆结束后，就应立即改用浓浆自下而上复灌，每段1015m，采用原来的孔段压力，按正常灌浆结束标准，灌完待凝，直至顶部空孔部分小于5m时，清孔后用水泥砂浆封满。固结灌浆孔比浅，当孔深大于10m时，
33、和帷幕灌浆相同；当孔深小于10m时，采用机械压浆封孔法，即灌浆结束后，将胶管下入底部，用灌浆泵或砂浆泵向孔内压入浓浆或砂浆，直到将孔内积水顶出，孔口冒出浓浆或砂浆为止。缓缓上提胶管，但不得脱出。（七）特殊情况处理灌浆是一项隐蔽性工程，时间性强，质量要求高，但施工中往往出现一些不正常情况，应及时处理。（1）中断。灌浆应连续进行，若因故中断，应及早恢复。中断末超过30分钟，尽快冲洗，用5:1稀浆复灌，逐渐变浓。超过30分钟，考虑重新钻孔灌浆。 （2）串浆。帷幕灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，应一泵灌一孔。否则应将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗
34、，而后继续钻灌。（3）地表冒浆。结合工地实际，在冒浆处用棉花、丝袋嵌缝或速凝水泥封堵、加浓浆液、降低压力、间歇灌浆等方法处理。（4）地面抬动。降低灌浆压力，在不抬动的前提下，灌至不吸浆为止。（5）特大耗浆。灌浆的浆液按正常变换条件，已达到最浓浆，但吸浆量仍然很大，难以达到结束标准，采取以下措施：1）低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；2）在浆液中掺速凝剂；3）灌注混合浆液。对于溶洞灌浆，应查明溶洞的充填类型和规模，然后采取相应的措施。当洞内无充填物时，根据溶洞大小，可采取泵入高流态混凝土、投入碎石再灌注水泥砂浆或混合浆液等措施。待凝后，扫孔，再灌水泥浆；溶洞内有充填物时，根据充填类型、充填程度，
35、可采用高压灌浆、高压喷射灌浆等措施。 （八）灌浆质量检查帷幕灌浆质量检查，应以检查孔压水试验成果为主，结合对竣工资料和测试成果的分析，综合评定。检查孔应设在：帷幕中心线上；岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂部位；注入量大的孔段附近；经资料分析灌浆不正常对灌浆质量有影响的部位。检查孔的数量宜为灌浆孔总数的10%。检查孔压水试验宜在灌浆结束14d后进行，采用自上而下分段压水试验，并采取岩芯，结束后，按技术进行灌浆和封孔。帷幕灌浆压水试验检查，坝体混凝土与基岩接触段及其以下的一段的合格率应有尽有为100%；再以下各段的合格率应在90%以上，不合格段的透水率不超过设计规定值的100%，且不集中，灌浆
36、质量可认为合格。固结灌浆质量检查宜采用测量岩体波速或静弹性模量的方法，也可以采用单点压水试验的方法，检查的时间应分别在灌浆结束14d、28d、37d后进行。检查孔的数量不宜小于灌浆孔总数的5%，检查结束后，按技术要求进行灌浆和封孔。对于压水试验检查，孔段合格率应在80%以上，不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格。第三节 地基高压喷射灌浆高压喷射灌浆技术是70年代中期由日本传入我国后得到迅速发展的一项灌浆新技术。它以高压射流冲切破坏地层结构，并利用水泥浆或粘土水泥浆与被灌地层土、石掺混形成 具有近于水泥砂浆或混合砂浆强度的凝结体，借以加固地基或形成地下连续板
37、、墙达到防渗的目的。近年来，在水利工程中得到了广泛的应用。一、分类 按射流介质不同，高压喷射灌浆可分为以下几类： （l）单介质喷射，亦称为单管喷射，它直接将浆液通过水平喷嘴喷射灌入地层。（2）双介质喷射，亦称为双管喷射，是在一根较大的钢管中并列安装浆、气两管，至管底后经水平喷嘴将浆液与压缩空气同轴喷射，压缩空气在外，形成气幕保护浆流，减少土壤对浆液的摩阻，可使浆液喷射得更远，掺搅作用更为强烈。（3）三介质喷射，亦称三管喷射，水、气、浆三管并列，至管底后，水、气沿水平向同轴喷射、冲切掺搅地层，同时浆液被从管底向下低压压出，受水气射流的卷吸作用，沿喷射方向被挟带灌人冲切范围。由于气包的是水，粘度低
38、，比双介质喷射的气包浆受到的摩阻力小，所以冲切距离更大。 （4）多介质（气粉）喷射，在双管或三管喷射中，利用压缩空气的挟带作用，将灌浆材料如水泥干粉或水泥浆灌入地层，可以浆、气、粉喷射，亦可以水、气、粉或水、气、粉、浆喷射。 目前，高压喷射防渗板、墙施工基本采用三介质喷射法。二、设备与工艺 1设备三介质高压喷射灌浆施工设备如图8-10所示，由气、水、浆喷射管路系统、喷管提升转角系统、造孔及浆液回收系统等组成。图8-10 高压喷射灌浆设备组装示意图1.三角架 2.孔口装置 3.喷头 4.空气压缩机 5.高压水泵 6.搅浆机 7.筛 8.蓄浆池 9.转子流量计（1）水系统。是指高压水泵、压力表、高
39、压截止阀、高压胶管等。高压水泵采用三柱塞泵，最高输出压力达50MPa；高压截止阀用于排泄高压水，调节喷射压力；高压胶管的工作允许压力3060MPa。（2）气系统。包括空压机、转子流量计、气阀、输气胶管等。空压机用于生产压缩空气，转子流量计和气阀用于测量和调控排气量。（3）浆系统。包括搅灌机（检浆灌浆机组）和输浆胶管。（4）喷射管路系统。包括高压水龙头、喷射管和喷头三部分。水、气、浆三管并列装在108mm的无缝钢管中，顶部为高压龙头。喷嘴构造如图8-11所示。气嘴与水嘴同心套放，环状间威12mm。水气喷嘴应于喷射管底部两侧对称布置，一般为水平式或下倾式，如图8-12所示。水平式的喷射受力互相平衡
40、，喷管稳定。下倾式的喷射方向下倾1020，可改善凝结体与基岩界面的结合质量，并有利于使大颗粒位移易被浆液包裹。因为在岩层界面凹凸不平以及风化破碎情况下，下倾式喷射可将岩面切割剥离，冲刷干净，使形成的凝结体与岩层结合紧密，有利于防止层面集中渗漏。图8-11 喷嘴构造示意图图8-12 喷嘴布置方式（a）水平式；（b）下倾式图8-13 旋、定、摆喷射示意图（5）喷管提升及转角系统。孔口设转盘，用以根据需要控制喷管转角进行旋转、定向或摆动喷射（如图8-13）、提升系统由卷扬机、三角架和导向滑轮组成，在旋、定、摆喷射的同时，按要求速度缓慢提升喷管。（6）造孔系统。般用J-100型岩心钻机，合金钻头泥浆护
41、壁钻孔，成孔后吊入喷管。（7）浆液回收系统。喷射灌注过程中，孔内水、气将挟带部分浆液及细小土搅沿喷管周围间隙升至地面，称为冒浆。冒出的浆液经沉砂过滤后，用回浆泵送返搅灌机内，再掺加适量水泥搅拌加浓后重复使用。 2施工工艺高压喷射灌浆工艺流程如图8-14所示。图8-14 高压喷射灌浆工艺流程高喷施工必须联合作业。水、气、浆等各项工艺参数，均须按设计要求通过现场试验选择最佳工作状态，才能投入使用。三、防渗体的形成、性能与连接形式1单孔形成凝结体的条件与形状采用不同的喷射灌浆方式，可以形成不同形状的凝结体。在缓慢连续提升的过程中，旋转、定向、摆动喷射可以分别形成断面为圆形（称为旋喷桩）、长条形和哑铃
42、形等凝结体，如图8-15所示。图中延伸长度系指喷射管中心至凝结体边缘最大长度，有效长度系指喷射管中心至凝结体均匀连接部分的长度。旋喷桩的喷射有效长度约0.61.5m，桩径1.22.5m。桩断面往往并不是完整的圆形，而且沿桩长直径大小也不均匀，表面常呈海参状。这与土质不均，提升、旋转速度变化等因素有关。断面上，中心处颗粒细，外侧颗粒粗，周围常出现几厘米的硬壳，这是喷射冲击挤压的结果。图8-15 旋、定、摆喷射体断面形状A延伸长度；B有效长度在相同的工作条件下，摆喷形成的哑铃状凝结体有效长度较旋喷桩的大0.51.0倍，厚度于摆角大小有关。中心处形成圆桩，直径0.30.6m，紧靠中心两侧，凝结体厚为
43、0.10.5m，往外则逐渐变厚，最远处最厚，端面呈弧形。定喷板状凝结体有效长度较旋喷桩的大12倍，板体厚度在同一地层内是比较均匀的，在不同的地层其厚度变化范围340cm，尾部出现不连续情况。板体侧面形成水平凹凸线条，呈木纹状，是阻力不均和喷射停留时间不等的结果。在砂砾地层，板体两侧有3cm至10cm厚的渗透凝结层。地层颗粒粗，透水性强，该层就厚，反之，就薄。在板体与渗透凝结层之间常出现强度高、防渗性强的“浆皮”层，这里水泥含量高，胶结较好，较密实。凝结体的形状、尺寸、密实度与很多因素有关，如水压与水量，气压与气量，浆压与浆量，提升与旋、摆速度，地层结构致密程度及颗粒粒径等。2凝结体的性能凝结体
44、的物理力学性质，受浆材性质的影响很大。常用的高喷浆材有两类：一类是纯水泥浆，一类是粘土水泥浆。纯水泥浆材，在砂砾石地层中形成水泥砂浆凝结体，在粘土地层中形成水泥土凝结体；粘土水泥浆在砂砾层中形成水泥粘土砂浆凝结体，在粘土层中形成水泥土凝结体。由表8-2可见，凝结体各部位的性质差异较大，但主体部分（板体和浆皮层）的强度是不低的，而渗透系数和弹模又较小，可以说强度、抗渗能力、适应变形的能力都是足够的。表8-2 凝 结 体 性 质 指 标浆液中含适量粘土成分，将降低凝结体的强度，但能改善防渗性能。防渗帷幕处于地下，并不要求凝结体有高强度，而对变形的适应性却很重要。含一定粘土成分的水泥粘土浆所形成的凝结体更能满足这种要求，所以高喷防渗板墙施工有更多采用水泥粘土浆材的趋势。如果地层中粘土含量已
