复合灌浆技术

复合灌浆技术（共7篇）

复合灌浆技术 篇1

摘要：文章介绍了最新开发的可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术应用于砂卵石层处理的施工工艺, 并与传统的工艺进行优劣势对比, 阐述了可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术应用于砂卵石层的防渗处理的优势。实践证明, 将可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术应用于南水北调中线砂卵石底层地基的防渗处理中不仅工艺简便、经济可行, 并且还取得了良好的灌浆效果。

关键词：挤入灌浆,膏浆,砂卵石,防渗

0引言

在施工期, 南水北调中线某段的实测水位比渠道底板高程高4-4.6m, 因此, 施工期施工必须进行降水。透水性很强是该渠道最明显的特性, 因此, 施工期面临强排降水量多以及降水难度大的困难。此外, 降水还会对沿线村庄居民的生产生活用水产生一定的影响, 因此, 我们要采用帷幕防渗工艺对渠道基础进行处理。

1可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术介绍

1.1可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆技术

此技术采用全液压无级调速高压脉动灌浆泵利用浆液的可控凝结及时变性并借助脉动瞬间高压将浆液挤入裂缝。此功法之所以能够快速地在松散强透水的底层形成具有防渗效果较好的均匀连续幕体, 那是由于其除了能够有效控制浆液的扩散范围外, 还能够保证浆液能够填满钻孔周围的孔隙。

1.2灌浆机理

与其他灌浆方法相比, 此工法之所以能够促使被灌浆液形成一个完整的浆土混合堵水体或幕体, 是因为其在0.5-5MPa的压力下将具有粘时变流体性质的浆液挤入孔隙, 从而将孔隙中的水或空气置换出来。

2可控挤入复合膏浆高压脉动灌浆施工工艺

2.1灌浆材料及制浆工艺

①水泥:同力牌P.O 42.5普通硅酸盐袋装水泥。②粘土:根据实际情况本项目在制备粘土膏浆的时候采用粘土。由于检测发现呈现微酸性的浆液会影响浆液性能, 为了改善性能从而在配置过程中加入少量的氢氧化钠。③水:经水质检查, 地下水就符合灌浆用水的要求。④外加剂:由于冬季施工粘土水泥浆的早期强度过低从而添加了早强型结构剂以增加早期强度, 同时加入早凝型结构剂降低浆液的速度。⑤改性剂:为了使浆材基本不发生析水以及能够控制浆材的凝固时间, 必须降低浆材的流动度, 因此, 需要添加改性剂。

2.2灌浆设备

所采用的主要灌浆设备如表2所示。

2.3施工方案布置

此方案为双排两序施工, 排距1.0m以及孔距2.5m, 成梅花型错位布置。其施工原则为:帷幕灌浆采用分排分序依次加密的原则进行, 未开挖渠道双排孔先施工外侧排再施工内侧排;已开挖基本成型渠道双排孔先施工内侧排再施工外侧排。每排分两序, 先施工I序, 再施工II序。

孔深控制深入岩层 (泥灰岩或粘土岩) 内0.5m;灌浆顶部进入壤土层内1.0m, 底部深入岩层 (泥灰岩或粘土岩) 0.5m。

2.4施工工艺

2.4.1施工程序

施工总程序:施工准备→场地平整→钻孔放样→帷幕先导孔施工→先灌排I、II序孔→后灌排I、II序孔→帷幕质量检查 (检查孔注水试验检查与渠道开挖渗流观测) →资料整理→单元工程质量评定。

单孔施工工艺流程:钻孔定位→固定机具→非灌段跟管钻进→灌浆段钻进成孔→孔口管埋设→注浆管安装→孔口管注浆管待凝→自下而上分段灌浆至顶板高程→终孔段灌浆结束→封孔→单孔资料整理。

2.4.2钻孔

①钻孔控制:钻孔终孔深度深入粘土岩 (泥灰岩) 内0.5m;②钻孔孔径:开孔Φ130mm, 终孔不低于Φ75mm;③钻孔深度深入第⑥层卵石层以下泥灰岩 (粘土岩) 内不小于1.0m, 钻孔的实际孔深与设计深度偏差不得大于20cm。

2.4.3制浆浆液配制方法

①按照粘土:水 (1000kg:1000kg) 且采用集中制浆的方式配置成比重为1.31~1.35g/cm3的粘土原浆;②将一定量的成品泥浆抽至膏浆制浆机内, 按比例加入早凝结构剂和改性剂搅拌;③在高速制浆机中加入600kg:800kg比例的水和水泥, 然后加入一定比例的早强剂进行搅拌, 最后将搅拌好的水泥浆液抽到膏浆制浆机内混合搅拌制成膏浆。

2.4.4控制标准

灌浆压力即孔口压力表脉冲压力根据设计文件和采用的复合膏浆浆材的特点如表3。

2.4.5结束标准

注入量控制标准:平均单位注入量为600L/m;控制提升标准:达到以下条件之一, 可结束本段提升灌浆管灌注上一段。①达到设计压力下限, 注入量达到设定控制标准, 结束本段灌浆上提;②达到设计压力上限, 注入率<5L/min, 结束本段灌浆上提;③吸浆量较大的段, 注入率达到拟定控制注入量无法提升至设计压力下限者, 加大注入量至设计的1.5倍时, 可结束本段灌浆。

2.4.6灌浆

当钻孔达到要求的深度后将灌浆管下到孔底, 将黄油涂抹于孔口2m左右的灌浆管处, 然后回填砂石至顶部土层内1m处, 采用水泥拌砂封孔且待凝8h。开灌时, 灌浆泵先用小流量冲程 (2次/min左右) 慢速压入2桶浆 (400L左右) 后, 恢复4—7次/min泵速灌浆, 按灌浆达到结束要求时30-50cm逐步拔灌浆管, 直到整孔灌浆结束。

2.5施工完成情况

从2011年10月到2013年5月, 累计施工完成灌浆孔数2640个, 砂卵石层灌浆21225m, 累计灌入浆量12755m3。

3结论

在卵石层防渗帷幕中应用此工艺不仅取得了良好的效果, 并且很好的解决了常规灌浆工艺钻成孔困难、浆液扩散不均一以及难以形成有效防渗帷幕和材料消耗大等一系列难题。

参考文献

[1]张贵金, 许毓才, 陈安重, 彭春雷, 杨松林.一种适合松软地层高效控制灌浆的新工法——自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆[J].水利水电技术, 2012 (03) .

[2]丁剑波, 谢杰飞, 孟旗帜.复合膏浆高压脉动灌浆技术在南水北调砂卵石地层防渗处理中的应用[J].2013水利水电地基与基础工程技术——中国水利学会地基与基础工程专业委员会第12次全国学术会议论文集, 2013 (09) .

[3]张世宝, 郭艳利, 郭建邦, 王帅杰.南水北调中线干渠卵石透水地基帷幕灌浆试验研究[J].混凝土, 2012 (12) .

后灌浆复合地基工法 篇2

后灌浆复合地基法便是在这种特殊情况下产生的。应该说灌浆工艺是早已成熟的工法, 后灌浆桩是灌浆工艺在桩基设计施工中的应用, 而后灌浆复合地基法是近几年来灌浆工艺在复合地基技术中的一系列应用, 至今已进行了多项高层建筑的特殊地基处理, 属于新工法范畴, 业内了解知晓的人并不多。随着高层建筑的日益增多, 各类复杂地基问题的出现, 在某些特殊情况下应用后灌浆复合地基法可能会取得更好的效果, 本文以探讨为宗旨, 介绍这一工法, 希望在类似的地基处理工程上得到借鉴, 取得良好的经济和社会效益。

1 后灌浆复合地基的工法

后灌浆复合地基的特殊工艺有两部分, 既桩底灌浆和基础底板压浆, 前者在工程中已很普遍, 后者较为少见, 以下简要介绍这两部分的概况。

1.1 后灌浆桩

1.1.1 成桩、预埋管

后灌浆桩桩体材料可为混凝土、碎石与水泥浆, 与传统基桩最大区别在于桩内预留灌浆管, 灌浆管直径一般取直径φ=52mm, 灌浆管长度与孔深相同。管底用胶带密封, 管上口用堵头封闭, 并居中固定, 作为复合地基, 桩内不设钢筋笼。如泥浆护壁钻孔, 成孔后插入2根管, 其中一根为预埋管, 另一根为灌浆管。向孔内填入粒径D=10mm~50mm碎石, 再进行灌浆, 拔出灌浆管。浆体固结后, 碎石桩体强度较大、造价比纯水泥浆桩低。

1.1.2 桩底灌浆

水泥浆和混凝土桩体达到一定强度后可进行桩底灌浆。进行桩底压浆时, 将预埋管底端封闭用小径钻具钻透, 并向下深入持力层。灌浆初始压力较大, 开塞后压力减小。灌浆次数与灌浆量应根据地层性质、桩深决定。当地表冒浆、地表出现裂缝或压力较大不进浆时, 可停止灌浆。

多次桩底灌浆要根据浆液的减压析水过程, 调整灌浆区块, 应按一定的孔序均匀散开进行, 否则短时内集中灌浆会导致桩与地面隆起。灌浆完成后, 按标高凿除桩头, 可截断或保留出露的灌浆管。利用多次灌浆可取得提高桩与土的承载力, 这一灌浆工艺已在工程中大量应用。

1.2 基础底板压浆

(1) 预埋灌浆管。在建筑物进行基础底板钢筋绑扎时, 将直径φ=52mm的灌浆管固定在钢筋网中, 按孔距2m~3m均匀布设, 避开桩、柱位置。灌浆管上口套丝扣, 以接阀门、保护帽, 灌浆管底端放在基础垫层上, 顶端高于地面10cm, 见图1所示。

(2) 基础底板灌浆当建筑物结构施工至6层以上时, 在地下室内进行基础底板灌浆, 灌浆施工与结构施工互不影响。开孔按先外围, 后内部按序次进行。先将预埋灌浆管底部垫层钻透, 深入持力层, 然后进行全孔灌浆。初始灌浆压力控制在0.3MPa以下每孔每次浆量200L。以现场水准观测为控制标准, 根据沉降观测决定每孔灌浆次数与浆量, 要求建筑物整体不应出现沉降且柱间底板高差变化不超过2mm。结构每增高2~3层进行一轮灌浆, 后期灌浆压力与楼房荷载正比增加。基础底板灌浆到结构封顶后结束, 此时要求建筑物满足规范沉降与倾斜要求。

2 后灌浆桩复合地基的实例

2.1 南京八方公寓

主体结构设计为7、12、15、19和24层呈阶梯式的五个部分, 附两层裙房, 设一层地下室, 基础面积1420m2, 大楼体形复杂, 属一级建筑。该工程场地属秦淮河漫滩地貌单元, 该场地前期计划建筑11层, 已进行过地基处理, 即呈矩形分布的双头深搅桩, 桩距1.9m, 排距1.5m, 单桩直径0.7m, 桩长12m, 单桩承载力标准值RK=250kN, 复合地基经深度修正后的承载力为265kPa, 不满足24层楼房360kPa的要求, 因此, 原复合地基必须进行再处理。

经多方案比较, 选择后灌浆复合地基法对地基进行再处理, 设计如表1。

经荷载试验, 后灌浆桩单桩极限承载力为1200kN, 复合地基承载力基本值为400kPa, 桩土力比为26.5, 桩间土总承载力1196kN, 占复合地基总荷载值的27.5%[1]。

从荷载试验结果数据上看, 土的承载力强度已达到286.9kPa, 超过地基承载力标准值, 说明桩间土状况得到很大改善, 通过灌浆, 桩间土充分发挥了的作用。

在以后楼体施工期间中, 进行了多次基础底板灌浆, 2000年楼体竣工, 至今, 未出现任何地基问题。

2.2 北京芍药居2 0 1#住宅楼

工程为2栋24层塔楼建筑, 设两层地下室, 要求地基承载力达到380kPa。该工程场地位于北京朝阳区太阳宫乡北四环东路, 地貌单元为永定河冲洪积扇中前部, 地下水位在6.8m。表层为人工杂填土, 含垃圾和腐植质, 厚度在2.8m~13.2m之间变化, 以下为一般第四系冲洪积地层, 主要是砂质粉土和粘质粉土及粉质粘土层。经岩土工程勘察, 地基地基承载力标准值f K在140kPa~170kPa之间, 不能满足荷载要求。基坑开挖后, 基底以下存在厚薄不均的垃圾杂填土, 若全部换填, 不但开挖困难且费用较高。若采用桩基, 垃圾土的摩阻力极低, 桩的承载力也得不到保证。经研究决定采用后灌浆复合地基法。

后灌浆复合地基设计如表2。

基础后灌浆桩完工后, 在含有垃圾腐植质 (1#) 和无杂填土 (2#) 的部位进行了两组复合地基承载力试验, 试验的方形承压板宽度为1.6m, 面积为2.56m2, 后灌浆桩面积为0.07m2, 占2.76%, 两组试验终止荷载为2200kN, 其中1#地基总沉降25.3mm, 2#地基总沉降10.9mm, 复合地基承载力特征值fak=2200/2/2.56=430kPa[2], 大于地基承载力设计值为380kPa。

楼体施工期间进行底板灌浆, 使基底基础近一步加强, 竣工后一年内的水准观测也表明, 两栋塔楼沉降量非常小。本工程已完工10多年, 完全满足规范要求。

2.3 北京万通发展大厦 (现国航大厦)

北京万通发展大厦位于北京市三元桥东, 1995年开工建设, 原设计A座15层, B座18层, 3层地下室, 埋深14m, 基础为一体。1996年方案改变为A座29层, B座16层, 此时3层地下室已施工完毕。由于层数增加、建筑荷载增加、AB座层差加大, 地基强度及变形需重新验算, 并对地基做出新的评价。经计算, 地基承载力满足规范要求, 但地层沉降量与差异沉降超过规范要求, 必须进行地基处理, 经多方案对比, 采用基底后灌浆法, 即不延误结构施工, 也不用大型机械设备进行地基处理。

该工程地基持力层物理力学指标如表3所示。

A座基础面积1660m2, 布置灌浆孔322个, 平均5.2m2一个, B基础面积1480m2, , 布置灌浆孔170个, 平均8.7m2一个。灌浆自第6层开始, 每盖3层一个轮回, 共计4~8次。前期钻孔深度8m, 达到 (5) 3粉土层底部, 后期钻孔深度3m~5m, 孔底位于 (5) 12粘土层中, 采用全孔灌浆法。每孔每次灌浆100L~200L, 灌浆压力0.1MPa~0.4MPa。灌浆时, 随时监测底板倾斜, 控制在0.2%以内。工程完工后, 钻孔取样发现, 在基底以下有多层水泥浆结石层, 厚度1mm~4mm。经精密水准观测, 楼体在灌浆施工期间, 处于缓慢上升状态, 个别点最大为22mm, 停灌后, 略微下降, 建筑物竣工后保持平稳, 各项指标均满足规范要求, 至今已安全使用十多年了。A、B座中心点沉降观测曲线如图2所示。

3 后灌浆复合地基的特点

(1) 所谓“后”灌浆是指成桩工序后的多次灌浆, 如通过桩底压浆, 桩底虚土层得到强化, 可有效提高桩端承载力。挤入桩间土的浆液, 不仅固化土体, 还可对土体施加压力, 有利于排水, 提高有效应力。“后”灌浆还可对桩身有缺陷的部位进行补强。

(2) 基础底板预埋灌浆管内钻孔深度根图2万通发展大厦A B座基础底板沉降观测曲线据实际地层最大可按沉降计算深度设计。灌浆为全孔灌浆, 浆液以劈裂的方式进入地层, 自下而上运移至底板以下, 然后沿底板水平楔入, 多次灌浆的结果就会在底板下形成结石层, 当再次高压挤入后, 就会对桩间土与底板双向施压, 达到利用建筑物自重对局部土体的压缩, 此压力可大大超过地基承载力的标准, 有利于减少地基后期的沉降压缩量。

(3) 由刚性桩组成的复合地基, 桩承担了大部分荷载, 桩间土发挥度较小。基础底板压浆改变了应力分配, 当桩间土被高压浆液挤密后, 其承担的比例逐渐加大, 充分发挥出土的潜力, 通过多次灌浆主动地改变桩土应力比值, 这与其它复合地基的褥垫层被动地分配桩土应力比值是有很大区别的。

(4) 后灌浆桩桩顶紧靠在基础垫层之下, 随着建筑物荷载的加大, 将引起桩基下沉, 但由于灌浆作用的补偿, 对基底产生抬升, 减少了桩顶压力, 通过多次灌浆, 灌浆结石层可抵消建筑物的沉降, 局部高压、多次灌浆还可达到调整楼体基础偏斜的目的。

(5) 在一定的封闭条件下, 灌浆压力强度可达到荷载强度的数倍以上, 若局部抬升幅度控制在毫米量级, 灌浆量并不需多少即可对局部基础底板进行抬升。但灌浆最大压力以土的极限强度和封闭条件为限, 灌浆浆液扩散面积越大, 灌浆压力越不易提高。因此, 底板灌浆一般以少量多次模式进行。

(6) 从荷载试验的结果分析, 桩间土发挥度提高, 最先达到极限值。桩体因含有灌浆管, 抗剪、抗压强度较高, 因此提高桩间土强度是提高复合地基承载力的关键。

后灌浆复合地基法是一种新的实践, 也有其不足与局限性, 如费用相对某些复合地基工法高一些, 且不适合厚度较大的淤泥类高压缩性软土地层。其机理及工艺还有待在今后的工程实践中不断探索和完善。

4 结语

后灌浆复合地基法是一系列的工法, 桩底压浆对提高基桩承载力有明显作用, 基础底板压浆能主动对地层预压, 减少沉降, 使局部底板抬升, 调控基础倾斜。工法中每一环节均有其特定作用, 体现了灌浆法在地基处理上的巧妙应用, 具有独创性与新颖性。

参考文献

[1]东南大学岩土工程测试研究中心.南京八方公寓基桩静载荷试验报告[R].1998, 10.

复合灌浆技术 篇3

固结灌浆是在岩石节理裂隙发育或有破碎带的基础上进行改善,以提高其物理力学性能,实现基础加固效果的施工技术。堤坝本身自重较大,且上游面有水压力及渗透水压力作用,因此堤坝对基础的要求很高。工程中,通过灌浆工程,采用含水泥的浆液将裂隙和破碎带进行黏结填充,使岩体均匀性和整体性提高,降低岩石透水性,进而使岩体获得较高物理力学性能的提升,如抗压强度和弹性模量提高、变形和不均匀沉降减少等,保证堤坝的基础安全。

在实际堤坝工程中,基础防渗灌浆帷幕上游先进行固结灌浆,对基础加固后,再进行防渗帷幕灌浆,固结灌浆和帷幕灌浆共同作用,保证堤坝基础的承载力、稳定性及防渗效果。本文讨论的就是基础防渗灌浆帷幕上游的固结灌浆的施工工艺及注意事项。

堤坝基础固结灌浆加固区域的确定,主要考虑基础的地质情况和基础岩体的物理性能,如岩体的完整情况、应力条件、大坝的形状等因素。本文讨论的是基础防渗灌浆帷幕上游基础灌浆,其一般在坝址上游趾板范围内进行固结灌浆。

1固结灌浆施工工艺

基础防渗灌浆帷幕上游固结灌浆孔上有趾板混凝土,该区域固结灌浆应该在帷幕灌浆施工前完成。固结灌浆按照分序加密原则进行,通过控制孔深、浆液水灰比、灌浆压力等因素,实现基础加固。

1.1固结灌浆试验

在堤坝基础地质情况比较复杂的地区,固结灌浆前一般需要进行固结灌浆试验,以了解地质情况,进而可以科学地确定固结灌浆的相关技术参数,如孔深、孔距、排距、灌浆次序及压力等,为固结灌浆施工方案的编写提供数据支撑,保障堤坝基础加固施工的合理性。

1.2灌浆孔布设

本文讨论在堤坝防渗灌浆帷幕前(上游)趾板混凝土上进行固结灌浆,固结灌浆后还进行防渗帷幕灌浆,灌浆区域相对小,因此工程上灌浆孔孔序一般采用1～2排两序布孔,孔位在帷幕孔外侧,孔间距离一般为2.5～5 m,灌浆孔排距可以选择和孔距一样,或略小于孔距,采用梅花形布设。如果堤坝基础地质条件复杂,工程质量要求高,则灌浆孔采用多排3序布孔。

1.3钻孔和冲洗

固结灌浆孔的孔深是一个重要参数,孔径大小和成孔方式的确定都和孔深相关。目前,灌浆孔的孔深没有统一的标准或者计算公式进行确定,实际工程往往通过固结灌浆试验,综合考虑各种情况来确定。有些工程,参考相类似工程经验对固结灌浆孔深进行确定。

根据经验,防渗灌浆帷幕上游固结灌浆,灌浆孔深多为6～15 m范围的中深孔,孔径常采用50～65 mm,使用钻孔机械一般为架钻或大型风钻。

本文讨论固结灌浆是在趾板混凝土范围内进行,因此,在混凝土趾板浇筑时需要先按照设计孔位进行导管预埋,以防止钻孔破坏混凝土内部钢筋、检测等相关结构。钻孔前,应该对灌浆孔进行统一编号和分序,按照先序孔到后序孔的逐序顺序进行施工,记录好现场资料并及时整理资料。

钻孔结束后,孔中会有岩屑、泥质,如果不清理,将对灌浆效果造成不良影响。因此,在灌浆前,应该进行裂隙冲洗。裂隙冲洗采用有压力水进行,冲洗压力一般控制为灌浆压力的80%,且最大值不大于1 MPa,冲洗直至回水清净。如果地质条件良好,则采用单孔冲洗;地质条件为岩石破碎、裂隙发育、空隙相通,则采用群孔冲洗,但注意不能采用群孔串联的方式进行冲洗。群孔冲洗效率高,但对设备需求量大,施工过程控制也要求较严。

1.4浆液配置使用

灌浆浆液的配置采用分2种情况:如果地质情况相对好,无较大裂缝发展或地下溶洞,则采用纯水泥浆液;否则先采用水泥砂浆进行灌注,等砂浆凝结后并满足灌注纯水泥浆液要求,再换成水泥浆液灌注。

一般来说,大坝选址偏向于选择地质条件较好的区域,因此坝前防渗灌浆帷幕上游固结灌浆一般采用纯水泥浆液,若遇局部大裂隙,则根据情况采用水泥砂浆灌入填充裂隙,再变换水泥浆液灌注。

纯水泥灌浆浆液遵循先稀后浓的原则,灌浆过程采用不同的水灰比,根据注浆量变换水灰比,目前工地采用的水灰比多为4个比级,即水灰比分别为2、1、0.8、0.6 (或0.5);如果裂隙较多,可采用1、0.8、0.6 (或0.5) 3个比级。使用过程一般按照先采用大水灰比灌注,有些工地甚至采用水灰比为5的水泥浆液开始灌注。当灌浆量达到换浆要求,再变换小水灰比的水泥浆液灌注,以提高灌注效果。

纯水泥浆灌注的施工过程控制,应该注意几点要求:①灌浆压力应尽快地达到变浆压力规定值。②注意确定灌浆变级的标准,分2种情况:如果灌浆注入量达到300 L以上,则可以进行浆液变级;如果灌浆持续时间20～30 min,则也应该进行浆液变级。③当岩石裂隙发育时,会导致水泥浆液注入率过大。工地—般认为当注入率大于30 L/min时,为提高灌浆效率,则考虑越级变浓。

1.5简易压水试验

固结灌浆不需要是岩石裂隙灌浆,目的是加固基础,形成的帷幕带只是辅助防渗,因此不需要所有孔全压水。为了解灌浆孔的裂隙发育情况,建议在灌浆前,先进行压水试验。压水试验孔数最低限制按照总孔数的5%进行,如果岩石渗水严重和吃浆量大,则压水试验孔应增加数量。简易压水试验严格控制压水压力、压水时间和压水注入量,并做好试验记录,为后续灌浆质量检查提供参考。

1.6灌浆压力控制

灌浆压力原则上是越大,则灌浆填充半径越大,裂隙填充越密实,灌浆效果越好。但过大的压力,当超过混凝土盖板重力,将可能导致盖板上台出现裂缝,或者产生串浆、冒浆等灌浆事故。因此,工程要限制灌浆压力。按照经验,灌浆压力的选择一般根据盖板厚度、灌浆方法,结合帷幕灌浆压力进行确定,以提高灌浆效果。

1.7灌浆施工方法

固结灌浆灌浆一般采用循环式灌浆方式,灌浆过程中,水泥浆液在搅拌机一注浆管一回浆管一搅拌机的回路中循环进行灌注,浆液的流动性将避免水泥沉淀,有利于保证灌浆质量,因此目前循环式固结灌浆在工地上大量使用。

基础防渗灌浆帷幕上游进行固结灌浆,该处的趾板混凝土混凝厚度一般设计为0.5～1 m,灌浆孔深—般为5～10 m的中深孔,因此采用分段式灌浆。

(1)采用自上而下分段灌浆法。当对灌浆质量要求较高,但工期要求较宽松,可以采用这种方法。此方法采用分段钻孔灌浆的方式进行灌浆,先钻灌上部灌浆段,再进行下部灌浆段的钻灌。灌浆结束后,应该采用“分段压力灌浆封孔法”进行封孔。这种施工方法容易控制灌浆压力,灌浆质量效果容易保障,但进度相对慢。

(2)采用自下而上分段灌浆法。大多数工地采用这种方法进行灌浆,其好处为有利于把控灌浆进度,但灌浆质量不如自上而下灌浆质量效果好。此方法按照设计深度要求一次性成孔,先进行下部段的灌注,下部段灌浆结束后,将灌浆塞上提灌注上部段,继续进行灌浆。灌浆结束后,应该采用置换和压力灌浆封孔法进行封孔。此方法施工工艺衔接顺畅,施工效率高。

1.8灌浆结束标准

固结灌浆结束标准指标主要是单位水泥浆注入率和时间。灌浆压力作用下,水泥浆液慢慢填充岩石裂隙,水泥注入率会慢慢减小,当孔段的水泥浆液注入率小于0.4 L/min,并且持续30 min,那么该孔段的灌浆达到结束标准。在灌浆过程中,由于灌浆孔段长度不等,岩石裂隙发育不均,注入率大于1 L/min的标准不太科学严谨,不能反映所有岩石裂隙是否已经灌满,将有可能影响灌浆质量,因此有的工程将规定的注入率调小,比如采用不大于0.1或0.2 L/（min·m)的注入率作为灌浆结束标准。

1.9灌浆质量效果检查

灌浆封孔结束后,应该对灌浆质量进行检查,检查的方法有很多种,工地主要采用钻检查孔进行单点法压水试验。如果工地有条件,可以采用测定围岩灌浆前后的弹性波波速或弹性(变形)模量的方式检查质量效果。此外,地质条件复杂且重要工程地段有的会采用声波、地震波或电磁波CT层析成像,但对设备技术要求较高。通过检查,如果发现不合格孔,则可以采用相应措施,如设置加密孔,对该不合格区域进行灌注,以保证灌浆质量。

本文总结工程常见灌浆质量检查经验,重点讲述操作相对简单、对仪器依赖比较小的常用检查方法。

(1)整理、分析灌浆资料,验证灌浆效果。如果灌浆质量良好,那么各次序孔的单位注入量和透水率整体上应该是Ⅰ序孔比Ⅱ序孔小。因此,工地有时候可以通过整理分析灌浆资料中的单位注入量和透水率等灌浆记录数据,按照类似工程经验,评定灌浆效果。

(2)钻设检查孔检查。通过分析灌浆资料,选择单位注入量大的地段或认为灌浆质量有疑问的地段布设检查孔,然后进行压水试验和灌浆,通过试验数据和灌浆数据判定灌浆质量。

检查孔的钻设灌浆,考虑到灌注的水泥浆液的强度增长有时间要求,应该在检查孔部位的灌浆孔灌浆结束后不少于3d后进行,检查孔压水试验采用的是简易压水试验方法,压力选择同部位同高程的灌浆压力的80%,压水试验过程注意如实记录试验数据。压水试验结束后,通过记录分析压水实验数据，判定灌浆质量是否合格。

目前,有些工地,除了进行检查空压水试验对灌浆质量检查外,还通过分析检查孔灌浆单位注入量,即要求和单位水泥浆液注入量均小于某一规定数值的双重标准判定灌浆质量。该检查方法对固结灌浆质量的检查更为科学严谨,但施工工期长。

2 灌浆特殊情况处理及其他注意事项

2.1特殊情况及处理

2.1.1基础岩石表面冒水

在有大量冒水的情况下,必须采取措施处理,否则将浪费水泥,且严重影响灌浆的质量。如果遇到基础冒水,应该及时处理冒水地点,常采用降压限流处理,待符合灌浆条件后,再恢复正常灌浆。

2.1.2冒浆或者串孔

由于基础地质情况一般难以完全估计,基础之上即使有混凝土趾板,但也经常发生串孔或者趾板边缘冒浆现象,这些现象的发生将会影响灌浆的质量,因此必须采取措施进行处理。冒浆和串孔的处理措施有很多,技术也很成熟,应根据工程条件选择。

(1)采用低压灌浆法。冒浆或串孔一般由于裂隙贯通,灌浆压力过大产生,因此可以通过降低灌浆压力、采用浓浆液的方法进行处理。冒浆严重的时候,应直接去除压力,依靠浆液自重进行灌浆,甚至加入砂或速凝剂等,加快冒浆封堵速度。冒浆封堵后,再逐步提高灌浆的压力,按正常规定继续进行灌浆。

(2)采用限制进浆量法。通过上述方法还不能封堵冒浆,那么应该限制进浆量,降低灌浆注入率,增加灌浆时间,让浓浆在裂隙中逐渐沉积凝结封堵住裂隙。之后,再逐渐提高灌浆压力,恢复正常灌浆。

(3)采用间歇灌浆法。采用浓浆、低压灌浆,发现冒浆处出现浓浆时,则暂停灌注。间歇十几分钟再行灌浆,反复停灌至冒浆停止,且压力可恢复达到规定值后,再进行常规灌浆。

2.1.3灌浆中断

固结灌浆过程中,为保证灌浆水泥浆液凝结的连续性,尽量防止灌浆中断。某些特殊情况导致灌浆中断,则应该尽快恢复灌浆。灌浆的浆液采用开始灌浆时的低浓度浆液,灌浆发现注入率达到中断前水平,直接更换中断前浓度的浆液进行灌注。

2.2其他施工注意事项

(1)固结灌浆施工采用一个孔一台灌浆机进行灌注,如果裂隙发育贯通,灌浆发生串孔,灌浆孔吸浆量小,则可以考虑采用并联灌浆,并联孔数最多3个。多孔灌注严禁串联,以防灌浆压力小于设计值，影响灌浆效果。

(2)固结灌浆容易造成趾板或者盖板出现抬动而出现裂缝,因此在灌浆施工区域内应设置观测抬动装置,实时检测控制灌浆压力。

(3)爆破的冲击力将影响灌浆的效果,在灌浆浆液强度稳定前,严格禁止爆破。根据规范和经验,爆破作业距离灌浆施工的地段不能小于30 m。如果必须爆破,则应该对爆破作业采取控制爆破质点振动速度等措施,尽量减少对灌浆的影响。

(4)灌浆施工过程中,要实时记录灌浆资料,对灌浆压力严格控制,按照要求变换浆液配级。

3结语

固结灌浆属于隐蔽关键工程,施工质量的好坏影响大坝的安全性能,一旦堤坝基础出现问题,则有可能造成不可估量的严重后果。因此,作为技术人员,应该通过对施工技术的全面掌握和严谨实施来保障堤坝基础施工质量。本文通过对堤坝防渗灌浆帷幕上游固结灌浆的施工技术进行阐述,明确指出施工的具体工艺及注意事项,旨在指导工程技术人员科学合理组织施工,全方位地保障堤坝基础工程质量,交出精品工程。

参考文献

[1]徐周,谢玉林,张怀忠.水利水电工程灌浆技术研究[J].中国水运(下半月),2011(12).

[2]梁建柏.水利水电工程灌浆施工技术与质量控制措施分析[J].China's Foreign Trade,2011(14).

[3]刘世兴.水利水电施工技术和灌浆施工的应用方法研究[J].建筑工程技术与设计,2014(6).

[4]郑星东,武晶.浅谈水利工程基础灌浆施工技术[J].科技与企业,2012(4):15-16.

[5]杨位本,莫世友,梁伟毅.水利水电工程灌浆施工质量问题分析[J].建材与装饰(下旬刊),2007(10).

[6]DL/T5148—2001,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

[7]李晓磊.观音岩水电站特殊地质条件下的固结灌浆方法分析[J].四川水利,2012(Z1):42-44.

复合灌浆技术 篇4

一、大吸浆量情况的灌浆技术

大吸浆现象多发生于岩隙灌浆中,遇到打吸浆量的情况在水利工程施工中比较常见,大吸浆量情况的出现不仅会耗用过量的混凝土材料,还可能由于灌浆不彻底影响基础建设质量。灌浆操作中发生大吸浆量现象,需要采取一定的措施进行处理。首先,要更换低压或自流式灌浆设备,降低浆液的流动性,待达到规定要去后再适当升高灌浆压力。其次,遇到大吸浆量时,要降低灌浆流速,减小浆液在岩石隙中的流动速度,使浆液能够尽快沉积完成,当注入量明显降低时,再恢复正常的灌浆速度。再次,在灌浆中遇到大吸浆量情况时,要加大浆液的稠度,采用大颗粒集料,并科学的添加水玻璃、氯化钙等速凝剂,加速浆液在空隙中的凝结速度。最后,为了降低混凝土材料使用量,并保证灌浆质量,在遇到大吸浆量情况时,可以采取间歇灌浆的方法,灌注一定数量的水泥或灌注一定时间后,暂停灌浆操作,一般暂停时间可以根据地质情况和灌浆目的综合设计,通常为2~8小时内。复灌后再次采用上述的灌浆方法,争取在设计压力下结束灌浆。

二、特大漏水通道的灌注方法

特大漏水通道问题一般出现于采取定向爆破法建造的堆石坝施工中,由于爆破导致岩体出现特大缝隙,导致出现影响灌浆的特大缝隙。在溶性岩地区灌浆施工中,由于科斯特溶洞的特征,也会出现特大漏水通道。特大漏水通道如果采取常规灌浆操作,不仅会耗用大量的混凝土材料,还会导致灌浆难以完成,无法实现加固基础的目的。一旦在灌浆施工中发生特大漏水通道现象,要根据裂隙的走向和特点选择合适的灌浆技术。对于无水流作用的缓倾角大裂隙,可以采用加大浆液浓度和间歇灌浆技术,降低灌浆操作浆液的耗用量。如果浆液浓度加到最大,并采用间歇灌浆操作无效果,则可以采用由水泥砂浆、水泥粘土浆、水泥粉煤灰和水泥水玻璃浆组成的混合浆液,替代普通灌浆浆液,来完成灌浆操作。对于有水流作用或倾角较大的裂缝和孔洞,可以在加大浆液浓度的同时,选用大颗粒的骨料,来提高灌浆效果。在这种情况的集料配比中,需要根据实际情况来综合设计,找到最适合灌浆操作的集料配比方案。如果加大浆液稠度和改变集料配比仍然无法完成封洞,则可以采用模袋灌浆技术。模袋灌浆是用特质材料和纺织工艺制作的模袋,内部添加浆液来完成灌浆施工。由于模袋保护水泥浆液不外散,并能够在压力作用下改变为适应孔洞的形状,因而能够实现封底堵洞的目的。当模袋达到一定数量,能够正常灌浆后,再模袋上使用正常灌浆技术操作即可。除此之外,还有一种双浆液化学灌浆技术在特大漏洞灌浆中也比较实用。双浆液通过在孔底混合,能够快速完成封底,但该方法对设备和技术有着比较严格的要求,但由于其在封堵大漏洞中效果较好,仍然具有广阔的应用前景。

三、正在冒水情况的堵水灌浆

正在冒水情况的堵水灌浆可根据具体情况分别采取措施。如果漏水点较大并且集中,可以判定基础中存在岩溶地区和混凝土中有特大缺陷的地方。这种情况应针对出水点,根据出水量的大小,先埋设一段适当直径的孔口管,将水集中引到管中导出,再将周围可能冒水冒浆的岩缝和孔洞封堵好,然后从孔口管中进行反压灌浆。如果遇到沿裂隙冒水或浸水对于冒水量较大的情况,可采用以下步骤进行处理:第一,钻若干个与裂隙相交的深孔,埋上孔口管,将裂隙水从管中引出;第二在深孔之间钻若干个与裂隙相交的浅孔,埋上孔口管;第三,沿裂隙口凿槽,先用棉纱、麻刀等对裂隙进行封堵,然后用砂浆填槽;第四,对浅孔用较低压力灌浆;第五,浅孔待凝一段时间后,对深孔用较高压力进行灌浆。对于冒水量较小的,可先沿裂隙凿5cm的U形槽,在槽的底部铺一铁皮,穿过铁皮埋设若干根灌浆管,其中裂隙的最底部和最高部各有一根。用速凝砂浆将槽填平,砂浆达到一定强度后,从裂隙的较低端向上依次灌浆。

四、有承压水条件下的灌浆

灌浆中涌出承压水多发生于地层中含有高压水源或在低于水库水位的廊道或洞中灌浆,承压水的释放会冲走浆液,导致灌浆难以继续。在遇到这种现象时,可以采取压力屏浆法、闭浆法、化学灌浆等方法完成灌浆。压力屏浆法是在正常灌浆操作结束后,仍然采用5:1的稀浆以相同压力循环关注,抵消承压水压力,防止浆液回流。臂浆则是指在达到灌浆标准后,管壁回浆和进浆阀门,封堵浆液回流通道,直至浆液固结。化学灌浆则是利用化学溶液在岩石内凝聚的方式,封堵漏水裂隙和涌水,便于灌浆操作继续的方法。在有承压水灌浆中,还常用到浓浆结束的方法,用浓浆把浆液和承压水封堵在空隙和孔洞内,直至浆液固结。

五、熔岩地段的灌浆技术

熔岩地段的灌浆操作相比于其他位置,需要采取不同的灌浆技术。当遇到熔岩地段时,对于无填充物的情况,可以采用回填高流态混凝土的方式,并综合采用导管灌注技术完成灌浆。如果熔岩空洞较大,则可以扩大灌浆孔径,并在孔洞中添加碎石,以提高灌浆效果。对于空洞较小的岩溶,则可以采用间歇灌浆法完成灌浆。对于存在填充物的熔岩空洞,则可以采用高压灌浆法、高压旋喷灌浆法和花管灌浆法完成灌浆施工。

综上所述,水利水电工程中经常会遇到特殊地层的灌浆操作,在遇到特殊地层灌浆施工时,一定要根据地层的特点和灌浆要求,综合选择灌浆方式和技术。在保证灌浆达到目标要求的同时,尽量降低浆液的耗用量。

摘要：水利水电工程基础灌浆中一旦遇到特殊地层,必须有针对性的选择灌浆技术。本文对水利水电工程基础灌浆中几种比较常见的特殊地层灌浆技术进行研究和探讨,为水利水电工程基础灌浆中特殊地层的关键施工提供资料参考。

关键词：水利水电,基础灌浆,特殊地层,灌浆技术

参考文献

[1]李伟,张亚林.浅谈水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法[J].魅力中国,2014,(16):337-337.

水工大坝灌浆技术探索 篇5

一、灌浆对水利工程的作用

为了水利工程的健康发展, 需要对现有的地基进行加固处理, 为水利工程的发展创造稳定的安全的环境, 这就需要借助先进的施工工艺, 其中灌浆技术就是加固水工大坝的有效措施。灌浆对水工大坝的建设起着积极的促进作用:

首先, 灌浆技术具有填充作用, 填充物多是由浆液凝结而成的结石, 填充起地层的空隙, 这样可以有效的阻值水流从地层的通过, 大大的提高了地层的密实度和强度。其次, 灌浆技术教育压密作用, 在灌浆技术的使用中, 需要将浆液压入到地层, 这样地层就会受到巨大的挤压作用, 进而对细小的裂缝和空隙产生一定的挤压作用, 大大的提高了地层的密实度和力学性能。再次, 灌浆技术教育粘合作用, 浆液是实施灌浆技术的主要材料, 具有较高的胶凝性质, 这样就可以将地层中的岩块和建筑裂缝等进行有效的粘结, 大大的提高地层的承载能力。此外, 灌浆技术具有固化作用, 浆液中的某些材料可以与地层中的土壤发生化学反应, 形成具有较强牢固性的类岩体, 对提高整个地层的密实度和坚固性有着积极的促进作用。可见, 灌浆技术在水工大坝的施工中具有积极的促进作用, 是提高大坝质量的有效手段。

二、水工大坝的灌浆技术分析

随着施工工艺的进步和改善, 在水工大坝的施工中涌现出一些列灌浆技术, 同时水工大坝的工况不同, 必然要求选择不同的灌浆技术

(一) 大吸浆量情况的灌注方法

在一般的灌浆施工中, 可以在1-3个小时内停止灌浆, 但是由于地层的特殊结构条件, 致使浆液不断的从地表冒出或者是流失, 这样就会出现大量吸浆的现象, 导致灌浆过程难以结束, 这就需要结合工况的特点, 采用以下的措施:

首先, 可以采取降压措施, 即在低压的情况下进行灌浆, 在裂缝充满浆以后, 观察已经没有浆液的流动, 就可以循序渐进的加大压力, 按照常规的压力进行灌浆施工。其次, 可以采用限流的方式避免大吸浆量的现象, 这样可以减少浆液在缝隙中的流动速度, 进而使浆液可以快速的沉淀, 然后根据注入率的变化适当的调整注入的压力, 保证灌浆的施工符合规定的要求。再次, 可以借助浓浆灌注的方法, 即提高水泥浆的粘稠度, 这样就可以有效的降低浆液流动速度, 低缓解大量吸浆起到了一定的抑制作用。与此同时, 可以借助加速凝剂加快浆液的凝固, 一般在水工大坝施工中常用的加速凝剂为水玻璃氯化钙速凝剂。此外, 灌注砂浆和间歇灌浆也是提高灌浆质量的有效途径, 一方面根据灌注的情况增加砂的粒径, 然后将带有砂的泥浆搅拌均匀后借助砂浆泵进行灌注, 另一方面, 根据水工大坝施工的地质条件, 在灌注过程中停歇, 一般根据施工的情况, 灌浆间隔时间一般为2-8小时, 最后浆液凝结一定时间后, 进行扫孔、复灌施工。

(二) 特大漏水通道的灌浆方法

由于施工环境比较复杂, 在水工大坝工程施工中, 容易通道容易出现大漏水的现象, 严重的影响了灌浆的质量和效果。在水工大坝的建设中, 经常使用定向爆破法, 这样就会使岩体产生较大的缝隙, 进而引发漏水的问题, 在漏水通运用一般的灌浆方法, 不仅加大了成本和投入, 还降低了施工的质量, 这就需要结合工况采取以下基本措施:

第一, 利用充填级配料, 即在孔口出用粘稠度较大的泥浆对砂和砾石进行冲灌, 若是效果不明显, 可以再加大泥浆的粘稠度, 等灌满以后再用常规的灌注方法。

第二, 利用模袋灌浆, 这样在模袋的作用下, 水泥浆中的水分会析出, 水泥颗粒仍然留在袋内, 降低了水灰比, 提高了固结强度, 进而为灌浆质量的提高创造了有利的条件, 为了更好的保证灌浆的质量, 需要选择合适的模袋, 一般采用的是尼龙、聚丙烯等材料的工艺织品。

第三, 双浆液灌浆也是解决特大通道漏水的现象, 这既是一种化学灌浆方法, 又是一种控制灌浆的方法, 即将水泥浆液和速凝剂分别从两个管内注入, 使其进入混合器, 两者充分混合以后进入孔底, 进而增加防渗漏效果。此外, 为了有效的提高灌浆的可靠性, 需要对浆液的扩散距离进行有效的控制, 在保证不浪费材料的基础上, 最大限度的增加防渗体的强度。

(三) 岩溶地段的灌浆

就岩溶地段而言, 需要采取有效的灌注方法, 这就需要从有填充物和无填充物两个方面着手:

第一, 对于有填充物的熔岩地段灌浆而言, 常用的灌浆法主要有高压灌浆法、高压旋喷灌浆法、花管灌浆法、浅层含泥岩溶处理以及深层岩溶处理等几种方法。高压灌浆法是一种有效的方式, 在较高灌浆压力的作用下, 将填充物进挤压密实, , 这样可以有效的提高其抗渗稳定性, 进而将水泥浆进行网格包裹;高压旋喷灌浆法是借助钻机将灌浆管通入到土层的预定位置, 然后向四周高速的喷入, 在流体冲击力的作用下, 对土体进行切削, 为土体与水泥将混合创造有利的条件;花管灌浆法主要是借助带有孔眼的钢管进行灌浆, 有效的解决了高压灌浆难以成孔的问题, 对防止塌孔起到了积极的促进作用;对于浅层的含沙岩溶地段而言, 可以挖除填充物并用混凝土进行回填, 然后进行回填注浆;对于深层的岩溶处理而言, 可现在岩溶周围进行灌浆, 这样岩溶充填物会受到水泥的挤压和固结作用, 提高了凝结力。

第二, 针对无填充物的情况而言, 可以采用直接回填高流态的混凝土进行灌注, 若是岩溶空洞过大, 需要扩大灌浆的孔径, 填满后注入水泥砂浆, 最后重新扫孔并简易压水, 对于岩溶空洞较小的地段而言, 可以注入水泥砂浆以及混合浆液, 其他措施跟空洞大地段类似。

(四) 承压水条件下的灌浆

由于受到较大压力水源以及较高涌水压力的影响, 容易在灌浆的过程中出现承压水, 这就需要采取合适的灌浆工艺。

第一, 采用压力屏浆法, 即在正常灌浆结束以后, 将原有的水泥浆进行稀释, 然后用相同的压力进行注浆, 避免出现裂缝内的浆液回流的现象。

第二, 采用闭浆的方式也是解决此类问题的有效途径, 即在灌浆结束以后, 将回浆阀门以及进浆管道的阀门关闭, 这样被灌入的水泥浆处于暂时的受压状态, 过6-8小时以后, 将阀门打开观察是否出现涌水现象;再次浓浆结束, 即在正常的灌浆结束以后, 可以加大水泥浆液的浓度, 进行灌入, 并在灌浆结束后将回泵管和进泵管的阀门关闭;此外, 还可以通过化学灌浆, 即在一定程度内减少灌浆孔段的注入率, 再借助速凝剂进行灌浆, 保证化学溶液的凝固, 提高裂隙的密实度。

三、水工大坝的灌浆技术注意事项

为了提高水工大坝灌浆技术的效果, 保证大坝施工的质量, 需要在采用灌浆技术这一施工工艺时, 注意以下几个方面的问题:

第一, 要保证钻孔施工的质量, 这就需要对成孔的顺序进行控制, 并逐步增加成孔的密度, 同时将前一次的灌浆孔作为后面灌浆的检测孔, 保证质量达到规定的要求。另外, 要对钻孔和裂缝进行清理, 特别是要清除其中的岩层粉末和其他杂志, 为提高水泥浆和岩石层的粘合能力创造有利的条件。

第二, 要对水泥浆的质量进行控制, 这是保证水工大坝施工质量的基础和前提。就水利工程的灌浆施工而言, 常用的水泥浆材料多为水泥、粉煤灰以及外加剂和水点呢过, 这就需要对使用的材料进行检查, 通过相应实验测试其强度。做好对水泥浆的质量控制, 确保其具备较高的可泵性、保水性和和易性, 这就需要按照规定的比例对水泥浆进行配置。

第三, 要对灌注的压力进行控制, 一般采用的方法是一次升压和递进升压, 前者主要适用于透水性不大和岩层缝隙不大的地方, 而后者多用于岩层空隙较大的地方, 但是不管采用何种方法, 都要结合工程施工的特点和要求, 对按照规范的要求对压力进行有效的控制。

第四, 要科学调整泥浆的浓度。泥浆的粘稠度可以通过调整水和干料的比例实现, 因此在施工中要结合岩层的具体情况对粘稠度进行适当的调整。同时在对水泥浆的粘稠度调整中, 要建立在灌注总量、灌注速度以及灌注时间的基础上, 在泥浆的灌入超出了设计标准, 但是灌注的压力和吸浆率无明显的变化时、当总量超过标准时、当总量和吸收率固定, 但是压力单位的吸收率大出标准时, 需要增加水泥浆的浓度。

结语

总之, 灌浆技术是应用于水工大坝施工的一项重要的技术手段, 对提高大坝的稳固性和防渗性能有着积极的促进作用, 这就需要加强对这一先进工艺的重视, 结合施工的需要采取合适的灌浆方法。对于水利水电工程坝基灌浆过程中遇到的各种特殊地层, 应根据具体情况, 采取一种或多种措施进行处理, 才能达到预期的效果。

摘要：在水工大坝的建设中, 灌浆技术是常用的施工技术, 对保证施工的质量和加快施工的进度有着积极的促进作用, 特别是能够有效的增加大坝的防渗漏能力, 并且对大坝起到了有效的加固作用。本文笔者结合自己的实践经验, 分析了水工大坝灌浆技术, 并对这一技术手段的应用策略进行了探索, 为水工大坝灌浆技术的应用提供参考和借鉴。

关键词：水工,大坝,灌浆技术,作用,施工工艺,水利工程

参考文献

[1]任习祥.帷幕灌浆施工技术在水库大坝基础防渗加固处理中的应用[J].广东建材, 2012 (07) .

[2]张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2012 (11) .

煤矿化学灌浆技术新进展 篇6

关键词：化学灌浆技术,岩层加固,灌浆堵水,新进展

化学灌浆 (Chemical Grouting) 是化学与工程相结合的综合性技术, 将一定的化学材料 (无机或有机材料) 配制成真溶液, 用化学灌浆泵等压送设备将其灌入岩层缝隙内, 使其渗透、扩散、胶凝或固化, 增加岩层强度、降低岩层渗透性、防止岩层变形、提高工程质量。化学灌浆技术一般包括化学灌浆材料、灌浆设备及灌浆工艺三部分内容。

1 煤矿化学灌浆材料

煤矿常用化学灌浆材料主要有聚氨酯类、环氧树脂类、丙烯酰胺类、丙烯酸盐类、脲醛树脂类等。理想的化学灌浆材料应具有浆液稳定性好;粘度小、流动性、可灌性好;浆液无毒、无臭、不易燃;对环境不造成污染, 对人体无害;浆液配制方便, 灌浆工艺操作简便;浆材货源广, 价格低, 贮运方便等特点。

新型矿用化学灌浆材料波雷因、德克因、威尔浮、哈斯浮具有以上化学灌浆材料的优点。

1.1 波雷因岩层加固材料

普通双液型聚氨酯灌浆材料在灌浆及材料反应过程中放出大量的反应热, 这些反应热会使材料反应温度超过145℃, 而其本身抗氧化温度一般为130℃, 容易引起聚氨酯灌浆材料的氧化自燃, 给地下工程的施工造成安全隐患, 严重地制约了聚氨酯灌浆材料的推广应用。

波雷因是一种有机高分子双液型改性聚氨酯注浆材料, 在灌浆过程中的最高反应温度不超过120℃, 通过加入高效抗氧剂, 将其反应生成物的抗氧化温度提高到135℃左右, 有效地解决了聚氨酯类灌浆材料容易自燃的难题。

波雷因产品由A、B两种液体组份组成, 施工时按1∶1的重量比充分混合后, 其膨胀系数为2~3倍, 如遇水则膨胀倍数可达15, 注浆施工时浆液可产生二次渗透压力, 并能渗透至岩层深部微细裂隙内, 可有效地对破碎围岩进行加固。由于浆液反应后生成的泡沫体为闭孔结构, 透气性差, 因此, 波雷因材料也可对岩层透水进行有效封堵。此外波雷因材料还有粘结性强、凝固时间可调、韧性较好的优点, 适用于控制较弱岩层及富水岩层。波雷因材料力学性能参数如表1所示。

波雷因分为加固型、堵水型两种不同用处材料。加固型波雷因材料, 主要用于工作面煤壁注浆加固防止片帮, 断层破碎带预注浆加固防止冒顶, 小煤柱加固、井下钻孔固管等;堵水型波雷因材料, 主要用于井壁、巷道及工作面等各种出水点的快速封堵, 含水破碎岩层固结, 探水孔口管固管、快速构筑水闸墙等。

1.2 德克因岩层加固材料

德克因材料属于改性硅酸盐类注浆材料, 它有A、B两种组份组成, 100%树脂含量, 无任何挥发性有机成份, 使用配比为1∶1。德克因材料具有粘度低、可灌性和渗透性强的明显优点, 其力学性能参数如表2所示。双组份材料通过专用气动注浆泵和混合枪, 注入破碎煤岩体后迅速反应与煤岩体凝固生成高强度、有韧性的固结体, 从而达到对煤岩体的加固或涌水裂隙的封堵。

1.3 威尔浮充填材料

威尔浮是一种双液型改性酚醛泡沫注浆充填材料, 应用于煤矿井下较大空洞的注浆充填加固、巷道密闭充填及喷涂等技术领域。威尔浮由A、B两种液体组份组成, 使用时按1∶1比例混合并充填到巷道或工作面冒落空洞, 产生低密度的难燃泡沫材料, 防止瓦斯聚集, 从而提高矿井的安全性。反应后其膨胀倍数可达25倍, 单位体积空间所用材料少, 运输工作量小, 每小时可施工50m3, 可快速构筑密闭墙。其力学性能如表3所示。威尔浮的施工工艺与波雷因的施工工艺大体相同。

1.4 哈斯浮充填材料

哈斯浮是改性脲醛树脂固态泡沫材料, 由两种组份组成高分子液体浆液, 组份A为树脂溶液, 组份B为固化剂溶液。哈斯浮的原料A、B液都是水基材料, 施工后的设备管路可以用水清洗, 粘度低, 易于泵送。施工时, 当两种组份充分混合并在压风的作用下, 经过发泡枪, 发生化学反应, 首先形成奶油状的泡沫体, 最终形成固态稳定的塑性泡沫体, 干燥后仅为25kg/m3, 泡沫稳定不坍塌, 具有较好的防水性能和隔热保温性能。由于材料的反应为吸热反应, 反应后生成的泡沫体温度低于环境温度, 且为不燃材料, 极大地增加了井下施工的安全性。可用于构筑密闭墙、工作面冒落空洞充填、自燃煤层采空区灌浆防灭火等方面。哈斯浮材料力学性能如表4所示。

2 灌注工艺及施工设备

2.1 ZBQ-5/12注浆泵

波雷因、德克因、威尔浮三种化学灌浆材料为双液浆材, 注浆时两种组份按1∶1的比例进行混合, 所以这三种灌浆材料的施工设备可采用专用配套设备ZBQ-5/12型风动注浆泵。ZBQ-5/12型气动双液泵以压缩空气作动力, 气控自动换向, 注浆压力可调, 最大注浆压力可达30MPa, 体积小, 重量轻。该泵可用于井下巷道快速密闭、破碎围岩注浆加固、透水岩层注浆治水等方面。ZBQ-5/12型注浆泵技术参数参见表5, 其结构装配图如图1所示, 施工工艺可分为钻孔、封孔、压注三个工序, 如图2所示。

2.2 PBQ-10/0.3气动喷涂泵

哈斯浮材料发泡方法为机械发泡, 要求采用专用施工设备与专用发泡枪进行施工。施工时, A、B液按1∶1比例混合, 压缩空气经过喷枪并在喷涂泵的泵压作用下将A、B浆液充分混合并形成泡沫, 最终喷涂到需密闭的空间。PBQ-10/0.3气动喷涂泵是喷涂作业的一种新型设备, 以压缩空气做动力, 低压喷涂。具有体积小, 重量轻, 灵活可靠, 维护简单、应用广泛等特点, 可用于井下密闭墙表面喷涂, 封闭密闭墙间隙, 也可用于井下难以进入地段, 快速进行井下抢险救灾。其性能参数如表6所示, 喷涂泵结构如图3所示。

3 结语

系列新型矿用化学灌浆材料包括波雷因、德克因、威尔浮、哈斯浮及配套工艺相关技术已在国内煤矿井下得到较广泛应用, 如邢台、峰峰、邯郸、淮南、潞安、阳泉、西山、淄博、新集、焦作、徐州等矿区近几年已开始大量应用, 为煤矿井下松散破碎围岩加固、通风控制及注浆堵水等提供了新的技术手段, 并创造了显著的社会经济效益。随着我国西部大开发和一大批重点水利水电工程的建设, 采用化学灌浆技术, 安全、快速、有效地处理各类地质灾害是一种行之有效的方法, 这些新型化学注浆材料和相关应用技术将得到不断发展。

1-封孔器2-混合器3-注浆管4-卸荷胶管5-单向阀6-气动泵7-吸浆管

参考文献

[1]严瑞瑄.水溶性高分子[M].北京:化学工业出版社, 1998.

[2]Kriekemans.Bert P.Polyurethane grout-ing for sealing leakages in tunnels[J].Geotechnical Special Publication, 1999 (90) :950～956.

[3]黄德发, 王宗敏, 杨彬.地层注浆堵水与加固施工技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.

[4]宋彦波, 马念杰.新型高聚物在煤矿生产中的应用技术[J].矿山压力与顶板管理, 2004, 21 (4) .

[5]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.

土坝劈裂灌浆技术及其工程应用 篇7

我省病险水库大多为20世纪70年代修建的土石坝, 部分坝体填筑材料为当地湿陷性黄土, 普遍存在着坝体变形、渗漏等病险。而且受当时各种条件限制, 土坝在设计和施工方面都存在不少问题, 诸多因素影响着大坝的安全稳定。主要因素有:施工时粘土心墙压实度不够, 抗渗能力降低, 发生大的沉降变形;均质土坝填筑土料粗颗粒比例大, 无防渗体, 浸润线抬高, 渗流末端, 剩余水头太大, 侵蚀坝体, 造成坝体裂缝;施工时一次铺土太厚, 层下碾压不实, 形成水平疏松层等。劈裂灌浆技术是解决土坝坝体变形稳定和渗透稳定的较好方法之一。

二、劈裂灌浆技术

土坝劈裂灌浆技术是20世纪80年代初我国首创的一项新技术, 它机理明确, 质量稳定持久, 施工速度快, 价格便宜, 比一些传统技术有很大的优越性, 自推广以来, 在已处理过的工程实践中, 取得了很好的效果。

㈠基本工艺基本工艺是沿坝轴线用压力粘性土泥浆劈开坝体, 建立垂直连续完全封闭的防渗帷幕, 充填集中漏水通道, 而且通过浆坝互压和对坝体土的湿化固结, 解决坝体的变形稳定, 弥补了原土坝设计和施工中的缺陷, 使水库正常运行。

㈡坝体劈裂灌浆中要注意下面两个主要问题

第一, 灌浆压力。灌浆压力关系到灌浆质量和可能出现的负面作用, 是设计和施工中重点关注的主要因素之一。压力浆液作为输送能量和填充料的载体, 可以实现对某些地层的渗透、穿透、充填、劈裂、挤压等作用, 以加固地基, 实现防渗和提高地基承载能力的目的。但过大的灌浆压力, 又可以发生对地基水平等方向的劈裂、抬动地基等负作用。所以根据对地基的不同要求、不同的工程地质条件, 掌握适当的灌浆压力是实现上述目的的关键。

坝体劈裂灌浆的工作条件和目的决定施工工艺不同。压力浆液在某些工程条件下的劈裂是沿某一小主应力面发生和发展的, 同时因为需要用劈裂灌浆处理的土坝坝体填筑质量一般比较差, 在多年的运行中变形量也比较大, 在河槽段沿坝轴线往往出现横向的小主应力不足或已出现拉应力, 甚至已被拉开纵向裂缝。所以压力浆液沿坝轴线垂直劈开坝体做功最小, 也最容易, 一般不会沿其他方向劈开。

从土坝坝体的梯形断面几何形状和应变应力特点可知沿坝轴线附近具有明显的小主应力面, 可以利用压力泥浆沿坝轴线劈开坝体, 构筑防渗泥墙帷幕, 解决坝体的渗透稳定问题, 不必担心由于灌浆压力使用不当而造成的负作用。相反应当通过灌浆工艺等措施形成能够施加更大灌浆压力的条件, 尽可能地加大灌浆压力, 提高压力泥浆对坝体土的压密、充填、渗透等效果, 对于提高劈裂灌浆质量是有利的。如在注浆管的上部周边加阻浆塞, 或在注浆管的下部某一高程下套管, 阻止压力泥浆沿注浆管外壁上升, 实现首先在坝体的下部劈开。也可以在水库蓄水高水位情况下施工, 利用水的附加荷载以利加大灌浆压力等。

由于劈裂灌浆的主要任务除构造沿坝轴线的防渗泥墙帷幕之外, 还要通过压力泥浆在坝体内的劈裂挤压和湿化固结变形, 调整已经发生的坝体内各土区的不均匀应变应力, 使其应力再分配。坝体内各土区之间的应力调整水平与灌浆压力的大小是直接相关的。灌浆压力越大, 对原坝体不均匀应力土区的劈裂挤压越充分, 越有利于各土区应力水平的降低, 对坝体的变形稳定越有利。在整个灌浆期, 同一个灌浆孔, 随着复灌次数的增加灌浆压力过程线是多峰的, 具有陡升陡降的性质。以各个峰值作比较, 如果原坝体质量较好, 初灌时的起裂压力是最大值, 一旦坝体被劈开, 尤其是劈开坝顶之后, 会长期维持低压, 甚至是负压, 再想增大灌浆压力已不可能;对于较疏松的土坝, 即使初灌, 起裂压力峰值也很小, 经过若干次复灌, 几个月甚至半年之后, 因小主应力得到了补充, 浆体得到了一定的固结硬化, 复灌的起裂压力有增大的趋势, 但也不会太大。要注意注浆管下端因淤积, 堵塞浆路, 起裂压力会很大, 不应计入正常的灌浆压力。

总结劈裂灌浆的经验, 由于土坝坝体的特定条件, 起始劈裂灌浆压力不会很大, 能形成对坝体发生危害的灌浆压力和条件几乎不存在。劈裂灌浆期间, 灌浆压力的观测主要有起始劈裂压力、运行压力、屈服压力等, 前两种压力的观测可以判定坝体质量或灌浆过程中出现的特殊情况, 以利及时进行处理, 有利于提高灌浆质量。屈服压力针对试验坝, 在特殊情况下出现, 正常劈裂灌浆施工中一般不会出现。

第二, 劈裂灌浆期间的坝体裂缝和位移。劈裂灌浆期间如出现裂缝和位移, 多数情况起负面效应, 不允许出现。土坝的变形和裂缝是由于大坝在填筑时达不到压实度的要求, 发生了大量的不均匀变形而引起的, 是不可避免的。土坝劈裂灌浆技术可以通过压力泥浆在坝体内的劈裂、挤压、渗透、充填和析水湿化固结, 使坝体在短时间内 (半年左右) 加速沉降变形。使弱应力破坏的土区充分开裂, 坝体土的拉应力得到充分释放, 弱应力得到压力泥浆的补充, 应力水平大大降低, 使其大坝在今后运行中不至再发生变形破坏。

坝体各土区之间的不均匀变形是两方面的原因引起的:一是大坝在填筑期间多是分区和分期分层填土, 在施工管理期间出现的不均性, 引起不同的沉降、水平变形和变形差;二是大坝在河槽段和岸坡段或在横断面上的坝顶和边坡部分各土柱的高度不同, 总变形量不同, 会产生不同的应变差, 相邻土柱的高度差越大应变差也越大。

从大坝的纵剖面分析, 河槽段纵向变形比较稳定, 岸坡段, 尤其是比较陡的岸坡段, 因为相邻土柱高差大, 应变差也比较大, 容易产生沿坝轴线的纵向拉伸, 发生横向裂缝;河槽段、坝顶和边坡比较, 土柱的高差比较大, 引起横向的应变差和应力差, 容易产生纵向裂缝。上述变形和裂缝大部分在大坝填筑期间和竣工后一年之内大量发生, 有些填筑较疏松的坝, 在大坝竣工若干年之后, 填土的密实固结度仍达不到土体变形稳定的要求, 每年仍有一定的变形, 当逐年累计的应变差达到一定的量, 会陆续产生裂缝或塌坑。上述类型土坝, 在劈裂灌浆期间由于压力泥浆的劈裂挤压湿化沉降, 在短时间内发生了大量的变形和应变差, 也会产生大量的裂缝。这些变形和裂缝本来会在今后大坝的多年运行期间逐年相继发生, 而劈裂灌浆能促使大坝的变形和裂缝, 在短时间内有计划的安全的完成, 避免了今后大坝在运行期间因不均匀变形产生裂缝, 危及大坝安全。

劈裂灌浆期间土坝坝体一般都发生两个方向的位移, 即垂直方向的沉降和坝坡水平方向的位移。沉降:原坝体越疏松, 沉降量越大, 坝体越高的部位沉降量也越大。沉降的原因是压力泥浆在疏松的坝体土中挤压、析水湿化固结, 使原坝体土压密, 增加了压实度, 减少或基本杜绝今后坝体的沉降变形;水平向位移:多表现在坝肩和岸坡段, 劈开横向缝之后局部的纵向水平位移和沿坝轴线劈开坝体之后, 坝坡的横向水平向位移。产生的原因是压力泥浆沿坝轴线劈开坝体, 所劈开裂缝的厚度除一部分转换成压缩了泥浆脉两边的坝体土的变形外, 其余部分则推动了坝体边坡的位移。停灌后, 坝体边坡回弹压缩泥浆, 促使泥浆的排水固结和压密, 经多次复灌, 形成了坝坡水平向的多次正负方向的位移, 产生了反复的浆坝互压过程。使泥浆脉及附近的坝体土得到了压密, 构筑成了泥浆脉和压密了的坝体土的联合防渗带, 其渗透系数比原坝体土降低3个～5个数量级, 保证了坝体渗透稳定。在灌浆期间, 坝坡的总位移量多为正位移, 终灌以后, 坝体有半年时间以上的回弹, 最终是以负位移结束。坝顶沉降, 坝坡向内位移, 坝体缩小, 坝体土在泥浆脉影响范围约12m左右以内压实度提高。为了防止负面效应, 灌浆期间严格控制每次灌浆时的水平位移量不超过2m。

三、工程应用

某水库为均质土沙混合坝, 1972年建成, 后又加高4～7m, 填土为粉质壤土和粗沙砾石, 坝基为第三系红沙岩, 属不透水地基。现坝顶高程156.5m, 最大坝高25.5m, 坝长1043m, 坝顶宽7m, 前坡比1:3～1:2.5, 后坡比1:2.5～1:2。15m坝高以下填土为重粉质壤土或重粉质粘土, 以上为粗沙砾石。限于当时的形势和条件, 用拖拉机碾压, 土体干容重在1.43t/m3～1.5t/m3, 折算成压实度为0.85。尤其是1151.5m高程以上坝体不能挡水。自大坝建成到1976年出现大量纵横向裂缝, 1973年在高程1144m～1151m之间坝前后坡护坡石发生4200m2隆起和塌陷。1974年6月在桩号0+300坝顶后肩钻孔安测压管时, 钻孔一直失浆失水, 在坝前出现长23m, 宽3cm～4cm的纵向裂缝, 而且在钻孔时又有掉钻现象。自1972年竣工至1978年6年间, 在桩号0+200坝段累计沉降量达1.78m, 沉降比大于8.39%, 坝后浸润线出逸点普遍超过设计高程, 在高程1146m以下几乎全部都出现散浸, 坝后一片沼泽, 为此, 水库基本停止蓄水。经勘察大坝的破坏机理是由于填土疏松引起的变形破坏和渗透破坏。

设计拟定多个大坝治理方案, 但分歧较大。混凝土防渗墙方案, 造价太高, 不能解决坝体的变形稳定, 弃坝方案又不现实, 经综合比选最后选定劈裂灌浆方案。其主要步骤与设计要求包括如下方面。

㈠布孔根据坝体隐患性质、病害程度、产生部位等, 布置孔位和孔深。一是有利于坝体内土体的应力调整, 解决变形稳定问题, 二是要重新建立防渗帷幕, 解决坝体的渗透稳定。为此在坝轴线设主排孔, 孔深至坝底, 在主排孔两边各1m设付排孔, 孔深相当于坝高的2/3, 在付排孔两边各设一排充填灌浆孔, 孔深7m。主付排孔孔距一序为20m, 二序为10m, 三序为5m, 充填灌浆孔距为2m, 坝顶平面为梅花型布孔。

㈡制浆为纯粘土浆, 其组成为粘粒含量29%, 沙粒含量10%, 其余为粉粒。泥浆比重为:初灌1.3t/m, 复灌1.4t/m～1.5t/m。

㈢主要灌浆工艺主排孔沿坝轴线布置;孔底注浆, 全孔灌注;先灌主排孔, 后灌付排孔;少灌多复;七控制等。

㈣沿坝轴线布置主排孔一是此处为小主应力面, 容易劈开, 能够营造泥墙防渗帷幕;二是坝轴线附近, 由于坝体的不均匀变形是坝内弱应力破坏最严重的地方, 通过浆坝互压小主应力得到充分调整和补充, 尽快解决坝体内沿坝轴线土体的变形稳定。

㈤孔底注浆, 全孔灌注自注浆管注入的压力泥浆, 自管底喷出, 沿注浆管壁上升, 至接近坝顶的阻浆塞, 当灌浆压力大于水平向的小主应力加土体抗拉强度时, 在小主应力最小的坝体部位首先劈裂。贺庄坝, 因土体疏松, 在主排孔注浆时孔口压力为负值, 由泥浆柱的作用力, 坝体就被劈开。孔口压力在第三次复灌以前皆为负值。当坝体被劈开之后, 由于尖楔效应, 劈裂缝会迅速向水平方向沿坝轴线向孔的两边发展, 同时向上下扩展。

㈥先灌主排孔, 后灌付排孔有利首先形成以主排孔为主的防渗帷幕, 同时解决危害坝严重部位的变形稳定。

㈦少灌多复即控制每次的灌浆量, 经多次复灌, 达到一定的设计指标方可终灌。能够达到三个目的。一是通过灌浆—停灌—灌浆—停灌的多次反复, 可以充分发挥浆坝互压的效果。二是通过每次较少的灌浆量, 形成较薄的浆脉, 有利于浆体的排水固结。三是坝体内的应力调整需要压力泥浆在坝体内的劈裂、挤压、充填和湿化固结变形, 需要一个相当长时间的反复过程。

㈧七控制一是为了维持或增加灌浆压力, 尽量保持坝顶以下一定厚度的阻浆盖, 通过孔底注浆, 控制在第三次复灌前坝顶不被劈开。二是当坝顶被劈开后, 每次灌浆在坝顶所劈开的裂缝宽度不得大于2cm。三是每次灌浆停灌之后24小时坝顶裂缝的回弹比 (裂缝回弹量/裂缝张开量) 一般为1.0～0.5, 当回弹比小于0.5时, 附近的灌浆孔即可终灌。四是坝肩位移, 每次灌浆前后, 坝肩都要发生向上下游的位移, 每次的最大位移量不得超过2cm。五是每次灌浆的时间间隔, 用插入浆脉的孔隙压力测头控制, 当固结度大于80%时, 才允许下次复灌。六是控制冒浆, 临终灌时浆液面可以齐坝顶, 但不要冒出, 对坝坡上的冒浆口, 可堆沙反滤, 或通过连续灌浆—冒浆—停灌的方法, 一般三次灌浆后即可不再冒浆。七是终孔, 完成设计的灌浆量不能作为终孔标准。因为坝体吃浆量与坝高、坝体质量等有关, 设计人员很难判断准确。应以浆液面至坝顶, 停灌24h, 抽出析水, 再灌注, 连续三次, 直至浆液面基本不再下沉, 用干土封顶, 终孔完毕。