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灌浆的种类及施工工艺

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2020年4月19日
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灌浆的种类及施工工艺
［ 作者：佚名    转贴自：深圳补漏网    点击数：136    更新时间： -12-26 ］

一、灌浆的概念和分类
1． 概念
★灌浆——是将一定比例的浆液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。
2． 分类
★水利工程中的灌浆（1）按其目的不同可分为：固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆、接缝及补强灌浆、劈裂灌浆、高压喷射灌浆等。（2）按其所用的材料不同可分为：水泥灌浆、粘土灌浆、化学灌浆和沥青灌浆。
二、灌浆材料
1． 水泥灌浆
★水泥灌浆的优点是：胶凝性好，结石强度高，施工方便，成本较低，故得到广泛应用。
2． 粘土灌浆
3． 化学灌浆
★ 化学灌浆——多是用高分子材料配制成的溶液作为浆液的一种新型灌浆。浆液灌入地基或建筑物裂隙中，经凝固后，能够达到较好的防渗、堵漏和补强加固的效果。
★常见的化学灌浆材料有：（1）环氧树脂；（2）水玻璃；（3）铬木素；（4）甲凝；（5）丙凝；（6）聚氨酯浆液。
三、岩基灌浆
1． ★岩基灌浆的分类及其目的
（1） 固结灌浆
目的：是将坝基裂隙岩石胶结起来，提高其整体性、均匀性和承载能力。其涉及的平面范围大，孔深一般为5～10m。
（2） 帷幕灌浆
目的：是在坝基偏上游部位进行1～3排深孔灌浆，充填和胶结裂隙，构成一道不透水的帷幕，达到减少坝基渗漏和降低坝底扬压力的目的。
（3） 接触灌浆
目的：是在坝体与岩基的结合面上进行灌浆，加强结合，提高坝体的抗滑稳定性，防止岩面集中渗漏并增加岩基表面的固结强度。
2． 灌浆施工的基本工序
★灌浆施工分为钻孔、冲洗、压水试验、灌浆四个工序。
（1） ★钻孔
（2） ★冲洗
（3） ★压水试验
★灌浆前进行压水试验，其目的是：经过单位吸水率的测定了解岩层的渗透性能（裂隙情况和漏水量大小），为岩基的灌浆设计施工提供依据。
（4） 灌浆施工
1） 灌浆设备
2） ★钻灌顺序
遵循“分序加密”原则。
3） ★灌浆方法
①按照灌浆时浆液是否部分近回地面和重复使用，灌浆可分为：纯压式灌浆和循环式灌浆两种。
②按照灌浆顺序，灌浆方法可分为：全孔一次灌浆法、自上而下分段灌浆尖、自下而上分段灌浆法和综合灌浆法。
4） 灌浆压力
5） 浆液浓度控制
★灌浆过程中，必须根据吸浆量的变化情况及时地调整浆液的浓度。稀浆流动性好，但会扩散到灌浆范围外，造成浪费，而且凝固时收缩大，水泥结石与岩石缝面脱开，防渗和固结质量降低稠浆流动性差，扩散范围小，细小裂缝灌不进去，但凝固时收缩小，与缝面粘结好，防渗、固结质量相对提高。
★灌浆过程从稀浆开始，使细裂缝首先灌满，而后逐级变浓，充填更大的裂隙。这种由稀到浓的变换方式，灌浆的整体质量最好。
6） 灌浆结束
★在规定的灌浆压力下，当所灌孔段在30min内（帷幕灌浆自上而下采用60min），吸浆量一直小于0.4L/min，即可结束这一段的灌浆。整个孔结束灌浆后，要用水泥砂浆封孔。
四、地基高压喷射灌浆
1． 地基高压喷射灌浆的分类
★ 按射流介质不同，高压喷射灌浆可分为：
（1）★单介质喷射
单介质喷射——亦称为单管喷射，它直接将浆液经过水平喷嘴喷射灌入地层。
（2） ★双介质喷射
双介质喷射——亦称双管喷射，它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，搅拌作用更为强烈。
（3）★三介质喷射
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、冲切搅拌地层，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入冲切范围。由于气包的是水，粘度低，比双介质喷射的气包浆受到的摩阻力小，因此冲切距离更大。
（4）★多介质喷射
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，能够浆、气、粉喷射，亦可水、气、粉或水、气、粉、浆喷射。
当前，高压喷射防渗板、墙施工基本采用三介质喷射法。
2． 地基高压喷射灌浆的施工工艺
施工流程为：定孔--→钻孔--→下喷射装置--→制浆--→喷射--→旋转、定向、摆动及提升--→成桩、成板或成墙。

一、灌浆分类
（一）按灌浆材料分类
按浆液材料主要分为水泥灌浆、黏土灌浆和化学灌浆等。
（二）按灌浆目的分类
按灌浆目的分为帷幕灌浆、固结灌浆、接触灌浆、接缝灌浆和回填灌浆等。
1．帷幕灌浆。帷幕灌浆是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成防水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。
2．固结灌浆。用浆液灌入岩体裂隙或破碎带，以提高岩体的整体性和抗变形能力的灌浆。
3．接触灌浆。经过浆液灌入混凝土与基岩或混凝土与钢板之间的缝隙，以增加接触面结合能力的灌浆。
4．接缝灌浆。经过埋设管路或其它方式将浆液灌入混凝土坝体的接缝，以改进传力条件增强坝体整体性的灌浆。
5．回填灌浆。用浆液填充混凝土与围岩或混凝土与钢板之间的空隙和孔洞，以增强围岩或结构的密实性的灌浆。
二、钻孔灌浆用的机械设备
（一）钻孔机械
钻孔灌浆机械主要有回转式、回转冲击式、冲击式三大类。当前用得最多的是回转式钻机，其次是回转冲击式钻机，纯冲击式钻机用得很少。
（二）灌浆机械
灌浆机械主要有灌浆泵、浆液搅拌机及灌浆记录仪等。
1．灌浆泵
灌浆泵是灌浆用的主要设备。灌浆泵性能应与浆液类型、浓度相适应，容许工作压力应大于最大灌浆压力的1．5倍，并应有足够的排浆量和稳定的工作性能。灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵。
2．浆液搅拌机
用于制作水泥浆的浆液搅拌机，当前用得最多的是传统双层立式慢速搅拌机和双桶平行搅拌机。国外已广泛使用涡流或旋流式高速搅拌机，其转数为1500～3000r／min。用高速搅拌机制浆，不但速度快、效率高，而且制出的浆液分散性和稳定性高，质量好，能更好地注入岩石裂隙。
搅拌机的转速和拌合能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液。
3．灌浆记录仪
用来记录每个孔段灌浆过程中每一时刻的灌浆压力、注浆率、浆液相对密度（或水灰比）等重要数据。
三、灌浆方式和灌浆方法
（一）灌浆方式
灌浆方式有纯压式（图1F413021－1rt）和循环式（图lF413021－16）两种。
l．纯压式
纯压式灌浆是指浆液注入到孔段内和岩体裂隙中，不再返回的灌浆方式。这种方式设备简单，操作方便；但浆液流动速度较慢，容易沉淀，堵塞岩层缝隙和管路，多用于吸浆量大并有大裂隙存在和孔深不超过15m的情况。
2．循环式
循环式灌浆是指浆液经过射浆管注入到孔段内，部分浆液渗入到岩体裂隙中，部分浆液经过回浆管返回，保持孔段内的浆液呈循环流动状态的灌浆方式。这种方式一方面使浆液保持流动状态，可防止水泥沉淀，灌浆效果好；另一方面能够根据进浆和回浆液相对密度的差值，判断岩层吸收水泥的情况。

（二）灌浆方法
灌浆方法可分为全孔一次灌浆法、自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合
灌浆法和孔口封闭灌浆法等。
1．全孔一次灌浆
全孔一次灌浆是将孔一次钻完，全孔段一次灌浆。这种方法施工简便，多用于孔深不地质条件比较良好，基岩比较完整的情况。
2．自下而上分段灌浆
自下而上分段灌浆法是将灌浆孔一次钻进到底，然后从钻孔的底部往上，逐段安装灌浆塞进行灌浆，直至孔口的灌浆方法。如图1F413021－2。

3．自上而下分段灌浆法
自上而下分段灌浆法是从上向下逐段进行钻孔，逐段安装灌浆塞进行灌浆，直至孔底的灌浆方法。如图1F413021－3。
4．综合灌浆法
综合灌浆法是在钻孔的某些段采用自上而下分段灌浆，另一些段采用自下而上分段灌浆的方法。
5．孔口封闭灌浆法
孔口封闭灌浆法是在钻孔的孔口安装孔口管，自上而下分段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口安装孔口封闭器进行灌浆的方法。
灌浆孔的基岩段长小于6m时，可采用全孔一次灌浆法；大于6m时，可采用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法或孔口封闭灌浆法。
四、帷幕灌浆
帷幕灌浆施工工艺主要包括：钻孔、钻孔冲洗、压水试验、灌浆和灌浆的质量检查等。
（一）钻孔
帷幕灌浆宜采用回转式钻机和金刚石钻头或硬质合金钻头钻进。
钻孔质量要求有：
1．钻孔位置与设计位置的偏差不得大于10cm。
2．孔深应符合设计规定。
3．灌浆孔宜选用较小的孔径，钻孔孔壁应平直完整。
4．钻孔必须保证孔向准确。钻机安装必须平正稳固；钻孔宜埋设孔口管；钻机立轴和孔口管的方向必须与设计孔向一致；钻进应采用较长的粗径钻具并适当地控制钻进压力。
（二）钻孔冲洗、裂隙冲洗和压水试验
灌浆孔（段）在灌浆前应进行钻孔冲洗，孔内沉积厚度不得超过20cm。同时在灌浆前宜采用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止。冲洗压力可为灌浆压力的80％，该值若大于1MPa时，采用1MPa。
冲洗时，可将冲洗管插入孔内，用阻塞器将孔口堵紧，用压力水冲洗，压力水和压缩空气轮换冲洗或压力水和压缩空气混合冲洗。
帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，先导孔应自上而下分段进行压水试验，各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前宜进行简易压水；采用自下而上分段灌浆法时，先导孔仍应自上而下分段进行压水试验。各次序灌浆孔在灌浆前全孔应进行一次钻孔冲洗和裂隙冲洗。除孔底段外，各灌浆段在灌浆前可不进行裂隙冲洗和简易压水。压水试验应在裂隙冲洗后进行，采用五点法或单点法。
（三）灌浆方式和灌浆方法
1．灌浆方式
帷幕灌浆应优先采用循环式，射浆管距孔底不得大于50cm。
2．灌浆方法
帷幕灌浆必须按分序加密的原则进行。
由三排孔组成的帷幕，应先进行边排孔的灌浆，然后进行中排孔的灌浆。边排孔宜分为三序施工，中排孔可分为二序或三序施工；由两排孔组成的帷幕，宜先进行下游排孔的灌浆，然后进行上游排孔的灌浆。每排孔宜分为三序施工；单排帷幕灌浆孔应分为三序施工，如图1F13O21－4所示。

帷幕灌浆段长度宜采用5～6m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不得大于10m。采用自上而下分段灌浆法时，灌浆塞应塞在已灌段段底以上0．5m处，以防漏灌；孔口无涌水的孔段，灌浆结束后可不待凝，但在断层、破碎带等地质条仵复杂地区则宜待凝。采用自下而上分段灌浆法时，灌浆段的长度因故超过10m，对该段宜采取补救措施。
（四）灌浆压力和浆液变换
1．灌浆压力
灌浆压力宜经过灌浆试验确定，也可经过公式计算或根据经验先行拟定，而后在灌浆施工过程中调整确定。采用循环式灌浆，压力表应安装在孔口回浆管路上；采用纯压式灌浆，压力表应安装在孔口进浆管路上。灌浆应尽快达到设计压力，但注入率大时应分级升压。
灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。浆液水灰比可采用5：1、3：1、2 ：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1七个比级。开灌水灰比可采用5：1。
2．灌浆浆液变换
当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级；当注入率大于30L／min时，可根据具体情况越级变浓。
灌注细水泥浆液，可采用水灰比为2：1、1：1、0．6：1，或1：1、0．8 ：1、0．6：1三个比级。
（五）灌浆结束标准和封孔方法
1．灌浆结束标准
采用自上而下分段灌浆法时，在规定的压力下，当注入率不大于0．4L／min时，继续灌注60min；或不大于IL／min时，继续灌注90min，灌浆能够结束。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，灌浆能够结束。
2．封孔方法
采用自上而下分段灌浆法时，灌浆孔封孔应采用分段压力灌浆封孔法；采用自下而上分段灌浆时，应采用置换和压力灌浆封孔法。