钻孔灌浆工程

 钻孔灌浆工程

1.1 工程概况

顺昌洋口水电站的挡水建筑物由左右岸重力坝及接头、河床式厂房、泄水闸坝及船闸上闸首组成。本工程的基础处理由砼工程的岩基处理及右岸坝肩接头的软基处理组成。

坝址地基性主要为前震旦系建瓯群麻源组深灰、灰黑色云母石英片岩。整个基础处理工程包括：固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆及钻排水孔。基础处理施工顺序以先固结灌浆、后帷幕灌浆、最后打排水孔依次进行。接触灌浆选在低温季节待接触面张开后再灌。基础灌浆和排水孔工程量见图表1。

图表1             基础灌浆和排水孔工程量表

名称

部位	固结灌浆(m)		帷幕灌浆(m)		接触灌浆 (m2)	排水孔 (m)
	钻孔	灌浆	钻孔	灌浆
左右岸重力坝及接头工程	606	454	1344	1149		355
泄水闸工程	4073	2985	1272	954		1559
发电厂房工程	3573	2144	7	543	158	822
船闸上闸首工程	190	158	127	95	0	75
合  计

坝址右岸坝肩接头地层土坝的基础为右岸二级阶地和低丘陵，覆盖层主要为第四系覆盖层，基础为砂质粘土层下卧砂卵石层岩性。整个基础处理工程为：D600＠500单管高压水泥旋喷桩，桩长13m。基础处理工程量为：D500单管高压水泥旋喷桩819m。

1.2 施工准备

1.2.1 设备、材料选用

1、 设备：根据本工程固结灌浆和排水孔的施工特性，选择ROC712型液压钻机和01-30型手风钻，手风钻机配17m3/min移动式空压机。帷幕灌浆钻孔采用SGZ-IB型地质钻机，采用金刚钻头钻进。灌浆机选用SGB6-10型灌浆机，配置JJS-2B型双层立式搅拌机。

2、 水泥：固结、帷幕灌浆采用的水泥标号不低于R32.5，坝体接缝灌浆水泥标号不低于R42.5。水泥必须符合规定的质量标准，需新鲜无结块，出厂期超过三个月的水泥不得使用。

3、 水：灌浆用水应符合JGJ63-第3.0.4条的规定，制浆水的温度不得高于40℃。

4、 掺和料和外加剂：若因工程需要加入掺和料和外加剂需经监理人批准，其掺入量应通过试验确定，试验成果应报送监理人，各种掺和料和外加剂质量应符合SL62-97第2.1.6～7条规定。

1.2.2 风、水、电布设

供风采用移动式空压机，可随工作面的移动而转移，钻孔和灌浆使用的水从生产水池中通过相应的管道引至工作面。所用电源应单独从变压器接出。

1.2.3 施工前人员培训

开工前，做好技术交底及所有施工人员的上岗培训工作，经考试合格后的人员才允许上岗，加强全体职工的质量意识和安全意识教育，对施工过程进行全面质量、安全管理。

1.2.4 灌浆试验

根据监理人的指示和《技术条款》之规定，选择与永久性主体工程基础岩石条件相似的地区进行灌浆试验。编写灌浆试验大纲报监理人批准。试验结束后，将试验结果报告监理人审批。

1.2.5 施工申请

进行主体工程基础钻孔和灌浆施工前，按规定要求，向监理人提交包含施工措施计划等施工申请报告，送监理人审批。经审批后进行相应的钻孔和灌浆施工。

1.3 施工方法及技术要求

1.3.1 固结灌浆

固结灌浆以有盖重灌浆为主，利用砼跳块浇筑穿插进行，对于个别坝段固结灌浆与砼浇筑有冲突时或两岸边坡固灌，可采用预埋灌浆管法和无盖重灌浆法施工。施工中应加强观测，防止砼发生抬动，观测仪器采用千分表。

1、 钻孔：钻孔按照设计图纸进行测量放样，造孔采用ROC712型液压钻和QY-26型手风钻进行。孔向一般为垂直孔，但在陡坡、断层等位置可视情况布成斜孔，钻孔直径为φ75～φ55mm。孔底偏差不大于1/40孔深。

2、 冲洗及压水试验

(1) 选用φ20mm管接高压水冲洗，将孔内残碴冲干净，并测定孔深。

(2) 冲洗结束后再用灌浆机进行压力洗孔，洗孔压力为该段灌浆压力的80%，采用脉动式轮换冲洗，见回清水10min即可结束。

(3) 选择具有代表性的5%孔进行单点法压水试验，其压力为灌浆压力80%，吸水量稳定标准为10%，稳定时间为30min。

3、 灌浆及封孔

(1) 全孔采用一次性灌注，灌浆分二序次进行，即先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔；如图表-2所示。

图表-2                灌浆分序示意图

     

●	a	○		●		○		●		○——Ⅰ序孔
2b	●		○		●		○			●——Ⅱ序孔
●		○		●		○		●		a——孔距
	●		○		●		○			2b——排距

(2) 灌浆材料采用标号为R32.5以上普通硅酸盐水泥，水泥需新鲜无结块。

(3) 灌浆水灰比应遵循由稀到浓的原则，开灌水灰比为5:1，以后按规程规范以3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等7个比级逐渐变化，非特殊情况一般不采用0.6:1以下比级。

(4) 水灰比改变原则：当灌浆压力保持不变，注入量持续减少时，不得改变水灰比，当某一级浆液的注入量已达300L以上，而注入率均无改变或变化不明显时，应改浓一级，当注入率大于30L/min时，可视具体情况越级变浓。

(5) 结束标准：在某一浓度和规定压力下，当注入率小于0.4L/min时持续30min即可结束。当注入率小于1L/min时，持续60min即可结束，孔口采用1:1水泥砂浆进行封孔。

1.3.2 帷幕灌浆

根据设计图纸，本工程帷幕灌浆中心线在坝下0+2.0m。根据施工总进度安排，闸坝帷幕灌浆在砼浇筑至EL104.0m后进行；厂房帷幕灌浆安排在砼浇筑至EL93.133m后进行；船闸上闸首帷幕灌浆安排在砼浇筑至EL102.00m后进行；左右岸挡水坝段帷幕灌浆安排在砼浇筑到一定高程后进行。

1、 钻孔

按照设计图纸，对孔位进行测量放样，并统一编号，采用逐渐加密法分两序施工，采用自上而下分段钻进，每段钻进结束进行洗孔、压水、灌浆，再加深一段……直至终孔。接触段采用φ76金刚石钻进，段长为深入基岩1.5m。以下采用φ76金刚石钻头逐段加深。

为确保钻孔质量，开钻前应把钻机调平，使孔位、立轴、游车前缘在同一直线上，开钻时采用慢速低压钻进。钻孔过程中每段采用KXP-1测斜仪进行孔斜测量，发现偏斜及时纠正，把钻孔偏差严格控制在标书规定范围内；如图表3。

图表3               帷幕孔孔底偏差值

孔深m	20	30	40	50	60
最大允许偏差值m	0.25	0.5	0.5	1.15	1.5

2、 钻孔的冲洗及压水试验

每段钻进结束后，通过钻具用高压水将孔内沉砂冲洗干净，并测定实际孔深。再用灌浆机进行压力洗孔，其洗孔压力为灌浆压力80%，以高低压脉动式轮换冲洗，直至回水澄清，再延续20min结束。

选择第Ⅰ序孔的25%孔数作为先导孔逐段进行单点法压水试验，Ⅱ序孔选择10%孔数进行压水试验，压力为该段灌浆压力80%，大于1MPa采用1MPa，吸水量稳定标准10%，稳定时间一般灌浆段为30min，检查孔为60min。

3、 灌浆施工

(1) 灌浆方法：采用自上而下、孔内循环法逐段灌浆，灌浆管下至距孔底0.5m，当吸浆量较小时，一般不待凝连续分段循环灌浆。当吸浆量较大时，需待凝24h以上再继续往下加深，有地下水孔段需采用闭浆处理。

(2) 灌浆段长：接触段为钻进基岩1～2m，以下孔段长度一般控制在5～6m，当地质条件较差时应尽量缩短灌浆段长。

(3) 灌浆压力：按设计图纸或监理人指示执行。

(4) 浆液浓度选用：帷幕灌浆的浆液浓度应遵循由稀变浓逐级变换的原则。开灌水灰比5:1，以后按操作规程要求以3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1逐级变浓。

(5) 水灰比改变原则：当某一比级浆液的注入量已达300L以上，而灌浆压力和注入量均无改变或改变不明显时，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。

(6) 灌浆结束标准：在规定压力下，当注入量≤0.4L/min时延续60min，当注入量≤1L/min时延续90min即可结束。

(7) 封孔：在全孔灌浆结束后，应及时做好封填工作，封孔采用机械灌浆法，灌浆水灰比为1:1、0.8:1。达到结束标准后延续1h，待凝2天后把孔口积水排干，然后通过人工用1:1水泥砂浆填满密实。

1.3.3 接触灌浆

1、 采用钻孔预埋管路方式进行。根据设计图纸分区进行，各种管路根据现场情况引至无后续施工影响的部位，并做好编号和记录。

2、 接触灌浆施工

(1) 灌前应先查清各灌区的密封情况，检查管路是否畅通，尔后用压力水进行脉动式冲洗，直至各管口回清水后15min结束。

(2) 灌浆采用R42.5普通硅酸盐水泥，注浆方式采用循环式灌浆。

(3) 灌浆水灰比采用3:1、1:1、0.6:1或1:1、0.8:1、0.5:1三个比级。

(4) 灌浆压力一般在0.1～0.2MPa之间。

(5) 结束标准，在规定压力下，灌浆管停止吸浆或吸浆量≤0.4L/min即可结束。

1.3.4 排水孔

排水孔施工应在周围20m范围内基础灌浆全部结束，且对其质量进行检查，并确认质量合格后方可进行。钻孔采用液压钻或手风钻进行，成孔后根据设计要求做好孔口装置。

1.3.5 单管高压水泥旋喷桩

1、 施工原理

根据设计要求，单管高压水泥旋喷桩采用单排孔高压旋喷施工，采用双喷嘴单墙连接，夹角60°分二序喷灌。

高压旋喷原理，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设施使浆液成为20MPa左右的高压流从喷嘴射出来，冲击破坏土体。当能量大、速度快和脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来。

高压旋喷时，只做水平固定向喷射，并逐渐向上提升，在土中冲成一条沟，并把浆液灌进槽中。从土体上剥落下来的土粒，一部分随水流带出地面，其余的颗粒与浆液搅拌混合，经过一段时间凝结，最后形成一个板状固结体。各相邻板块连成一体形成一闭合帷幕，可阻止地下水流通过，提高基础抗渗能力。

2、 浆液配合比

注浆材料选择与配方：坝肩基础开挖到砂砾土，采用水泥浆与砂砾土混合可以得到较高的强度，因此拟采用R42.5普通硅酸盐水泥浆，水灰比为1:1～1:1.5，固体28天抗压强度可达到1.0～20MPa。由于旋喷桩施工受地下水流影响，浆液易被冲蚀而不固结，为此拟在浆液中加入早强剂，早强剂选用氯化钙，掺量为水泥用量的2～4%。

3、 施工工艺

(1) 钻机就位：将钻机安装在设计孔位上，使钻头对准孔位中心。同时为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，必须作水平较正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。

(2) 钻孔：钻孔的目的是要将旋喷注浆插入预定地层中，选用75型旋转震动钻机，钻到设计标高，深入相对隔水层50cm。

(3) 插管：将旋喷注浆管插入地层预定深度，校正好喷射角度。本工程采用75型钻机插管与钻孔两道工序合二为一，孔钻完毕，插管作业即完成。

(4) 喷射作业：当喷管插入预定深度后，由下至上进行喷射作业，值班技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间，注浆流量、压力、提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。当浆液初凝时间超过20小时时，应及时停止使用该水泥（正常水灰比1:1时，初凝时间为15小时）。高压喷射注浆参数见表图表4。

图表9-4             高压喷射注浆参数表

浆液			注浆管外径mm	提升速度 mm
压力Mpa	流量L/min	喷嘴孔径/个数
20	80～120	φ2～φ3/2个	φ42或φ45	20～25

(5) 冲冼：当喷射提升到设计标高后，喷射注浆即结束，施工完毕应把注浆等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便泥浆泵、注浆管软管内的浆液全部排出。

(6) 移位；移动机具，把钻机等机具设备移到新的孔位上。

(7) 喷射注浆操作要点：

a. 喷射注浆前要检查高压设备管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。注浆管及喷嘴内不得有任何杂物。注浆管接头密封必须良好。

b. 垂直施工时，钻机的倾斜度一般不得大于1.5%。

c. 在插管和喷射过程中，要注意防止喷嘴被堵，在拆卸或安装注浆管时，动作要快。浆液的压力和流量要符合要求，否则要拔管清洗再重新进行插管喷射注浆。使用双喷嘴时，若一个喷嘴被堵，则可采用以重复喷方法继续施工。

d. 喷射时，要做好压力、流量和冒浆量的量测工作，并要求逐项记录。钻杆的提升必须连续不中断。

e. 搅拌水泥浆时，水灰比要按设计规定，不得随意更改。在喷射过程中应防止水泥浆沉淀，使浓度降低。禁止使用受潮或过期水泥。使用的水泥要有出厂合格证，并经检测合格后方可使用。

f. 施工完毕，立即拨出注浆管，彻底清洗注浆管和注浆泵。管内不得有残存水泥浆。

(8) 安全操作注意事项：

a. 高压泥浆泵：首先必须认真全面检查和清洗干净，防止泵内有残渣和铁屑存在，各类密封圈必须完整良好，无泄漏现象。安全阀中的安全销要进行试压检验，必须确保达到规定最高压力时，才能断销卸压，决不能轻易安装未经试压检验的自制安全销，以免安全销不起安全作用。指定专人司泵。压力表应定期检修，保证正常使用。下班前泵内必须清洗干净。高压泵司机和钻机司机、浆液搅拌组等都要密切联系配合协作，一旦发生故障，应及时联系停泵停机，及时排除故障，并做好运转情况记录，以备后复查分析。

b. 钻机：司钻人员应具有熟练的操作技能并了解旋喷注浆全过程和钻机在旋喷注浆的作用。钻孔的位置须经现场技术负责人确认，经确认无误后方可开钻。

c. 浆液搅拌桶和贮浆桶：不得使用受潮结块或已过期变质的水泥。外加剂应专门存放，浆液配比要符合要求，并根据搅拌桶贮桶容积事先计算好分格容量和每根板桩固结体需要量，搅拌浆液必须在各种机具设备试运转检查完毕后，并待钻机钻进至设计深度时，才能开始，以防止机具设备因故障而浪费浆液。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有滤网进行过滤，过滤网要小于喷嘴直径的1/2为宜。

d. 高压胶管：使用时，如超过压力范围，则会显著的降低其使用寿命。此外，若软管极端弯曲，将明显影响耐压效率，产生早期疲劳损坏，故使用时，不应小于规定的最小弯曲半径。

1.4 质量检查及质量保证措施

1.4.1 固结灌浆质量检查

在坝块固结灌浆结束7d内，向监理人提供全套灌浆资料报请审核，并按监理人指定的位置和方法对坝块固结灌浆施工质量进行检查。

检查孔按监理人的指示布设，并按《技术条件》之相应要求进行钻孔的取芯、压水试验等施工操作。检查结束后，按要求进行灌浆和封孔。

固结灌浆质量主要检查方法如下：

1、 采用测量岩体波速和静弹性模量，并结合分析灌浆孔和检查孔的钻孔取芯以及压水试验和灌浆成果为辅的方法进行综合评定。

2、 采用单点压水试验方法进行检查，其检查孔数量不少于灌浆孔总数的5%。

3、 采用压水试验、岩体波速、静弹模量法进行质量检查应分别在灌浆结束后3～7d、14d、28d进行。

4、 固结灌浆质量的压水试验检查，其孔段合格率应在80%以上，不合格孔段的透水率不超过设计规定值的50%，且不集中，则灌浆质量认为合格。

对于检查后质量达不到要求的固结灌浆部位，我们将按设计及监理人的要求进行补灌，直到符合验收标准为止。

1.4.2 帷幕灌浆质量检查

段长要求：大坝基础帷幕灌浆的质量检查，以钻孔压水试验成果为主，结合有关灌浆作业和钻孔取芯资料等进行综合评定。所有帷幕灌浆检查孔进行压力试验的孔段长度均为5m，但在基础的接触带在2m。检查结束后，质量检查孔按灌浆孔的要求进行灌浆和封孔。

帷幕灌浆检查内容和方法如下：

1、 帷幕孔质量检查应以分析检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取岩芯资料、灌浆资料和测试成果等评定其质量。

2、 按监理人指示布置检查孔，其钻孔位置应选在：

(1) 帷幕中心线上；

(2) 岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位；

(3) 注入量大的孔段附近；

(4) 钻孔偏斜过大的部位；

(5) 灌浆质量不正常以及分析认为帷幕灌浆有问题的部位。

3、 帷幕灌浆检查孔压水试验应在该部位灌浆结束24天后进行。

4、 帷幕灌浆检查孔应按规定采取岩芯。

5、 帷幕灌浆的封孔质量应逐孔检查。

6、 帷幕压水试验合格标准：坝体砼与基岩接触段及其下一段的合格率应为100%；再以下各段的合格率应为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，则灌浆质量为合格。

封孔：所有帷幕检查孔，在检查结束后用压力水或压缩空气将孔内积水和污物冲洗干净，然后按灌浆孔的要求进行封孔至密实。

1.4.3 单管高压水泥旋喷桩质量检查

1、 测量定位：旋喷桩的位置应严格按照设计图纸进行定位，并在现场设置木桩等定位标志，中心允许误差应不大于5cm。

2、 浆液配合比：浆液配合比应根据代表性区段的试验成果确定，并根据确定的试验成果，制定详细的施工操作规程，严格按规程施工。

3、 钻孔垂度及深度：钻机及喷射机组就位后，采用垂度仪等测量手段，保证立轴或转盘与孔位中心对正,成孔偏斜率不大于1.5%。钻孔深度达到设计位后应经现场监理工程师确认后，才可进入下一道工序。

4、 高压注浆设备的压力和注浆量应符合设计图纸的要求，并保证管路的畅通和密封，施工过程应连续，喷射作业不得停喷或中断，因故停喷，喷射施工恢复前应将喷头下放30cm。

5、 喷射过程中，经常检查泥浆泵的压力，浆液的密度、流量，钻机转速及耗浆量等，施工过程中根据监理工程师的指示采集冒浆试样，其中主要地层冒浆试件的数量不少于6组。

6、 高压喷射注浆固结体的强度、透水性以及溶蚀和耐久性能的质量检查按施工图纸的要求选用开挖检查、荷载试验和压水试验的办法，并符合YSJ210-92、YBJ43-92第4.0.1条至4.0.3的规定。

7、作业过程中应严格填写现场操作的原始记录，做到全过程的控制。并从数据过程中进行数理分析，从而控制施工质量。

1.4.4 质量保证措施

开工前做好技术交底和技术培训，经考试合格后才准予上岗。加强质量意识教育，进行全面质量管理。一丝不苟地按照图纸、文件、规范及操作规程进行认真施工。

浆灌原始记录，做到数据资料真实、准确。

用计算机对资料进行及时整理、分析，绘成图表，对施工技术及时总结，以指导施工的顺利进行，并定时向监理单位呈报施工质量月报。

施工中做到服务至现场，每班有质检人员。严格执行“三检制”，上道工序未完，下道工序绝不施工。一旦产生质量隐患，及时采用补救措施。

施工中，若出现异常情况或设计条件不符时，及时报告监理单位，请求指示。

单元工程施工结束，及时申请单元验收。在验收前呈报全套钻孔、灌浆及观测资料和检查成果。

灌浆工程竣工后，向验收小组或验收委员会申请验收，并呈报全部钻孔、灌浆、测试资料、成果资料、工程质量报告、工程竣工报告和技术总结等。当验收有异议时，及时进行处理，直到验收合格为止。

1.4.5 机械设备配置和施工组织

1、 主要施工机械设备见图表5。

图表5               主要施工机械设备表

序号	设备名称	型号	单位	数量	备注
1	液压钻	ROC712	台	1
2	手风钻	TY-26	把	10
3	压风机	17m3/min	台	1
4	地质钻	SGZ-IB	台	3
5	灌浆泵	SGB6-10	台	2
6	拌浆机	JJS-2B	台	2
7	测斜仪	KXP-1	台	1
8	电焊机	300型	台	1
9	高压泥浆泵	BW-150	台	2	旋喷桩施工
9	钻机	TXV75型	台	2	旋喷桩施工

2、 施工组织机构见图表9-6。

图表9-6              施工组织机构图

施工人员配置：风钻工8人；液压钻机手2人；钻灌工8人；配合工16人。