基岩帷幕灌浆施工

基岩帷幕灌浆施工

灌浆实践表明，既使是优良的防渗帷幕设计，也需要通过精心的灌浆施工，才能获得理想的灌浆效果。

钻孔灌浆施工人员不仅需要有熟练的技术，还需有针对不同情况采取相应有有效措施的丰富经验，而更重要的是，钻孔灌浆施工队伍应有良好的素质和朴实的施工工艺作风。 灌浆工作一定要细致、认真；要严格地依照技术要求进行施工；原始记录一定要清楚、准确、如实地反映施工的情况和所遇到的问题；施工过程中，一定要及时整理资料，分析资料。通过施工实践，若对灌浆设计、灌浆技术要求和灌浆施工工艺有什么意见，宜主动提出，与设计和监理协商、研究，共同解决。

总括起来说，灌浆施工应做到：“严格，认真，实事求是，一丝不苟”。

第一节 灌浆的施工次序与施工方法

一、灌浆的施工次序

1．灌浆施工次序的原则

灌浆施工次序的原则是逐序缩小孔距，即钻孔逐渐加密。

逐渐加密的优点是：浆液逐渐挤密压实，可以促进灌浆帷幕的连续性和完整性；能够逐序升高灌浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液结石的密实性；根据对各次序孔的单位注入量和透水率的分析，可起到反映灌浆情况和灌浆质量的作用，为增、减灌浆孔提供论据；减少邻孔串浆现象，有利于施工。

2．帷幕孔的灌浆次序

大坝基岩防渗帷幕通常是由一排孔、二排孔、或三排孔构成，多于三排孔的比较少。

(1)多排孔帷幕的施工次序 多排孔帷幕的施工，在排序上也要遵循逐渐加密的原则。

在基岩内有地下水活动或在有水头压力的情况下，排序施工可按下述要求进行：

1)由两排孔组成的帷幕，先灌下游排，后灌上游排。

2)由三排孔或多排孔组成的帷幕，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。

在基岩内无地下水活动的情况下，对于两排孔组成的帷幕没有排序的要求，对于三排孔或多排孔组成的帷幕，应先灌两边的边排孔，最后灌中间排孔。

(2)同一排上灌浆孔的施工次序，图8-1是按三个次序孔施工的例子，也是单排孔帷幕施工的例子，其施工次序是：首先钻灌第Ⅰ次序孔，然后钻灌第Ⅱ次序孔，最后钻灌第Ⅲ次序孔。

有些大坝在灌浆帷幕线上设置先导孔，国外称之为Pilot hole，简称导孔，就是灌浆前根据对岩层预估情况，在帷幕线上每隔一定距离(多为3～4个第一次序孔距的距离或18～24m)选择一个第一次序孔兼作导孔。施工时，首先钻灌此导孔，以便了解这一范围内帷幕线上的地质条件和钻灌情况，为以后在此范围内的灌浆应采取什么样的措施提供出可靠的依据。故对导孔的钻进、压水试验和灌浆的要求，都比对一般灌浆孔的要求要高一些，孔也要深一些。导孔的布置见图8-2。

图 8-1 单排帷幕灌浆孔施工次序图 图8-2 导孔布置图 （a）第一次序；（b）第二次序；（c）第三次序 （a）导孔布设；（b）导孔与Ⅰ序孔关系 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—第一，二，三次序孔；L、L、L—第一，二，Ⅰp—导孔；Ⅰ—第一次序孔；Lp—导孔间距离；L— 三次序孔孔距；1—帷幕线；2—地面（岩石面）；3—灌浆孔） 第一次序孔距；n—两个相邻导孔间的第一次序孔数

单排帷幕灌浆孔，一般多为3个次序。第Ⅰ次序孔距多为8～12m，最终孔距多为2～3m。国外大坝单排帷幕灌浆孔也多按3～4个次序施工，其第Ⅰ次序孔距通常选为20～40ft(6.1～12.2m)，最终孔距多为2．5～5ft(0．75～1．53m)。双排孔和三排孔灌浆施工，每排孔可考虑为2个次序，因为还要考虑排序，故总的施工次序还要多些。

在裂隙发育、充填有粘泥、杂质的岩石中灌浆时，为了冲洗出裂隙中的泥质充填物， 有时采用群孔冲洗。冲洗孔组的划分与施工次序，根据帷幕孔的排数而定，见第七章第二节。

二、灌浆的施工方法

就灌浆孔本孔灌浆来说，灌浆方法可分为两类，一为全孔一次灌浆，一为全孔分段灌浆，后者又可分为几种不同的方法。灌浆方法的选用主要根据地质条件，坝工要求以及钻孔情况而定。今将各类灌浆方法概述如下：

1． 全孔一次灌浆

全孔一次灌浆，就是把全孔作为一段进行灌浆。一般在孔深入岩不超过6m的浅孔、地质条件良好、岩石较完整、漏水又较小的情况下，可考虑全孔一次灌浆，孔径可以尽量小一些。

2．全孔分段灌浆

全孔分段灌浆，根据钻孔各段的钻进和灌浆的相互顺序，又可分为以下几种灌浆方法：

(1)自上而下分段灌浆法 自上而下分段灌浆就是自上而下逐段钻进，随段位安设灌浆ⅠⅡⅢⅠ

塞，逐段灌浆的一种施工方法，见图8-3.这种分段灌浆的方法在下述情况下适宜采用：

图8-3 自上而下分段灌浆程序示意图

（a）、（b）钻进第一段及灌浆；（c）、（d）钻进第二段及灌浆；（e）、（f）钻进第三段及灌浆；1、

2、3—灌浆先后顺序的段号

1)岩石破碎、孔壁不稳固，孔径不均匀；

2)竖向节理、裂隙发育；

3)渗漏情况严重。

灌浆段的施工程序一般是：钻进(一段)→冲洗→简易压水→灌浆→待凝→钻进(下一段)→冲洗„„

自上而下分段灌浆的优点有：①由于灌浆塞安设在已灌段的底部，易于堵塞严密，不致产生绕塞返浆；②随着灌浆段位深度的增加，能逐段加大灌浆压力；③压水试验成果准确；④计算灌入的干料量准确；⑤灌浆质量比较好。

此法也有一些缺点，如：①每段灌浆后常需要待凝一定时间；②钻孔与灌浆两个工序交替进行，互相等待，费时较多。对于前者，1983年制定的灌浆规范中作了这样的规定：“采用自上而下分段灌浆时，孔口无涌水的孔段，在灌浆结束后，一般可不待凝。但在断层、破碎带等地质条件复杂或孔口有涌水的地段，则宜待凝，其待凝时间应根据工程具体情况确定”。这是一个较大的改进。

为避免漏灌，灌浆塞应塞在已灌段段底以上不小于0.5m的部位。

(2)自下而上分段灌浆法 自下而上分段灌浆就是将钻孔一直钻到设计孔深，然后自下而上逐段进行灌浆，见图8-4。在岩石比较坚硬完整，裂隙不很发育，渗透性不甚大的岩石中进行帷幕灌浆时，常采用此法。

自下而上分段灌浆的优点有：①工序简化，钻进、灌浆两个工序各自连续施工；②无需待凝，节省时间，工效较高。

此法灌浆常遇到的问题是：①灌浆压力

的增高，受到一定程度的限制；②压水试验

成果和单位注入量数值不很准确；③孔段裂

隙在钻进过程中易受岩粉堵塞，影响灌浆质

量段位愈上，影响愈大；④在陡倾角裂隙发

育或孔径不均的孔段，灌浆塞常难塞堵严

密，且在灌浆时，压力大，容易发生浆液绕

塞上流，时间一长，会造成沉淀埋塞事故。

如果绕塞返浆严重形成孔口冒浆，则上部待

图8-4 自下而上分段灌浆程序示意图 灌段的灌浆质量也将受到影响；⑤由于岩石

（a）钻孔；（b）第一段灌浆；（c）第二段灌浆；（d）破碎或孔径不均等原因，致使灌浆塞卡塞不第三段灌浆；1、2、3—灌浆先后顺序的段号

严，故常需上下移动调整灌浆塞位置，这样不仅造成操作上的不便，多费时间，而且有时由于多次上提塞位，致使灌浆段过长，影响灌浆质量。

(3)综合分段灌浆法 综合分段灌浆是一种自上而下与自下而上相结合的的分段灌浆方法。在深帷幕孔的灌浆中，有时把全孔深分成几个大综合段，如图8-5（a）中所示，全孔分为三个大综合段，每个大综合段中又包含有几个灌浆段。从全孔的施工进程上来看，以大综合段为单元计，表现是自上而下的，但从每个大综合段内的各灌浆段来看，则又是自下而上的。大综合段段数的划分和其中各灌浆段的长度，根据地质条件而定，其优点是若发生灌浆塞卡塞不严而需多次上提时，灌浆段最长不超过三个孔段。

有时，由于上部岩层裂隙多，又比较破碎；所以在上部几段地质条件坏的部位先采用自上而下分段灌浆法，而在下部地质条件较好部位的多数孔段则采用自下而上分段灌浆法，见图8-5(b)。

在地质条件比较复杂而钻孔又深的情况下，可考虑采用综合分段灌浆法，对灌浆质量和施工进度都是有利的。

(4)小口径钻孔、孔口封闭、无栓塞、自上而下分段灌浆法(以后简称孔口封闭、自上而下分段灌浆法)，这种灌浆方法就是把封闭器(即灌浆塞)设置在孔口，自上而下分段钻进，逐段灌浆并不待凝的一种分段灌浆方法，

见图8-6。这种分段灌浆方法是在砂砾石

层中所使用的循环钻灌法的基础上发展

起来的，20世纪70年代首次在乌江渡大

坝岩溶基础帷幕灌浆中正式应用，取得了

很好的效果。此法有许多优点：如全部孔

段均能自行复灌；工艺简单；免去了起、

下塞工序和塞堵不严的麻烦；不需待凝，

节省时间；孔径小，效率高，成本低，进

度快；一个机组可负责钻孔，又负责灌浆，

钻灌合一，便于调变；先钻孔、后灌浆，

可连续作业；发生孔内事故的可能性较少

等。但也有一些缺点：如埋入孔口管多，

不易回收，耗用一部分钢材；全孔多次复

灌，孔内占用水泥量较多；各段压水试验

成果和单位注入量值的准确性稍差等。

图8-6 孔口封闭自上而下分段灌浆法的施工程序示意图

（a）、（b）第一段的钻进、灌浆；（c）、（d）第二段的钻进、灌浆；（e）、（f）第三段的钻

进、灌浆； 1、2、3—灌浆先后顺序的段号

这种灌浆方法适用于灌浆压力大于3MPa的帷幕灌浆工程，它是由一套完整的施工程序组成，不宜分割而任意取用其中的一部分。施工中应注意：①孔口管必须镶铸牢实，最大灌浆压力为5MPa时埋入深度不宜小于2m;②各灌浆段灌浆时必须下入灌浆管，管口距段底不得大于50mm；③钻孔孔径宜为60mm左右；④孔口管以下的3～5个灌浆段，段长宜短，压力递增宜快。再往下的各灌浆段段长宜为5m，灌浆压力可提高到设计的最大灌浆压力；⑤灌浆应同时满足下述两个条件后，方可结束，a.在设计压力下，注入率不大于1L/min，延续时间不少于60～90min;b.灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于90～120min。 20世纪80年代以来，比较高的大坝或采用灌浆压力比较大的基岩帷幕灌浆多喜欢采用这种灌浆方法施工。为了提高和保证帷幕灌浆质量，1994年和2001年制定的灌浆施工技术规范中专门写有“孔口封闭灌浆法施工”一节。

采用这种方法施工，孔口封闭器的效能与质量是一个重要因素。若灌注浓浆时间较长，例如灌注水灰比为1:1～0.6:1的浓浆，灌注时间达1～2h以上时，常易发生“固管”现象，就是灌浆孔内灌浆管被孔内水泥浆凝固住，而无法起拔出。防止发生这样事故的主要技术措施就是在灌浆过程中需要经常转动灌浆管，而在转动时又不降低灌浆压力。为此要求孔口封闭器应具备这种性能。

辽宁省观音阁水库大坝坝基帷幕灌浆施工，采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法。大坝基岩为石灰岩，岩溶发育，注入量大。施工初期发生“固管”情况多，几乎达到灌浆孔段的10%。以后，由于施工技术逐渐熟练，施工工艺不断改进，“固管”现象有了较大改善，但还时有发生。后期采用辽宁省水利水电勘测设计研究院研制成功的新型的“搅动式循环灌浆孔口封闭”，在灌浆的全过程中，强制灌浆管边搅动，边灌浆，使孔内浆液形成高速紊流，从而保证了在恒定的灌浆压力下，不使孔内浆液产生析水、渗漏、凝固现象，有效地防止了灌浆孔内的“固管”事故，取得了良好的灌浆效果。

三、灌浆段的长度

灌浆段的长度是根据岩石裂隙发育程度、破碎情况、渗透性以及设备能力等条件而定，灌浆段的长短与灌浆质量有关。

岩石中各处的裂隙状态多是不一致的，如裂隙的宽窄、分布的疏密以及其中填充物等情况都是多变化的。在较小的范围内，即在灌浆段较短的情况下，其变化的程度要小些，简单些，灌浆容易些，灌浆质量也会好些；而在较大的范围内，即在灌浆段较长的情况下，裂隙变化的程度要大些，复杂些，灌浆要难些，灌浆质量也常易受一定程度的影响而稍差些。

在裂隙大小不均匀的孔段中进行灌浆时，常不易将大的、小的裂隙都同样灌好。例如一

个较长的灌浆段，其上部有一条宽大的裂隙，

而其他部位是分布着较多的中、小裂隙，见

图8-7。灌浆时，由于这一条宽大裂隙的存

在，吸浆量很大，按照一般规定，便采取针

对吸浆量大的灌注措施，如较快地变换浆液

浓度，缓慢升压等进行灌注。这样一来，一

是由于压力偏低和浆液较浓，灌浆段内的中、

小裂隙将会过早地被堵塞，灌注范围受限；

二是由于大部分浆液流入宽大裂隙，孔段内图8-7灌浆段中裂隙分布示意图 宽大裂隙以下的部位流量小、流速慢、浆液1—宽大裂隙；2—中、小裂隙； 容易沉淀，将此部位填实，致使中小裂隙得3—灌浆塞 不到有效的灌注。这些均会影响全段的灌浆

质量。

另外，在裂隙很发育、渗透性很大的岩石中，如果采用的灌浆段过长，

常会发生供不上

浆，升压困难等现象，易于影响灌浆质量。

一般讲，各灌浆段在灌浆前做的简易压水，其成果只是代表该段岩石渗透性的平均值，并不能如实地反映该段内各部位渗透性的真实情况。所以灌浆段愈长，反映渗透性的真实程度愈低，灌浆段愈短则能较为真实而又比较准确地反映出该段岩石的渗透性。

由上述情况看，灌浆段短些，灌浆质量要好些；灌浆段长些，灌浆质量可能会差些，灌浆段过长，则会影响灌浆质量。

从各灌浆工程的实践情况来看，在一般地质条件下，段长多控制在5～6m。岩石条件较好、渗透性较弱的地区，段长可放长些，但一般也不宜超过10m。在岩石破碎、裂隙发育、渗漏情况严重的地区，段长应缩短至3～4m。在渗漏量特大的地区，如遇到大溶洞，则应根据具体情况做特殊处理。

采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法施工时，灌浆段长度宜稍短些，在表层10m以内，段长可取2～3m；10m以下、段长可取为4m或5m。

坝基混凝土体与基岩之间的接触面应作为一短段，段长在岩石中不大于2m，单独先行灌浆。灌浆塞塞在混凝土中基岩面以上0.5m左右处。无论采用上述的哪一种灌浆方法，接触段均宜先行灌浆、灌完后，再进行以下各孔段的钻孔灌浆工作。例如采用自下而上的灌浆方法时，也宜先将接触段灌完，而后再一直钻到终孔深度，进行自下而上的灌浆。

为了保证灌浆质量，在钻孔过程中，当遇到漏水量大、孔口不返水的孔段，即应停钻，将此处作为一短段，先行灌好，而后再继续钻进。

四、灌注浆液的方式

水泥浆或由其他固体颗粒材料所制成的浆液，在静止状态下，都有沉淀现象。如果浆液处于流动状态，其运动能力超过颗粒下沉的能力，则颗粒在浆液中便易保持均布的悬浮状态，浆液浓度将是均匀的。为此，灌注浆液须保持适当的流速，对灌浆质量有利。

就每一灌浆段来说，灌浆方式可分为以下两种：

1．纯压式灌浆

灌入灌浆段内的浆液，都扩散到岩石的裂隙中去，从孔内不再返回的，称为纯压式灌浆。这是相对循环式灌浆而言的。纯压式灌浆的布置见图8-8。

由于灌浆段内的浆液不是经常处于具有一定流速的运动状态，特别是经较长时间的灌注，吸浆量逐渐减少，流速逐渐降低，浆液易于沉淀，水泥颗粒下沉，便会堵住裂隙进口，影响灌浆质量，这是纯压式灌浆的一个缺点。

在裂隙不甚发育、渗透性不大的孔段，最好不选用纯压式灌浆。因为浆液在孔段内流动缓慢，水泥颗粒易于沉淀，这样将会过早地堵塞孔壁上裂隙的进口，影响浆液的扩散范围。只有在岩石吸浆量大的情况下才使用纯压式灌浆。

2.循环式灌浆

灌浆泵以一定的排浆量压送浆液，在泵的排浆量大于岩石的吸浆量的情况下，进入孔段内的浆液一部分进入裂隙而扩散，余下的那一部分浆液便经回浆管路返出孔外，流回到浆液搅拌机中，这种方法称为循环式灌浆。采用这种灌浆方法可使灌浆段内浆液始终保持着循环流动的状态，减少灌浆段内沉淀现象，有利于灌浆质量。为此，一般在灌浆施工技术要求中规定，循环式灌浆塞中的射浆管距离孔底不宜大于0．5m，这样将有利于浆液在孔段内流动。循环式灌浆的布置情况，见图8-9。

20世纪70年代及其以前，国内基岩帷幕灌浆比较强调采用“循环式”，通过1983年、1994年制定的灌浆施工技术规范，逐渐松动。2001年灌浆施工技术规范已经改为这样的规定：帷幕灌浆宜采用循环式，也可采用纯压式。

第二节 灌浆压力的控制与使用

灌浆压力一般系指灌浆段所受的全压力，也就是孔口处压力表上指示的压力、压力表至灌浆段间浆柱的压力与压力表处至灌浆段间管路摩擦压力损失等三种压力的总和，在设计文件上所写的灌浆压力多系指此，此值需经计算才能得出。

对于混凝土坝，其帷幕灌浆应在浇筑一定厚度的坝体混凝土作为盖重后施工，借以提高灌浆压力。一般认为灌浆压力在帷幕表层段不宜小于1～1．5倍水头，在底部宜为2～3倍水头。

实际上在工地进行灌浆时，在灌浆过程中调整压力和控制压力，主要是凭借观读仪表。最常用、最简单并可以直观读出的是装在孔口处压力表上指示的压力值。所以，虽然在设计文件上写明某区灌浆孔中各灌浆段应使用的灌浆压力值，但在灌浆施工中尚难直接应用。为了便于灌浆施工，又易为施工人员掌握，一般多是将其换算为在孔口处压力表上应达到的压力值，写明在该区的灌浆技术要求文件上。为了防止混淆，在该文件上还应予以注明说清：“各灌浆段使用的压力值系指装在孔口处回浆管上压力表所指示的压力值”，这样就明确了。 本节中所说的“规定的压力”，即指上述规定的在压力表上所指示的压力值。

一、灌浆压力的选定与使用原则

灌浆压力应根据灌浆试验的成果而选定，如果缺乏这种资料。可根据基岩的具体情况和对帷幕的要求，通过有关灌浆压力公式的计算和参考同类灌浆工程使用压力的经验选定压力，在灌浆过程中再依据具体情况进行调整。

一个灌浆段的全部灌浆过程，在一定条件下，应是基本上在规定的压力下进行的，这是灌浆工作中控制压力的基本原则。

灌浆过程中，选用合宜的浆液，适时地变换浆液配合比，合理地控制灌浆压力并使它们之间很好地配合，这是保证灌浆质量的重要因素

二、灌浆过程中灌浆压力的控制

灌浆过程中，灌浆压力的控制基本可分成如下两种方法。

1．一次升压法

灌浆开始时，将压力尽快地升到规定压力，注入率不限。在规定压力下，每一级浓度浆液的累计吸浆量达到一定限度后，变换浆液配合比，逐级加浓，随着浆液浓度的逐级增加，裂隙的逐渐被填充，注入率将逐渐减少，直至达到结束标准时，即结束灌浆，见图8-10。此法适用于透水性小、裂隙不甚发育的较坚硬、完整岩石的灌浆。

2．分级升压法

在灌浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级升高到规定的压力值。灌浆开始如果吸浆量大时，使用最低一级的压力灌注，当注入率减少到一定限度(称为下限)，例如20L/min，则将压力升高一级，当注入率又减少到20L/min，再升高一级压力，如此进行下去，直到在规定压力下，灌至注入率减少到结束标准时，即结束灌浆。

在灌浆过程中，在某一级压力下，如果注入率超过一定限度(称为上限)，例如30L/min，则应降低一级压力进行灌注，待注入率达到下限值时，再提高到原一级压力，继续灌注。

压力分级不宜过多，可以分为两个或三个阶段。采用三个阶段时，可选为0．4P1，0．7 P1，1 P1 (P1为规定压力)或0．5 P1，0．8 P1，1P1或其他不同分级。至于注入率的上限和下限，可根据岩石的透水性，在帷幕中不同的部位以及灌浆次序而定，一般上限可定为30～50L/min，下限为15～20L/min，见图8-11。

例如，采用第一种压力分级，灌浆开始时，用最稀一级的浆液灌注，将压力控制在0.4 P1，当注入率逐渐减少到下限值20L/min，就升高压力到0.7 P1，继续灌注，由于压力升高，注入率亦将增大，保持在这样的压力下灌注一定时间后，注入率又逐渐减少，达到下限值20L/min时，再升高压力到规定压力P1，此时注入率又增大，继续灌注直至注入率逐渐减少到结束标准时，结束灌浆。但在每一级灌浆压力下，若注入率不见减小，则应较快地将浆液逐级或越级变浓。

如果开始灌浆时，在第一级0.4 P1的压力下，注入率已超过上限值30L/min，则应再适当地降低压力，使注入率不超过上限，待注入率达到下限值时，再提高到0.4 P1，进行灌注。

当基岩透水性很大，难于很快达到规定的压力时，或者虽能达到规定的压力值，但由于注入率大，如超过50L/min，甚至更多，在这种情况下，宜采用分级升压法，使之最后达到规定的压力，其主要目的就在于减少浆液的过度流失，节省灌注材料。

大坝帷幕灌浆，有条件时宜采用一次升压法控制灌浆压力，但在遇到基岩透水性大，吸浆量大的情况时，就需采用分级升压法灌浆。

分级升压必须配合浆液变浓的技术措施。

第三节 灌浆浆液的使用与配合比变换

一、浆液的配合比

1．浆液配合比的意义

浆液的配合比就是组成浆液的水和干料二者的比例，如系水泥浆，其配合比就是水与水泥之比，简称为水灰比。配合比一般均采用重量比值来计算。例如，水泥浆的水灰比为2，就是水：水泥＝2：1， 也就是2kg的水与1kg的水泥，或10kg的水与5kg的水泥混合而成的水泥浆液。在配合比的表示关系中，都是以水泥为1作为基数的。也有用体积比值来表示配合比的，如前所述，水：水泥＝2：1，就是说用2L的水与1L的水泥，或是用10L的水与5L的水泥混合成的水泥浆液。用体积比有一定缺点，因为单位容积的干料即单位容重，由于密实程度不同，其值也就不同。例如，1L水泥的重量可变化在1．2～1．5kg之间，所以一般很少采用体积比。若没有注明时，通常的配合比均系指重量比。

水泥粘土浆或水泥砂浆的配合比表示方法与前述基本相同，但习惯的写法常将水泥写在最前面，并以其为1，作为基数，如水泥：砂：水＝1：0．5：1，就是1kg水泥、0．5kg砂和1kg水或6kg水泥、3kg砂和6kg水混合成的水泥砂浆。这里若说水与干料的比，即指水：(水泥+砂)，应为1：1．5。若说水泥砂浆中的水灰比，则应为1：1。

浆液中水与干料的比值或水泥浆的水灰比值越大，表示浆液越稀；反之，则浆液越浓。这种浆液的浓稀程度，称之为浆液的浓度。

2．水泥浆水灰比的分级

基岩灌浆最常用的是水泥浆。常用的水泥浆的水灰比的分级为5：1、3：1、2：1、1：1、0．8：1、0．6：1、0．5：1(简写为5、3、2、1、0．8、0．6、0．5)七个比级。 水灰比在0．6及其以下的浆液，除特殊情况外，一般较少使用。这是由于浆液浓，流动性不好，易于堵塞输浆管路，压力损失也较大，有时也易于过早地封闭裂隙进口，影响浆液扩散的缘故。

3．其他浆液的浓度分级

以水泥为主体并掺有其他材料如膨润土粘土、砂等的浆液，其配合比根据受灌岩石情况和对灌浆的要求，经试验室的浆液配比性能试验而选定。

二、浆液浓度的使用

灌浆过程中，浆液浓度的使用有两种方式：一种方式是，由稀浆开始，逐级变浓，直至达到结束标准时，以所变至的那一级浆液浓度结束。另一种方式是，由稀浆开始，逐级变浓，当注入率减少到某一规定数值时(如小于5或10L／min)，再将浆液变稀，直灌至达到结束标准时，用稀浆结束。后者仅是在20世纪50年代建国初期曾使用过，以后就不采用了，目前采用的均为第一种方式。

灌浆的对象，是岩石中的裂隙和空洞。这些裂隙和空洞的宽窄、大小以及它们在岩石中的分布情况和疏密程度都是不同的，变化很大，即使在一个较短的灌浆段范围内，这种现象也是依然存在的。

首先灌较稀的浆液，其目的在于：稀浆的流动性能好，宽窄裂隙和大小空洞均能进浆，优先将细缝、小洞灌好、填实。而后将浆液逐级变浓，使中等或较大的裂隙、空洞随后也得到良好的充填。这样在同一个段中的各种裂隙和空洞都能获得有效的灌浆。

优质的灌浆效果，取决于浆液浓度合宜的、适时的变换。过早地换成浓浆，常易将细小裂隙进口堵塞，致使未能填满灌实，影响灌浆效果：灌注稀浆过多，也易延长灌注时间，浆液过度扩散，造成材料的浪费，既不经济，也不利于结石的密实性。所以根据岩石的实际情况，恰当地掌握浆液浓度的变换是保证灌浆质量的一个重要因素。一般灌浆段内的细小裂隙多时，稀浆灌注的历时应长一些，就是多灌一些稀的浆液；反之，如果灌浆段中宽大裂隙多时，则应较快地换成较浓的浆液，使灌注浓浆的历时长一些。在灌浆试验阶段，有条件时，尽量找出灌注各类岩体的最优水灰比。

三、灌浆过程中浆液浓度的变换

1．限量法

灌浆过程中最常用的浆液浓度变换的方法是限量法，其变换的原则如下：

灌浆开始，灌注最稀一级的浆液，每一级浓度的浆液灌入一定量V升(如300～500L)后，如果注入率没有改变或改变不显著时，也就是注入率过程线G＝f(t)没有显著下降，则将浆液变浓一级灌注，见图8-12，如此逐级变浓，直至结束。

在注入率已有显著逐渐减小的现象，也就是注入率过程线已呈显著逐渐下降的现象的情况下，即使已灌入一定量V的浆液也不要改浓，因为这种现象表明，裂隙或空洞已逐渐被浆液所填充压实，浆液流失的可能性很小，此时如果仍将浆液变浓一级，常易造成岩石突然不吸浆或短期内停止吸浆的现象，不利于保证灌浆质量。

图8-13中，在水灰比为3：1的灌注过程中，注入率过程线G＝f(t)呈逐渐下降的现象，即使已灌入一定量V的浆液也不宜变浓。如果变至2：1的浓度，此时注入率过程线，可能从改变浓度时起突然连续下降，在极短时间内便会达到基本停止吸浆的程度。这种影响灌浆质量的原因就在于浓度改变的不当。若仍继续灌注3：1的浆液，则可能多灌入如图8-13中阴影部分所示的浆量。

按规定改变浓度后，如发现压力突增或单位吸浆量突然减小时，则表示浆液浓度变换的不很适当，这时应尽快地换回原浓度的浆液，继续灌注。

采用这种变换方法应注意两个问题：

(1)每一浓度比级的累计吸浆量达到多少时才允许变浓一级，这个数值主要是根据地质条件和工程具体情况而定的，一般情况下多采用300～500L，也有的采用600L

的。这里应

遵循的原则是：尽量使最优水灰比的浆液多灌入一些(最优水灰比通过灌浆试验得出)，也就是说，岩石中细小裂隙多时，则较稀的浆液应多灌一些，稀浆比级的灌入量的限量要大一些。反之，若岩石中宽大裂隙多时，则较浓的浆液的比级(如2：1、1：1)的灌入量的限量应大一些。除此之外，也还应将灌浆段长度这个因素考虑在内。

(2)对于前文中所述“改变不显著”的理解问题，这一直是个未能用具体数字肯定的条文，其概念不清，灵活性较大，不易掌握。我们初步想法是：在每一浓度比级的浆液灌注过程中，大于初始注入率的70～80%，就属于“改变不显著”。例如，某一灌浆段开始时用5：1的稀浆进行灌注，其注入率为30L/min，它的70～80%为21～24L/min，当累计灌入量达到300L后，注入率降为26L/min，其值大于21～24L/min,即认为是“改变不显著”，可以将浆液加浓一级；若该时注入率降为20L/min，则可认为已有显著改变(即显著降低)，这时即不应将浆液变浓，仍应以原浓度的浆液继续灌注，其以后累计的灌入量又达300L后，以20L／min作为初始单位吸浆量，依照前述原则检验其是否“改变不显著”，而后决定应否将浆液变浓。

为使技术要求更加明确，便于现场施工掌握，1971年在朱庄水库大坝(基础岩石破碎、裂隙发育、透水性大)帷幕灌浆施工技术要求中作出如下规定：“使用5：1、3：1浓度的浆液时，各级的灌浆量己达600L，而注入率仍大于25L／min或灌浆时间已经持续30min，而注入率仍大于20L／min时，可换用大一级浓度的浆液”，“使用2：1、1．5：1、1：1浓度的浆液时，灌浆量已达600L而注入率仍大于15L/min时，可换用大一级的浓度浆液”，这样规定，就比较更加明确了。

2．限率法

另外一种浆液浓度变换的方法是根

据同一级浓度的浆液，在一定时间内(例

如10min)灌入浆量的多少，作为是否需

要变换浆液浓度的标准，简称其为“限

率法”。

假设一个灌浆段，灌浆从水灰比为

5：1开始，以图8-14中的A线为边界

线，10min内其吸浆量在A线以上时，

就将浆液浓度变浓一级；若在A线以下

时，则仍按原浓度继续灌注，延续10min

再看当时吸浆量多少，依上述原则再决

定是否将浆液浓度变浓，如此继续下去，

直至灌浆结束。若以文字表示其变换的标准，见表8-1。

表8-1 浆液浓度变换标准

设计要求以及施工情况而定。

3.浆液浓度变换其他规定

（1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不应改变水灰比。

（2）当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

第四节 灌浆结束的条件与封孔

一、灌浆结束的条件

在正常的灌浆过程中，灌浆结束的条件通常沿用的有下列几种：

（1）采用自上而下分段灌浆法时，在规定的灌浆压力下，灌浆段注入率不大于0.4L/min，延续30min或注入率不大于1L/min继续灌注60min，灌浆工作可以结束。采用自下而上分段灌浆法时，在规定的灌浆压力下，注入率不大于1L/min，继续灌注30min，可以结束。

（2）在规定的灌浆压力下，单位长度注入率不大于0.1或0.2L/(min.m)，延续30min即可结束。这里将灌浆段长度因素考虑在内。

国内大坝基岩帷幕灌浆工程多采用第一种方式作为灌浆结束的标准。

有些大坝基岩中细小裂隙多，灌浆压力大时，常易将水泥浆液中的水分压入岩隙中，水泥颗粒进入岩隙的却不多；或是仅将水泥浆液中细颗粒灌入，粗颗粒没有灌入，随浆液又循环回到供浆桶中，因此发生“回浆变浓”的现象。在这种情况下，注入率有时会大于1L/min，灌注时间很长不见显著减少，达不到结束标准。针对这种情况，有的工程又补充了如下规定：在规定的灌浆压力下，遇到回浆变浓的情况时，测定回浆比重，如果达到比原灌入水泥浆的浓度高一级(或两级）浆液的比重值时，立即加水，稀释为原灌入水泥浆的浓度或另换以原浓度的新浆，继续灌注，并测定回浆比重，当回浆比重二次又增大到前述比重值时，表明灌浆段内确属已达到进水不进水泥的状态。这时，不论单位吸浆量是多少。再延续灌注10～30min即行停灌。

例如，当灌入水灰比为3：1的水泥浆时(其比重为1．200)，发生了回浆变浓的现象，测定回浆比重，比重逐渐增大，达到1．286时(水灰比为2：1的水泥浆的比重)，向供浆桶中加水，稀释至仍为3：1的水泥浆液，或是废弃桶内残余浆液，另行拌制新的3：1的水泥浆，继续灌注，直至测定其回浆比重二次又增大到1．286时，延续一段时间，即行停灌。

二、回填封孔

在帷幕灌浆施工中，基础岩石中钻孔很多，也比较深，因此，在各孔灌完后，均应很好地进行回填封孔，将钻孔严密填实。回填材料多采用水泥或采用水泥和砂。砂粒需洁净，粒径不大于1～2mm。砂的掺量一般可为水泥的0．5～1倍，水灰比不宜过大，一般可等于1或小于1，以使水泥砂浆具有适宜的流动性，且砂粒又不易很快沉淀为原则。

回填封孔应切实注意保证质量，施工时要注意两个问题：一是要使回填料与钻孔岩壁紧密胶结，不使漏水，以免形成水流通路。另外钻孔内的回填料本身应填密压实，封孔后，孔内不应留有大的洞穴，也不应有小孔。回填封孔有以下几种常用的方法。

1.机械压浆法

在全孔灌浆完毕后，将胶管(或铁管)下入到钻孔底部(不再用灌浆塞)，用灌浆泵经胶管向钻孔内压入水灰比为0.6:1(或0．5：1)的浓水泥浆，浓浆由孔底逐渐上升，将孔内积水顶出，直到孔口冒出浓浆时止。或是用砂浆泵经胶管向钻孔内压入水泥：砂：水＝1：0.5：1(或其他比例)的水泥砂浆，随着砂浆在孔内的浆面徐徐上升，同时也将胶管徐徐上提，要注意的是使胶管的下端必须经常保持在浆面以下，最后孔内积水被砂浆挤出，砂浆也是自下而上将钻孔全部填实。

封孔完毕，待凝几天后，孔口空余部分如小于5m，即用水泥砂浆或水泥球，经由铁管送入孔内空余部分的底部，自下而上逐渐予以填实封堵；如果仍大于5m，则仍应用机械压浆法再压浆封孔一次，直至孔口空余部分小于5m时止。

2.全孔灌浆封孔法

全孔灌浆完毕后，将灌浆塞塞在孔口，灌入水灰比为0.5:1或0.6:1的浓浆，灌浆压力应根据工程具体情况而定，一般不宜小于1MPa。当注入率不大于1L/min，延续30min停止。这种封孔方法适用于采用自下而上分段灌浆法施工的和深度小于15m较浅的帷幕灌浆孔。

3.置换和压力灌浆封孔法

这种封孔法系上述两种方法的综合，也就是先将孔内余浆置换成为水灰比0.5(或0.6):1的浓浆，而后再将灌浆塞塞在孔口进行压力灌浆封孔。封孔质量好。适用于采用孔口封闭、自上而下分段灌浆法且深度较大的帷幕灌浆孔。

采用孔口封闭法灌浆，当最下面一段灌完结束后，利用原灌浆管灌入水灰比为0.5(或0.6)：1的浓浆，将孔中余浆全部顶出，直至孔口返出浓浆止。而后提升灌浆管，在提升过程中，严禁用水冲洗灌浆管，严防地面废浆和污水、杂物等流入孔内，同时还应不断地向孔内补入浓浆（或待灌浆管全部提出后再向孔内补入浓浆也可）。最后，在孔口卡塞进行纯压式封孔灌浆，仍采用水灰比为0.5（或0.6）浓浆，压力可为该孔最大灌浆压力的50%～80%或采用1MPa。当注入率不大于1L/min，延续30min停止。封孔灌浆结束后，闭浆12～24h。

4.分段灌浆封孔法

全孔灌浆结束后，自下而上分段进行灌浆，每段段长15～20m，浆液水灰比为0.5（或0.6）：1的浓浆，灌注压力可采用该段顶部孔段的灌浆压力，当注入率不大于1L/min，延续30min停灌。将灌浆塞上提，继续其上面一段的灌浆封孔，直至孔口段。有条件时，孔口段封孔压力不宜小于1MPa。

帷幕灌浆孔封孔工序非常重要，如果封堵不严实，孔内有水渗流出，将会形成“短路”，对帷幕起到冲蚀破坏作用，有损帷幕的耐久性。较多的重要的大坝基岩灌浆帷幕，在某一地段灌浆工作结束后，对其中少数帷幕灌浆孔重新扫开，检验封孔质量，不合格者，再次二次补灌封机。

第五节 灌浆过程中特殊情况的预防和处理

一、灌浆中断

在灌浆过程中，由于某些原因，常出现迫使灌浆暂时停顿的现象，通称为灌浆中断，简称中断。

1．灌浆中断的原因

（1）机械设备方面 在进行灌浆，特别是当灌注浓浆时，灌浆泵经长时间的运转，有时会发生故障，如球阀座被浆液冲磨出缺口、盘根不严漏浆等。尤其是在高压灌浆时，更易出现这种现象。

（2）输浆管方面 如使用的胶管性能不良、管与管之间连接的不牢固，因而在灌浆时，发生管子破裂或管子接头崩脱等现象。

（3）仪表失灵 主要是压力表失灵。

（4）地质条件方面 如岩层中陡倾角裂隙发育，发生地表冒浆或因岩石破碎，灌浆塞堵塞不严，发生孔口返浆等现象，因而需要停机处理。

（5）其他 如停水、停电以及灌浆区附近爆破时的躲炮等。

2.中断对灌浆的影响

灌注浆液的连续性是取得良好灌浆质量的重要条件之一。除掉由于岩石吸浆量特大，需要采用间歇灌注措施，因而有目的地使灌浆中断者外，一般正常的灌浆应该是自灌浆一 经开始，就连续灌注下去，一直到符合结束条件时止。

如果由于某些原因发生中断，则往往会影响灌浆质量，同时也会给灌浆施工带来麻烦，延误工期。

发生中断的时间较短，而灌的又是较稀的浆液时，中断后及时采取有效的冲洗措施，可能不致影响灌浆质量，譬如在中断后复灌时的注入率与中断前的注入率大致相同，这就不影响灌浆质量，见图8-15中的(a)。

如果中断历经时间较长，且已灌至较浓的浆液，中断后又未及时采取有效冲洗措施，则往往会严重地影响灌浆质量，表现在中断后复灌时的注入率较中断前突然减少很多，即注入率过程线G＝f(t)在复灌时突然大幅度下降，有的甚至不再吸浆。这样实际灌入的浆量在相当大的程度上是小于不中断时的可能灌入的浆量。这少灌的浆量如图8-15中(b)的阴影部分所示。这种现象的存在表明明，在要求处理的范围内的岩石中的裂隙，或者根本未受到灌注，或者仅部分受到灌注，或者未灌饱，或者未灌密实。

浆液中水泥颗粒的沉淀和浆液的凝固是造成中断后复灌时注入率突然减小现象的主要原因。

3．中断的预防

灌浆中断往往在灌浆压力比较大和灌注历时比较长的情况下发生。预防中断可以从下述几方面考虑：

(1)选用性能适应于灌浆要求的灌浆泵，保证在规定的最大压力下能长时期的连续运转。每段灌浆完成后，要把泵缸洗干净，仔细检查泵的各部零件是否处于完好状态。

(2)选用性能适应于灌浆要求的输浆管材，各管之间的连接要牢固，使用前检查管子有无堵塞，是否畅通，有无破损。

(3)压力表应准确，注意验证。不要使用不合规格要求的、不准确的压力表。

(4)灌浆塞在孔内要堵塞严密，灌浆前应用压水或稀浆检查。

(5)灌浆工程所用的风、水、电，宜设置专用线(管)路，以保证灌浆作业连续不断地进行。如因故必须停水、停电时，则应提前8h通知灌浆工地。

4．中断的处理措施

灌浆中断后，应赶快采取措施能尽早复灌，尽量缩短中断时间，这是保证灌注质量少受损失或不受损失的原则。中断时间短，一般对灌注质量影响小，甚至没有什么影响；中断时间越长，则影响程度也越大。其处理措施如下：

(1)从造成中断的原因，找解决的措施；

1)属于机械运转故障者：如灌浆泵、动力机或浆液搅拌机械发生故障，若检修简单，则迅速修理以便尽快复灌。有条件时，应设有备用的灌浆泵，一旦原灌浆泵发生故障，可以立即更换。

2)属于管子破裂或脱节者：迅速换管，或割掉破裂部位再行连接。

3)属于仪表失灵者：换用性能良好的仪表。

4)属于地表冒浆、孔内返浆者：解决的各种措施，可参见本节第三、四项中所述的有关内容。

(2)冲洗钻孔，清除沉淀，给复灌创造条件：中断后，孔段内的浆液处于静止状态，水泥颗粒会很快沉淀，堵住裂隙，埋住射浆管。中断时间越长，沉淀埋实越强，甚至会凝固，这样不仅严重地影响着灌浆质量，也会造成起塞的困难。故中断后，一般应尽快地冲洗钻孔，把段内浆液冲洗出来，给复灌创造条件。

1)中断时间短者：中断后，估计极短时间内能够复灌，中断前灌的又是稀浆，中断时注入率也很大。根据具体情况，可以不进行净孔冲洗，排除故障后就可复灌。

2)中断时间长者：中断后，根据中断的原因和当时的情况，估计短时间内难以复灌的，应立即冲洗钻孔。如果由于停电、停水、或机械故障等原因不能立即冲洗钻孔，而中断前灌的又是浓浆时，则应松开灌浆塞，上提射浆管，以免由于浆液沉淀被埋住。待具备冲洗条件时，再行强力冲洗。中断后，冲洗越早，效果越好；冲洗越迟，效果越差。如果裂隙内的浆液已达到初凝状态，即使孔内的沉淀可以冲出，复灌时也难以有良好的结果。

(3)扫孔到底，重新灌浆：当中断时间较长，又未能及时冲洗钻孔，预计钻孔内有浆液沉淀，并可能已经初凝时，则应将灌浆塞提出孔外，在恢复灌浆前，用钻具重新钻扫到孔底，用压力水冲洗后，作为未灌孔段看待，重新开始灌浆。

二、串浆

在灌浆过程中，浆液从其他钻孔内流出，这种现象，称为串浆。

发生串浆的主要原因是：由于岩石中裂隙较多，相互串连，使灌浆孔相互间直接或间接地连通，造成了串浆通路。当裂隙发育，裂缝宽大，灌浆压力比较高，孔距又较小时，会促使串浆现象加重。

发现串浆，应立即采取措施，否则，不仅会影响灌浆孔的灌浆质量，浪费水泥，而且对串浆孔的钻进与将来的灌浆工作均很不利。

1.防止串浆的主要措施

(1)加大第一次序孔间的孔距。

(2)适当地增长相邻两个次序孔先后施工的间隔时间，使前一次序孔灌注的浆液基本上已经凝固后，再开始后一次序孔的钻灌工作，防止新灌入的浆液将前期已灌入到裂隙中的浆液结石冲开一条通路，由已灌的或其他钻孔中串出。

(3)使用自上而下分段灌浆的方法，也有利于防止串浆。

2.发生串浆后，常采用的处理措施：

(1)当串浆孔为正在钻进的钻孔时，应立即停钻，在串浆孔内漏泥浆处以上的部位安设灌浆塞，堵塞严密，在灌浆孔中依照施工技术要求正常地进行灌浆。

(2)若串浆孔为待灌的灌浆孔时，最好是串浆孔与灌浆孔同时进行灌浆、一台灌浆泵灌注一个孔，如无此条件，则只得采用如上述(1)法的措施。

三、地表冒浆

在灌浆过程中，浆液沿裂隙或层面往上串流而冒出地表的现象，称为地表冒浆。由于灌浆孔段与地表有陡倾角的连通裂隙，在灌浆压力较大而灌浆段的位置又较浅时，常易发生地表冒浆现象。

地表冒浆对灌浆质量不利，例如不能使用大的灌浆压力；浆液由地表冒出，孔壁四周需要灌浆的裂隙，难于受到良好灌注；浆液扩散范围小，结石的密实性差。

由于帷幕灌溉浆多在岩石上已浇筑有混凝土的情况下进行，所以发生地表冒浆现象的机率并不多。地表冒浆的处理方法见第五章第二节。

四、绕塞返浆

在灌浆过程中，进入灌浆段内的浆液，在压力作用下，绕过橡胶塞流到上部的孔内，这种现象就是绕塞返浆。这种返浆在压力作用下继续上升直至流出孔外，就是孔口返浆。孔口返浆是绕塞返浆的严重后果，见图-16。

1．绕塞返浆的原因

(1)在灌浆段与橡胶塞以上的孔段之间有裂隙相通，灌浆时，

一部分浆液沿着这类裂隙流到橡胶塞上部的孔段内。这种现象最

易在采用自下而上的灌浆法时发生。如果采用的是自上而下的灌

浆法施工的，发生这种现象则表明这类裂隙没有灌好，或者是灌

后待凝时间太短，裂隙中的水泥结石还没有达到一定的强度，又

被新灌入的浆液压开了一条通路。采用孔口封闭灌浆法则不会发

生这种情况。

(2)安设橡胶塞处的孔壁凹凸不均，堵塞不严密。

(3)橡胶塞压胀度不够，压塞的不紧密。

2．绕塞返浆对灌浆的影响

(1)在采用自下而上的灌浆方法施工的情况下，发生绕塞返

浆，则此灌浆段以上的待灌的各段都会受到影响，这是由于孔壁

上的裂隙进口会在不同程度上受到浆液沉淀堵塞的缘故。

图8-16 绕塞返浆示意图 (2)灌浆孔内发生绕塞返浆情况后，绕塞的浆液因流速小，1-进浆管；2-回浆外管；3-裂隙； 易于在橡胶塞以上部位集结沉淀，处在这种状态下，如果灌4-压力表；5-灌浆段；6-橡胶塞； 浆历时较长，便会将橡胶塞凝结住，造成起拔的困难。 7-浆液沉淀；8-回浆管；9-孔口管 3．绕塞返浆的预防和处理

(1)钻孔孔径力求均匀。

(2)灌浆塞中起阻塞作用的橡胶塞应长一些。组成橡胶塞的每一个橡胶球(圈)的质量要好，应坚韧并富弹性，其直径与钻孔孔径要相适应。

(3)采用自上而下分段灌浆方法时，上一段灌完浆后，宜有足够的待凝时间。

(4)灌浆前，先用压力水试验有无绕塞返水现象，如果发现孔内返水，则可再度压紧橡胶塞。如多次压紧橡胶塞均无效时，则应移动橡胶塞的位置；采用自下而上灌浆法时，可以上下移动；采用自上而下灌浆法时，只能向上移动，至不再发生返水时为止。以后，再开始灌浆，否则，在开始灌浆以后，再移动橡胶塞位置，势必造成灌浆中断，影响灌浆质量。 当灌浆段位置比较深时，更应加强预防工作。因为有时虽然发生绕塞返浆现象，但浆液没有流出孔口，所以这种现象未被及时发现，因而凝结住橡胶塞，造成起拨的困难。

五、岩层大量漏浆

大量漏浆的岩层，必然是渗透性大的岩层。这正是我们要进行处理的对象。

发生大量漏浆，一般可按下述几个原则进行处理：

(1)降低灌注压力 用低压甚至用自流式灌浆，待裂隙逐渐充满浆液，降低流动性后，再逐渐升高压力，按正常的施工要求进行灌浆。

(2)限制进浆量 将进浆量限为15～20min，或更小一些，使用浓浆进行灌注，待进浆量明显减少后，将压力升高，使进浆量又达到15～20L/min，仍使用较浓的浆液继续续灌注，

至进浆量又复明显减少时，再次升高压力，增大进浆量，如此反复进行灌注，直至达到灌浆结束标准时止。

(3)增大浆液浓度 使用浓度大的浆液，或使用掺加细砂的的浓浆灌注，降低浆液的流动性，同时再适当地降低压力，可以限制浆液的流动范围，不使浆液流失过远。待注入率已降低到一定程度，再灌较稀的水泥浆，并逐渐升高压力灌至符合结束条件时为止。

(4)间歇灌浆 在灌浆过程中，每连续灌注一定时间，或在灌入一定数量的干料后，就暂时停灌，待凝一定时间，而后再灌。这种有目的的时灌时停的灌浆就是间歇灌浆。只有在比较长时间内，岩层一直大量吸浆并且基本不起压力的情况下，才宜采用间歇灌浆。

(5)必要时，在水泥浆液中可以加入速凝剂或采用水泥—水玻墒、水泥—丙凝等特殊浆液进行灌注、堵漏。

上述的各种措施，可以单独使用，也可以联合使用，视具体情况而定。

第六节 廊道内和其他一些情况下的灌浆施工

一、廓道内的灌浆施工

1．廊道的作用

在现代的大坝建设中，特别是大型重力式坝或高的混凝土坝的修建中，都在坝体内设置廊道。有的工程不仅在坝体内设置廊道，还在坝肩的岩石内开凿三、四层上下高差几十 米的平洞，这种廊道和平洞主要供帷幕灌浆之用，也供排水和检查之用。设置廊道和平洞的主要作用是：

(1)坝体的修筑与帷幕灌浆的施工可以不相互干扰，能同时进行。

(2)大坝建成后的运行期中，帷幕经长久运用，防渗效能会降低，甚至局部受到侵蚀冲刷的破坏，因而需要补强，当需再进行灌浆时，可在此处进行。

灌浆廊道的断面尺寸应能满足在其内进行灌浆工作的条件，并能与灌浆孔的布置，灌浆设备的安设和灌浆的施工操作相适应。廊道的断面一般呈马蹄形，也有呈立式的扁椭圆形的，但以前种形式为好。

灌浆廊道距坝的上游面可为0．05～0．1H0（H0为坝前最大水深)，距离愈近，减少渗透压力愈多，但廊道的上游壁距坝的上游面也不宜少于3～5m。

灌浆廊道的底板与基岩面应保持一定的距离，也以不小于3～5m为宜，这样将有利于基础面的接触灌浆。廊道斜坡段的坡度以小于2：1(水平：垂直)为好，最大不宜陡于1：1。 我国大坝坝体内所设置的灌浆廊道，其尺寸在1．8m×2．5m～3．5m×4.5m(宽×高)范围内；美国的大坝内廊道尺寸多次在5ft×7ft(1．53m×2．14m)～6ft×10ft(1．83m× 3．05m)的范围内。

灌浆廊道尺寸应满足钻孔和灌浆施工操作方便的要求，并为日后可能需要的补充灌浆留有余地。所以廊道断面以大一些为好。根据工程实践，一般认为，廊道内如设置一排灌浆孔、一排排水孔则，廊道宽度不宜小于2．5m；廊道内设置两排灌浆孔、一排排水孔时，廊道宽度不宜小于3m。廓道内如设置三排灌浆孔和一排排水孔时，廊道宽度还应更大些。多年实践经验证明，在大的廊道内灌浆施工方便，并且主动。

2.廊道内施工的特点和机械的选择

廊道内的工作空间是比较狭小的，施工操作受到一定的限制。在廊道内，有的工程设有2～3排钻孔，通常靠近上游的1～2排是灌浆孔，下游一排是排水孔。钻孔的方向有铅直孔，也有斜孔，不一定相同。因此，应根据廊道的净空尺寸、灌浆孔及排水孔的倾斜方向和机械在廊道内的安置、运输及操作的便利来选择适当的钻灌设备和器具。

由于受廓道内施工场所空间的限制，并为了在廊道内减少水泥矽尘的危害，有些灌浆工程把制浆系统迁设在廊道以外的宽阔地方，先拌制成浓浆，例如水灰比为0．6:1，在灌浆时，将此浓浆由廊道外面经由管路压送到廊道内灌浆机的搅拌桶内，再加入适量的水，稀释成欲配制的水灰比的浆液灌入孔内。还有的工程将灌浆机械安设在廊道的外面，在外面配制与搅拌浆液，经管路压入孔内，它的缺点是增长了送浆管路，压力损失增大，也增加了管路占浆，灌浆完毕后，弃浆量增加，多耗用一些水泥。

3．设计灌浆廊道时应考虑的事项

(1)改善廊道通风条件，力求采用竖井形式，形成自然通风。如果考虑在廊道内装置通风设施时，则宜考虑好通风机安装的地点和通风管路安设的位置。总之，应保证廊道内空气流通。

(2)基础廊道较长时，为方便灌浆施工，每隔50～100m宜设置有横向灌浆机室。 便于灌浆施工时，安放灌浆机，避免妨碍交通和运转。

(3)要考虑好灌浆施工期间供送风、水、电管路的布置，并尽可能与将来的永久设施结合起来。若采用铁件支承风、水、电管路，则铁件宜采用预埋方式，高度也要适宜。

(4)要考虑好廊道内的排水、排污措施。廊道内灌浆施工，用水量大。冲洗管路、搅拌桶、灌浆机等，冲出的稀水泥浆液也多，故应搞好排水、排污措施，及时清淤，使排水通畅，以保证廊道内洁净卫生，有利于灌浆施工和工作人员的健康。

4．廊道内灌浆的安全工作

(1)廊道内应有充足的照明设施，照明电灯的电压最好为24～36V，使用低压灯泡。

(2)所有动力线和照明线应完整，不应有破损漏出铜线处，同时需要妥善架设维护，避免受潮浸湿，不要被钢材所压盖，其安装和拆卸应由负责电气的人员来做。

(3)所有机械的运转部位，须设置保护罩或挡板。

(4)在廊道内侧壁设有竖井的情况下，应设门挡护，不使用时，应关闭牢固。

(5)钻孔和灌浆的回水与弃浆必须及时予以妥善处理，以免廊道内到处是积水和弃浆，不但影响工作，且不利于安全。

(6)在廊道内宜安设通风排尘设施，如进行拌制水泥浆等有粉尘的作业，则应控制粉尘

3含量不超过允许值，如小于6mg／m。

二、有涌水情况下的灌浆施工

帷幕灌浆一般应是在水库蓄水前完成。因为水库蓄水后，再进行钻孔灌浆，则帷幕孔中将出现涌水压力和涌水现象。在这种情况下进行灌浆，当灌浆结束后，由于孔内承压水的作用，常将岩石裂隙中一些未凝固的水泥浆液冲出，孔内继续往外流水。这样的孔段，即使经过足够时间的待凝，在重新钻开检查时，还常常发现孔内仍有涌水压力和少量涌水，在做压水试验检查时，其透水率常常仍大于1Lu。这样不仅灌浆质量会受到影响，同时给灌浆施工也带来了不少的困难。有的工程，少数灌浆段用一般方法灌浆，有时灌浆3～5次，每次灌完浆后将原灌浆段钻开，做压水试验检查，仍未能达到防渗要求。因此，在有涌水的情况下，特别是当涌水压力比较大时，在施工工艺上必须采取特殊措施，才能保证灌浆质量和加快工程进度。另外，有的坝址基岩中，原来就存在有天然承压水，因而在灌浆孔内，也就会出现涌水现象，这时可采用同样措施进行灌浆。

在有涌水的情况下，常用的灌浆方法主要有以下几种：

1．压力屏浆法

按一般正常的情况进行灌浆，在达到结束标准时，维持原水泥浆的浓度或改用10：1～8：1的稀浆，以相同的压力继续循环灌注一定时间，如4～8h，再行结束，以防止已灌入裂隙内浆液的回流，这种措施即通常所谓的屏浆。有时在屏浆结束时，尚须采取闭浆措施。所谓闭浆，就是在停灌后，立即关闭回浆管阀门和进浆管阀门，使灌入的浆液仍暂时处于受压

状态，待凝一定时间后，打开阀门，检查是否往孔外涌水，如无涌水现象，则认为合格。

2．浓浆结束法

按一般正常的情况进行灌浆，在达到结束标准时，再改用0.5：1的浓浆进行灌注(必 要时浆液中可掺加促凝剂如氯化钙等)。当回浆浓度也达到0.5：1时，再继续灌注30min， 而后立即闭浆，就是将回浆管路与进浆管路上的阀门同时关闭，待孔门回浆管路上压力表 的压力，随着时间的延续而逐渐降低到零时，打开回浆管和进浆管路上的阀门，如不向外 返浆、返水，则闭浆工作即行结束。闭浆时间长短，主要是根据灌浆前涌水压力而定，一 般为6～12h。

为了防止射浆管被水泥浆沉积而凝结于孔内，凤滩大坝工程创制了“内管活动式灌浆 塞”，从灌入0．5：1浓浆开始，直至闭浆结束这段时间内，使内管经常转动，防止凝住。 此法在50m深度内灌浆孔中使用，效果较好。

通过实践，初步认为：在有涌水的孔段灌浆，当涌水压力超过：0.2MPa时，一般宜采用以下措施：①灌浆前，应测定涌水量和涌水压力；②采用自上而下的分段灌浆法；③宜用浓浆结束；④需采用并浆和闭浆的措施；⑤灌后需待凝一定时间；⑥宜采用在灌浆过程中内管能转动的灌浆塞；⑦全孔灌浆结束后，宜将全孔分为几个大段，采用自下而上分段灌浆封孔的措施，最后当在孔口段进行灌浆时，时间宜稍长一些。

潘家口水库大坝基础帷幕灌浆在涌水压力约0．1MPa的情况下，岩石也比较坚硬、 完整，采用了自下而上的灌浆方法和浓浆结束措施，最后在孔口段进行灌浆时，延长灌浆 结束时间，取得了良好效果。

由此看出，在有涌水压力的情况下采用何法灌浆为好，也不是绝对的，仍应根据实际 情况，通过实践确定。

3．化学灌浆方法

如经上述方法处理，效果仍不显著，对灌浆质量仍有较大影响时，可考虑采用化学灌 浆方法。

先采用上述方法将灌浆孔段的吸水量减少至一定程度，例如小于3～5L／min，而后， 再进行化学灌浆(如改性环氧或聚氨酯等)处理。化学溶液在岩石内很快凝聚，不仅可将 细小裂隙灌注密实，也可将涌水堵住。

使用化学灌浆方法时，所用的化学材料对水泥是否有所影响，在事前应做好各项试 验，并作说明。

三、关于透水率小于1Lu的灌浆段是否需要灌浆问题

在帷幕灌浆施工中，经常遇到这样的问题：帷幕设计质量标准为透水率q小于1Lu， 在灌浆施工时，当某一灌浆段灌前压水试验求得的q小于1Lu时，此段是否需要灌浆呢?我们的意见是仍需要灌浆，主要的想法是：①帷幕灌浆孔的每一灌浆段都需要通过在设计压力下的实际灌浆，这样才易于确保帷幕灌浆质量；②灌前压水试验多为简易压水，或是利用压力冲洗工序求得的q值，精度低，不十分准确；③简易压水所用的压力小，而灌浆压力大，所以有时q〈1Lu的孔段，也能灌入较多的水泥；④q值为孔段透水性的平均值，有时孔段岩石并非均质，可能仅有1～2条裂隙，这种情况下的简易压水求得的q值虽小，但也可能灌入较多的水泥。在灌浆实践中，经常发生一个灌浆段的透水率值小，而浆液注入量大的现象。所以既然灌浆段已钻，简易压水已做，而灌浆也并不费事，此时，还是以进行灌浆为宜，这样可以消除一些失误，有利于灌浆质量。如果连续几段的透水率值均很小，则可考虑增长灌浆段，仍以进行灌浆为好。

四、冬季灌浆施工

当工作面日平均温度在5℃以下或日平均温度虽在5℃以上，但日最低温度在-3℃ 以下时，灌浆工作应按冬季施工进行。

(1)灌浆浆液温度在灌入灌浆孔以前宜保持在10℃以上。在灌浆时，受灌岩层温度 不宜低于5℃，并在灌后5d内，均宜保持这样的温度。

(2)灌浆泵及浆液搅拌设备应设置在避风防寒的灌浆房内。灌浆房内温度宜保持在 10℃以上。浆材存放地点的温度应在0℃以上。

(3)输浆及供水管路须采取保温措施。

(4)采用热水搅拌水泥浆液，但水温不得超过40℃，以防浆液产生假凝现象，在水 温均匀后，再加入水泥。水泥不得预先加热。

(5)灌浆时的气温、灌浆房内温度、灌入前浆液温度均应经常测量。前两项可以每 4～8h测量一次，灌浆时的浆液温度则应每小时左右测量一次。

(6)灌浆结束后，应及时将灌浆机械和管路中的积水或残留的浆液全部冲洗放净， 以免因冻结而招致机械的损坏或造成将来施工的不便。

五、夏季炎热高温下灌浆施工

有些地方，在炎热的夏季施工时，应注意。

(1)制浆的水温和浆液温度均不宜高于40℃。

(2)灌浆房宜设有防热降温设施，使房内温度不要过高。

(3)灌浆材料应储放在棚内，免受曝晒。

(4)曝露在阳光下的灌浆管路应采取防晒措施等。

六、灌浆工作中的注意事项

(1)在灌浆过程中，根据岩石吸浆量的情况，按照设计和施工的要求，正确地掌握压力。记录的压力要准确地反映压力表所指示的实际压力，指针如有摆动，则可记录下其摆动的范围，例如记录为1.5～1.8MPa。

(2)控制的压力一般多以压力表指针摆动范围的中值为准，但也有的工程规定以指 针摆动的最大读数为准，这须在灌浆技术要求文件中予以说明。

(3)选用压力表时，压力表的规格应与灌浆压力相适应，一般情况下灌浆压力(指压力表指示压力)应在压力表极限刻度的1／3～3／4范围内，压力表应灵敏、准确。在使用 前，应检验其性能，其误差不应大于5％，不符合要求的不要使用。

(4)灌浆过程中，注意观察是否发生有异常现象，例如地表冒浆，压力的突然升降，单位吸浆量的突然增减等，发现有这些情况后，除立即作妥善处理或调整外，应详作记录，并说明其原因。

(5)制浆所用的各种材料，要依照配比中规定所需的加入量进行秤量。加水量可用定容积的搅拌槽中的液面高度来控制。总之，加料要准确。在灌浆过程中，可用比重秤来测定浆液的比重，用以检查加料是否准确。

(6)水泥浆应连续搅拌。但经连续搅拌在4h以上而未灌入孔段内者，一般不应再作为浆液灌注，应予废弃。经过专门搅拌试验的水泥浆，则按其试验成果来确定其适用时间。

(7)浆液灌入岩石裂隙或空洞后，宜给以一定的时间，目的是使其达到一定的强度，以避免在浆液凝结前由于下一工序的操作而受到影响或破坏，这种措施叫做待凝。采用自上而下分段灌浆时，孔口无涌水的孔段，在灌浆结束后，可不待凝；但在断层破碎带等地质条件复杂、不良的地区，则宜待凝。待凝时间的长短，视水泥的品种特性，是否新鲜，岩石裂隙情况，以及地下水活动情况等并通过现场试验而定。一般情况下，以能从灌浆孔中取出比较结实的水泥结石柱的时间即可。

第七节 高压灌浆施工

从灌浆理论上讲，有渗入性灌浆和张裂式灌浆两种。渗入性灌浆就是在设计的灌浆压力作用下，浆液在裂隙中流动和扩散而不改变岩石的基本结构状态；张裂式灌浆则是所施加的灌浆压力超过了岩层的初始应力和抗拉强度，致将岩层中原有的裂隙撑大张开或是形成新的裂隙，以提高岩石的可灌性和浆液扩散的能力。严格地区分，张裂式灌浆又可分为启缝灌浆和水力劈裂灌浆两种。启缝灌浆系指在灌浆时，由于施用相对较高的压力，迫使岩体中原有的某些裂隙被撑开，裂隙两侧岩体产生压缩变形，以利于浆液的进入。一般认为裂隙的扩大张开应在弹性范围以内，即当外力消除后，仍可闭合，以不使岩块产生永久变形，破坏岩石构造为好。而水力劈裂灌浆则是施加更大的压力，将液体压入孔内，强行使整体岩块压裂，产生较多新的裂隙。一般来讲，大坝基岩帷幕灌浆多是遵循渗入性灌浆理论进行设计的，相对张裂式灌浆而言，采用的灌浆压力要低一些。

我国自20世纪70年代乌江渡大坝防渗帷幕采用高压（6MPa）灌浆获得优异成果以后，特别是鉴于溶洞内充填的粘土经过高压灌浆后，强度和弹性模量有了显著的提高，甚至于粘土在岩性方面也有了某种程度的改善，高压灌浆的方法引起了设计人员特别是地基处理工程界的重视，希望通过高压灌浆能进一步解决目前灌浆工程中尚存在的一些难题。

所谓“高压”，有两个概念。一种系以压力绝对值为准，20世纪70年代及其以前大坝基岩帷幕灌浆采用的压力最大值多为3 MPa，所以我们暂以超过3 MPa压力进行灌浆的，称为“高压灌浆”；另一种解释是，以能使岩体中的基本裂隙扩开的压力，称为高压。这种压力随岩石种类和埋藏深度的不同而异。本节所论述的高压灌浆，系指前者。

1.高压灌浆的应用和效果

继1980年乌江渡大坝基岩帷幕灌浆工程以后，1982年在龙羊峡大坝又进行了高压固结灌浆试验。F18、F120、断层经6MPa高压水泥灌浆后，其变形模量由灌前的0.6GPa提高到5GPa，效果显著。

相继而来的是湖北省隔河岩大坝、贵州省东风大坝、辽宁省观音阁大坝以及云南五里冲无坝水库等岩溶发育地区在基岩修造帷幕，均采用5－6MPa的高压，均取得了理想的灌浆效果。灌浆简况见第十章。目前高坝基岩帷幕灌浆多已采用了大于3MPa的灌浆压力。

2.高压灌浆施工方法

在地质条件允许时，宜采用“孔口封闭、自上而下分段灌浆法”。该法施工方便，不易出事故，灌浆质量好。也可采用孔内卡塞自上而下或自下而上分段灌浆的方法，应予注意的是，由于灌浆压力大，往往灌浆塞在钻孔内卡不住，向上移动。以前的作法是加长栓塞上橡胶塞的长度和选用合宜的橡胶材料，必要时在孔口再增设固定栓塞的装置。近期中国水利水电基础工程局和其他一些单位已研制出气压（或液压）式栓塞，耐压6MPa以上，可由胶管下送到孔内规定的部位，实施纯压式灌浆。

3.灌浆设备

高压灌浆应有专用设备

（1）高压灌浆可使用压力为10MPa或12MPa的高压灌浆泵。

（2）输浆管路可采用双层钢丝编织胶管，耐压11MPa。

（3）采用特制的管路接头。

（4）采用特制的耐磨高压阀门。

4.适用条件

能否采用高压灌浆主要应看基岩的地质条件，例如：四川省升钟水库，大坝基岩主要为白垩系砂岩、泥质砂岩、粘土岩和砂质粘土岩；葛洲坝一期工程，大坝基岩主要为白垩系下统陆相沉积红色碎屑岩，岩类有砂岩、粉砂岩、粘土岩等，灌浆压力稍大些，岩面即发生抬动。所以大坝基岩帷幕灌浆就难以使用高压。其次是基岩上面的压重情况。防渗帷幕灌浆为了加大灌浆压力，有的工程曾作这样规定：当基岩上面混凝土厚度达到20m后，再开始帷

幕灌浆。这就有利于使用高压灌浆。

5.地面抬动

灌浆压力应以不引起地面抬动或抬动值不超过规定的允许值为准，见前第六章第四节中第三项所述。