第9章GIN法(大坝基岩灌浆)

第九章 GIN法灌浆施工

第一节 概述

一、GIN法简易说明

GIN（Grouting Intensity Number）灌浆法也可称之为灌浆强度值灌浆法，在一个灌浆段全部灌浆过程中保持GIN是一常数值。该施工方法是在1993年由瑞士灌浆专家隆巴迪博士（G. Lombardi）首次提出的。他认为进行帷幕灌浆施工，只要做到各个灌浆段的GIN值大体一致，就可以建造一道均匀连续的防渗帷幕。国际上有些工程已开始应用，并获得了理想效果。

二、GIN值的含意

要对岩体灌浆使其紧密就必须消耗比较多的能量。在一个灌浆段内，能量的消耗近似等于灌浆压力P和单位段长累计注入量V的乘积，即P×V。这个数值P×V就叫做GIN值（灌浆强度值）。若灌浆压力以MPa计，单位段长累计注入量以l/m计，则GIN值即可以MPa×l/m表示。例如GIN值为200，就是P×V=200（MPa×l/m）。

若将PV=200画成灌浆压力P与单位长度累计注入量V相应曲线时，就可以得到一条双曲线。为了控制过大的灌浆压力和过多的不必要的灌注量，还要规定一个允许的最大灌浆压力Pmax和一个允许的最大单位长度累计灌注量Vmax，这样就形成了一个GIN值的包络线图，见图9-1。

GIN值一般分为五类，见图9-1中所列的表

三、GIN法灌浆要点

1． 灌浆采用水灰比较低的，中等稠度的稳定浆液。 2． 灌浆段长一般为5m。

3． 一个灌浆段只用一种稳定浆液进行灌注。 4． 采用低～中等的注入率。

5． 采用计算机监控灌浆全过程。计算机给出7种曲线，见图9-2。应注意的是曲线④

和⑦略有不同，前者是Q/P对应于时间T的过程线，后者是Q/P对应于单位长度累计的注入量的曲线，曲线下降表明灌浆过程正常。 6． 一个灌浆段采用一个GIN值。以灌浆压力P（MPa）和单位长度累计注入量V（l/m）

的乘

积值控制施工。当P×V值遇到GIN值限制包络线时，停止灌注。施工过程中应注意控制压力，以便在GIN曲线的限制压力下停止灌注。宽大裂隙接近⑤中的B点；细裂隙接近A点结束。

四、GIN法灌浆主要优点

1．使用中等稠度的稳定浆液，在流速较低的情况下，水泥颗粒沉淀少，防止过早地阻塞裂隙通道，有利于灌浆质量。

2．浆液具有良好的稳定性，析水少，浆体固结后，余留空间小，结石紧密，与岩石粘结力强。

3．浆体中水泥含量高，力学强度大，抗溶滤能力强。

4．每段灌浆仅使用一种浆液，简化灌浆工艺，提高功效，减少故障。 5．用GIN曲线控制整个灌浆过程，使幕体大致均一，降低水泥用量。 7． 采用计算机监控灌浆全过程，提高了灌浆质量。

第二节 GIN灌浆法设计与施工

一、灌浆浆液的选用 对浆液性能的要求如下：

1．稳定浆液 2小时内析水率小于5%； 2．水灰比 0.6:1～0.8:1； 3．密度 1.7～1.6g/cm3；

4．粘度 马氏漏斗测定28～35s； 5．28d结石强度 大于15MPa； 6．抗剪屈服强度 小于7Pa；

7．应掺入适量的膨润土和高效减水剂。 二、GIN值确定

GIN值一般分为五类，在大坝基岩帷幕灌浆设计中如何选用GIN

值尚无明确规定。一

般多是根据地质条件、岩石性态、灌浆孔深度、工程上的需要等凭籍实践经验并参改类似工程灌浆情况经综合考虑后确定。

一般选用后则为：表层段多选用较低值，深部孔段选用较高值；硬岩地段可选用较高值，软岩地段宜选用较低值。

三、4种PV值过程曲线

图9-3中表示4种裂隙宽度不同、注入量不同的大坝基岩岩体帷幕灌浆采用GIN法施工的PV值过程曲线。

PV过程线①表示宽大的裂隙，稍加灌浆压力，注入量就增加较多，最终在包络线上d点结束，结束时灌浆压力稍大于最低压力。

PV过程线②表示宽度较小的裂隙，灌浆压力逐渐提高，注入量逐渐增大，最终在包络线上d点结束。

PV过程线③表示裂隙比较紧密，压力增加较快，但注入量增加明显较慢，最终在包络线上d2点结束。

PV过程线④表示裂隙微细且紧密，灌浆压力很快升高到允许最大值，但总的注入量很小，最终在包络线上d3点结束。

第三节 GIN法在我国的应用

一、简述

据初步了解，水利水电工程大坝基岩灌浆首次使用GIN法施工的是湖南省娄水江堰水利枢纽工程。大坝基岩为下二叠系栖霞组灰岩，岩溶发育透水性大。根据“世行”专家的推荐，于1994年7月至1995年2月采用GIN法进行帷幕灌浆试验。

＃

帷幕灌浆浆液采用普通硅酸盐525水泥和“谭建牌”高效Ⅱ型减水剂。水灰比为0.7:1和0.8:1，减水剂掺量0.5%，前者用于岩溶地层，后者用于底部隔水层。

GIN值选用见表9-1。

表9-1 GIN值选用

江堰大坝河床和近河地段，帷幕布置为三排孔，防渗标准定为透水率q≤1Lu。灌浆试验结果认为：岩溶发育地层除选用高的GIN值外，若遇连续性好、规模较大、充填物性状差的层间溶蚀带时，尚须辅助特殊灌注措施，方可满足灌浆帷幕的防渗要求。经多方面比较，综合考虑，最终确定仍是采用孔口封闭灌浆法，进行高压水泥灌浆。灌注情况参见第十二章。

其次为长江三峡工程，于1995年7月至1997年8月，进行了5组帷幕灌浆试验，其中RⅢ组（即右岸第三组）、LⅡ组（即左岸第二组）采用GIN法施工。两组灌浆浆液配比见表9-2。

GIN值：根据岩体不同的埋深，分别选用了3级： 0～10m：100 MPa×l/m，Pmax 1.5MPa, Vmax 200 l/m； 10 m～20m：150 MPa×l/m，Pmax 3.0MPa, Vmax 250 l/m； 20 m～40m：250 MPa×l/m，Pmax 5.0MPa, Vmax 300 l/m。

三峡大坝基岩为闪云斜长花岗岩，岩体坚硬、完整，透水性小，帷幕防渗标准为透水率q≤1Lu。通过5组帷幕灌浆试验，结论认为：采用GIN法施工较难达到透水率q≤1的防渗标准。帷幕灌浆应采用孔口封闭法、细水泥浆液、高压灌浆施工。

几乎与三峡工程同时采用GIN法进行帷幕灌浆试验的还有黄河小浪底水利枢纽工程，现场试验工作自1995年8月开始至1995年12月结束。试验主要目的是论证小浪底大坝基岩帷幕灌浆采用GIN法施工的可行性。

试验地区岩层主要为硅质细砂岩和粉砂质粘土岩，灌浆试验分直孔和斜孔两组，钻孔孔深和孔距分别为63m、2m和65m、3m。

防渗标准：透水率q≤5Lu。 灌浆浆液配比见表9-3。

表9-3 试验室内浆液配比

GIN值选用见表9-4。

灌浆试验结果认为：小浪底工程帷幕灌浆试验，直孔组和斜孔组均取得成功，满足透水率q≤5Lu的要求，可在帷幕灌浆施工中采用。

近期在国内除小浪底工程大坝基岩帷幕灌浆局部少数地段采用了GIN法生产性试验灌浆外，据了解其他工程尚未正式采用过。

＃

二、小浪底工程2灌浆洞中段（标号0+764～0+807）GIN法灌浆施工。

＃＃

小浪底工程大坝基岩帷幕灌浆曾在2灌浆洞、4灌浆洞局部地段及坝顶帷幕北段[桩号0-－（1+025.6）～0－（1+266.6）]采用了GIN法进行帷幕灌浆，灌浆质量满足设计透水率

＃

q≤5Lu的要求，今仅举2灌浆洞为例，予以阐述。

1．帷幕灌浆孔的布置。核号0+764～0+770为三排孔，0+770～0+807为单排孔，共计完成工程量1889m。

2．基岩岩性。硅质砂岩、泥质粉砂岩。

3．灌浆浆液。 水:水泥:膨涌土:减水剂=0.7:1:0.009:0.006；析水率2%（2h）；密度1.64g/cm3；马什漏斗粘度34S；抗剪屈服强度2.4Pa；初凝时间17h30min,R28 32.1Mpa。

4．GIN的选用。见表9-5。

5．灌浆方法。采用孔口封闭灌浆法，段长5m，分为3序施工。

6．灌浆过程控制。当注入率小于5l/min时，应尽快升到最大压力；5 l/min～20 l/min时，分级升到最大压力；大于20 l/min时，先维持最低压力，适时升压，遇GIN线结束。

7．结束标准。

（1）达到GIN值，且注入率小于2 l/min，持续10min可以结束。

（2）达到GIN值，但注入率较大，应调整压力，使之沿GIN值曲线下滑，直至注入率小于2 l/min，再持续10min可以结束。灌浆过程中压力不得小于最低压力值。

（3）达到最大压力值，注入率小于1 l/min，持续30min结束。

（4）注入率大，累计注入量已达限制值，但灌浆压力小于规定最低压力，则应采取措施，包括限流、限量，歇间灌注等，直至达到（1）的标准。但当总注入量达到2000 l/m时，也可结束灌浆。

8．单位注入量及灌浆工效。第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位注入量及其平均值分别为235kg/m、172kg/m、88kg/m和149kg/m。孔段纯灌时间及其平均值分别为1h43min、1h44min、1h17min、1h32min。

9．质量检查。布检查孔6个，压水试验64段，透水率q均小于3 Lu（防渗标准为5 Lu），合格率100%，其中q＜1 Lu的占73%。

Ⅰ序孔灌前压水试验74段，透水率q＜5 Lu的27段，占总段数的36%。灌后透水率均小于3 Lu，表明灌浆效果良好。

10．GIN法灌浆与常规灌浆法比较

粗略统计，GIN法灌浆与常规灌浆法就单位注入量和灌浆工效相比，其值分别为149kg/m，1h32min和274kg/m，2h07min可以看出GIN法灌浆具有较大优势。

第四节 几个问题的讨论与建议

一、灌浆浆液

为获取好的灌浆效果，应采用水灰比较低的（0.6:1～0.8:1）、中等粘度的（马什漏斗粘度25～35S）的稳定浆液。

二、GIN值

GIN值GIN法灌浆工艺最关键的参数，应根据地质条件、裂隙发育状况、防渗标准的要求以及帷幕灌浆目的而定。图9-1灌浆强度值分类基本上是可行的。

三、灌浆压力、注入率和结束标准

我国传统的灌浆工艺是在规定的设计压力下，注入率达到某一数值延续若干分钟后结束。而GIN法施工则与之不同，仅要求P V乘积达到GIN值包络线处，不论当时压力和注入率的大小，均可结束。为此，对于结束标准我们作出了比较明确的规定，见小浪底工程灌浆实例中之“6”，供为参改。主要问题在于并非所有灌浆段均达到了设计压力。

四、灌浆方法

严格讲，GIN法灌浆应采用孔内卡塞自上而下分段灌浆方法。由于各段灌浆结束时灌浆压力并不相同，所以，各灌浆段应采用相应的GIN值独自灌注，而不宜与其上各段或其下各段合在一起进行灌浆，防止其影响该灌浆段单位长度，累计注入量的计算。但国外资料推荐，自孔底开始向上每5m 为一段；而国内则多余用孔口封闭灌浆法，自上而下进行施工，除孔口段外，其余各灌浆段均有复灌情况。实践经验初步认为三种方法均可采用，但在施工中应注意后两种方法对灌浆段累计注入量的影响。

五、开灌水灰比

有些工程帷幕灌浆使用稳定浆液，曾发现有些微细裂隙不易灌进的情况，为此，建议在灌浆开始时先灌注水灰比为2：1和水泥浆若干升，视灌注情况，适时改为灌注规定的稳定浆液。

六、GIN法灌浆适用条件

相对来讲GIN法灌浆比较适用于单排孔按逐序加密法施工的帷幕灌浆工程，在岩溶发育地段和透水率q小于3 Lu地段不宜采用；②帷幕防渗标准透水率q≤1 Lu的工程不宜采用。③GIN法施工科技含量较高，施工队伍应具有较高素质，较高的技术和文化水平。技术负责人应具有相当丰富的灌浆施工经验和相应的技术水平。

七、GIN法灌浆施工主要优点

一般情况下，采用GIN法灌浆，其单位注入量较常规法灌浆法少，灌浆功效较常规灌浆法高。

八、建议

为推广GIN法施工，建议用次编写新的水工建筑物水泥灌浆施工技术规范时，应将GIN法灌浆施工编入规范中。

参改资料

1．用“灌浆强度值”方法设计和控制灌浆工程 G·隆巴迪。

2．江堰水利枢纽工程大坝基岩帷幕灌浆试验报告 湖南省水利水电勘测设计研究院1995年4月。 3．长江三峡水利枢纽主体建筑物基础帷幕灌浆试验总报告 长江水利委员会三峡工程代表局 1998年8月 4．GIN法帷幕灌浆技术研究报告

黄委勘测规划设计研究院、中国水利水电基础工程局、黄河小浪底水利枢纽建设管理局 1998年5月。 5．黄河小浪底水利枢纽2灌浆洞GIN法帷幕灌浆生产性试验灌浆报告 中国水利水电基础工程局、黄河小浪底水利枢纽建设管理局 1997年6月 注：笔者参加了上述3、4、5三项工作中的技术咨询、科技鉴定和验收工作。

＃