一、灌浆设备和机具
灌浆采用以下设备和机具:
(丄)钻探机。宜采用回转式钻机,如父7-2型液压立轴式钻机或其他各式 适宜的钻机。
〔2〕搅拌机。常用搅拌机有2】- 4001.型、02’ - 200型高速搅拌机、风- 100乙型低速搅拌机和2001^x2型双层贮浆筒。
〔3〕灌浆泵。常用灌浆泵有101-100/100型灌浆泵或01250/50型泥浆 泵等。灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵。容许工作压力应大于最大灌 浆压力的1.5倍。 〔4〕压力表。使用压力宜在压力表最大标准值的1/4〜3/4之间。压力表应 经常进行检定‘不合格的压力表严禁使用,压力表与管路之间应设隔浆装置。 〔5〕灌浆管路。应保证能承受1 ’ 5倍的最大灌浆压力。 〔6〕水泥湿磨机。常用水泥湿磨机有长江科学院研制的11511353-1型湿 磨机和胶体磨〔转速为3000778:〕。
〔7〕自动记录仪。可采用01#-冚型、汉型或】-31型等微机自动记 录仪,以提高灌浆记录的准确性和工作效率。
〔8〕灌浆压力大于35=1时,应采用高压灌浆泵、高压灌浆塞、耐蚀灌浆阀 门、钢丝编织胶管、大量程压力表、孔口封闭器或专用高压灌浆塞。
〔9〕集中制浆站的制浆能力应满足灌浆高峰期所有机组用浆需要。制浆站 应配置除尘设备。
〔10〕所有灌浆设备应作好维护保养,保证正常工作状态,并应有必要的备用
量。
二、灌浆材料
灌浆材料基本上可分为两类。一类是固体颗粒的灌浆材料’例如水泥、黏 土、砂等。用固体颗粒浆材制成的浆液,其颗粒处于分散的悬浮状态‘是悬浮液。 另一类是化学灌浆材料,例如环氧树脂、聚氨酯、甲凝等。由化学浆材制成的浆 液是真溶液。
岩石地基固结灌浆和帷幕灌浆均以水泥基浆液为主,遇到一些特殊地质条 件,例如断层、破碎带、微细裂隙等’当使用水泥浆液难以达到预期效果时,方采 用化学灌浆材料作为补充,而且化学灌浆多在水泥灌浆基础上进行。 砂砾石地基帷幕灌浆则多以水泥黏土浆为主。
三、灌注浆液
(一〕、浆液的选择
在地基处理灌浆工程中,浆液的选择非常重要‘在很大程度上直接关系到帷 幕的防渗效果、地基岩石在固结灌浆后的力学性能以及工程费用。因此研究灌 浆材料及其配浆工作一直是灌浆工程中的一个重要课题。通过多年来的试验研 究和工程实践‘在这方面取得了很大成绩。
由于灌浆的目的和地基地质条件的不同,组成浆液的基本材料和浆液中各 种材料的配合比例也有很大的变化。在选择灌注浆液时,一般满足如下要求:
(丄)浆液在受灌的岩层中应具有良好的可灌性’即在一定的压力下,能灌入 到受灌岩层的裂隙、孔隙或空洞中,充填密实。这对微细裂隙岩石尤为重要。
(力浆液硬化成结石后,应具有良好的防渗性能、必要的强度和黏结力。帷 幕灌浆在长期高水头作用下,应能保持稳定‘不受冲蚀,耐久性强;固结灌浆则应 能满足地基安全承载和稳定的要求。
(幻为便于施工和增大浆液的扩散范围’浆液须具有良好的流动性。 〔4〕浆液应具有较好的稳定性,析水率低。 (二)浆液类型 1.水泥浆
下马岭混凝土坝砂砾石层基础防渗帷幕灌浆使用的是水泥浆,在一般情况 下,不常使用。
水泥浆的优点是胶结情况好’结石强度高,制浆方便。缺点是水泥价格高; 颗粒较粗,细小孔隙易灌入;浆液稳定性差,易沉淀‘常会过早地将某些渗透断面
堵塞,因而影响灌浆效果;灌浆时间较长时,易将灌浆器胶结住,难以起拔。
灌注水泥浆时,其配比也常分为10 :!5 :!3 :!2 1,1.5:1,1 :!0^8 :!0^ 6 10.5 :丨等九个比级,也可采用稍少一些的比级。灌浆开始时,采用最稀一级 的浆液’以后根据砂砾石层单位吸浆量的情况,逐级变浓。 2’水泥粘土浆
水泥粘土浆是一种最常使用的浆液,国内外大坝砂砾石层灌浆绝大多数都 是采用这种浆液,其主要优点是稳定性好;能灌注细小孔隙;而且天然粘土材料 较多,可就地取材,费用比较低廉;防渗效果也好。
国内有的学者曾对砂砾石层灌浆帷幕的渗透破坏机理作过研究0,认为为 了提高砂砾石层灌浆帷幕的稳定性’防止细颗粒流失和产生管涌’关键是要设法 降低帷幕本身的透水性,而不是提高浆液结石的强度,因而没有必要在浆液中过 多地提高水泥含量。一般认为,浆液结石283的强度如果达到4〜5 X !)沙 即可满足要求。
水泥粘土浆中水泥和粘土的比例多为冰泥:粘土/丄::":4〔重量比穴浆 液浓度范围多为干料;水二工:":3〔重量比〕。
有的大坝通过灌浆试验,对灌注的水泥粘土浆液提出下列控制指标:0浆液 结石283龄期的强度不小于3〜5 X 功浆液粘度不超过603③浆液稳定
性应小于0.02 ;&浆液自由析水率应小于可供参考。
对于多排孔构成的帷幕,在边排孔中,宜采用水泥含量较高的浆液;中间排 孔中,则可采用
水泥含量较低的浆液。密云水库大坝‘谢尔,庞桑大坝、密希安大 坝都是采用这种浆液灌注的’见表“ - 2。
当灌注水泥粘土浆时’为简便起见,从灌浆开始直至结束’多采用一种固定 比例的水泥粘土浆,灌浆过程中不再变换。但也有少数工程,灌浆开始时,使用 稀浆,以后逐级变浓‘例如岳城水库大坝基础帷幕灌浆就是采用了这样的方法。 水泥粘土浆浆液浓度若是分级时,比较常使用的方法是:浆液中水泥与粘土的掺 量比例固定不变,而用加水量的多少来调制成不同浓度的浆液。
表11 - 2 —些大坝灌浆使用的浆液情况
坝名 | 灌浆浆液情况 |
密云水库白河主坝 | 地层吸浆量 (!^!化) | 水泥:粘土冰 |
边排孔 | 中排孔 |
! 50 50 〜100 “100 | 1 11.86 8.6 1 11.86 4.3 1 11.86 2.86 | 1 4 112.5 1 4 7 5 1 4 5 |
谢尔,庞桑坝 | 红外焦平面探测器边排孔 水泥:粘土冰二1 1.5 :5 内排孔 水泥:粘土冰二1 5 :14 |
马克坝 | 两种组合(每一立方米浆液的组成) 1.水泥粘土浆: 水 8501 水 9501 粘土 300竑 膨润土 100竑 水泥 80竑 硅酸盐 161 硅酸盐 121 磷酸盐 144 |
密希安坝 拉线绝缘子 | 五排灌浆孔 外边两排孔粘土 204,水泥144,水66 4 里边两排孔粘土 25 4,水泥5 4,水704 中间排孔 粘土 254,水泥704。,硅酸盐和磷 酸盐5 4。 |
秋尔马依,怒林坝 灌浆试验 | 水泥:粘土 :膨润土冰2.84 0.5 112.3 浆液比重 1.46,57 = 2.0〜2.5 6 107” |
孟格拉坝灌浆试验 | 10红范围内不灌浆 10~20幵冰泥:粘土冰2.5 5.3 528 0 5 X 107” “2091 冰泥:粘土 冰33.07 66 528 = 3.7 6 107” |
| | | |
3’粘土浆
粘土浆胶结慢,强度低,多用于砂砾石层较浅’承受水头也不大的临时性的 小型防渗工程‘如白莲河坝围堰砂砾石层基础的防渗帷幕就是采用粘土浆进行 灌注的。但也有很少数大,其基础防渗帷幕基本上是采用粘土浆进行灌注的。 如日本船明坝(坝高24.5!^砂砾石层厚60!^防渗帷幕灌的是粘土浆,但其中也 掺用了少量水泥广印度可达坝(坝高37.2!!需要处理段的长度65!!该部位砂 砾石层厚约8””要求粘土浆的比重为丨.27,每60乙的粘土浆中加入水泥2細硅 酸钠150”^〕的防渗帷幕就是灌的粘土浆。
曰本船明坝在工地灌浆试验之前,先进行室内粘土浆液试验。在试验时,很 重视粘土中胶质粘粒(粒径小于"含量。试验结果表明’当胶质粘粒浓度# (^ + ^〕10.12-0.14时,可以获得坚固的胶结体,且泌水很少(仄为胶体粘粒 重,8为粘土重为水重〕。但当胶质粘粒浓度达到0’ 10-0.12时,浆液的粘 度却显示出很快地增长。所以为了保证浆液具有合宜的稳定性和流动性,选用 胶质粘粒浓度应有一个范围。该坝选用了 3种粘土(浓限654。! 的占 424。〕和种粘土(液限〈。!^的占234。〕作过试验,当水泥7粘土 二0: 时〔重量比八最合适的胶质粘粒浓度的范围是0.045〜0.085。
船明坝实际施工时,采用了粗粒和细粒两种粘土配制液。粘土性能和浆液 配比见表11 - 3和表11 -4每一段灌浆时‘先灌入粗粒粘土浆液‘灌至规定的数 量后结束。如果当尚未达到规定的数量就灌不进时,则改用细粒粘土浆液继续 灌注,直至两种粘土浆液灌入量的总和达到规定的数量时结束’或是当细粒粘土 浆液也灌不进时结束‘均认为该段属于正常结束灌浆。
表11-3粘土性能
粘土种类 | 含水量 | 比重 | 阿太堡界限含水量(^) | 颗粒通过率〔4。 | 有机质 | |
| 液限 | 塑限 | 塑性指数 | wentimeimei2”” | 7!” | 1!” | 含量⑷ |
粗粒 | 25 | 2.72 | 45.6 | 25.9 | 19.7 | 100 | 89 | 13 | 1.0 | 5.2 |
细粒 | 空间种植塔 50 | 2.72 | 66.0 | 31.0 | 35.0 | 100 | 95 | 40 | 2.9 | 5.7 |
| | | | | | | | | | |
表11 - 4灌浆浆液的配比和质控标准
浆液 种类 | 粘土 种类 | 浓度 0+8 0+8 + 0 | 浆液配比 | 质控标准 | 胶质粘 粒浓度 8+0 |
水泥含量 | 硅酸钠含量 ”32 8 | 氢氧化钠含量 8 | 容重 :1113〕 | 泌水率 | 流动性 |
海水防腐涂料粗粒 粘土浆 | 粗粒 | 0.41 | 0.30 | 7 | 7 | 1.363 ±0.015 | 蒸纱锅《 | 11 ±2 | 0.073 |
细粒 粘土浆 | 细粒 | 0.17 | 0.05 | 0.005 | 0.0075 | 1.120 ±0.006 | !5 | 9±2 | 0.067 |
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!.水泥粘土砂浆
为了有效地堵塞砂砾石层中的大孔隙,当吸浆量很大‘采用上述浆液难于奏 效时,有时在水泥粘土浆中掺入细砂,掺量的多少,视具体情况而定。这种浆液 仅是用于处理特殊地层,一般情况下不常采用。
5’硅酸盐浆液、丙凝、聚氨酯及其他灌浆材料
为了进一步降低帷幕的渗透性、有一些大坝的防渗帷幕在使用水泥粘土浆 灌注后’再用硅酸盐浆液或丙凝进行附加灌浆。例如阿斯旺大坝,马克大坝 和谢尔,庞桑大坝在灌注了水泥粘土浆后,又用硅酸盐浆液进行了附加灌浆。美 国哥伦比亚河上的洛克,利奇坝在灌注水泥粘土浆后’又加灌了八^-“即丙 凝)浆液。
有时为了灌注大坝基础中的细砂层‘也常采用化学灌浆材料,如永定河上的 下苹甸水电站落坡岭拦河坝基础细砂层中(细砂的细度模数为1.88〕就是采用 聚氨酯进行灌注的。灌浆后‘细砂层的单位吸水量由0.95降低到0.0431^^11^ ^),满足了设计要求。
第二节固结灌浆施工技术
固结灌浆是对水工建筑物基础浅层破碎、多裂隙的岩石进行灌浆处理‘改善 其力学性能,提高岩石弹性模量和抗压强度。它是一种比较常用的基础处理方 法,在水利水电工程施工中得到广泛应用。
一、主要技术要求
(丄)固结灌浆孔可采用风钻或其他型钻机造孔’终孔孔径不宜小于38!^^ 孔位、孔向和孔深均应满足设计要求。
02〕固结灌浆应按环间分序、环向加密的原则进行。环间宜分为两个次序‘ 地质条件不良地段可分为三个次序。
〔3〕固结灌浆宜采用单孔灌浆的方法,但在注入量较小地段’同一环上的灌 浆孔可并联灌浆,孔数宜为两个‘孔位宜保持对称。