固结灌浆和帷幕灌浆施工工艺简介

在灌区加固改造工程中，灌浆大量应用于加固地基和在透水地基中构筑防渗帷幕。下面简单介绍固结灌浆和防渗帷幕灌浆的施工工艺。

（一）灌浆孔的布设

固结灌浆孔常布置成方格形、梅花形和六角形，如图1-1所示。方格形布孔的主要优点是便于补孔，对地质条件复杂的地基宜采用这种方法，而梅花形和六角形布孔则不便于补孔，对预计灌浆后不需补孔的地基多采用这两种布孔形式。

防渗帷幕灌浆孔当帷幕承受水头较小时，一般布置1～2排孔即可，当承受水头超过20m时，可增至2～3排。

（二）灌浆的施工次序

1.固结灌浆的施工次序

灌浆施工次序的原则是分序跳孔灌浆、逐渐加密（见图1-1）。它的优点是：浆液被逐渐挤密压实，可以促进灌浆帷幕的连续性；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；根据各次序孔的单位注入量和单位吸水量的分析，可起到反映灌浆情况和灌浆质量的作用，为增、减灌浆孔提供依据；减少邻孔串浆现象，有利于施工。

图1-1 固结灌浆孔布设图

（a）方格形布孔图；（b）梅花形布孔图；（c）六角形布孔图
a—孔距；b—排距；1—第Ⅰ次序孔；2—第Ⅱ次序孔

2.防渗帷幕孔的灌浆次序

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。

（三）钻孔

钻孔可根据地层的岩性采用机钻、锥钻、土钻、打管或射水等各种成孔方法，有些情况还可以预埋灌浆管而不需钻孔。在砂砾石地层和软弱岩层采用合金钻头；在较硬岩层和混凝土中用钢粒钻头。钻孔要直，偏斜不得大于孔深的2%，孔径应均匀，孔壁平整光滑，以利下套管或安装灌浆塞进行分段灌浆。

钻孔施工中，钻孔方向的控制是钻孔工艺的关键。钻孔方向偏斜过大，其后果是各钻孔灌注的浆液扩散范围不能互相搭接而形成漏水通道。孔向的控制比较困难，特别是钻设斜孔，掌握钻孔方向更加困难。控制孔向的主要措施如下。

（1）钻孔安装必须稳固，钻机主轴方向要正确。

（2）开机时要保证钻机立轴中心和钻孔中心在一条直线上，开孔以后要按预定的孔向安置孔口管导向。

（3）钻进时要尽量使用大于5～6m的长钻具；每隔一两根杆要设胶皮圈作导向箍，以防钻杆撞击孔壁。

（4）在钻孔过程中加强钻孔斜度观测，以便随时纠正钻孔方向。

（四）灌浆方法

1.注浆方式

按照灌浆时浆液灌注和流动的特点，注浆分纯压式和循环式两种。

纯压式注浆是一次把浆液压入钻孔灌浆段，再扩散到地层缝隙中去，不再返回。在灌注过程中，浆液只能从灌浆机向钻孔流动，如图1-2（a）所示。这种注浆法设备简单，操作方便，但浆液流动速度较慢，容易沉淀，堵塞地层缝隙和管路，影响灌浆效果。它只适用于吸浆量大，有较大空隙和孔深不超过12～15m的情况。

图1-2 纯压式灌浆和循环式灌浆示意图

（a）纯压式灌浆；（b）循环式灌浆
1—水；2—拌浆筒；3—灌浆泵；4—压力表；
5—灌浆管；6—灌浆塞；7—回浆管

循环式灌浆时，浆液进入钻孔灌浆段后，一部分被压入地层缝隙中；另一部分由回浆管路返回拌浆筒中，如图1-2（b）所示。这种方法一方面可使浆液始终保持流动状态，防止水泥沉淀，灌浆效果好；另一方面又可以根据进浆浆液的相对密度和回浆浆液的相对密度的差值来判断地层吸收水泥情况，作为衡量灌浆结束的一种条件。由于循环式灌浆优于纯压式灌浆，故目前工程中大都采用循环式灌浆。

化学灌浆由于配制的浆液是真溶液，不存在粒状灌浆材料所产生的沉淀问题，故都采用纯压式注浆。

化学灌浆注浆有单液法和双液法。一次配制成的浆液或两种浆液组分在泵送前先行混合的灌浆方法称为单液法。两种浆液组分在泵送后才混合的灌浆方法称为双液法。两种方法的特点和适用条件见表1-2。

表1-2 单液化和双液化比较表

2.灌浆顺序

按照灌浆的顺序，有全孔一次灌浆、分段灌浆和孔口封闭灌浆三种。

（1）全孔一次灌浆。一次灌浆系将灌浆孔一次钻到全深，然后全孔一次灌浆。这种方法施工简单，多用于孔深不超过10m，地质条件比较良好，裂隙较小，透水性不大的情况。

（2）分段灌浆。分段灌浆又有自上而下、自下而上和综合法三种。

自上而下分段灌浆是钻一段、灌一段，待凝一定时间以后，再钻灌下一段，钻孔和灌浆交替进行，直到全深。此法的优点是随着段深的增加，可以逐段增加灌浆压力，提高灌浆质量；由于上层先行固结，下部灌浆时，不易产生地层上抬和地面冒浆现象。缺点是需要待凝时间，机械设备迁移频繁，影响施工进度。目前国内在地质条件不良、孔隙较大、孔深较大时，多采用自上而下分段灌浆。

自下而上分段灌浆是一次将孔钻到全深，然后自下而上逐段灌浆。这种方法的优缺点和自上而下分段灌浆法相反，一般多用在地层较好，裂隙较小的情况。

在实际工程进行深层灌浆时，可以兼取以上两法的优点，对于孔上部采取自上而下法先灌，而孔的下部再用自下而上法钻灌，这就是所谓综合法（图1-3）。

图1-3 综合分段灌浆法示意图

（3）孔口封闭灌浆。该法是先把灌浆塞设置在孔口，自上而下分段钻进，逐段（段间无栓塞）灌浆并不待凝的一种分段灌浆方法。它的优点是：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；发生孔内事故的可能性较少等。缺点是全孔多次复灌，孔内占用水泥量较多；各段压水试验成果和原始注入量的准确性稍差等。

孔口封闭灌浆是一套完整的施工工艺，有其独特严格的技术要求。SL62—94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》为此专门增列一节，便于采用此法施工时遵守应用。

3.软基常用灌浆方法

软基主要是指土基和砂砾石地基。适合于软基钻孔灌浆的常用方法有：循环钻灌法、打花管灌浆法、套管护壁法和袖阀管法等。

（1）循环钻灌法。该法是在孔口埋设护壁管。钻进时用泥浆或稀水泥粘土浆固壁，分段自上而下钻一段灌一段，钻孔与灌浆循环进行，直到预定深度，见图1-4。(www.xing528.com)

图1-4 循环钻灌法

钻孔多使用合金钻头回转钻进，并利用钻杆作灌浆管进行灌浆。灌浆段长度视孔壁稳定情况和地层渗漏程度而定，一般为1～2m。

用这种方法灌浆，做好孔口封闭，是防止地面抬动和地表冒浆，提高灌浆质量的有效措施。

（2）打花管灌浆法。打花管法是将带有花管和尖头的钢管打入地层，直到设计深度，用压力水冲洗后自下而上分段拔管灌浆，见图1-5。此法施工简单，但遇卵石或块石时打管困难，且灌浆效果较差，故只适用于较浅的砂土层和防渗要求不高的情况。

图1-5 打花管灌浆法

（a）打入花管；（b）清洗；（c）拔管灌浆

（3）套管护壁法。套管护壁灌浆法见图1-6。边钻孔边打入护壁套管，直至预定灌浆深度，冲洗下注浆管，然后自下而上分段拔套管灌注第一灌浆段、第二灌浆段，直至全灌浆段。此法有套管护壁，不会坍孔。但浆液易沿套管外壁向上流动，产生地表冒浆；另外，灌浆时间长时，会胶结套管，造成起拔困难。

图1-6 套管护壁灌浆法

（a）打入护壁套管；（b）下注浆管；（c）拔管灌第一段；（d）拔管灌第二段

（4）袖阀管法。袖阀管法又称双层管双栓塞注浆法，施工分为四个步骤（见图1-7）：

图1-7 袖阀管灌浆法

（a）钻孔后插入套管；（b）插入袖阀管；（c）注入封填材料，提升套管；（d）插入带双止浆塞的注浆管，开始注浆

1）钻孔，通常用优质泥浆（如膨润土浆）护壁，很少用套管护壁。

2）在孔中插入袖阀管，应设法使其居于钻孔中心位置。

3）浇注套壳料，用套壳料置换孔内泥浆。套壳料的作用是封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液流窜。

4）待套壳料有一定强度后，在袖阀内放入带双塞的灌浆管。注浆时，先用清水或稀浆，逐渐升压，压开袖阀管上的套圈，压裂填料，使套壳在规定的灌浆段范围内破碎而开环。开环后，继续用清水或稀浆灌注5～10min后，就可进行灌浆。

袖阀管法是一种先进的灌浆法，它可以根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆，并且可使用较高的灌浆压力，冒浆和串浆的可能性小。其缺点是预埋的袖阀管被填料胶结以后，不能起拔，耗用管材较多。

（五）灌浆压力的控制

灌浆施工时，灌浆压力有两种控制方法。一次升压和分级升压。

1.一次升压

灌浆一开始就尽快将压力升到规定压力，并保持此压力一直到灌浆结束。这是常用的控制方法，适用于一般地层。由于整个灌浆过程始终处在高压作用下，宽细裂隙都能灌进，填充比较密实，扩散范围比较大。

2.分级升压

将规定的灌浆压力分2～3级逐级升压。每当单位吸浆量减小到一定限度后，将压力升高一级，直到规定压力下结束灌浆。这种方法在裂缝空隙大、地层松散、透水性强，难以很快升到规定灌浆压力的情况下使用。

（六）浆液浓度的变换

裂缝、裂隙大小不同，所需要的稀浆量和浓浆量也不相同，所以在灌浆过程中应根据浆量和浆压力及时变换浆液浓度。一般以10∶1或5∶1稀浆开始，使稀浆先进入微细裂缝、裂隙，并压送到远处，然后逐级加浓，用浓浆充填大的裂缝、裂隙、空穴。浆液浓度的变换，目前采用如下三种指标为变浆条件。

（1）按灌入的总浆量确定。这是目前最常用的方法，即在一定的灌浆压力下，某一级浓度的浆液灌入的总量已超过规定的数值，而灌浆压力和单位吸浆率没有显著变化时，即可把浆液变浓一级。

（2）按一定时间灌入的浆量确定。即在规定时间内，在规定压力下，灌入的浆量已超过规定值时，即可把浆液变浓一级。

（3）按灌入的总浆量和单位吸浆率确定。即在一定灌浆压力下，某一浓度的浆液灌入的总量和单位吸浆率均超过某一数值时，即可把浆液变浓一级。

（七）灌浆结束的标准和封口方法

1.灌浆结束的标准

一般用两个指标来控制：一个是最终的限定吸浆量；另一个是在最终限定吸浆量情况下，保持设计规定压力的延续时间。规范规定：

坝基岩石帷幕灌浆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1L/min时，继续灌注90min，灌浆可以结束。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，灌浆可以结束。

固结灌浆，在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min，灌浆可以结束。

2.封口方法

规范规定帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，灌浆孔封口应采用“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”或“压力灌浆封孔法”。

固结灌浆封孔应采用“机械压浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”。

（八）灌浆施工中故障的处理

在灌浆施工中，往往会发生灌浆中断、地面冒浆、相邻灌浆孔串浆、绕塞漏浆等故障，须注意预防并进行妥善处理。

（1）灌浆中断。由于机械故障、输水管路爆裂或崩脱、压力表失灵等原因引起的灌浆中断。中断后，估计能在短时间恢复灌浆，中断前又是稀浆，可不进行冲洗净孔，排除故障后就可复灌；中断后估计短时间难以复灌的，应立即冲洗钻孔；当中断时间较长，又未能及时冲洗钻孔，孔内有浆液沉淀，并可能已初凝时，应进行二次钻孔，重新灌浆。

（2）地面冒浆。对于地面冒浆，一般可用麻刀、棉纱或速凝砂浆等进行封堵，当冒浆严重时，可浇筑一层混凝土或填土压重，而后再进行灌浆。

（3）串浆。相邻灌浆孔发生串浆时，可对串浆的几个孔同时灌浆；如无此条件，则在串浆孔内漏浆处以上部位安装灌浆塞后，在原灌浆孔进行灌浆。

（4）绕塞漏浆。绕塞漏浆的预防和处理措施有：钻孔孔径力求均匀；加长灌浆塞中起阻塞作用的橡胶塞；采用自上而下分段灌浆方法，上段灌完后，给以足够的待凝时间。