帷幕灌浆效果的地质因素影响和施工技术分析

工程技术与管理ＮＯ・２３・２００６・１７・　

帷幕灌浆效果的地质因素影响和施工技术分析　

李学武（广东水电二局股份有限公司增城５１１３４０）　

摘要：坝基防渗处理，尤其是岩石基础的防渗处理，大都采用帷幕灌浆的方法。实践表明，坝基地质条件和坝型　

不同，基础灌浆处理的方法和施工技术繁简程度也不一样。特别对于破碎岩层，在很大程度上是地质因　

素决定着灌浆方法，而灌浆的技术手段决定着灌浆能否成功。　

关键词：帷幕灌浆破碎岩层　地毯式灌浆　坝基防渗　

坝基防渗处理，尤其是岩石基础的防渗处理，大都采用　帷幕灌浆的方法。如果对地质条件的认识不清，采取的坝　基防渗处理不当，轻者可造成漏水，重者会招致大坝失事。　

１岩体裂隙对帷幕灌浆的影响　

破碎岩层的大坝基础帷幕灌浆是按如下程序完成的，即：　选定防渗要求一分析地质条件和岩体的渗透性一帷幕结构设　

计一灌浆标准确定、浆材选用、工艺确定一灌浆工艺的实施一　施工时的检查和分析一帷幕的运行效果监测。整个过程可清　楚地看出，每一环节无不与地质条件密切相关。一般隋况下，　

与帷幕灌浆相关的岩基地质因素主要是岩体透水性。裂隙岩　体的透水『生主要取决于裂隙开度大小、走向、延伸范围、连通　情况，裂隙中的充填物及裂隙面的粗糙度等几何结构特征。在　

岩基上设置防渗帷幕最根本的目的就是要减少或截断通过岩　体裂隙的渗漏水。裂隙岩层中水的渗流不同于孔隙岩层中水　的均匀渗流。由于裂隙大小相差悬殊，分布不均匀，并且有一　

定的方向性，所以水沿裂隙岩层渗透具各向异性的特征。一　般情况下，大裂隙数目少、分布稀疏，／Ｊ、裂隙数目多、分布较密。　分布较疏的大裂隙具有十分强的导水能力，它在比较稠密的　…………………一………………●　群桩支护；④地下连续墙围护。　

考虑经济利益和施工进度因素．选定第①种开挖方案。　

在钢板桩支护开挖后，地下水较丰富，挡墙基底下卧淤泥　

层。地质钻孔反映淤泥层厚２ｍ～３ｍ，排水换填方式处理　

地基将很难确保居民楼地基的稳定。所以基础处理方式　

的选择有如下几种：①打松木桩；②碎石桩；⑨砂桩；④片　

石挤淤；⑤满堂红板式基础；⑥打预制管桩等等。　

通过对投资、工期时效、施工难易程度、施工现场条件　

不能满足大型机械进场、对居民楼的影响程度及居民的意　

见等多方面的比较，选择了打松木桩加固地基。　

松木桩采用湿松木，桩长在３．０ｍ～８４．０ｍ之间。尾　

径大于８　ｏｎ，头径大于１５　ｏｎ，外排桩中心距结构外边线大　

于２５　ｏｎ，经查有关资料及对部分松木桩进行单桩承载力载　

荷试验结果表明：其单桩极限承载力Ｒ＝６０～１２０　ｋＮ／根，　

每根桩的容许压力［　为５０ｋＮ，依据《建筑地基处理技术规　

范》中桩的设计原理，则单根松木桩的容许承载力如下：　

Ｒ　＝　日［　］＝１ｘ０．５ｘ５０＝２５ＫＮ／根　

竖向荷载总和ＺＧ包括：挡墙及基础自重、挡墙后填土　

重、墙后地下水水重、墙顶机械及人群活荷载等的竖向力　

总计为５５０ｋＮ，基础尺寸４．５ｘ１，则每ＩＩｌ２所需松木桩数：　

参考文献：（略）　细小裂隙网中起“排水主渠道”的作用。这种大小裂隙组合起　来即形成复杂的网状裂隙导水系统。防渗帷幕的主要目的是　堵塞上述裂隙导水系统中的“排水主渠道”。　

岩体的透水性取决于裂隙几何结构特征，这些因素与　岩性和岩相密切相关。裂隙的几何结构特征常常影响浆　液在裂隙中的流动性，影响帷幕灌浆的设计与施工。　

（１）岩性的影响，不同岩性具有不同的裂隙孔隙特征。　

一般情况是：薄层、软弱岩石（０ｎ粘土岩、页岩、泥灰岩、凝灰　岩等）中，裂隙短、窄且密集。坚硬岩石（０ｎ结晶石灰岩、白　云岩、花岗岩、闪长岩等）中的裂隙则狭长，并较稀疏。硬　

而脆的岩石中多为密集、闭合的裂隙。显然，宽而长且连通　的裂隙透水性强、浆液易于渗透，可灌性好，易于达到灌浆　

标准，灌浆效果显著。　（２）裂隙开度及连通性的影响。在灌浆工作中，灌浆材　料对灌浆帷幕的防渗标准与效果有很大影响，但这些影响　最终可归结为裂隙几何因素。岩基防渗广泛应用水泥灌　

浆材料。材料的颗粒性决定了它的使用条件。一般来说，　裂隙开度要大于水泥最大颗粒尺寸３倍，水泥浆材方能渗　

”　ｉ）　亏　３恨　‘　

即每　木桩间隔５０ｃｍ，梅花形布置。　

在确定木桩作为淤泥软土地基的处理方法后，减少了　

因抽排地下水，开挖淤泥所可能带来的基坑塌方，居民楼　地基下沉等破坏性后果，加快了工程施工进度。工程建成　

１２个月后对挡土墙进行沉降观测，结果在ｌｃｍ～３ｃｍ之　

间，属稳定，说明采用松木桩基础是完全可行的。　

４松木桩基础处理工程综述　

松木桩处理较弱地基，针对特殊的地质环境，首先要　

有地下水保养，其次，桩的长度、深度受一定限制，太长或　

太深均造成不必要的浪费，对于地下水位变化幅度较大或　

地下水具有较强腐蚀性的地方不适宜用木桩基础。使用　

松木桩基础时需注意的是承载力必须在木桩允许范围之　

内，否则适得其反。　

对于使用功能单一的建筑结构，如选用的基础处理方　

式不当，会给国家财产造成极大浪费。在前面所列举几种　基础处理方案中，木桩较其它类桩在经济效益上有很大的　

节约，且使用材料得到充分利用，其施工中也不需要配置　

专用机械设备，易于操作。此外也排除了因深基础开挖过　

程中由于地下水丰富而造成的各种可能性破坏。

　维普资讯 http://www.cqvip.com ・１８・２００６年第２３期中国西部科技　

入裂隙，起到应有的防渗作用。室内模拟试验表明，裂隙宽　度小于０．１５　ｍｍ时，普通水泥浆体难以渗入。　当裂隙宽度小于灌浆材料所能渗入的临界值时，通过　

该材料的灌浆往往难以有效减弱基础的透水性。所以有　些地层仅通过普通水泥灌浆难以达到设计的防渗标准，不　得不采用化学灌浆或超细水泥灌浆，以得到特殊的防渗效　果。对连通性好、开度大的裂隙，在浆材流动范围内浆液浓　

度要大，甚至加细沙等粗粒材料，灌浆压力可小些；对于不　连续、闭合状的节理，浆液则难以渗入，浆液浓度要小，灌浆　压力要大，甚至可以采用劈裂灌浆工艺。只有采用高压灌　

浆，才能达到较高的灌浆标准。　（３）裂隙走向与延伸范围的影响。裂隙的走向与延伸　

的范围也同样影响帷幕灌浆的质量和效果。灌浆孔往往　难以穿过陡倾角、易尖灭的裂隙，往往连ｑ≤１０Ｌｕ的灌浆　标准也难实现。以往的工程实践表明：灌浆过程中，浆液难　以通过层面裂隙灌入陡倾角裂隙，但有时又遇到裂隙性集　

中渗漏，有时当灌浆孔揭穿陡倾角裂隙，灌浆量将突然增　大。对于这种陡倾向裂隙的存在，当砂岩厚度有限时，仅通　过缩ｄ＇ＳｆＬ距提高揭穿陡倾角的几率不大，以此来提高灌浆　

标准是不经济的，效果也不会有很大改善。可以根据岩体　深度合理增大灌浆压力，由高压力引起岩体的劈裂，从而增　加岩层的可灌性和浆液可到达的距离。因为在裂隙网中　可产生新的相互连通，提高灌浆的效果。减少岩层渗透性、　

增大孔距可以代替昂贵的斜孔灌注。　（４）裂隙中充填物的影响。充填情况不同透水性也不　同。对构造断裂带，当裂隙被方解石或各种脉岩充填时透　

水性最弱；被风化岩屑、高岭土、粘土或粉土充填时，透水性　较弱；无充填的开阔裂隙透水性最强。　无充填的开阔裂隙采取灌浆帷幕防渗措施渗透性减　

小效果明显，比较容易达到设计的灌浆标准。在许多坝基　裂隙或溶洞中存在着透水性较弱的充填物，如广西融江古　

顶水电站，岩石裂隙被粘土以及粉沙土充填，用常规的水　泥灌浆方法难以达到高标准，采用高压水泥灌浆或化学灌　浆往往可以取得满意的效果。　２破碎岩层帷幕灌浆的施工技术分析　

破碎岩层帷幕灌浆有不同的方法，各种方法有各种方　法的优缺点。目前在破碎岩层中经常采用的是地毯式灌　

浆法及其他方法。　

２．１地毯式灌浆法　

具体过程就是：对破碎岩层进行地毯式的钻孔，然后　

依序进行灌浆处理并循环作业。使上部破碎岩层形成像　

地毯一样的硬壳；这样随着孔深的增加，地毯就越来越厚，　

直至施工结束。　

钻进过程中塌孔问题的处理。破碎岩层由于成孔率　

低，容易出现塌孔事故，影响施工进度，从而解决塌孔问题　

就成为钻孔的关键。塌孔现象的处理方法具体有：　

（１）钻孔施工时可以采用合金钻头或金刚石钻头钻进，　遇到大孤石时可采用钢砂钻头钻进，但是钻进过程中一定　

要严格控制给水量，给水量刚能从孔口回出即可以防给水　量过大冲跨破碎岩石层，从而预防塌孔事故的发生。　（２）如果不断出现塌孔，这时须孔口人工投散水泥．钻　机钻速控制在５０～６０　ｒ／ｍｉｎ，给水量控制在３０～５０ｒ／ｍｉｎ，　拌浆筒拌制０．６：１的水泥浆液输入钻具并边转边提，对塌　孔段进行封闭，待凝８　ｈ后，再进行钻进即可。　（３）若方法（２）不能奏效时，可采用灌浆待凝法，即立即　

对该段进行灌浆处理，７２ｈ后可施工下一段。　（４）若以上所有的方法均不能解决塌孔现象时，这时　应立即采用套管跟进法。　

灌浆施工中应注意下列的问题。　（１）灌浆栓塞的位置。灌浆栓塞每段灌浆均卡塞在混　

凝土盖板内，随着孔深的增加可加长射浆管，这样对灌浆　处理过的孔段起到复灌的作用，保证了灌浆的质量。　（２）灌浆段长。由于灌浆采用自上而下的分段方法进　

行施工，考虑到破碎岩层容易塌孔，段长不宣超过２ｍ～　３ｍ，在特殊情况下应控制在０．５ｍ～１．５ｍ范围内。　Ｇ）浆液浓度的变换。在灌浆边排孔的浆液中，主要以水　

泥浆为主。开始灌注最稀一级的浆液，同一级浓度浆液已灌　入６００Ｌ时，即可逐级变换。浆液浓度的变换遵循规范要求。　（４）灌浆结束条件及封孔。帷幕灌浆结束标准为在规　

定的灌浆压力下吸浆量小于０．４Ｌ时，延续３０ｍｉｎ即可结束　本段灌浆。全孔灌浆结束后，封孔采用机械压浆法将全孔　用０．５：１的灰浆封填密实。　

（５）吸浆量大难以结柬腈况的处理。在灌浆施工过程　中，常常会遇到吸浆量大，致使灌浆难以达到结束标准，一　般有以下几种情况：第一，因为孔隙率大，被灌入的浆液难　

以充满整个孔隙，造成灌浆难以结束。第二，靠近河床中　心的部位，地下水流速大，而且水位高，灌入的浆液来不及　充填就随水流走，造成大量浆液的浪费，致使灌浆难以结　

束。第三，由于混凝土盖板范围太小，灌浆时常常会发生地　表冒浆现象，致使多次灌浆也难以避免。针对以上情况，我　们在灌浆施工中采取以下措施：首先灌浆并迅速变换灰比　

至０．６：１时，若吸浆量并不减少，则延续３０ｍｉｎ～４０ｍｉｎ；　其次上提试验器，并检查灌浆栓塞是否沾有水泥浆液，若有　则采用间歇灌浆法施工，否则采用灌浆泵输送浆液（加水泥　

重量２％的速凝剂）至孔口，在孔口人工投沙子直至孔被　充满，然后待凝３０ｍｉｎ后，重新扫孔，在扫孔过程中可人工　投沙子反复扫孔进行３～４次后，下入灌浆栓塞再次灌浆　

延续３０ｍｉｎ后，检查灌浆栓塞是否沾有水泥浆液，若有则采　用间歇灌浆法施工；若没有，重复以上过程，直至灌浆结束。　３结语　

（１）根据已有的工程实例，无论是灌浆的压力、孔距、材　料，还是灌浆的方案、施工的质量都与岩体裂隙特征密切相　关。鉴于破碎岩层地质因素的复杂性，故以往同类工程的　

灌浆经验只能作为参考，不宜直接搬用。岩体的裂隙是灌　浆的直接对象，要取得良好得灌浆效果，必须首先对裂隙的　性质做详尽的研究。如裂隙的宽度、方向、填充物的种类　和密实度等，这些对灌浆方法、灌注材料、钻孔方法等，均有　

着很大的影响。只有将地质情况摸清后，才能选择出正确　的处理方案和施工工艺。　（２）在结构松散，地下水位较高且有一定流速，粒径不　均匀的破碎岩层的帷幕施工中，采用地毯式的灌浆方法是