岩基固结灌浆施工工艺及施工技术探讨

固结灌浆通常是水工建筑物施工线路上的关键工序，对工期影响相当大，但实际工程中因岩基地形复杂，设计过程中往往无法明确岩基固结灌浆的参数，所以一般先进行现场固结灌浆试验，确定技术参数(如孔距、排距、孔深、布孔形式、灌浆次序、压力等)。浅层固结灌浆孔多用风钻钻孔;深层孔多用潜孔钻或岩心钻钻孔。平面布孔形式有梅花形、方格形和六角形。排距和最终孔距一般为3～6m，按逐渐加密方法钻灌。灌浆材料以水泥浆液为主，在岩石节理、裂隙发育地段、吃浆量很大时常改灌水泥砂浆。灌浆时先从稀浆开始，逐渐变浓，直至达到结束标准。对固结效果的检查方法有：①钻检查孔进行压水试验和岩心检查;②测定弹性波速与弹性模量;③必要时开挖平洞或竖井直观检查。

1.2固结灌浆的作用

固结灌浆的主要作用是：①提高岩体的整体性与均质性;②提高岩体的抗压强度与弹性模量;③减少岩体的变形与不均匀沉陷。

对混凝土重力坝，多进行坝基全面积固结灌浆;对混凝土拱坝或重力拱坝，还要对受力较大的坝肩拱座岩体进行固结灌浆;对水工隧洞，常在衬砌后进行岩体固结灌浆。在破碎的岩层中开挖隧洞时，为避免岩体坍塌或集中渗漏，可在开挖前进行一定范围内的斜孔或水平孔超前固结灌浆。在土石坝防渗体底部设置混凝土垫层时，也常对垫层下部岩体进行固结灌浆。为保证灌浆质量，需在岩基表面浇筑混凝土盖板或有一定厚度的混凝土后才进行固结灌浆。

1.3岩基固结灌浆控制参数选择

规范中有关固结灌浆的规定如下：

1)《水闸设计规范》SL265-2001中规定：“对于裂缝已发育的岩基宜进行固结灌浆处理，固结灌浆孔可按梅花形或方格形布置，孔距、排距宜取3 m~4m，孔深宜取3m~5m，必要时可适当加密，灌浆压力应以不掀动基础岩体或盖重为原则，无混凝土盖重时不宜小于100kPa，有混凝土盖重时不宜小于200kPa”。

2)《溢洪道设计规范》中规定：“溢洪道地基固结灌浆的范围和深度应根据岩石的破碎程度、风化深度、裂隙大小和基础应力情况确定，宜在控制段及消能建筑物地基范围内进行，岩基条件好时可不进行固结灌浆。固结灌浆孔可按梅花型或方格型布置，灌浆孔方向应尽量穿过较多的裂隙。固结灌浆孔的孔距、排距、孔深应根据岩体的破碎情况、节理发育程度及基础应力综合考虑;孔距、排距宜取3~4 m，深宜取3~5m，必要时可通过灌浆试验确定孔距，对于较大的断层破碎带及裂隙密集带, 排距及灌浆压力等参数宜专门布孔。固结灌浆宜在混凝土浇筑后进行，当有混凝土盖重时灌浆压力可采用0.2MPa~0.5MPa，无混凝土盖重时可采用0.1MPa~0.3MPa，在不抬动地岩基体和混凝土盖重条件下取较大值，软弱岩体地基灌浆压力可适当降低。”

2 固结灌浆的施工工艺及要点

2.1 灌浆方法

常用的灌浆方法包括分段灌浆法、止浆塞灌浆法、分期灌浆法、循环灌浆法和重力灌浆法。分段灌浆法由上而下分段钻进并灌浆，目前在水电工程固结灌浆和帷幕灌浆中使用最多;止浆塞灌浆法是指灌浆孔一次钻到全部深度，做压水试验，然后由孔底逐段向上灌浆，利用止浆塞或膨胀塞把灌浆孔内预先选定的孔段分开，然后进行灌注。

灌浆方法的选用：分段灌浆法和止浆塞灌浆法是最常用的两种方法，都能取得有效的结果。当灌浆工期很紧或岩层产状水平，应选用止浆塞灌浆法，可以避免抬升表层岩石。如果在钻进中发生钻孔水流失现象，或是为了防止在页岩或类似岩层内钻进时岩屑形成的天然泥浆堵塞或充填较高地层的裂隙，可采用分段灌浆法。

2.2固结灌浆施工工艺

固结灌浆施工工艺流程为：放线定孔→钻孔→预埋孔口管→冲洗→压水试验、浆液制备→压力灌浆→封孔及孔位处理→质量检查。

1)钻孔：固结灌浆孔钻进选用潜孔钻机、坑道钻机MK-3、MK-4和XY-2型地质钻机，以冲击钻头为主，风动冲击或金刚石钻头回转钻进成孔，钻头口径为59-85mm。钻孔过程中用风管将孔底的岩屑、土粒等吹出，使孔内干净无碎屑，钻至设计深度后做好成孔保护，防止异物落入、孔壁坍塌等。

2)预埋注浆管：在孔内预埋铁质耐压管，管口高出基面20cm，在距基面4.0m 处用数道橡胶封隔片封堵，在封隔片到基础面的管与孔的间隙中用高标号砂浆封堵，使钻孔下段约1.0m 范围形成封闭的空间。

3)洗孔：采用压力水进行裂隙冲洗，直至回清水10min后结束。对回水达不到澄清要求的孔段，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。一般洗孔压力为灌浆压力的80%，当冲孔压力超过1MPa时取1MPa。

4)压水试验：钻孔冲洗后要在24 h 内进行压水试验，采用简易压水、单点法和五点法进行压水试验，简易压水试验压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa时取1MPa，压水20 min，每5 min 测读一次压入流量，当最大与最小流量差数除以最终读数小于10%时，即认为稳定，取最后的流量值作为计算流量，计算透水率。

5)制作浆液：现场配置浆液应按照设计的配比要求进行，制浆所用水泥及水都要称重，称重误差要求<5%，所制浆液搅拌均匀后要测定其比重，使用前要过筛且从制作到用完的时间要求小于4h。

6)压力灌浆：根据逐渐加密的灌浆施工原则，先施工基础四周的孔位，后施工中间的孔位，灌浆管底端距孔底20cm 左右。连接注浆盖头与输浆管路，启动压浆泵送浆，浆液沿注浆管，由孔底逐渐上升到整个孔中，在压力的作用下，沿孔壁裂隙流动、充填、挤走裂缝中的水分，并与周围岩体固结，形成密闭的防渗体。灌浆结束标准：固结灌浆在规定压力下，当注入率≤0.4L/min时，继续灌注30min即可结束灌浆。

7)封孔及孔位处理：灌浆后，因水泥浆固结收缩，灌浆孔上部会形成空洞，应吸出孔内积水，用高标号砂浆封填，孔口管凿除后再用高标号砂浆抹平。

8)质量检查：固结灌浆检查工作在该部位灌浆结束3 d～7 d后进行，以检查孔压水试验成果为主，结合灌浆资料分析等进行综合评定。检查孔一般布置在以下部位：①注入量大的孔段附近;②岩石破碎、断层、大孔隙等地质条件复杂的部位;③灌浆情况不正常或分析灌浆资料认为对灌浆质量有影响的部位。检查孔压水试验采用“单点法”，压力为1MPa，灌浆合格标准为基岩透水率Q≤3Lu。检查孔数量不少于灌浆孔总数的5%，试段合格率85%以上，不合格试段的透水率值不超过设计规定值的50%且不集中，灌浆质量才可认为合格，否则应进行处理。

3 灌浆过程中常见问题的处理措施

3.1灌浆中断

中断后浆液中的水泥颗粒沉淀，浆液凝结，会堵塞浆液流动通道，影响灌浆施工质量。无故中断后应按下述原则处理：a)应尽快恢复灌浆，否则应立即冲洗钻孔，再恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，再恢复灌浆。b)恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注;如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注。

3.2串浆

在注浆过程中浆液从注浆孔内流程的现象称为串浆，产生串浆的原因是岩石中孔隙、裂隙较多，压力较高时相互串连形成通道。处理办法有：①适当延长相邻孔之间的注浆间隔时间，防止新灌入浆液，将前期灌入到裂隙中的浆液从岩体缝隙中冲出;②串浆孔和注浆孔同时进行压浆;③封堵串浆孔。

3.3地表冒浆

对孔口冒浆可采用重新回填粘土或在粘土中掺入少量水泥的方法，封堵套管外壁和孔壁之间的间隙。对孔口以外的冒浆可采用低压、浓浆、间隔灌浆等方法处理，必要时灌砂浆，直到冒浆停止，压力达到规定压力后，再正常进行灌浆;若处理无效，则应等浆液凝结后再进行复注。

3.4岩层大量漏浆

漏浆的主要原因是岩层渗透。处理方法是：①降低灌浆压力：用低压输送浆液将裂隙充填，流动性降低后再逐渐升压至正常灌浆;②增大浆液浓度：用浓度大的浆液或水泥砂浆灌注，以限制浆液流动范围，待吸浆量降低到一定程度，再正常灌浆至结束条件; ③限制进浆量：将进浆量限制在30 ~40L/ min 或更小，使用浓浆，当进浆量减少时将压力升高，进浆量又达30~ 40L/ min，再用浓浆灌注，直到符合结束标准; ④间隔灌浆：每灌入一定量的干料后就暂停灌注，待凝固一段时间后再灌，直到满足结束条件。

4 结语

在水利工程中，岩基固结灌浆属于重要隐蔽单元工程，灌浆质量的好坏直接影响工程的工期和质量。在灌浆工程中要重视岩基固结灌浆参数的选择、质量控制标准及工艺流程，特别是在复杂的地形中要找准固结灌浆的控制参数，同时对可能出现的问题提前做好防范和应对措施，提高灌浆质量，缩短工程工期。