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帷幕灌浆试验报告

xxxxxxxx

帷幕灌浆试验报告

xxxxxxxxxxxxxxxxx

批准：

审核：

编写：

xxxxxxxxxxxxxxxxxx项目经理部

二○一四年五月

1试验依据及试验目的

1.1试验依据

（1）《水电水利工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）。

（2）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）。

（3）招标文件第三卷技术标准和要求（合同和技术条款）。

（4）4#—10#坝段护坦下游新加帷幕布置设计图（图号：

802XH1-G-17）。

（5）《万家寨水利枢纽泄水建筑物维修工程帷幕水泥灌浆施工技术要求》（文号：

802XH1-G-2Q）。

1.2试验目的

（1）检验钻孔间距，检验钻孔深度是否满足实际工程的需要；

（2）检验各段岩层的透水情况和吸浆情况，决定最终灌浆深度；

（3）确定合适的灌浆方法，浆液水灰比变换等；

（4）检验灌浆压力是否会过大，造成坝体的漏浆和抬动；

（5）确定机械设备安排、人员安排、施工用水泥和人员安排是否合理；

（6）验证设计灌浆参数在本工程上的适用性。

分析以上试验数据，并出具试验报告。

2试验概况

帷幕灌浆试验部位拟选择在6#坝段帷幕灌浆中心线6#-3-Ⅰ～6#-7-Ⅰ段（桩号：

坝0+160.0～坝0+166.0段，共计5孔），分别由2个Ⅰ序孔，1个Ⅱ序孔，2个Ⅲ序孔组成，每孔分7段灌浆，孔位具体位置参考设计要求并经监理工程师现场确定。

2.1工程地质条件

本次试验选择于6#坝段，基本属于主河槽段，该段地层主要由寒武系中统张夏组中厚、薄层灰岩、鲕状灰岩、薄层泥灰岩及页岩组成。

地层产状平缓，走向NE30～60°，倾向NW，倾角2～3°，发育有规模不等的层间褶皱、穹隆、裂隙及层间剪切带。

河床坝基有上、下两层承压水含水层，即寒武系中统张夏组第三层和第一层，下含水层埋藏深度在基岩面以下65m，不直接与坝体相联系。

与工程关系最为密切的是上含水层，即张夏组第三层。

该层岩体厚度为37m，顶板埋深（指河床基岩内深度）25.4～54.7m（自左向右），其上部隔水层为张夏组第四层，厚十余米，再其上为张夏组第五层。

蓄水前，承压水头略高于河水位，且与黄河水位呈同步关系。

蓄水后，上含水层承压水头也随之增大，对其上覆岩体和坝基产生较大的附加扬压力作用。

2.2试验孔布置

帷幕灌浆试验孔平面布置图图1-1

表1-16#坝段帷幕灌浆试验区孔深表

孔号

6#-3-Ⅰ

6#-4-Ⅲ

6#-5-Ⅱ

6#-6-Ⅲ

6#-7-Ⅰ

孔口高程

903.72

903.72

903.72

903.72

903.72

孔底高程

865.32

868.62

868.52

868.42

868.32

孔深（m）

38.40

35.10

35.20

35.30

35.40

桩号

坝0+166.0

坝0+164.5

坝0+163.0

坝0+161.5

坝0+160.0

2.3试验工程量

表1-2灌浆试验工程量统计表

项目工程量

孔数（个）

工程量（m）

平均注灰量

（kg/m）

备注

岩石

钻孔

混凝土

钻孔

灌浆

抬动观测孔

1

10

10

帷幕灌浆孔

5

129.4

50

129.4

181.2

帷幕检查孔

1

24.4

10

24.4

2.9

合计

7

163.8

70

153.8

3施工临建布置

3.1施工供水、电、风

施工用水采用黄河水，同时布置移动水箱一座，在黄河水混浊时可先澄清再使用（黄河水经试验检测符合施工用水标准）；

施工用电从左岸设置的1000KVA变压器上就近接取；

施工用风采用移动氧气瓶供风；

3.2主要临建设施

（1）制浆站

制浆站由灌浆平台的水泥仓库、搅拌系统及泵送系统等组成，根据确定的现场试验区选择具体的位置作为灌浆点，选用JJS-2B立式双桶搅拌机制浆。

（2）灌浆操作平台

施工平台采用钢管扣件式综合承重排架体系，平台承重结构均采用Φ48×3.5mm钢管搭设，顶部满铺马道板，平台宽5.1m。

立杆由护坦内至挑坎侧壁外侧，分4排立杆架设，平台由内至外（护坦至河道）排距分别为1.5m，1.5m，0.9m，1.2m。

（3）排污设施

在制浆站旁设置一个沙袋围堰，制浆及灌浆过程中的所有污水均经过围堰沉淀处理后，再将废水抽走，废浆和弃渣运至渣场。

（4）照明

在试验区操作平台的马道板和制浆站，配备足够的照明设施，提供和维持照明。

（5）场内外通讯

在办公生活区设直拨电话及传真机，主要人员配有手机，现场管理人员、生产调度和测量人员配对讲机。

4试验资源配置

4.1主要机械设备配置

表4—1机械设备资源配置表

序号

设备名称

型号规格

单位

数量

备注

1

地质钻机

XY-2

台

4

2

灌浆泵

3SNS—3.5A/150

台

2

3

液（Z气）压灌浆塞

ZSQ-42

套

8

4

立式双桶搅拌机

JJS-2B

台

2

5

高速制浆机

ZJ-400A

台

2

6

自动记录仪

GJY-Ⅳ型

台

2

7

测斜仪

KXP-1

台

1

4.2主要人员配置

表4—2施工人员配置表

序号

工种

人数

1

钻探工

8

2

灌浆工

6

3

维修工

2

4

技术员

2

5

质检员

2

6

电工

2

7

普工

10

合计

32

5施工进度及工效分析

5.1施工进度

大坝帷幕灌浆试验施工工期为2014年4月11日—2014年5月8日，历时27天，具体施工进度安排如下：

（1）2014年4月11日前完成施工平台搭建等相关试验准备工作；

（2）2014年4月11日—2014年4月21日进行帷幕灌浆试验施工；

（3）2014年5月5日—2014年5月8日进行帷幕灌浆试验检查孔施工。

表5-1帷幕灌浆试验施工进度表

序号

项目

4.1-4.10

4.11-4.20

4.21-4.30

5.1-5.10

1

准备工作

2

帷幕灌浆试验施工

3

帷幕灌浆试验检查

5.2工效分析

（1）综合工效分析

2014年4月11日灌浆试验孔开始施工，2014年4月21日灌浆孔试验施工完成，共耗时11天，投入钻灌设备1台套，共钻灌179.4m，平均钻灌综合工效为16.3m/天·台套。

（2）钻进工效分析

大坝帷幕灌浆试验钻孔工程量为179.4m,纯钻进时间为180小时，投入1台钻机，平均钻进工效为0.99m/小时·台。

（3）从上述分析可以看出，本试验段施工工效较好。

6灌浆试验施工工艺及工法

6.1施工顺序

（1）根据施工设计图纸分序加密的原则，共分Ⅲ序进行施工，包括抬动观测孔、先导孔（同时也是Ⅰ序孔），质量检查孔，其施工先后顺序为：

抬动观测孔→先导孔→简易压水试验→Ⅰ序孔灌浆→Ⅱ序孔灌浆→Ⅲ序孔灌浆→质量检查与压水试验→下一单元灌浆作业。

（2）试验段帷幕灌浆为单排五孔，严格按照孔序进行灌浆，相邻孔序的灌浆高差按不小于15m控制。

（3）帷幕试验灌浆孔施工工艺流程见图6-1。

搅拌

过滤

送浆

按需要进行由浓改稀

灌浆

被灌孔（段）

测量布孔

抬动观测钻孔并安装

Ⅰ序孔钻孔

第一段洗孔及压水试验

取芯

测斜

控制阀

压力表，自动计

每分钟耗材量≤设计标准

达到设计建议灌浆压力

达到规范要求的结束条件，并封孔。

水

水泥

其他

图6-1帷幕灌浆施工工艺图

6.2灌浆材料

（1）水泥

①水泥采用业主指定的“冀东”牌普通硅酸盐袋装水泥，水泥强度等级为P.O42.5。

水泥的品质符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）、《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-21999），《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T1346-2011）规定的质量标准。

②水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。

③水泥的化学成分及其物理力学性质，符合国家规定，在施工中不使用受潮结块的水泥。

水泥存放均未超过三个月。

（2）水

帷幕灌浆试验用水为防冲板下游深层取水水。

用水经检测符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）和《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）的要求的规定，拌浆水的温度不高于40℃。

6.3水泥检测及浆液试验

（1）水泥检测

①本工程运至工地的水泥都有厂家的出厂合格证和品质试验报告。

②在使用前，送万家寨现场试验室进行复验，复验以200吨左右同品种、同标号水泥为一个单位，取样从多个不同部位水泥中等量取获，混合均匀后作为样品，样品数量不小于10kg。

复验按GB175-1999、GB17671-1999标准进行。

检测项目有强度等级、体积安定性、凝结时间、稠度、细度等。

③帷幕灌浆试验从2014年4月11日开工至2014年5月7日完工，共检测水泥2组,100t。

检测结果符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）、《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-21999），《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T1346-2011）规定的质量标准。

④检测结果表明用于帷幕灌浆试验的水泥的物理力学性能指标均合格，符合设计的要求，并通过了监理审批。

（2）浆液室内试验

根据设计《大坝帷幕灌浆试验技术要求》的规定和要求，在帷幕灌浆试验施工前对不同水灰比的浆液进行浆液试验。

各种比级的浆液比重检测结果见表6-1。

表6-1水灰比对应的比重关系

水灰比

水（kg）

水泥（kg）

比重

5:

1

94

18

1.11

3:

1

90

30

1.18

2:

1

86

43

1.26

1:

1

75

75

1.45

0.8:

1

71

89

1.56

0.6:

1

64

107

1.72

0.5:

1

60

120

1.89

6.4浆液制备

（1）制浆材料称量

制浆材料均进行称量，称量误差小于5%。

水泥等固相材料采用重量称量法。

（2）浆液搅拌

①各类浆液均搅拌均匀，测定浆液比重等参数，并作好记录。

②纯水泥浆液采用搅拌机搅拌，搅拌时间大于90s，浆液在使用前均过筛，从开始制备至用完的时间小于4h。

6.5钻孔施工

6.5.1孔位

所有钻孔的布置严格按设计要求的尺寸和位置进行测量放线布孔，灌浆孔的开孔孔位符合设计规定和要求，本帷幕灌浆试验的开孔孔位与设计位置的偏差均不大于10cm，也未变更孔位。

6.5.2钻进

钻孔采用XY-2型地质钻机，结合金刚石钻头清水钻进。

（1）钻孔孔径

抬动观测孔孔径为Φ75mm，先导孔和检查孔孔径均为Φ91mm。

（2）钻孔方向

钻孔为垂直孔，钻孔方向为垂直向下，钻孔时保证孔向准确。

（3）钻孔深度

钻孔深度按设计的灌浆深度进行钻进，满足设计要求。

（4）钻孔观察及记录

在钻孔过程中，做好钻孔操作的详细记录（包括钻孔冲洗水的颜色、水压、钻孔压力、芯样长度及其他能充分反映岩石或混凝土特性的因素）。

6.5.3钻孔孔斜控制

（1）在施工过程中为确保满足孔斜的要求，采取以下措施施工：

①钻机钻杆对准孔位中心后，用精度2‰的水平尺在两个方向（前后左右）调整立轴处于垂直，钻机立轴偏斜率不大于2‰。

②采用地锚螺栓与施工平台连接以固定钻机，防止施工中产生位移。

③施工中经常检查钻机的稳固情况、钻机立轴的铅垂度，并结合测斜成果采取加长粗径钻具、适当控制钻进压力等措施防止钻孔偏斜超标。

④开孔时采取减压慢转，当钻进一定深度后（0.3～0.5m）采用轻压慢转。

在钻进过程中随时校核立轴的角度，随时加以调整。

⑤孔口管的安设要稳固且符合设计孔向。

⑥在钻进时，严格控制孔深20m以内的偏差。

（2）在施工中每钻进10m深度测斜一次,终孔时在整孔测斜一次.测斜采用KXP-1型测斜仪进行测量，测斜成果见表6-2。

表6-2测斜成果汇总表

孔号

设计深度（m）

实测深度（m）

设计顶角（°）

孔底最大偏差（m）

备注

6#-3-Ⅰ

38

38.4

90

0.05

6#-4-Ⅲ

35

35.1

90

0.02

6#-5-Ⅱ

35

35.2

90

0.03

6#-6-Ⅲ

35

35.3

90

0.02

6#-7-Ⅰ

35

35.4

90

0.03

（3）由表6-2可以看出，帷幕灌浆试验钻孔偏斜率控制在设计限定的偏差值范围内；灌浆孔孔底允许偏差值符合表6-3规定的数值的要求。

表6-3帷幕灌浆孔孔底允许偏差

单排孔

孔深（M）

20

30

40

50

≥60

允许偏差（cm）

＜25

＜45

＜70

＜100

＜130

6.5.4钻孔取芯

（1）所有试验孔、检查孔均要求取芯。

（2）检查孔的钻孔取芯使用金刚钻钻头进行钻进取芯。

（3）灌浆试验孔、检查孔取出的岩芯按取芯次序统一编号，填牌装箱，做好钻孔操作的详细记录和异常情况的记录，对岩芯中水泥结石进行详细记录，对岩芯进行描述和绘制岩芯柱状图，拍两张以上彩照。

并按指定的地点存放，防止散失和混装，要求永久保存的岩芯必须保存完好，待工程验收时报给发包人。

（4）在钻孔过程中，对钻孔冲洗水的颜色和水压、钻孔压力、芯样长度、回水情况及其他能充分反映岩土或混凝土特性的因素进行监测和记录。

6.6钻孔冲洗

灌浆孔段在灌浆前采用压力水进行孔壁冲洗和裂隙冲洗，直至回水清净，延续10min结束。

冲洗后孔内残留物沉积厚度不大于20cm。

冲洗压力为本段灌浆压力的80%，并不大于1.0MPa。

6.7压水试验

先导孔在裂隙冲洗完成后，自上而下分段进行压水试验，以了解先导孔灌前的透水率情况。

灌浆孔灌浆前进行单点法简易压水试验，压力为该段灌浆压力的80%，该值大于1Mpa时，采用1Mpa。

压水20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量值作为计算流量。

6.8灌浆施工

6.8.1灌浆方法

（1）试验孔灌浆方法采用循环式自上而下分段灌浆法，灌浆时其射浆管距孔底不大于0.5m。

（2）第一段（接触段）灌浆采用卡塞法进行灌浆，灌浆时灌浆塞设置于混凝土内距混凝土底板0.5m处。

（3）除第一段（接触段）灌浆因埋孔口管需待凝外，其他各灌浆孔段无特殊情况均不待凝，灌完后直接进行下一段次施工。

6.8.2孔口管镶铸

（1）在第一段灌浆结束后向孔内置入孔口管，孔口管深入混凝土底面以下2m，用灌浆的方法向孔内压入0.5:

1的水泥浆，待凝,24h后，开始钻灌下一段。

（2）孔口管均镶铸牢固，在灌浆过程中没有因孔口管镶铸不牢固在孔口管四周出现漏浆、冒浆的现象。

6.8.3灌浆分段与灌浆压力

（1）帷幕灌浆试验分段长度及灌浆压力见表6-4。

表6-4帷幕灌浆分段长度及压力表

段次

段长（m）

Ⅰ序孔压力值

（MPa）

Ⅱ序孔压力值

（MPa）

Ⅲ序孔压力值

（MPa）

1

2

0.30

0.30

0.40

2

3

0.40

0.40

0.50

3

5

0.50

0.50

0.60

4

5

0.60

0.60

0.70

5

5

0.70

0.70

0.80

6

5

0.80

0.80

0.90

7

5

1.00

1.00

1.20

（2）进行帷幕灌浆试验时，接触段在岩石中的长度为2m，第二段的长度为3m，以下灌浆段长度采用5m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不得大于8m。

（3）各灌注段的灌浆压力,按基础地质条件在不超过设计压力下尽量采用较高压力,以不抬动基础为限,灌浆过程中密切注意观测基础抬动变形情况。

（4）灌浆尽快达到设计压力，但注入率大或易于抬动部位，则限流分级升压；在大注入率时严格控制升压速度，不采用高压力灌注。

（5）灌浆压力及压力与吸浆量关系在施工中根据实际情况在设计和监理工程师指示下进行调整。

（6）灌浆压力一律以孔口回浆管压力表读数中值为准。

6.8.4灌浆时浆液变换原则

（1）灌浆浆液遵循由稀到浓的原则逐级改变，其水灰比（重量比）为5:

1、3:

1、2:

1、1:

1、0.8:

1、0.6:

1、0.5:

1等7个比级。

（2）灌浆过程中定时测量浆液比重，经常转动和上下活动灌浆管或采取其他措施，防止灌浆管在孔内被浆液凝住。

（3）灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少时或当吸浆量不变而灌浆压力均匀升高，灌浆工作必须持续下去，不得改变水灰比。

（4）浆液水灰比的变换原则，须逐级变换，不宜跳级变换，当某一级水灰比的浆液已灌入300L以上或灌注时间达30min以上，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，则改浓一级灌注。

（5）遇到大耗浆的孔段，当注入率大于30L/min而灌浆压力又低于设计压力，水灰比大于1：

1时可越级变换。

（6）灌浆从稀浆开始，在遇有大吸浆量时根据吸浆量的多少或单位吸浆量的大小来决定是否改比，其具体操作方法参照表6-5进行。

表6-5浆液变浓控制表

压力情况

注浆率

注入浆量（L）

注入浆量（L）

注入浆量（L）

注入浆量（L）

特殊处理

（L/min.段）

2:

1

1:

1

0.8:

1

0.5:

1

小于或等于设计压力

≥30

300

600

900

1200

A、降压结束或

B、间隔灌浆或

C、洗孔待凝

D、复灌

30～20

500

1000

1500

2000

20～10

800

1200

2200

A或B

≤10

800

1500

A或B

6.8.5灌浆结束标准

灌浆各灌浆段的结束条件为：

（1）在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注90min，结束灌浆。

（2）在该灌浆段最大设计压力下，当注入率小于或等于0.4L/min时，持续灌注60min，结束灌浆。

6.8.6地表抬动变形观测

在帷幕灌浆试验段上，设置地表抬动变形观测装置，在灌浆前和灌浆过程中均做地表抬动变形观测。

本试验段布置1个地表抬动观测点，采用千分表进行抬动观测。

灌浆过程中安排专人进行观测，严格控制岩层抬动变形量。

本次帷幕灌浆试验施工过程中试验段抬动量均小于0.2mm，符合设计要求。

6.8.7封孔

每个灌浆孔全孔灌浆结束后，会同监理工程师及时进行验收，验收合格的灌浆孔采用“全孔灌浆封孔法”进行帷幕段封孔，混凝土段钻孔采用干硬性砂浆封孔。

6.8.8特殊情况处理

（1）帷幕灌浆试验中出现的特殊情况主要为冒浆、串浆、灌浆段注入量大，灌浆难以结束等。

对于出现的特殊情况均及时进行反映，同时按照设计要求和《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（ＳＬ62-94）的规定，并在监理工程师的指示下进行处理，主要特殊情况及处理措施见表6-6。

表6-6特殊情况及处理措施表

孔号

段次

特殊情况

处理措施

6#-3-Ⅰ

4

灌浆过程中注入率较大，廊道侧处出现冒浆。

采取嵌缝封堵后，采取降压限流处理，流量限制在小于30L/min，后正常灌注结束，本段共灌注灰量1076.7Kg。

6#-5-Ⅱ

5

串浆

采用浅压塞封堵后，正常灌注结束，本段共灌注灰量801Kg。

6#-7-Ⅰ

3

灌浆段注入量大，灌浆难以结束。

采用降压限流，浓浆灌注，流量限制在小于30L/min，并在灌注一定量后采取了间歇处理，共间歇一次，间歇20min，本段共灌注灰量6790.1Kg。

（2）对于灌浆过程中有冒、漏浆的情况，均采取对漏浆点进行封堵后再进行灌浆，如封堵后灌浆量变小，压力有向上升的趋势，则按正常灌浆程序灌注结束；如封堵后灌浆量依然较大，不起压，则采取低压限量循环灌注，灌注一定量后，如流量和压力均未有明显变化，则采取间歇30min左右后再继续灌浆的措施，以此循环直至正常灌注结束。

（3）对于在灌浆过程中灌浆量大，不起压的情况，主要采取低压限量循环灌注，并按设计和规范的要求进行逐级或越级变浓浆液，如灌注一定量后，流量和压力均未有明显变化，则采取间歇30min左右后再继续灌浆的措施，以此循环直至正常灌注结束。

7灌浆试验成果分析

根据本工程特点，从钻孔10m以下进行灌浆试验成果分析。

7.1灌浆试验综合成果统计

帷幕灌浆试验灌浆综合成果统计见表7-1。

表7-1帷幕灌浆试验灌浆综合成果统计表

部位

孔序

孔数

灌浆长度

（m）

平均透水率（Lu）

注入水泥量

（kg）

单位注入量（kg/m）

6#坝

I

2

52.8

90.7

15404.2

291.7

II

1

25.2

147.8

3214.6

127.6

III

2

50.4

32.9

4834.1

95.9

小计

5

128.4

79.2

23452.9

182.7

7.2透水率成果分析

（1）各次序孔灌前透水率成果见表7-2。

表7-2各次序孔灌前透水率成果表

施工部位

灌浆次序

吕荣值（Lu）

递减率（％）

试验区

Ⅰ

90.7

Ⅱ

147.8

-63

Ⅲ

32.9

78

从表7-2可以看出：

Ⅰ序孔灌前平均透水率90.7Lu，Ⅱ序孔灌前透水率较Ⅰ序孔大，平均透水率147.8Lu，出现递增63%，Ⅲ序孔灌前透水率较小，平均透水率32.9，递减率为78%。

（2）灌前透水率频率区间成果分析

1）各次序孔灌前压水透水率频率成果见表7-3。

表7-3各次序孔灌前压水透水率频率成果表

单元

孔序

灌浆次序

孔数

平均透水率

灌前透水率频率（区间段数/频率%）

单元封孔耗灰（kg）

总段数

<1

1～5

5～10

10～100

>100

灌浆试验

Ⅰ

1

2

90.7

13

1/8

4/30

1/8

6/46

1/8

126.4

Ⅱ

2

1

147.8

6

0/0

1/17

1/17

2/33

2/33

94.2

Ⅲ

3

2

32.9

12

0/0

7/58

2/17

1/8

2/17

78.6

2）各次序孔灌前压水透水率频率曲线及累计曲线见图7-1。

图7-1试验区透水率频率曲线及累计曲线图

3）从表7-3和图7-1可以看出：

①Ⅰ序孔共压水13段，6段透水率在10Lu≤q≤100Lu区间，占总数的46%，透水率大于100Lu共1段，占总数8%；Ⅱ序孔共压水6段，透水率10Lu≤q≤100Lu的2段，占总数的33%，q≥100Lu的2段，占总数的33%；Ⅲ序孔共压水12段，透水率在10Lu≤q≤100Lu1段，占总数的8%，q≥100Lu的2段，占总数的17%。

总体来看，在灌浆孔逐步加密的过程中，基岩