大坝基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验(编辑修改稿)

大坝基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验(编辑修改稿)内容摘要：

软的、风化的泥质充填物冲出孔外，或是将充填物推移到需要灌浆处理的范围以外，这样将裂隙冲洗干净后，利于浆液流进并与裂隙接触面胶结坚固，起到防渗和固结作用。 使用压力水进行裂隙冲洗时，在钻孔内需要下入灌浆塞。 裂隙冲洗种类，可分单孔冲洗和群孔冲洗两种。 1．单孔冲洗 单孔冲洗仅能冲净钻孔本身和钻孔周围较小范围内裂隙中的填充物，因此，这种冲洗方法适用于较完整的、裂隙发育程度较轻的、充填的泥质俏况不严重的岩层。 单孔冲洗有三种方法。 9 (1)高压冲洗 冲洗时，尽可能地升高压力，使整个冲沈过程在大的压力下进行，以便将裂隙中的充填物向远处推移或压实。 在冲洗过程中，要注意控制压力，防止岩层抬动变形。 在地质条件比较好、岩石也较完整的情况下，常采用高压冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％，借用压力水进行冲洗，直至返出的水洁净，延续 10～ 20min为止。 如果因为渗漏量大，升不起压力，那就尽水泵的能力往孔内压水，增大流量，加快流速，增强水流冲刷充填物的能力，使之能携带充填物走得远些，这样对增进冲洗裂隙的效果是有利的。 如某工程，基岩裂隙发育，其中充填细粘 土，在灌浆处理前，曾做了冲洗试验。 冲洗的结果，见图 75，压力从低压开始，逐级升压，每级升压。 在两种不同深度的岩石中，分别升压到 ～ 和～。 此时流量最大，而后压力逐渐下降至初始压力。 下降过程中，在同一级压力下，其流量却较原先升压阶段时大得多。 图 75 中 A 点、 B 点处的流量较前增大很多，表示裂隙中充填细粘土己被冲动。 试验结果表明，裂隙中泥质充填物的冲洗范围不仅 1～2m，而是更远，特别是在具有大裂隙的地带，泥质充填物会沿裂隙冲散得很远，有时达几十米，采用这个方法冲洗后， 灌浆效果较好。 （ 2)高压脉动冲洗 高压脉动冲洗，就是用高低压反复冲洗。 操作方法是：首先用高压冲洗，冲洗压力为灌浆压力的 80％，连续冲洗 5～ 10min后，将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流，将裂隙中的泥质碎屑带出，回水多呈浑浊色。 当回水由浑变清后，再升高到原来的冲洗压力，持续几分钟后，再次突然下降到零。 如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净后，再延续 10～ 20min为止。 使用这种方法冲洗，压力差值愈大，冲洗效果愈好。 新安江、富春江和湖南镇等大坝基础帐幕灌浆孔曾广泛采用此法冲洗；青铜峡 大坝基础灌浆孔也曾采用这种方法冲洗，都取得了比较好的效果。 (3)扬水冲洗 在地下水位较高，地下水补给条件良好的钻孔中适用扬水冲洗。 操作方法是：将管子下到孔底，上端接风管，通入压缩空气，使孔内的水与空气混合，由于气水混合体的比重轻，孔侧地下水压力的作用以及压缩空气的释压膨胀与返流作用，将孔内水向上喷射出孔外，孔内的泥质碎屑也就随水喷出孔外。 连续地通气喷水，钻孔周围裂隙中的泥质便不断地随水流到孔内，而后又被喷射出来，这样地反复连续冲洗，效果良好。 青铜峡大坝帷幕灌浆有些孔曾采用过这种方法冲洗，效果尚好。 必要时 ，可以向孔内加水，造成孔内水位增高的条件，淹没系数大，扬水效率高，增进扬水冲洗效果。 2．群孔冲洗 (1)冲洗方法 群孔冲洗是把两个或两个抽上的孔组成一个孔组，进行冲洗。 它的作用是把本组内各钻孔间岩石裂隙中的充填物经冲洗而清除出孔外。 由于把裂隙中的填充物冲走和排除了裂隙进口的堵塞，这样便给灌浆处理的岩石提供了可灌的条件，如图 76所示。 为了消除 A、 B两孔之间裂隙中的填充物，可先向 A 孔压水，经过冲洗，使裂由填充的从 B孔冲出 (如图中的虚线所示 )；然后，再向 B孔压水，经过冲洗，使裂隙填充物从 A孔冲出。 这样反复多 次进行冲洗，将两孔间隙中的填充物冲洗，再行灌浆，以保证灌效果。 群孔冲洗，主要是使用风和压力水。 冲洗时，轮换地向某一个孔或几个孔压入风或压入水或是风水联合压入。 使由另一个孔或几个孔出水，这样的反复交替冲洗，直到各孔喷出的 10 水都已是清水后停止。 要将裂隙冲洗干净，冲洗压力要高，水量要大。 因为压力高才易于冲通裂隙；水量大，裂隙中的流速才大，这才有可能冲掉泥质，并将其携带出来。 如果裂隙虽然已经冲通，但是流速很小，就难起到显著的冲洗效果。 冲洗段应划分短些，如果冲洗段过长，则段内所遇 到的裂隙数目增多，一旦冲通一条或少数裂隙，冲洗水就会比较容易地地直沿着这些初姑冲通的裂隙流动，而其他大多数裂隙就很有可能受不到有效的冲洗。 为了增进冲洗效果，可在冲洗液中加入一些化学剂，如碳酸钠 (Na2CO3)、苛性钠 (NaOH)、碳酸氢钠等 (国外有的坝采用过六偏磷酸钠的 )，以促进泥质充填物的溶解，有助于迅速冲洗。 加入化学剂的品种及共用量，府根据试验而定。 (2)冲洗孔组的划分 在需要群孔冲洗的部位上进行帷幕灌浆时，为了既能满足群孔冲洗的要求，又需符合逐渐加密的灌浆原则，冲洗孔组的划分可根据帷幕组成的布孔 情况及地质条件选定。 原则上，凡是裂隙能串通的孔就可构成划分群孔冲洗的单元。 下面介绍一些关于冲洗孔划分的方法，可供参考。 1)单排孔帷幕孔组的划分，可分两种情况： 第一种情况如图 77所示，在帷幕线上，每两个相邻的第一次序孔组成一个冲洗孔组，冲洗工作完成后，进行灌浆。 裂隙经冲已经串通的，两个孔段同时灌浆；不串通的，则各自单独灌浆。 然后钻本组的第一次序孔，做为检查该孔经单孔冲洗后即可灌浆。 从大的分组的次序上来看，先是进行第Ⅰ次序孔组的各项工作，而后进行第Ⅱ次序孔组的各项工作。 第二种情况如 78所示，以相邻 的三个孔为分组单元，每一单元进行群孔冲洗，冲洗是按孔组单元的次序进行的。 第 I次序冲洗孔组内的钻孔经过群孔冲洗并灌浆后，再开始第Ⅱ次序冲洗孔组的各项工作。 以下依此类推，继续进行。 2)双排帷幕孔组的划分：如图 79所示，三个第一次序孔组成一个三角形，作为冲 洗孔组。 三孔之间互相轮换反复冲洗， 11 冲洗后，如果裂隙冲开串通，则三个孔段同时灌浆，即群孔灌浆，最好用三个泵同时灌注，如果互不串通，则可单独灌浆。 三个第一次序孔组成的冲洗孔又分为两个次序，如图 79（ b）所示。 当第一次序冲洗孔组灌浆完毕后，再开始第二次序冲洗孔 组的各项工作。 当第一次序孔灌完后，再钻第二次序孔。 第三次序孔中，有一部分是位于冲洗孔组之内，如图申的联单 10号孔，这样的孔进行单孔冲洗后，可单独灌浆，另一部分是位于冲洗孔组之间的孔，如图中的 9号孔，可按 2— 3— 5— 9的孔组划分，进行孔组冲洗和灌浆。 3)三排孔帐幕孔组的划分：如图 710 所示，冲洗孔组由边排的四个孔组成，冲洗和灌浆后，将冲洗孔组内的边徘孔如图中的 8 号孔可按 1— 2— 3— 4— 8孔组划 分进行冲洗和灌浆，或是各个钻孔单独进行钻进和灌浆。 待边排孔灌完后，整个中间排上的孔按逐渐加密法进行钻孔和灌浆。 依冲洗孔组论，可按两个次序进行工作，如图 710(b)所示。 岩石裂隙、省石层理或岩石破碎带中夹有较多的粘土、泥质等充填物时，应如何进行处理，这是至今尚未得到圆满解决的问题。 从目前情况来看，处理的方法主要还是采用群孔冲图 双排孔帷幕中冲洗孔组的划分 Ⅰ、Ⅱ — 第Ⅰ、Ⅱ次序中冲洗孔组 ○ — 双排孔帷幕中的第一次序孔；● — 双排孔帷幕中的第二次序孔 12 洗。 另外，有的人认为，在这种地质条件下，可以采用单孔冲洗和高压灌浆的方法处理。 帷幕中各个灌浆孔经高压冲洗后，将岩石裂隙中充填的粘土、泥质等充填物有些冲出 孔外，有些压送到帷幕范围以外，而后使用高压力进行灌浆，将帷幕范围内岩石裂隙中残 留的充填物挤密压实，使其将来在长期的高水头作用下，不流失，不管涌，具有一定的稳定性，这样灌浆帷幕仍能满足设计要求。 当然，这是一项新课题，需要通过多次的实战、认识、再实践的过程才可能得到妥善的解决。 （ 3）群孔冲洗施工中存在的问题 ①群孔冲洗的方法和效果问题 目前群孔冲洗仍多是采用风和压力水，必要时再加入某些化学剂。 经多次实践表明，采用这种冲洗方法，仅能冲洗出裂隙中央泥的一部分，并不能全部冲出，因为只要有少数的裂隙通路被水冲开后 ，大部分水量由此冲出，其他地区水力减弱，不能冲净。 所以，在什么地质条件下，应采取什么方法冲洗，尚难明确规定。 ②群孔冲洗施工的安排问题 钻孔浅，各孔又采用一次灌浆法时，这项工作尚好安排。 如果钻孔深，各孔又是采用分段灌浆法时，需要机械数量多，施工时间又长，则钻孔、冲洗、灌浆三个工序在施工上便不易安排。 ③群孔冲洗后的群孔灌浆问题 群孔冲洗的目的，就是希望孔与孔之间能够串通，通过冲洗将裂隙中的填充冲洗净。 凡是经冲洗已串通的孔，宜采用群孔灌浆法，最好是一个泵灌一个孔，同时进行，这样才易于保证灌浆质量。 但在实际 灌浆中，各孔灌浆压力不好控制，灌浆施工比较困难。 ④群孔冲洗和灌浆次序问题 群孔冲洗和灌浆易于打乱“逐渐加密”的灌浆施工原则，有时可能影响帷幕灌浆质量，前面已简单地叙述了单排孔、双排孔和三排孔冲洗孔组的划分及灌浆次序的情况，这仅是对施工提出的要求，实际在施工时冲洗的情况将是多种多样的，有的孔相互串通，也有的孔各不相通，灌浆情况也是复众多变的，常常会造成与灌浆施工“逐渐加密”的原则相矛盾的局面。 因此，灌浆资料有时难于分析，灌浆质量也不易保证。 综上所述，可以看出，在一般地质条件下，帷幕灌浆多数仅采用单孔冲洗 方法，只有在复杂地质条件下，对少数或个别地段，为了特殊目的才采用群孔冲洗的方法。 对于冲洗这一工序，特别是对于群孔冲洗，还应通过试验、研究和实践，认真总结，引出规律，从而定出有效而又经济的技术措施。 第三节 压水试验 一、岩石的渗透性 （一）岩石渗透性表示的方法 岩石渗透性表示方法一般有两种： q表示，采用压水试验方法求得。 （ 1）单位吸水量ω定义。 在 1m水头压力下，钻孔中长度 1m岩石内每分钟注入的水量，单位为 L/(),原苏联经常采用。 我国建国初期直至 20世 纪 80年代经常采用。 （ 2）透水率 q。 国际上压水试验成果，常以吕荣（ Lu）表示，起源于法国。 1933 年法国地质学永吕荣（ Lugeon）建议：在岩石中作压水试验，以 5m长度为一段，压水压力 1MPa,1m段长， 1min压入水量为 1L/min 特称为 1lu。 欧洲、美洲国家经常采用。 20 世纪 80年代为与国际接轨，压水试验采用同一标准，便于相互类比，我国有些工程岩石透水性开始采用lu 值。 1994 年制定的《水混灌浆施工技术规范》 SL6294 中明确规定压水试验成果以透水率 q表示，并说明了计算的方法。 13 （ 3）单位吸水量ω和 透水率 q间的关系。 两者成果均经钻孔内压水试验求得，主要不同之点在于压水压力的选用。 通过对压水压力的简易换算，概略地讲，透水率 q为 1Lu略等于单位吸水量ω为。 K值表示，河床复盖层与碎石地中的渗透性均以渗透系数 K表示，采用抽水方法计算求得，常用单位为 m/d 或 cm/s。 在岩石中有时也用渗透系数 K 表示其渗透性。 严格地讲，不是很合适的。 (二 )渗透系数 K与单位吸水量ω（或透水率 q）间的关系。 严格地讲，渗透系数 K与单位吸水量ω间并无固定关系。 但有时为考虑问题或设计计算方便起见 ，通过实践大致有以下几种认识：。