帷幕灌浆工程实验大纲、技术方案、试验报告
xxxxxxxxxxxxxxxx工程
帷幕灌浆试验大纲
（合同编号：xxxxxxxxxxxxxxx）
批准：
审核：
编写：
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx项目经理部
二○一四年三月
目录
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1工程概况与工程地质概况
1.1工程概况
万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游梯级开发的第一级。坝址左岸为山西省偏关县，右岸为内蒙古自治区准格尔旗。
坝址控制流域面积39.5万km2，多年平均入库径流量248亿m3（河口镇1952～1986年实测年径流系列），设计多年平均径流量192亿m3（1919～1979年设计入库系列）。设计多年平均入库沙量1.49亿t，多年平均含沙量6.6kg/m3。水库总库容8.96亿m3，调节库容4.45亿m3。拦河坝混凝土重力坝的最大坝高105m，水库最高蓄水位980.00m，正常蓄水位977.00m。水库采用“蓄清排浑”运用方式，排沙期运用水位952.00～957.00m。
本项目防渗帷幕布置范围为○4—○10坝段，以及○4坝段左岸山体，全长146m，共布孔93个，总进尺帷幕钻孔34m左右，伸入岩石25m，孔内灌注水泥浆，砂浆封孔。
1.2工程地质概况
黄河在坝址区自北向南流，河谷呈“U”型，谷宽430余米，岸壁高110余米。河床高程为897m，大坝建基高程890～894m，厂房建基高程876m左右。两岸边坡开挖至弱风化下部。
河床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试验概述
2.1试验目的
⑴寻求适合本工程地质条件的灌浆工艺、灌浆材料和浆液配比。
⑵确定合适的灌浆压力、段长、孔间排距及结束标准等技术参数。
⑶寻求灌浆压力与注入率较为合适的对应控制关系。
⑷初步探求大坝帷幕灌浆过程中的特殊情况处理方法。
⑸确定合适的钻孔及孔口管的长度。
2.2试验依据
⑴《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）。
⑵招标文件第三卷技术标准和要求（合同和技术条款）。
⑶4#—10#坝段护坦下游新加帷幕布置设计图图号：802XH1-G-17。
⑷其它相关技术要求。
2.3试验区平面布置
2.3.1试验区布置
为了寻求适合于本工程地质条件的灌浆工艺、灌浆材料和岩帷幕灌浆孔的相关施工参数，确定先进行灌浆试验。根据本工程帷幕区分布，共布置4试验区（相邻坝段为一个分区），每个试验区中取一个I序孔做先导孔，钻孔伸入岩石30m。
帷幕灌浆试验孔布置示意图图1
孔
GA-1GA-2GA-3GA-4号
孔口
902.67903.72902.67903.4高程
孔底
864.0864.0864.0864.0
高程
孔深
38.6739.7238.6739.4
(m)
位
10#坝段8#坝段6#坝段4#坝段置
2.3.2施工供水
钻孔用水采用水泵抽取黄河水，拌制浆液从5#坝段护坦内取水。
2.3.3施工供电
使用施工现场已安装的1000KVA变压器接出90mm2电缆输送至工作面。
2.3.4集中制浆
从左岸集中制浆站，由输浆泵直接输浆至用浆点搅拌槽。制浆站内布置有：临时便道外侧。
2.3.5灌浆平台
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。立杆横距（单个架宽）0.8m，第一排立杆横杆步距1m，地面设横向、纵向扫地杆，扫地杆延横向、纵向连续连接，纵向扫地杆采用直角扣件固定在距底座10-20cm处立杆上，平台搭设在砼面板上，在坡面设有插筋，插筋均采用Φ25螺纹钢筋，长度为0.4m，入砼深度0.2m，外露0.2m，目的为防止平台左右晃动，在导墙上设有插筋插筋插筋一侧插入导墙另一侧采用焊接的方式与平台焊接，插筋均采用砂浆封孔的方式进行锚固，为防止施工平台倾斜，在第一排立杆上设有斜撑，斜撑间距为8m。平台具体布置如下图：
帷幕灌浆操作平台立面图图2
2.3.6施工排水
帷幕灌浆的施工污水主要排出方式在作业区护坦侧布设沙袋围堰，高0.5m，待积蓄一定深度后，采用污水泵抽取运送至堆渣场，钻孔的碎屑和水泥浆也一并收集运送至堆渣场。
2.4本工程帷幕灌浆主要工程量
表2 帷幕灌浆工程量统计表
序
项目名称单位数量备注号
1护坦段钻孔
1.1帷幕灌浆钻孔（混凝m930孔径90mm
3.1施工程序
试验区帷幕灌浆孔的施工顺序：抬动观测仪器安装→测量布孔→Ⅰ序孔钻孔及灌浆→Ⅱ序孔钻孔及灌浆→Ⅲ序孔钻孔及灌浆→灌浆质量检查孔及压水检查。
3.2钻孔灌浆施工
3.2.1钻孔设备
试验区帷幕灌浆孔主要采用XY-2型地质钻机，施工过程中可根据现场情况作适当调整，钻孔孔径及钻机型号见表3。
表3 钻孔孔径及钻机型号
3.2.2灌浆设备
灌浆设备见《主要施工设备表》
3.2.3灌浆材料
帷幕灌浆试验采用纯水泥浆液作为灌注浆材,水泥采用P.O42.5级普通硅盐水泥，根据地层情况，可使用水玻璃等外加剂。
3.2.4灌浆孔施工工艺流程
测量定孔位→钻孔口段→简易压水试验→灌孔口段→自上而下分段简易压水及循环式灌浆→封孔。
质量检查孔采用单点法，帷幕灌浆孔灌前采用简易压水试验。
3.2.5压水试验
灌前压力采用相应灌浆孔段压力的80%，但当该值大于1.2MPa时，采用1.2MPa。
稳定标准：简易压水试验，压水时间20min，每5min测读一次压入流量。取最后的流量值作为计算流量；单点压水试验，在稳定压力下，每5min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min 时，即可结束，取最终值作为计算流量。
3.2.6灌浆方法
帷幕灌浆采用自上而下分段充气塞压塞灌浆。
深入基岩2m按第一段控制，3m为过渡段，然后从上至下依次5m一段进行注浆，最后一次不超过8m直至灌满。
3.2.7灌浆段长及压力
帷幕灌浆采用分级升压方式逐级升压至目标灌浆压力。具体操作时，以相应灌浆孔段的起始压力为基准，起始压力初步按0.6MPa起步，按每0.1MPa为一级，每级压力的稳定时间不应少于5min，当抬动变形异常时应分级减小灌浆压力，当抬动值很小时，尽快升至目标灌浆压力。
帷幕灌浆试验各区段长划分及对应压力如表4。
表4 试验区帷幕灌浆段长与压力控制表（MPa）
注入率较大的孔段灌浆时，除应按分级升压法灌注，还必须协调灌浆压力与注入
率的关系。
表5 注入率与最大灌浆压力关系表
3.2.8浆液水灰比
普通纯水泥浆液水灰比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1和0.5:1五个比级。
3.2.9浆液变换标准
⑴当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。
⑵当某一比级浆液的注入量已达300L或30min以上，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，浆液变浓一级灌注。
⑶当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓灌注。
⑷当钻孔出现掉钻情况，或钻进失水情况，或者压水注入率大于30L/min时，可直接注入最浓一级浆液。
3.2.10灌浆结束标准
在规定的压力下,灌浆孔注入率不大于1L/min，延续60 min，即可结束灌浆。
3.2.11封孔
全孔灌浆结束后，采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔。
3.2.12抬动观测
在每个试验区布置1个抬动观测孔，孔深20m。抬动观测点周边10m范围内的灌浆孔在压水试验及灌浆过程中，均要连续地进行观测。
抬动观测允许变形值最大为0.2mm。
3.2.13预防孔斜的措施
⑴钻机的安装要水平牢固，立轴中心与钻孔中心应在同一垂直线上，并按要求的孔向对准孔位开孔，以使钻进中不摆不晃。
⑵孔口管必须牢固并满足要求，在开孔钻进与浅孔阶段钻进中，机杆不能太长；否则钻进时摆动太大，致使立轴转动不稳，造成钻具摆动性增大。
⑶使用符合规格的各种钻孔器具，并随时检查，如发现有弯曲的钻具或有磨损较严重的立轴导管时，应及时更换，在浅孔钻进阶段，一般情况下，使用的岩芯管长度较大一些为宜。
⑷孔较深以后，即开始需要从地面减压钻进时，特别要注意钻压的调整。
⑸钻进中，当岩石换层时，不论是由软变硬还是由硬变软，或者是由完整变破碎、破碎变完整，均应减压减速钻进，对其进尺的速度和冲洗液的流量及压力也应加以适当的控制。
⑹钻进中，应勤检查钻机有无移动，立轴钻进的方向有无变化，发现问题要及时纠正。
⑺为防止孔斜发生，必须熟悉所使用机械性能和钻孔方法的特点，经常研究，总结经验。在深孔帷幕的钻孔中，应对孔斜及时测量，及时准确地掌握钻孔的偏斜情况，以利于及时处理。
3.3特殊情况处理
根据类似工程施工经验，初步拟定钻孔及灌浆过程中的特殊情况处理措施，在实际施工过程中，将根据现场情况随时调整。
3.3.1钻孔过程中的特殊情况处理
⑴掉钻
钻孔遇到掉钻时，停止钻进，采用浓浆、水泥砂浆或掺加速凝剂浆液进行灌注，灌浆要求至不吸浆后待凝48h，再扫孔用纯水泥浆液复灌。
⑵不返水
不掉钻但长时间不返水的孔段，及时停钻，然后进行灌注；对于注入量大、灌浆难以结束时，则按“灌浆段注入量大,灌浆难以结束”处理，直至灌浆结束。
⑶塌孔
若塌孔严重则按“掉钻”情况处理；若塌孔不严重，则停止钻进，压塞进行灌浆并待凝24～48h，然后扫孔并进行下段施工。
3.3.2灌浆过程中的特殊情况处理
（1）灌浆段注入量大，灌浆难以结束
①一般采用低压浓浆、限流限量、间歇待凝、加速剂灌注法。当低压浓浆仍无法达到结束标准时，再采用限流、限量灌注法。在采用“低压浓浆”、“限流限量”两种方法仍不能达到结束标准时，再采用间歇待凝、复灌或掺加速凝剂的方法进行灌注，待凝后，再扫孔复灌，直至达到灌浆结束标准。
复灌、待凝控制的标准为：每次复灌注入浆材总量达2T。在灌浆过程中，只有在灌注“浆材达到2T”后且“注入率没有明显减少、压力没有明显升高”时，才可考虑待凝措施；在任一灌浆阶段，如果“注入率明显减少或压力明显升高”，均须持续灌注直至灌浆结束标准。
②为了保证帷幕厚度的有效形成、避免材料浪费，根据复灌吸浆量，采取以下措施：
Ⅰ．根据注入率和灌入量的具体情况，在浆液中加入适量的水玻璃。
Ⅱ．复灌时采用限流、间歇灌注等方法：限流灌注时，其注入率控制在30L/min左右；在注入水泥量超过2T后间歇，时间为10～30min。
（2）灌浆中断
一般情况下，灌浆工作应连续进行，灌浆中断后，采取措施尽早恢复灌浆，缩短中断时间，最大程度保证灌浆质量。若因故不能连续灌浆时，可按下述原则进行处理：
①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；
②恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率与中断前相近，即可采
用中断前水泥浆的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注。
③恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，则重新进行扫孔，而后恢复灌浆。
（3）冒浆、漏浆
灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，根据具体情况采用嵌缝，表面封堵，低压，浓浆，限流，限量，间歇灌浆等方法进行处理。
（4）串浆
①正在钻进的孔串浆，立即停机起钻，防止因串浆而埋钻。并将串浆孔从孔口封堵，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、继续钻进和灌浆。
②具备灌浆条件的串浆孔，采用一孔一泵对灌浆孔和串浆孔同时灌注。
（5）回浆变浓
灌浆过程中，回浆变浓时，换用相同水灰比的新浆进行灌注，改用新浆灌注后回浆再次变浓，则继续灌注30min后，结束该段灌浆。
（6）孔口涌水
灌浆过程中，遇到涌水孔段，采用浓浆结束，灌浆结束后屏浆、闭浆等措施综合处理。4质量检查
在每个试验区各布置一个检查孔，比帷幕灌浆孔深少0.5m。质量检查孔采用自上而下分段阻塞进行单点法压水试验，质量检查孔采用周边帷幕灌浆孔相应段次最大灌浆压力的80%，但当该值大于1MPa时，采用1MPa。
质量检查合格标准为灌后透水率q≤3Lu。第1段（接触段）及其下一段的合格率应为100%，以下各段合格率应达90%以上，不合格的孔段透水率q应不超过合格标准的50%（即不大于4.5Lu），且不集中，可认为合格。
质量检查孔全孔压水试验结束，达到合格标准后，进行封孔。
5主要资源配置
本次试验的主要设备及材料计划见表6、表7，主要人员配置见表8。
表7 大坝帷幕灌浆试验主要材料
表8 大坝帷幕灌浆试验主要人员
6质量保证
6.1质量管理措施
⑴施工前技术部门向施工作业队进行技术交底，详细讲解施工工艺、方法及施工中的控制要点，要求施工人员和技术人员掌握施工方案和技术规范。
⑵开工前各项准备工作必须完善，施工机具必须检修处于完好状态，必要时准备施工辅助预案。
⑶严格实行“三检制”，未经验收合格不得进入下一道工序的施工。
6.2原材料质量控制
水泥：使用42.5级普通硅酸盐水泥进场前，按要求进行水泥品质检测，合格后方可使用。
6.3现场质量控制
⑴孔位:所有孔位均由测量人员放点，由质检人员复查、监理工程师复核，确认无误后方能施工；施工时严格按照测量的孔位就位钻机，切实有效地控制孔位的准确性；若确实需要移动孔位时，须经监理工程师核实同意并做好记录。
⑵孔序:试验区域内钻灌施工按分排分序加密的原则进行，同时控制不同孔序的进尺高差不小于15m。
⑶终孔深度:钻至设计孔深后,经质检人员、监理工程师确认后，方可终孔。
⑷钻孔孔斜:终孔后由质检人员负责孔底测斜。
表9 钻孔孔底最大允许偏差值
⑸浆液配比:配备合格的比重称，配置浆液完成后及时测试浆液比重，质检人员随时抽查，监理工程师监督检查。
⑹灌浆压力:采用循环式灌浆时，在回浆管路上安装压力表。
⑺浆液变换:严格按照变浆标准进行变浆。
7安全、文明施工及环境保护措施
7.1安全保证措施
帷幕灌浆施工的主要危险因素有：钻孔及灌浆机械伤害、交通事故、触电、物体打击、电弧灼伤、浆液刺伤等。针对以上危险因素，采取以下措施：
⑴完善安全检查制度，严格安全监督，安全生产领导小组要定期组织、检查，发现问题及时纠正，真正把事故消灭在萌芽状态。
⑵施工前对全体作业人员进行安全交底，熟悉各道工序操作规程，严禁各种违章指挥和违章作业行为的发生。
⑶钻探工、灌浆工、驾驶员等特殊工种必须持证上岗，杜绝违章作业。
⑷施工平台临边坡面部位设立安全栏杆或警示带，夜间保证照明，防止高空坠落。
⑸场内运输车辆行驶速度不超过5Km/h。
⑹对钻孔、灌浆设备定期进行检查、维修，保证运行可靠。
⑺施工用电由电工操作、维护，避免电气事故。
⑻加强施工道路维护，尤其是下基坑道路，转弯半径符合交通要求。
7.2文明施工措施
⑴施工人员统一着装，工作时配戴工作卡。
⑵合理布置施工场地，各种设施必须符合有关规范标准，保持施工现场道路畅通，排水系统处于良好状态；随时清除施工垃圾，保持场容场貌的整洁；做到场地整洁，道路平顺，排水畅通，标志醒目。
⑶施工现场的用电线路、设施的安装和使用必须符合安装规范和安全操作规程。
7.3环境保护措施
⑴对施工废弃物不得随意乱抛乱弃，运至监理工程师指定地点进行处理。
⑵集中制浆采用袋装水泥时，拆包加料时要有封闭措施，避免粉尘外泄。