1、 第三章 基础处理工程 基础处理（水电工程），即根据建筑物对地基的要求，采用特定的技术手段，来减少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力学性能，使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，以保证工程的安全可靠和正常运行。 基础：1、岩基 2、软基（土基与砂砾石地基） 由于受地质构造变化及水文地质的影响，天然地基往往存在不同形式与程度的缺陷，需要经过人工处理，才能作为水工建筑物的可靠地基。 第一节 坝基岩石灌浆 将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的孔（裂）隙中，经过硬化胶结后，形成结石，以提高基岩的强度与整体性，改善基岩的抗渗性 -坝基岩石灌
2、浆（简称基岩灌浆） 帷幕灌浆 布置在靠近上游迎水面的坝基内，形成一道连续的防渗幕墙。其目的是减少坝基的渗流量，降低坝底渗透压力，保证基础的渗透稳定。 帷幕灌浆的深度主要由作用水头及地质条件等确定，较之固结灌浆要深得多，有些工程的帷幕深度超过百米。 施工中，通常采用单孔灌浆，所使用的灌浆压力比较大。 固结灌浆 目的是提高基岩的整体性与强度，并降低基础的透水性。 当基岩地质条件较好时，一般在可在坝基上、下游应力较大的部位布置固结灌浆孔；在地质条件较差而坝体较高的情况下，则需要对坝基进行全面的固结灌浆，甚至在坝基以外上、下游一定范围内也要进行固结灌浆。 灌浆孔的深度一般为58m，也有深达1540m的
3、，各孔在平面上呈网格交错布置。通常采用群孔冲洗和群孔灌浆。接触灌浆 目的是加强坝体混凝土与坝基或岸肩之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性。 一般是通过混凝土钻孔压浆或预先在接触面上埋设灌浆盒及相应的管道系统。接触灌浆应安排在坝体混凝土达到稳定温度以后进行，以利于防止混凝土收缩产生拉裂。灌浆的材料灌浆的材料 浆液要求：（1）浆液在受灌的岩层中应具有良好的可灌性，即在一定的压力下，能灌入到裂隙、空隙或孔洞中，充填密实。（2）浆液硬化成结石后，应具有良好的防渗性能、必要的强度和粘结力。（3）为便于施工和增大浆液的扩散范围，浆液应具有良好的流动性。（4）浆液应具有较好的稳定性，析水率低。 基岩灌浆以水
4、泥灌浆最普遍。灌入基岩的水泥浆液，由水泥与水按一定配比制成，水泥浆液呈悬浮状态。水泥灌浆具有灌浆效果可靠，灌浆设备与工艺比较简单，材料成本低廉等优点。灌浆施工过程灌浆施工过程 1钻钻 孔孔 回转式钻机和硬质合金钻头，其钻进效率较高，不受孔深、孔向、孔径和岩石硬度的限制，还可钻取岩芯。 孔径一般在7591mm。 钻孔的质量对灌浆效果影响。包括：（1）确保孔深、孔向、孔位符合设计要求；（2）力求孔径上下均一，孔壁平顺；（3）钻进过程中产生的岩粉细屑较少。 孔径均一，孔壁平顺，则灌浆栓塞能够卡紧卡牢，灌浆时不致产生返浆。钻进过程中产生过多的岩粉细屑，容易堵塞孔壁的缝隙，影响灌浆质量。 钻孔的方向与深
5、度是保证帷幕灌浆质量的关键。如果钻孔方向有偏斜，钻孔深度达不到要求，则通过各钻孔所灌注的浆液，不能联成一体，将形成漏水通路， 2钻孔（裂隙）冲洗钻孔（裂隙）冲洗 冲洗分为： 钻孔冲洗， 岩层裂隙冲洗 在岩层比较完整，裂隙比较少的地方，可采用单孔冲洗。冲洗方法有高压压水冲洗、高压脉动冲洗和扬水冲洗等。（1）高压压水冲洗 整个冲洗过程均在高压下进行，裂隙中的充填物沿着加压的方向推移和压实。（2）高压脉动冲洗 即采用高压低压水反复变换冲洗。（3）扬水冲洗 （4）群孔冲洗 一般适用于岩层破碎，节理裂隙比较发育且在钻孔之间互相串通的地层中。采用高压水或高压水气冲洗时，要注意观测，防止冲洗范围内岩层的抬动
6、和变形。3压水试验 压水试验目的：测定地层的渗透特性，为基岩的灌浆施工提供基本技术资料。压水试验也是检查地层灌浆实际效果的主要方法。压水试验的原理：在一定的水头压力下，通过钻孔将水压入到孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水的时间，计算出代表岩层渗透特性的技术参数。 在我国，采用透水率q来表示岩层的渗透特性。所谓透水率，就是在单位时间内，通过单位长度试验孔段，在单位压力作用下所压入的水量。压水试验有单点法和五点法两种，4灌浆的方法与工艺提高岩基灌浆的质量，必须注意以下问题（1）钻孔灌浆的次序 基岩的钻孔与灌浆应遵循分序加密的原则进行。 （2）注浆方式 按照灌浆时浆液灌注和流动的特点，灌浆方式有
7、纯压式和循环式两种。 （3）钻灌方法 按照同一钻孔内的钻灌顺序，有全孔一次钻灌和全孔分段钻灌两种方法。全孔一次钻灌系将灌浆孔一次钻到全深，并沿全孔进行灌浆。这种方法施工简便，多用于孔深不超过6m，地质条件良好，基岩比较完整的情况。全孔分段钻灌又分自上而下法、自下而上法、综合灌浆法及孔口封闭法等。（4）灌浆压力 所谓灌浆压力，通常是指作用在灌浆段中部的压力 灌浆压力是控制灌浆质量、提高灌浆经济效益的重要因素。确定灌浆压力的原则是：在不致破坏基础和坝体的前提下，尽可能采用比较高的压力。高压灌浆可以使浆液更好地压入细小缝隙内，增大浆液扩散半径，析出多余的水分，提高灌注材料的密实度。 GIN灌浆法5）
8、灌浆压力和浆液稠度的控制 在灌浆过程中，合理地控制灌浆压力和浆液稠度，是提高灌浆质量的重要保证。 灌浆过程中灌浆压力的控制基本上有两种类型，即一次升压法和分级升压法。 6）灌浆的结束条件与封孔 灌浆的结束条件，一般用两个指标来控制，一个是残余吸浆量，又称最终吸浆量，即灌到最后的限定吸浆量；另一个是闭浆时间，即在残余吸浆量不变的情况下保持设计规定压力的延续时间。 5. 灌浆的质量检查灌浆的质量检查 基岩灌浆隐蔽性工程，必须加强灌浆质量的控制与检查。为此，一方面要认真做好灌浆施工的原始记录，严格灌浆施工的工艺控制，防止违规操作；另一方面，要在一个灌浆区灌浆结束以后，进行专门性的质量检查，作出科学的
9、灌浆质量评定。基岩灌浆的质量检查结果，是整个工程验收的重要依据。灌浆质量检查的方法很多，常用的有：对已灌地区，钻设检查孔，通过压水试验和浆液注入率试验进行检查；通过检查孔，钻取岩芯进行检查，或进行钻孔照相和孔内电视，观察孔壁的灌浆质量；开挖平洞、竖井或钻设大口径钻孔，检查人员直接进去观察检查，并在其中进行抗剪强度、弹性模量等方面的试验；利用地球物理勘探技术，测定基岩的弹性模量、弹性波速等，对比这些参数在灌浆前后的变化，借以判断灌浆的质量和效果。 四、化学灌浆 化学灌浆是在水泥灌浆基础上发展起来的新型灌浆方法。它是将有机高分子材料配制成的浆液灌入地基或建筑物的裂缝中，经胶凝固化后，达到防渗、堵漏
10、、补强、加固的目的。 化学灌浆在基岩处理中，是作为水泥灌浆辅助手段的。 它主要用于：裂隙与空隙细小（0.1mm以下），颗粒材料不能灌入；对基础的防渗或强度有较高要求；渗透水流的速度较大，其它灌浆材料不能封堵等情况。1. 化学灌浆特性 材料分防渗堵漏和补强加固两大类。前者有水玻璃、丙凝类、聚氨脂类等，后者有环氧树脂类、甲凝类等。特性：1）化学浆液的粘度低，有的接近于水，有的比水还小。其流动性好，可灌性高，可以灌入水泥浆液灌不进去的细微裂隙中。 2）化学浆液的聚合时间（或称胶凝时间，固化、硬化时间）可以比较准确地控制，从几秒到几十分钟，有利于机动灵活地进行施工控制。 3）化学浆液聚合后的聚合体，渗
11、透系数很小，一般为10-610-8cm/s，几乎是不透水的，防渗效果好。4）有些化学浆液聚合体本身的强度及粘结强度比较高，可承受高水头。如用于加固补强的甲凝、环氧树脂等，而聚氨脂对防渗与加固都有作用。5）化灌材料聚合体的稳定性和耐久性均较好，能抗酸、碱及微生物的侵蚀。但一般高分子化学材料都存在有老化问题。6）化灌材料都有一定毒性，在配制、施工过程中要十分注意防护，并切实防止对环境的污染。2. 化学灌浆施工 化学浆液为真溶液，不存在粒状灌浆材料的沉淀问题，化学灌浆都采用纯压式灌浆。 化学灌浆的钻孔和清洗工艺及技术要求，与水泥灌浆基本相同，也遵循分序加密的原则进行钻孔灌浆。 化学灌浆的方法，按浆液
12、的混合方式区分，有单液法灌浆和双液法灌浆。一次配制成的浆液或两种浆液组分在泵送灌注前先行混合的灌浆方法称为单液法。两种浆液组分在泵送后才混合的灌浆方法称为双液法。前者施工相对简单，在工程中使用较多。 工程实例： 三峡工程永久船闸南五竖井f1096断层的处理，在运用水泥化学复合灌浆方面取得较好的经验。该断层宽度5m左右，内含软弱泥化的角砾岩、碎裂花岗岩及疏松软塑夹坚硬碎屑等，断层的规模大、性状差，对结构受力极为不利。施工中分别采用高压旋喷灌浆技术处理松软物质；用水泥灌浆充填挤压大裂隙，增加被灌岩体的强度；最后将化学浆液灌注到细微裂隙中，使多裂隙的断层胶结成一个整体，极大提高了其物理力学性质。 水
13、泥灌浆采用孔口封闭、孔内循环法，逐段灌注改性水泥浆材，全段灌浆压力控制在5MPa以内。化学灌浆的浆材为长江科学院的CW系材料，采用分段阻塞、纯压式灌注的方式，各段压力逐级增加，最终控制在5MPa以内。在施工中，按水泥序孔、水泥序孔、化灌序灌水泥浆、化灌序孔及化灌序孔逐步进行钻灌，根据压水试验成果，各序孔的透水率呈明显递减，如竖井北壁，其透水率的递减为：2.87Lu2.76Lu1.15Lu0.37Lu0.22Lu0Lu，且灌前灌后的弹性波速平均提高了46.3%，变形模量E超过8GPa的检测点在85%以上。砂砾石地层灌浆 在砂砾石地层上修建水工建筑物，也可采用灌浆方法来建造防渗帷幕。其主要优点是：灌浆帷幕对基础的变形具有较好的适应性，施工的灵活性大，较之其它方法，更适合于在深厚砂砾石地层施工。 砂砾石地层具有结构松散、空隙率大、渗透性强的特点，在地层中成孔较困难，与基岩有很大差别。因此，在砂砾石地层中灌浆，有一些特殊的技术要求与施工工艺。
