1、循环式灌浆
循环式灌浆是指浆液始终保持着循环,要求泵排量大于岩石吸浆量,进入孔段的浆液,一部分进入裂隙而扩散,余下的浆液返回地面,可重复使用。所有灌浆段内的浆液始终保持循环流动状态,随着灌浆时间的延续,吸浆量的递减,浆液的流速会越来越大,可减少孔段内水泥颗粒的沉淀,也不容易发生“固管”事故,有利于提高灌浆质量与效率。所以在“水工建筑物水泥灌浆施工技术规范”(SL62-94,或者是DL/T5148-2001)中,都明确指出帷幕灌浆应优先采用循环式。

2、纯压式灌浆
纯压式灌浆是浆液向孔内的岩石裂隙中扩散,人为控制不让浆液返回,即所谓“只进不出”。随着灌浆时间的延续,较长时间的灌注后,吸浆量逐渐减少,灌浆段内的浆液流速逐渐降低,此时浆液中的水泥颗粒易于沉淀,有可能堵塞到裂隙口,影响灌浆质量,而且容易引发“固管”事故。所以,这种灌浆方式只适于大裂隙,大渗透量的地层,同时也不适于深孔灌浆。

3、灌浆方*论法**证
为适用千变万化的地质情况,出现了多种灌浆方法,不同的灌浆方法要适用于不同的地质条件。不同方法各有利弊,如果所选方法不当,也可能事倍功半,无法取得好的经济效益。在选择灌浆方法的同时,还应注意选择合理的灌浆方式。
3.1 自上而下灌浆法
自上而下灌浆法主要用于岩石破碎的基岩,节理裂隙发育,成孔时冲洗液漏失严重,以至钻进过程不返水,而且经常出现掉块,引发卡钻事故,钻孔孔壁很不稳定。或者是全孔分布有易劈裂岩体,或者是松散的覆盖层,这样的地层用自上而下的灌浆方法,可以使地层自上而下的被水泥浆固结,易于栓塞对试段封闭的有效性,不必担心浆液绕塞渗漏,影响质量或引发“固管”事故。根据孔壁的稳定情况,可选用待凝或不待凝进行灌浆,以前的规范规定是必须待凝。由于灌浆工程为群孔施工,孔距相粼很近,均在混凝土面板上施工,或者是在轻轨上安装钻机,搬家方便快捷,费时很少,加之施工分序进行。所以,待凝并不担搁太多时间。1983年这个待凝作了修改,“采用自上而下分段灌浆时,孔口无涌水的孔段,在灌浆结束后,一般可不待凝,但在断层破碎带等地质条件复杂或在孔口有涌水的地段,则宜待凝,其待凝时间应根据工程具体情况确定”(SL62-94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范P10)。在上段已经灌注的情况下,加大灌浆压力不会带来事故蔽患,而且可以得到好的灌浆质量。
由于分段灌浆,对水泥灌入量计算较准确,压水试验成果也较准确,有利于成果的分析研究。
自上而下的分段灌浆方法栓塞是逐段下入的,多采用循环式灌浆。所以,只能采用*管双**式灌浆栓塞,孔径必须适当增大,增大孔径提高了成本,影响了工期。
耗浆量特别大时,可考虑采用纯压式自上而下灌浆,采用单管顶压式灌浆塞(如图2),操作简单,只需用送浆管(即钻杆)向下加压,就可使胶囊胀出,隔离开灌浆孔段,从三通向孔内灌浆。但在灌浆段隔离无效时,需提出孔口,更换顶管长度,才可重新进行试段隔离。不过上段已经灌注浆液封凝,出现隔封失效的情况一般很少。
3.2 自下而上灌浆法
自下而上灌浆法是在成孔后,由钻孔底部逐段上移进行灌浆,适用以下情况:岩石比较完整,裂隙不发育,地质情况比较简单。成孔过程比较顺利,没有出现或者很少出现掉块卡钻、夹钻等事故。钻孔上部有易劈裂岩体等,宜采用此方法。此方法的优点是:工序简化,工效较高。但此方法也经常会遇到一些问题,如:由于终孔后才自下而上灌浆,钻进延续时间较长,整个钻孔的裂隙容易受到岩粉的堵塞,给灌浆效果造成影响,孔段愈上影响愈大。如果加大灌浆压力,则容易发生浆液绕塞渗漏,增加“固管”事故的机率,如果不提高灌浆压力,则裂隙有可能冲不开,可能影响灌浆质量。岩石比较完整时,一般吃浆量较小,采用纯压式灌浆的话,孔内浆液流动速度很慢,极容易发生“固管”。所以,应多采用循环式灌浆。
采用自下而上循环式灌浆就必须用*管双**栓塞,同时孔径要适当加大,要留出栓塞以上灌浆管与孔壁之间的间隙,以便监测栓塞密封的可靠性,浆液一旦泄漏上返,所带来的后果远比自上而下栓塞返浆的后果严重,将会影响到整个孔的灌浆质量,灌浆段会因灌浆压力的卸漏,使浆液的扩散半径达不到设计的范围,孔与孔之间形不成帷幕。上部待灌段,会因为返回浆液的流经,而将裂隙口堵塞,同样会影响到灌浆帷幕的形成,这都是严重的灌浆质量问题。 如果是充气栓塞灌浆,多了一条气管路,增加了操作的复杂性。目前的充气栓塞只能用于纯压式,那就是说它的应用范围还只适于固结灌浆。 采用纯压式灌浆,射浆管要下到距孔底0.5m,在吃浆量小的情况下,又容易发生“固管”事故,因为栓塞在底部,很难实现射浆管的旋转与上下活 动,来预防 “固管”
基于自下而上灌浆法的居多弊端,使它的应用范围受到限制,小浪底成千上万的灌浆孔中,只有1个试验孔是采用自下而上的方法灌注。而且为防止“固管”事故,以塑料管代替射浆管
3.3 综合分段灌浆法
综合分段灌浆法是一种根据地质条件的不同,而将自上而下与自下而上灵活地组合进行灌浆的方法,充分的利用各自的优点,来提高灌浆质量与灌浆效率。如钻孔上部岩层裂隙多,又比较破碎,上部就采用自上而下灌浆方法,下部地质条件较好的部位则可采用自下而上的灌浆方法。其实这是一种优选法灌浆,而不是强调只采用某种单一的灌浆方法。
3.4 孔口封闭法灌浆
孙钊在“大坝基岩灌浆”一书中写道:“经过大量工程实践,我国创造出一种特有的帷幕灌浆方法,就是孔口封闭法灌浆”。1962年岳城水库在覆盖层帷幕灌浆中首次采用成功,接着1975年首次在乌江渡帷幕灌浆中正式采用,取得了很好的效果。
孔口封闭法没有了孔内栓塞,当灌浆段成孔后,只在孔口进行了封闭(图4),灌浆必须是自上而下的进行。1994年5月21日,水利部与电力工业部拟定的“水工建筑物水泥灌浆施工技术规范”(SL62-94)第3,7节专门规定了“孔口封闭法”一节(p21)。电力行业标准DL/T5148-2001的规范,也在第6.7节将“孔口封法”列为专节。
大量的工程实践证明,孔口封闭法有很多优点,很快得到了大家的共识,在各类灌浆中都得到了普遍的推广应用。
其优点如下:
孔口封闭法可使灌浆管旋转的同时进行上下提动,可避免孔内“固管”事故。“固管”事故的处理非常困难,只有在一旁重新钻孔灌注,这是灌浆施
工中很忌讳的。因此,
不管什么灌浆,都要把预防“固管”放在重要的位置。当灌浆水灰比为1:1~0.6:1的浓浆,灌浆时间只要在1~2小时,就非常容易发生“固管”事故,灌浆管被孔内的水泥浆凝固住,这在*管双**自上而下或者是*管双**自下而上的灌浆都是非常容易发生的,因为这类循环式灌浆的*管双**栓塞,孔内的射浆管与灌浆管都无法转动与上下活动,唯独孔口封闭法可以。自上而下与自下而上的灌浆法,都可能出现栓塞密封不住的情况,特别是自下而上灌浆法,这种情况会出现得更多。覆盖层灌浆根本无法在覆盖层上进行灌段密封,只有孔口封闭法才能有效的解决。孔口封闭法自上而下自行复灌,有效的提高了灌浆质量。操作简便,没有移动栓塞的麻烦,辅助时间少,提高了整体施工效率。安全性好。
4、选择灌浆方法
在选择灌浆方法的同时,必须考虑灌浆方式,才能决定选用那种型式的灌浆栓塞。 自上而下的与自下而上的灌浆方法一般都用于帷幕灌浆,多采用循环式的灌浆方式。自上而下循环式孔内隔离的灌浆方法只能采用*管双**灌浆栓塞,操作繁销,辅助时间长。如果采用孔口封闭自上而下的灌浆方法,操作简便,施工安全,是应用最广的一种灌浆方法。如果自上而下的灌浆要采用纯压式的话,采用孔口封闭式比采用气压栓塞灌注与单管顶压栓塞灌注要好得多。 自下而上灌浆方法安全性最差,极易发生“固管”事故。自下而上的循环式灌浆只能采用*管双**灌浆栓塞,只有纯压式自下而上灌浆才可采用气压灌浆栓塞。气压灌浆栓塞密封性要求很高,气压塞可靠性相对较低,操作不便,所以应用不广。孔口封闭法可用于循环式灌浆,也可用于纯压式灌浆,只须控制孔口的三通即可,简单方便。研究分析得出,纯压式灌浆质量没有循环式灌浆质量好,同时纯压式灌浆容易发生浆液“固管”事故,带来质量、效率、心理等一系列的影响。很多灌浆专家认为,孔口封闭循环式灌浆质量是最好的,但有一说是孔口多次复灌“浪费”了水泥。但只要灌浆结束标准没变,这一“浪费”在孔内进行了灌注,保证了质量也是值得的。同时这一浪费就竟比分段灌浆多出多少,恐怕无人做过对比试验,说服力也不强。当然,如果钻孔上部有易劈裂的岩体,孔口封闭法引起的多次重复劈裂,会引起多次重复而不必要的水泥浪费。这也是事实。自下而上的灌浆方法也存在一个复灌问题,在质量上是有保证的。自小口径金刚石钻探得到推广以后,坝基帷幕灌浆施工得到了一个很大的提高,小口径金刚石钻探是一种先进的钻探工艺,质量好,效率高,故障低,成本低,劳动强度低,为世界各国广泛采用。在DL/T5148-2001规范中,6.2.3节提到“帷幕灌浆孔孔径不得小于Φ46mm,固结灌浆孔孔径不宜小于Φ38mm”。这样的孔径,均能充分发辉金刚石成孔的优越性,其深度完全能满足帷幕灌浆的需要,可使灌浆施工效益达到最好的水平。 小口径金刚石钻孔与孔口密封相结合,能使帷幕灌浆施工达到了一个新的水准。 潜孔锤由于采用冲击回转钻进理论,是一种效率非常高的成孔方法,适合各种硬岩的浅孔固结灌浆,能获得较好的施工效益。 灌浆成孔是不需要采取岩心(除先导孔),采用全断面钻进是合理的,应当在灌浆工程中得到推广应用,它可以提高工效80%~1倍以上。全断面钻进可以采用复合片回转钻进,牙轮钻头钻进,而不需要采用专门的钻探设备。 灌浆成孔的方法必须根据岩石的地质特性与灌浆工艺的设计来决定,成孔方法不当也会影响到整个工程的施工效益。 4灌浆方法发展的新动态 科学技术的进步使每一个专业都得到了发展,灌浆也出现了一些新方法、新工艺,作以下简述。4.1钻灌一体化灌浆 传统的自上而下的灌浆工艺是钻一段,灌一段,钻灌是分离的。钻灌一体化却将钻进与灌浆有 机的联系在一起,其技术创新点是:用全断面头快 速成孔,没有打捞岩心工序,钻进达到段长后,暂停钻进,将钻头提离孔底30~40cm进行洗孔,洗孔达 到要求后,安装孔口封闭器,接着用钻杆直接进行简易压水与灌浆。完成一个灌浆段后, 无须侍凝即可不提升钻杆,只要钻头有效,就可连续进行下一灌段钻进。
