水利水電工程施工手冊(cè)第1卷地基與基礎(chǔ)工程--02灌漿05沖洗與壓水

1、第五節(jié) 鉆孔沖洗、裂隙沖洗及壓水試驗(yàn)1 鉆孔沖洗鉆孔沖洗（簡(jiǎn)稱洗孔、沖孔）是指使用清水或壓縮空氣與水將鉆孔孔底沉淀的巖屑 和孔壁上粘附的巖粉等污物沖出孔口以外， 以使與鉆孔相交的巖石裂隙口不被泥渣堵塞， 達(dá)到便于漿液注入的目的。灌漿工程對(duì)鉆孔沖洗的要求是沖洗后孔底沉積厚度不大于20cm。嚴(yán)格地說(shuō)，沖孔是鉆孔工序的一部分，鉆孔（全孔或一個(gè)孔段）完成以后就應(yīng)當(dāng)及 時(shí)地將鉆孔沖洗干凈，并保護(hù)好孔口，防止污水流進(jìn)或異物落入。沖孔是灌漿工程中不 可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。灌漿孔的沖洗通常采用水沖法，即在鉆孔完成后，取出巖芯，再下入鉆具（或僅下 入鉆桿），開大水流， 使孔內(nèi)鉆渣隨循環(huán)水流懸浮帶出孔外。 沖孔水量要

2、盡可能地大一些， 直至回水清凈，肉眼觀察無(wú)巖粉為止。如果這樣不能沖洗干凈，不能達(dá)到孔底沉積小于 20cm 的要求，那就要采取撈砂取粉等措施。如果孔壁有很多黏著物，或有特殊的沖洗要 求，可能還應(yīng)當(dāng)專門對(duì)孔壁進(jìn)行側(cè)向沖洗?？咨钶^淺的灌漿孔和使用風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)械鉆進(jìn) 的灌漿孔也可使用壓縮空氣與水作沖洗介質(zhì)。沖孔的特點(diǎn)是，孔口不封閉，沖洗水流的水量大，但壓力不一定大。沖洗時(shí)間以回 水變清為原則，施工中有的要求回水變清后持續(xù)多少時(shí)間的，這種做法實(shí)際上并無(wú)必要。2 裂隙沖洗2.1 裂隙沖洗的目的裂隙沖洗（簡(jiǎn)稱洗縫）是指采用水或壓縮空氣等介質(zhì)對(duì)鉆孔周圍的巖體的裂隙或孔 隙進(jìn)行的沖洗。其目的是：（ 1）希望將縫隙

3、中的軟弱充填物沖出孔口外，或推移至灌漿區(qū)域的一定范圍之外；（ 2）使被灌裂隙變得暢通，以擴(kuò)大灌注范圍和注入量；（ 3）使被灌裂隙變得干凈，以利于漿液注入后與裂隙兩面的巖石黏結(jié)緊密，增強(qiáng)灌漿效果。以前工程界對(duì)裂隙沖洗的必要性和有效性尚存爭(zhēng)議，通過(guò)許多試驗(yàn)和工程實(shí)踐，特 別烏江渡水電站帷幕灌漿取得成功以后，認(rèn)識(shí)趨于一致：除非采取特別的沖洗方法和付 出大的代價(jià)，裂隙沖洗難以取得明顯的效果；對(duì)于帷幕灌漿，裂隙沖洗并非是完全必要 的，一些軟弱物質(zhì)可以通過(guò)提高灌漿壓力來(lái)灌注或擠壓密實(shí)，使抗?jié)B能力滿足要求；固 結(jié)灌漿的目的主要是提高巖體的變形模量，因而對(duì)裂隙沖洗的要求高于帷幕灌漿。在水工建筑物水泥灌漿施工技

4、術(shù)規(guī)范中，一般情況下的裂隙沖洗均規(guī)定采用比 較簡(jiǎn)單的壓水沖洗法，并可與簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行。對(duì)需要重點(diǎn)加固的部位應(yīng)按設(shè)計(jì) 要求強(qiáng)化裂隙沖洗。對(duì)遇水易軟化的地層不宜進(jìn)行裂隙沖洗，也應(yīng)當(dāng)不做或少做壓水試 驗(yàn)。22裂隙沖洗的方法裂隙沖洗常用的方法是壓水沖洗，有特殊要求時(shí)應(yīng)采用強(qiáng)力沖洗，即高壓壓水沖洗、脈動(dòng)沖洗、風(fēng)水聯(lián)合沖洗或高壓噴射沖洗。灌漿工程巖體的裂隙沖洗應(yīng)當(dāng)使用清水，除 非工程有特殊需要，方可使用化學(xué)劑。裂隙沖洗應(yīng)該在鉆孔沖洗以后進(jìn)行。各種洗縫方 法及其適用條件見表 2-5-1。表列各種沖洗方法可以單獨(dú)使用，也可以幾種方法結(jié)合使用,其中以壓水沖洗使用最多，強(qiáng)力沖洗的方法在一些工程有特殊要求的部

5、位也有應(yīng)用。我 國(guó)烏江渡水電站帷幕灌漿采用了不進(jìn)行專門的裂隙沖洗的施工方法。銅街子水電站壩基 固結(jié)灌漿工程中 C5層間錯(cuò)動(dòng)帶、F3及F3-1斷層破碎帶采用了高壓噴射沖洗置換灌漿的 加固方法。表2-5-1 裂隙沖洗方法沖洗方式作業(yè)要點(diǎn)沖洗原理適用條件及沖洗效果壓水沖洗安裝灌漿塞隔離被灌漿孔段，使用灌 漿泵向孔段內(nèi)壓入循環(huán)水流，壓水壓力 由回水管閥門調(diào)節(jié)，通常為灌漿壓力的 80%至返岀的水潔凈，或持續(xù)一段時(shí) 間為止。裂隙縫口的一部分充 填物被壓力水沖刷挾帶 流出孔外，不能從孔口沖 洗岀的充填物被壓力水 推移至離鉆孔較遠(yuǎn)的位 置。適用除不需沖洗以外 的各種地層。施工簡(jiǎn)便但 沖洗效果一般較差。高壓壓水

6、沖洗壓水壓力通常大于 1MPa但不超過(guò)灌 漿壓力的80%其余同上。同上不適宜緩傾角和易抬動(dòng)地層。效果尚好。脈動(dòng)沖洗按照壓水沖洗的方法，先使用較大的 壓力沖洗數(shù)分鐘，接著完全放開回水閥 門，低壓大流量沖洗，如此反復(fù)脈動(dòng)， 直至返岀的水潔凈或持續(xù)一段時(shí)間為 止。高壓時(shí)類似壓水沖洗 機(jī)理，低壓時(shí)裂隙內(nèi)水壓 力高于孔內(nèi)壓力，形成反 向水流將充填物帶岀。適宜于斷層破碎帶，但 孔壁穩(wěn)定的地層。效果較 好。風(fēng)水聯(lián)合沖洗在孔段中下入風(fēng)管和水管，或在水管 中通入風(fēng)，使風(fēng)、水在孔中混合膨脹， 并噴岀孔外。注意風(fēng)壓應(yīng)大于滿孔時(shí)的 水柱壓力，可以反復(fù)多次。直至返岀的 水潔凈或持續(xù)一段時(shí)間為止。壓縮空氣的能量在孔 內(nèi)釋

7、放，形成紊動(dòng)、震蕩 水流，對(duì)裂隙中的充填物 質(zhì)起到松動(dòng)、剝離、抽吸 的作用。適宜于斷層破碎帶，但孔壁穩(wěn)定的地層。施工稍復(fù)雜，效果較好。高壓噴射沖洗通過(guò)鉆孔找準(zhǔn)需要加固的部位，下入噴射管，通入高壓水（2550MPa，或 者伴以壓縮空氣，強(qiáng)力沖刷和擊碎裂隙 或夾層內(nèi)的軟弱物質(zhì)，使其剝離，沖岀 孔外。可反復(fù)進(jìn)行，直至返岀清水。利用高壓水束的巨大 能量，將軟弱充填物切割 破壞沖出，而后以水泥漿 液灌注置換填補(bǔ)其空間。適宜于斷層及軟弱夾 層的局部加固。沖洗效果 好，但施工復(fù)雜，僅用于 個(gè)別重要部位。群孔沖洗將被沖洗孔和相鄰孔同時(shí)鉆岀，通常 以35孔為一組，各孔輪番進(jìn)水、進(jìn) 氣和排水、排氣、排泥渣。利用鄰

8、孔提供的空間， 增加了裂隙內(nèi)充填物的 排泄通道，增大了沖洗液 的水力梯度。適宜于有串通條件的 群孔固結(jié)灌漿。沖洗效果 好，但施工復(fù)雜，打亂灌 漿次序。3壓水試驗(yàn)壓水試驗(yàn)，即鉆孔壓水試驗(yàn)，它是一種在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的巖體原位滲透試驗(yàn)。它的主要任務(wù)是測(cè)定巖體的透水性，為灌漿工程的設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量檢驗(yàn)提供基本資料。灌漿工程的先導(dǎo)孔和灌漿后的檢查孔的壓水試驗(yàn)按照水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范附錄A進(jìn)行。3.1壓水試驗(yàn)的方法3.1.1 壓水試驗(yàn)的準(zhǔn)備壓水試驗(yàn)的鉆孔孔徑可為 56mm- 150mm鉆孔宜用金剛石或合金鉆進(jìn)，禁止使用泥漿鉆進(jìn)。試段長(zhǎng)度一般為 5m遇強(qiáng)漏失帶時(shí)應(yīng)單獨(dú)劃分試段。3.1.2 壓水試驗(yàn)的設(shè)

9、備（ 1）止水栓塞止水栓塞有多種類型，如氣壓或水壓膠囊塞、螺桿頂壓膠球塞，以及可對(duì)試段上下兩端同時(shí)隔離的雙聯(lián)栓塞，施工中可酌情采用。通常希望與灌漿工藝及 所使用的灌漿塞一致起來(lái)，以充分發(fā)揮設(shè)備效用和提高工效。為了止水可靠，止水栓塞的長(zhǎng)度不宜小于 7 倍鉆孔直徑。（ 2）供水設(shè)備 通常的灌漿泵可作為供水設(shè)備， 但要求其最大流量能達(dá)到 100L/min 以上，壓力穩(wěn)定，工作可靠，泵的出口安裝容積大于 5L 的空氣室。在有條件的地方宜采用自流供水進(jìn)行試驗(yàn)。（ 3）量測(cè)設(shè)備主要有壓力表、流量計(jì)。試驗(yàn)壓力應(yīng)保持在壓力表最大標(biāo)值的 1/3至 3/4 之間。灌漿用的大量程壓力表不能用作壓水試驗(yàn)?？梢允褂盟?/p>

10、作為流量計(jì)，但 應(yīng)能在最大壓水壓力下正常工作；也可以使用量水標(biāo)尺測(cè)量耗水量。使用能同時(shí)測(cè)量壓 力和流量的灌漿自動(dòng)記錄儀是最好的設(shè)備。3.1.3 壓水試驗(yàn)的程序 壓水試驗(yàn)的操作程序包括洗孔，地下水位測(cè)量，安裝管路、栓塞和儀表，試通水， 壓力控制和流量觀測(cè)等。洗孔的方法和要求已于前述。洗孔之后壓水試驗(yàn)之前，是否進(jìn)行裂隙沖洗應(yīng)視壓水 試驗(yàn)的目的而定，灌漿孔段（包括先導(dǎo)孔）灌漿前的壓水試驗(yàn)或簡(jiǎn)易壓水通常在裂隙沖 洗后進(jìn)行，或?qū)⒘严稕_洗與簡(jiǎn)易壓水合并進(jìn)行。地下水位是壓水試驗(yàn)壓力的起算零點(diǎn)，可利用先導(dǎo)孔測(cè)定。測(cè)量時(shí)向孔中注滿清水， 觀測(cè)水位下降速度， 每 5min 測(cè)記一次， 當(dāng)連續(xù) 2 次測(cè)得下降速度均

11、小于 5cm/min 時(shí)，即 以最后一次觀測(cè)水位作為該地段的地下水位。當(dāng)灌漿施工完成后，進(jìn)行檢查孔壓水試驗(yàn)時(shí)，由于地層經(jīng)過(guò)灌漿滲透性已經(jīng)很小， 所以這時(shí)也可取地下水位與孔口齊平。當(dāng)孔口有涌水時(shí)，應(yīng)當(dāng)測(cè)定涌水壓力和涌水量。 為施工簡(jiǎn)便起見，壓水試驗(yàn)管路和儀表安裝通常都與灌漿的管路安裝方式一致，如 本書第六節(jié)圖 2-6-9 。各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做好以后就可以開始進(jìn)行壓水試驗(yàn)。試驗(yàn)前應(yīng)當(dāng)先通水試壓，確認(rèn)管 路充滿了水，管路系統(tǒng)和栓塞在最大試驗(yàn)壓力下不滲、不漏、不堵，壓力表或記錄儀工 作正常，否則應(yīng)當(dāng)重新安裝試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)閥門控制保持穩(wěn)定壓力，每3min5min測(cè)讀一次流量，當(dāng)連續(xù) 4次觀測(cè)值中最大

12、值與最小值之差小于最終值的10%，或小于 1L/min 時(shí)，本階段試驗(yàn)完成，取最終值為計(jì)算流量。3.1.4 試驗(yàn)壓力的計(jì)算試驗(yàn)壓力是指作用在試段內(nèi)的實(shí)際平均壓力（全壓力） 。 當(dāng)?shù)叵滤辉谠嚩我陨蠒r(shí)，試驗(yàn)壓力等于壓力表指示壓力與由壓力表中心至地下水 水位的水柱壓力的代數(shù)和；當(dāng)?shù)叵滤辉谠嚩我韵聲r(shí)，試驗(yàn)壓力等于壓力表指示壓力與由壓力表中心至試段中 點(diǎn)的水柱壓力的代數(shù)和；當(dāng)?shù)叵滤辉谠嚩我詢?nèi)時(shí)，試驗(yàn)壓力等于由壓力表中心至地下水位以上的試段的中 點(diǎn)的水柱壓力的代數(shù)和。此外嚴(yán)格地說(shuō)，還應(yīng)當(dāng)加上（循環(huán)式灌漿管路）或減去（純壓式灌漿管路）管路壓 力損失，但因此項(xiàng)數(shù)值較小，在灌漿工程中一般忽略不計(jì)。3.3

13、單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)及透水率的計(jì)算 灌漿工程普遍使用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，即只使用一個(gè)壓力階段的壓水試驗(yàn)方法。單點(diǎn) 法壓水試驗(yàn)的成果按公式 2-5-1 計(jì)算。q = Q/PL（2-5-1 ）式中q透水率，Lu;Q壓入流量，L/mi n ;P作用于試段內(nèi)的全壓力，MPaL試段長(zhǎng)度，m。透水率單位呂容（Lu）的意義是，當(dāng)試驗(yàn)壓力為1MPa每米試段的壓入流量為 1L/min 時(shí)，該試段透水率為 1Lu。試段透水率取兩位有效數(shù)字。以前我國(guó)沿用前蘇聯(lián)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，壓水試驗(yàn)的成果使用單位吸水量（3 ）表示。其涵義是在每米水頭作用下，每米試段內(nèi)的流量，單位為L(zhǎng)/ （min.m.m ）。由此可見透水率 q和單位吸水量3的關(guān)

14、系是：q = 1003（2-5-2 ）3.4 五點(diǎn)法壓水試驗(yàn) 五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)是采用三級(jí)壓力進(jìn)行升壓和降壓共五個(gè)階段的壓水試驗(yàn)方法，即P1P2 P3P2 Pi （ Piv P2v P3=。三級(jí)壓力一般為 0.3、0.6、I.OMPa。根據(jù)五個(gè)階段的壓水試驗(yàn)資料繪制P Q曲線，參照表2-5-2確定P Q曲線類型。以三級(jí)壓力中的最大壓力值（P3）及相應(yīng)的壓入流量（Q）及公式2-5-1求算透水率。每一試段的壓水試驗(yàn)成果用透水率和P Q曲線類型表示，如 0.58（ A） ,8.5（D）等。表2-5-2五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)的P- Q曲線類型及特點(diǎn)表線點(diǎn)JJ壓虐 曲總障打+ 壓過(guò)js,IA壘 開譴也<絨 弁

15、的歸曲會(huì)升壓曲蜒 凸柯尸軸， 降壓曲線與 并也曲戰(zhàn)不 婁合,呈師時(shí) 針環(huán)狀升用曲緒凸 向Q軸禱壓 曲線打升壓曲 線不境合.樂(lè) 逆時(shí)針師狀3.5簡(jiǎn)易壓水灌漿工程施工過(guò)程中，常常需要了解隨著各排、各序孔灌漿的進(jìn)行，巖體透水率變化的趨勢(shì)，以評(píng)估灌漿設(shè)計(jì)和施工參數(shù)的正確性，同時(shí)預(yù)測(cè)灌漿效果。簡(jiǎn)易壓水就是為 滿足這一要求而進(jìn)行的簡(jiǎn)化和粗略的壓水試驗(yàn)。簡(jiǎn)易壓水壓力采用灌漿壓力的80%并不大于1MPa壓水時(shí)間20min，每5min測(cè)讀一次壓入流量，取最后的流量值計(jì)算透水率。簡(jiǎn)易壓水由于其精確度要求不高，所以通常假設(shè)地下水位與孔口齊平。壓水壓力也不采用全壓力，而采用表壓力。即按壓力表（或記錄儀）指示的壓力記讀，忽略孔內(nèi)水 柱壓力和管路損失的影響。當(dāng)對(duì)裂隙沖洗沒(méi)有專門要求時(shí)，簡(jiǎn)易壓水可與裂隙沖洗結(jié)合進(jìn)行。3.6用壓水試驗(yàn)成果計(jì)算滲透系數(shù)透水率q和滲透系數(shù)K之間不是簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，各種條件下通過(guò)q計(jì)算k的公式也很多。水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程SL-1992推薦：當(dāng)試段位于地下水位以下，透水率在10Lu以下，P-Q曲線為A型（層流型）時(shí)，可用 2-5-3式求算滲透系數(shù)K=In （2-5-3）2 n HLr式中 K 地層滲透系數(shù)，m/d ;Q 壓水流量，m3/d;H 試驗(yàn)壓力，以水頭表示，m;L 試驗(yàn)段長(zhǎng)度，m;r 鉆孔半徑，m。也可以用圖2-5-1中的曲線查