1、大坝基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验 精品大坝基岩帷幕灌浆钻孔冲洗及压水试验第一节 钻 进一、钻孔方法灌浆帷幕的钻孔是实现帷幕灌浆的先决条件，只有通过特设的钻孔，才能进行帷幕灌浆。基岩中采用回转式钻机，主要有硬质合金钻进，钻粒钻进和金刚石钻进三种，可根据岩石的硬度、完整性和可钻性的情况而选用。在较软的、可钻性为67级以下的岩石中，多采用硬质合金钻进；在7级以上的坚硬岩石中，多采用钻粒钻进；在石质坚硬且较完整的岩石中，应尽可能地采用金刚石钻进。近期经常采用的是金刚石或硬质合金钻头钻进，而钻粒钻进方法已很少被采用了。金刚石钻进，不仅岩粉少，而且钻进效率和岩芯采用率均较高，钻孔孔间也容易得到保证。20
2、01年制定的水泥灌浆施工技术规范中规定：帷幕灌浆孔也可采用冲击或冲击回转式钻机钻进。当采用这种方法钻进时，应加强钻孔和裂缝的冲洗。钻孔的孔径，随着钻孔类别，钻进方法，钻孔深度和岩石情况而定。灌浆孔的孔径，一般多为59mm或75mm，在保证灌浆质量的前提下，一般宜优先选用小口径钻孔，但不得小于46mm。检查孔的孔径要稍大一些，一般可为75mm或91mm。二、钻扎方向帷幕灌桨钻孔的方向宜根据岩层构造、裂隙角度和施工条件而定。最有利的钻孔方向是与裂隙面或岩层面垂直，这样，同样深的钻孔可以穿过较多的裂隙或岩层面，能节省钻孔数量，灌浆效果也好。但钻斜孔施工比较困难，钻孔深度超过50m时，孔向易于“上飘”
3、，诸多斜孔的方位角和倾角保持一致也较困难。所以，在没有特定要求，或不影响灌浆质量和不道多地增加钻孔工作量的情况下，为便于钻进和灌浆施工，帷幕钻孔宜采用铅直孔。钻孔时，应按照设计的孔向钻进。如果设计的是铅直孔，就按铅直方向钻进；如果设计的是斜孔，就要按照规定的倾斜度和方位角钻进，并保证钻孔偏斜率不超过允许值，这样，在灌浆之后，才有可能联结成帷幕，起到防渗作用。三、钻孔偏斜率的允许值铅直孔的偏斜率就是孔底的偏距与铅直孔孔深之比，也就是钻孔钻完后，其水平投影之长与其立面投影之长的比值，常用百分数表示，见图7-1。钻孔经测斜后，测得偏斜角值，则dL1sin。钻孔偏斜率的计算公式为:dL= 、即=tg
4、(7.1)式中 d实钻钻孔的水平投影长度，亦即孔底偏距，也可称偏差；L实钻钻孔的立面投影长度；L1实钻钻孔的长度。对于铅直孔偏斜率允许值的考虑，原则上要求应为：两相邻钻孔底端的最大偏距不应超过两孔孔距的50，以保证两相邻钻孔在最不利的条件下，其底部也不会相交。按照这个要求，当钻孔愈深或孔距愈小时，则偏斜率允许值也就愈小，钻孔难度愈大，在这样条件下，也就愈需采取多种措施，更要精心地操作。一般情况下，钻孔愈探，愈易偏斜，所以铅直孔偏斜率先许值的规定，多依钻孔深度而定。2001年制定的水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001对于钻孔偏斜率的规定中考虑了帷幕排数因素，见表7-1。表7-1 帷幕灌
5、浆孔孔底允许偏差 （单位：m）孔深2030405060允许偏差单排孔0.250.450.701.001.30二或三排孔0.250.500.801.151.50注：深孔钻进，孔深20m以内，孔向应尽量保证铅直，偏斜率小于1%。孔深大于0m时，孔底最大允许偏差可根据工程实际情况确定，全孔偏斜率不宜大于2.5%。帷幕钻孔为斜孔时，掌握钻孔方向更难，除偏斜率外，还有对方位角的要求，因此，需采取相应的有效措施，在钻进中更要细心操作，对斜孔的允许偏斜程度，DL/T5148-2001灌浆规范规定：顶角大于5的斜孔，孔底最大允许偏差值可根据实际情况，按表7-1中的规定适当放宽，但方位角的偏差值水应大于5。总之
6、，钻孔偏斜程度是个重要的问题，它直接影响帷幕质量，应引起高度重视。特别是深孔，对其偏斜率允许值的规定更要慎重，既要能保证灌浆帷幕质量，又要结合工程的实际情况与施工的具体条件，故需经多方面研究考虑后才可确定。与此同时，应该制定保证钻孔方向偏差不超出允许值的有效的专门措施，以利钻孔工作。四、孔斜的观测1钻孔测斜的作用(1)了解孔斜情况，便于及时纠正。在帐幕的钻孔过程中，应通过测斜，随时了解钻孔偏斜的情况。如果钻孔偏斜超过了允许范围，应分析其偏斜的原因，采取相应的措施，及时纠正，使以后的钻孔能依照设计的钻孔方向钻进，以保证钻孔最终偏斜率不超出允许值范围。如果钻孔初始就发生过度的倾斜且难以纠正时，可稍
7、移孔位另开新孔，以保证帷幕质量。(2)了解各帷幕灌浆孔实钻情况，便于分析帷幕质量。如果帷幕灌浆孔相互近似平行成排，则灌浆后比较容易相联成幕，防渗效果也好。如果各灌浆孔偏斜情况严重，且偏斜角度不同，偏斜方向亦异，灌浆后，可能呈现为不同方向的“水泥桩柱”，这样就难以保证帷幕的连续性、完整性和密实性，因而将会降低防渗效果。钻孔下部偏斜边大，钻孔间距即大，由钻孔中灌注的浆液，其有效的扩散范围未能相互搭接，有时会遗留小块未经灌到的空白区，一般通称其为“天窗”，形成漏水通路，对帷幕防渗作用不利。所以，在帷幕灌浆完成后，通过整理出的“帷幕灌浆孔测斜成果图”等资料，可以有助于分析帷幕质量。(3)由各孔测斜的成
8、果，可以比较准确地算出两个钻孔在任何高程部位相互之间的真实距离，供计算其他一些数据之用。例如，使用物标法，利用几个钻孔测定岩石不同深处处水平向弹性波速时，即需使用这个数值。孔距如有误差，即影响弹性波速计算值的准确性，两孔的间距愈短，影响愈大。2对钻孔测斜的要求每个帷幕灌浆孔最好是都能自上而下分段测定孔斜，随时发现问题，及时纠正。测斜段的长度根据具体情况而定，一般多为510m。例如新安江、富春江、湖南镇等大坝的雄幕灌浆孔都是在钻进过程中自上而下地分段做了测斜；在陈村大坝维幕补强处理工程守还具体规定；孔深20m以上，每5m段长测斜一次；孔深20m以下，每10m段长测斜一次。有些工程，在整个钻孔完成
9、后，再分段进行测斜，这样得出的测斜资料，只能供分析帷幕灌浆质量和计算不同高程处两钻孔真实间距之用，而不能起到在钻进过程中随时发现问题，及时纠偏的作用。为了奠定能按设计孔向钻进的基础，孔口段的测斜是极为重要的；对于深孔尤应重视这一工作。如发现孔口段已偏斜，应及时纠正，否则势必严重地影响以后的钻进工作。有的钻孔为了保证孔向，特埋设较长的孔口管，因此在埋设孔口管时一定要测量准确，务必使其方向与设计的钻孔方向一致。3测量孔斜的方法(1)人工测斜法灯光目测法：把灯光光源下入孔内，利用灯光在欲测段内所居的中心位置与测线在孔口的位置之间的关系而测定孔斜及方位角，这种测量孔斜的方法就是灯光目测法，见图7-2。
10、例如欲测L深处的孔斜，用线绳系住灯光下入孔内，调整测线在孔口的位置，使灯光保持在该深处钻孔断面的中心位置。根据测线在孔口的位置，就可以计算出孔斜和方位角。C是半径为r的孔口中心，A是测线通过孔口的位置，CAd表示偏距。是实钻钻孔水平投影的方位角。d和可在孔口直接量出。dL= arctg式中 偏斜角，以度表示；偏斜率，以百分数表示。灯光日测法是一种操作方便、设备简单、测斜成果得出最快而又较准确的测斜方法，常用以校验孔口管或用于钻孔上部孔段的测斜。灯光日测法的使用条件是：设计的钻孔是铅直孔；钻孔偏距不超过钻孔半径；测斜时，孔内须保持无水。使用的灯光光源，可以是手电筒，也可以是不高于24V的外带护丝
11、罩的低压电灯泡。(2)测斜仪测斜法使用专用的测斜仪器下入孔内进行测斜，不论是铅直孔或是斜孔，孔内是否有地下水均能进行测斜工作。常用的测斜仪有下列几种：1)JJX3型井斜仪(或JJX2型)：用于无磁性干扰、直径65mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的方位角和顶角。方位角刻度每分格为5。在顶角2时，即能测量方位角。其测量误差不大于4在顶角大于5时，方位角测量误差不大于3。顶角测程为050，每分格为30，其测量误差不大于30。2)KXP-1型轻便测斜仪 用于直径大于46mm的非磁性钻孔内作连续多点的测量其顶角和方位角。代器利用磁针定向，采用非电量电测法通过三芯电缆在地面读数。顶角测量范围：050，测量误
12、差30。方位角测量范围：4356，测量误差4。3)JXY2型罗盘测斜仪，用于无磁性干扰、直径80mm以上的钻孔中，测量孔身倾斜的顶角和方位角。方位角刻度每分格为2，在顶角4以上时，测量误差4。顶角刻度每分格为2，测程为060，测量误差范围，在030之间时，不超过1；在30以上，不超过2。4）JJL型阶螺测斜仪：用于地磁场强力异常及有套管的孔段，测量钻孔的顶角和方位角。全套仪器包括操纵台、稳压器、交流器、三脚架、仪器本体等五个部分。测量范围：顶角230，方位角0360。测量精度：顶角误差30、方位角误差5。5）DUZ型多点照像测斜仪 重约36kg，用于直径46mm以上的钻孔。测量范围：顶角012
13、0，方位角0360。测量精度：顶角0.2，方位角0.5。相对来讲，这种代器测试精度高。钻孔测斜仪器种类较多，可根据工程实际需要选用。五、钻孔偏斜率的计算钻孔为铅直孔的连续分段测斜成果，见图7.1-3。孔料的计算方法，见表7.1-2。经过孔斜测量，得出各段的l、和后，即可计算钻子L的偏斜率和其他数据。钻孔偏距： (7.2)图7-3 钻孔偏斜的水平投影与立面投影示意图l1、l2、l3各侧斜段的钻孔长度；1、2、3各测斜段钻孔的偏斜角；1、2、3各测斜段钻孔水平投影的方位角；d钻孔孔底偏距；L钻孔的立面投影长度表7-2 孔 斜 计 算 表测斜段号测斜段长l测斜段的倾斜角测 斜 段 的 水 平 投 影
14、方位角东西向（即X向）偏距lsinsin南北向（即Y向）偏距lsincos123nl1l2l3ln123n123nl1sin1sin1l2sin2sin2l3sin3sin3lnsinnsinnl1sin1cos1l2sin2cos2l3sin3cos3lnsinncosn合计lsinsinlsincos钻孔立面投影长度：L=l cos （7.3）钻孔偏斜的方位角：=arctglsinsinlsincos(7.4)钻孔偏斜率：（lsinsin）2+（lsincos）2lcos= （7.5）钻孔的偏斜角：=arctg（lsinsin）2+（lsincos）2l cos （7.6）举例：某孔设计为
15、直孔，孔深30m，自上而下每钻深5m测斜一次，共测六段，各段的倾斜角分别为030、040、050、115、135、145；各段的水平投影方位角分别为20、40、25、15、5、10，求该孔的偏斜率、偏距、偏斜角和方位角。解：已知l1= l2=l3=l4=l5=l6=5m；1=030,2=040,3=050,4=115,5=135,6=145；1=20,2=40,3=25,4=15,5=5,6=10。由三角函数表查得sin1=sin030=0.0087,sin2=sin040=0.0116,sin3=sin050=0.0145, sin4=sin115=0.0218,sin5=sin135=0.
16、0276,sin6=sin145=0.0305;sin1=sin20=0.3420,sin2=sin40=0.6428,sin3=sin25=0.4226,sin4=sin15=0.2588,sin5=5=0.0872,sin6=sin10=0.1736;cos1=cos030=1,cos2=cos040=0.9999,cos3=cos050=0.9999,cos4=cos115=0.9998,cos5=cos135=0.9996,cos6=cos145=0.9995;cos1=cos20=0.9397，cos2=cos40=0.7660，cos3=cos25=0.9063，cos4=cos1
17、5=0.9659，cos5=cos5=0.9962，cos6=cos10=0.9848。求定：钻孔偏距、偏斜率、偏斜角和方位角。第1测斜段：东西向偏距 L1sin1sin1=50.00870.3420=0.0157m南北向偏距 L1sin1cos1=50.00870.9397=0.041m第2测斜段：东西向偏距 L2sin2sin2=50.01160.6428=0.037m南北向偏距 L2sin2cos2=50.01160.7660=0.044m第3测斜段：东西向偏距 L3sin3sin3=50.01450.4226=0.031m南北向偏距 L3sin3cos3=50.01450.9063=0
18、.066m第4测斜段：东西向偏距 L4sin4sin4=50.02180.2588=0.028m南北向偏距 L4sin4cos4=50.02180.9659=0.105m第5测斜段：东西向偏距 L5sin5sin5=50.02760.0872=0.012m南北向偏距 L5sin5cos5=50.02760.9962=0.137m第6测斜段：东西向偏距 L6sin6sin6=50.03050.1736=0.026m南北向偏距 L6sin6cos6=50.03050.9848=0.150m钻孔立面投影长L=lcos= l1cos1+ l2cos2+ l3cos3+ l4cos4+ l5cos5+
19、l6cos6=51+50.9999+50.9999+50.9998+50.99996+50.9995=29.99m钻孔东西向偏距lsinsin=0.0149+0.0373+0.0308+0.0284+0.012+0.0265=0.150m钻孔南北向偏距lsincos=0.0408+0.0444+0.066+0.106+0.137+0.151=0.545m钻孔偏距d=（lsinsin）2+（lsincos）2 =（0.1499）2+（0.5452）2=0.558m钻孔偏斜率0.55829.99dL= = =1.86%钻孔偏斜角0.55829.99dL=arctg =arctg =arctg(0.
20、0186)= 102钻孔方位角lsinsinlsincos0.14990.5452=arctg = arctg =arctg(0.275)= 1524每个灌浆孔(包括检查孔)测斜的计算完成后，将计算成果填制成钻孔测斜成果表,格式及示例见表7-3,作为钻孔测斜的基本资料。任何一个坝段的帷幕灌浆孔测斜后，应根据各孔的测斜成果表，填制该坝段帷幕灌浆孔测斜成果表，格式及示例见表7-4，并绘制成帷幕灌浆孔测斜成果图（见图7-4）。图7-4中所示的各灌浆孔的水平投影是用一直线段表示的，这仅属简单的示意。实际上，在深孔并且多段测斜的情况下，整个灌浆孔的水平投影，则往往是由一系列长度不等，方位角不同的线段所组
21、成，如图7-3中的（a）所示。表7-3 钻 孔 测 斜 成 果 表孔号 孔位 孔口高程 设计孔向：铅直孔各 段 测 斜 成 果全 孔 测 斜 成 果段号段 位段长(m)测点位置(m)观测值偏距(m)垂直投影孔深(m)偏距(m)偏斜率（%）偏斜角方位角顶（m）底(m)偏斜角方位角东西向南北向1234560510152025510152025305555553.57.512.517.522.527.5030040050115135145204025155100.01490.03730.03080.02840.0120.02650.04080.04440.0660.1060.1370.15129.9
22、90.5581.861021524表7-4 帷幕灌浆孔测斜成果示例表地区 坝段号孔号钻孔深度（m）钻孔垂直投影深度（m）偏距（m）偏斜率（%）偏斜角方位角1234567893030303030302999299729922984299929900.5580.610.731.050.5250.781.862.032.443.491.752.61020101242001001301524730910029003090012100图7-4帷幕灌浆孔测斜成果示例图（钻孔的平面投影）六、保证孔向的主要措施欲保证钻孔方向，在钻孔工作中应做好以下几项工作：(1)孔口段的孔向要正确，这是保证全孔能按设计孔向钻
23、进的关键，故孔口段或安设的孔口管必须符合设计孔向的要求，可通过测斜来验证。对孔斜精度要求高的钻孔，一般均采取装设孔口管的措施。(2)钻机立轴方向要正确，机座要稳固，如因需要，钻机需往返移动时，应采取能正确对准原孔位和孔向的可靠措施。(3)钻进时，使用长的钻具。钻铅直孔，必要时，还可使用钻铤。(4)变孔径时，采用导向设施。(5)在岩石比较完整、孔内很少掉块的情况下，可在每一根或每两根钻杜间加用“导向箍”。(6)在钻进工艺操作上，要正确地控制压九适量地给水，钻具超过一定重量时，还需考虑减压措施。七、钻孔工作中应注意的事项(1)按照设计规定定好孔位，孔位的偏差一般不宜大于10cm。当遇到难于依照设计
24、要求布置孔位阶情况时，应及时与设计部门或有关部门联系，若允许变更孔位时，则应依照新的通知，重新布测孔位。在钻孔原始记录中一定要注明新钻孔的桩号和位置，以便分析查用。(2)在钻孔工作进行中，要严格按照规定的孔向钻进，并采取一切措施保证钻孔方向正确。( 3)孔径力求均匀，不要忽大忽小， 以免灌浆或压水时灌浆塞堵塞不严，漏水返浆，造成施工困难。(4)在各钻孔中，均要计算岩芯采取率。第、次序孔和检查孔中，要注意采取岩芯，并观察岩芯裂隙中有无水泥结石、其填充和胶结的情况如何，以便逐序反映灌浆质量和效果。(5)检查孔的岩芯可暂于保留。保留时间长短，由设计单位确定，一般讲，时间不宜过长。灌浆孔的岩芯，在描述
25、，即可进行处理，是否要有选择性的保留，应在灌浆技术要求文件中加以说明。(6)凡未灌完的孔，在不工作时，一定要把孔口盖住，并保护好，以免掉入物件。(7)应准确、详细、清楚地记好钻孔记录。第二节 冲 洗为了提高灌浆质量，取得良好的灌浆效果，在灌桨前必须清除钻孔中残积的岩粉，清除裂隙或空洞中所充填的粘土杂质等物。一般常用的方法就是钻孔冲洗和裂隙冲洗。一、钻孔冲洗钻孔冲洗的目的是将残存在孔底和粘附在孔壁处的岩粉、碎屑等杂质冲出孔外，以免堵塞裂隙的进口，影响液浆灌入。钻孔钻到预定的段深并取出岩芯后，将钻具下入至孔底，用大流量水进行冲洗，直到回水变情，孔内残存杂质沉积厚度不超过1020cm时，结束冲洗。二
26、、裂隙冲洗裂隙冲洗的目的是用压力水将岩石裂隙或空洞中所充填的松软的、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。(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
27、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1020min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7-5，压力从低压开始，逐级升压，每级升压0.2MPa。在两种不同深度的岩石中，分别升压到1.61.7MPa和2.52.6MPa。此时流量最大，而后压力逐渐下降至初始压
28、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7-5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12m，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510min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1020min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
