第6讲：灌浆与地基处理

同学们好，第6讲讲灌浆与地基处理，这是水利水电实务考试中几乎每年必考的重点专题，对应大纲编号SL0103。历年案例分值大约15到20分，灌浆施工工序、参数控制、结束标准这些内容特别喜欢出案例题，而且出题很细，数据要求很精确。本讲大家要重点掌握：六种灌浆类型的区别与适用条件、帷幕灌浆的分序加密施工、固结灌浆的参数要求、灌浆施工工序和结束标准、高压喷射灌浆的三种形式、以及地基处理方法的总览。好，下面进入正题。

第一块：灌浆分类与帷幕灌浆

先说第一块，灌浆的分类和帷幕灌浆的详细讲解。

灌浆，简单说就是通过钻孔把浆液（水泥浆或其他材料）压入岩体的裂隙、孔隙中，使之凝固硬化，达到防渗、加固、充填的目的。根据灌浆目的和施工方法的不同，灌浆分为六大类：

（1）帷幕灌浆。 目的是形成一道地下防渗帷幕，减小坝基的渗透压力和渗漏量。这是大坝基础处理中最关键的灌浆类型。帷幕灌浆一般布置在坝基上游侧，孔深一般要达到相对隔水层。

（2）固结灌浆。 目的是提高岩体的整体性和承载力，减小岩体变形。固结灌浆一般在大面积范围内布孔，孔距比帷幕灌浆大，孔深比帷幕灌浆浅。

（3）回填灌浆。 目的是充填衬砌与围岩之间的空隙，使衬砌与围岩紧密接触，共同受力。主要用于隧洞衬砌背后。

（4）接触灌浆。 目的是充填混凝土与基岩之间的缝隙，增强接触面的结合力和防渗能力。

（5）接缝灌浆。 目的是填充混凝土坝块之间的接缝（横缝、纵缝），使坝体形成整体。主要用于混凝土坝施工。

（6）补强灌浆（化学灌浆）。 使用化学材料（如环氧树脂、聚氨酯等）进行灌浆，适用于细小裂隙的防渗和加固，或水泥灌浆无法处理的微细裂缝。

帷幕灌浆的详细参数是重中之重：

• 孔距：一般为1.5~3.0m，根据地质条件和防渗要求确定。
• 分序加密施工：这是帷幕灌浆的核心施工原则。整个帷幕灌浆分为三个次序进行：
• Ⅰ序孔（主孔）：先施工，孔距较大（如6~9m），起到骨架作用。
• Ⅱ序孔：在Ⅰ序孔之间加密施工，孔距缩小为原来的1/2。
• Ⅲ序孔：最后施工，进一步加密，达到设计孔距。
• 为什么要分序加密？ 因为先施工Ⅰ序孔可以封堵大的裂隙，形成初步的帷幕骨架；再施工Ⅱ序、Ⅲ序孔时，浆液不容易跑浆，能在较小的裂隙中有效充填。如果从Ⅲ序到Ⅰ序施工，浆液会从大裂隙中大量流失。
• 灌浆压力：一般为0.2~0.5MPa，具体根据覆盖层厚度和地质条件确定。灌浆压力不能超过上覆岩层的重量，否则会导致地层抬动破坏。
• 水泥品种：普通硅酸盐水泥或超细水泥。对于细小裂隙，需要使用超细水泥或化学浆材。
• 水灰比（水灰比）：采用分级变浆的方式，一般分为5:1、3:1、2:1、1:1、0.5:1（或0.6:1）等多个级别。开始时用稀浆（大水灰比），便于浆液扩散；随着注入率减小，逐步变浓（小水灰比），保证充填密实。
• 灌浆段长：一般采用自下而上分段灌浆法或自上而下分段灌浆法。每段长度一般为5m。

考试常见题型：帷幕灌浆的分序加密原则和灌浆压力是最常考的点。案例题经常让你判断施工顺序是否正确，或者让你说明水灰比的变化规律。

第二块：固结灌浆与灌浆施工工序

第二块，讲固结灌浆和灌浆施工的完整工序。

固结灌浆： 固结灌浆的目的是提高坝基岩体的整体性和承载力，减小岩体的不均匀变形。它和帷幕灌浆的区别在于：

| 项目 | 帷幕灌浆 | 固结灌浆 | |------|---------|---------| | 目的 | 防渗（减小渗透压力） | 加固（提高整体性和承载力） | | 孔距 | 1.5~3m | 3~4m | | 孔深 | 较深（达隔水层） | 较浅，一般5~8m | | 灌浆压力 | 0.2~0.5MPa | 0.2~0.4MPa | | 布孔方式 | 单排或多排线性布置 | 大面积梅花形或方格形布置 | | 施工顺序 | 分序加密（Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ序） | 也分序施工，但要求不如帷幕严格 |

灌浆施工工序（这是案例题的高频考点，必须完整掌握）：

完整的灌浆施工工序为六步：

第一步：钻孔。 按照设计孔位和角度钻孔，孔径一般为56~91mm（帷幕灌浆）或75~110mm（固结灌浆）。钻孔过程中要记录岩芯、裂隙发育情况等地质资料。

第二步：冲洗（裂隙冲洗）。 用压力水冲洗钻孔和岩体裂隙，将裂隙中的泥砂、碎屑冲洗干净，保证浆液能充分充填。冲洗压力一般为灌浆压力的80%，冲洗至回水澄清后10min结束。

第三步：压水试验。 在灌浆前进行简易压水试验，测定岩体的单位吸水率（吕荣值，Lu），作为确定灌浆参数和检查灌浆效果的依据。压水试验压力一般为灌浆压力的80%~100%。

第四步：灌浆。 按设计水灰比和灌浆压力进行灌浆。灌浆过程中要记录灌浆压力、注入率、浆液变换等信息。

第五步：封孔（封口）。 灌浆结束后，用水泥浆将钻孔封实，防止成为渗水通道。封孔一般采用"全孔灌浆封孔法"。

第六步：质量检查。 灌浆完成后进行质量检查，主要方法是检查孔压水试验，检查孔数量不少于灌浆孔总数的10%。检查标准：在设计压力下，单位吸水率不大于设计规定值（一般不大于3Lu），且各检查孔的透水率比较均匀。

灌浆结束标准（必须背熟）： 在设计压力下，当注入率不大于1L/min时，持续灌注30min，即可结束灌浆。

这个结束标准是案例题和选择题的必考内容。记住两个数字：1L/min和30min。

考试常见题型：工序排序题是经典题型，比如"钻孔→冲洗→？→灌浆→？→质量检查"让你填空。灌浆结束标准也经常出现。

第三块：水泥灌浆与化学灌浆的对比

第三块，对比水泥灌浆和化学灌浆的适用条件。

水泥灌浆： - 适用条件：岩体裂隙宽度大于0.2mm的情况。 - 浆材：普通硅酸盐水泥、超细水泥。 - 优点：材料来源广、成本低、无毒无害、结石体强度高。 - 缺点：水泥颗粒较大，无法进入微细裂隙（<0.2mm）。 - 适用场景：帷幕灌浆、固结灌浆、回填灌浆等绝大多数灌浆工程。

化学灌浆： - 适用条件：岩体裂隙宽度小于0.2mm的情况，或水泥灌浆不能满足防渗要求的情况。 - 常用化学浆材：环氧树脂（补强加固为主）、聚氨酯（防渗堵漏为主）、丙烯酸盐（防渗为主）。 - 优点：浆液黏度低、可灌性好，能进入微细裂隙；凝固时间可调节。 - 缺点：成本高、部分材料有毒性、结石体强度一般不如水泥。 - 适用场景：混凝土裂缝修补、精细防渗处理、水泥灌浆无法处理的微细裂隙。

水泥灌浆与化学灌浆的选择原则：能用水泥灌浆解决的，优先使用水泥灌浆（成本低、效果好）；只有当裂隙太细、水泥颗粒无法灌入时，才考虑化学灌浆。

考试常见题型：选择题常考两者的适用条件区分。案例题可能给你地质条件让你选择灌浆方式。

第四块：高压喷射灌浆与地基处理方法总览

第四块，讲高压喷射灌浆和地基处理方法的总览。

高压喷射灌浆（高喷灌浆）： 高压喷射灌浆是利用高压射流（压力一般20~40MPa）切割、搅拌地层，同时注入水泥浆，形成连续的防渗墙或加固柱体。

按喷射方式分为三种： - 旋喷：喷管旋转喷射，形成圆柱体桩。适用于点状加固。 - 摆喷：喷管在一定角度内来回摆动喷射，形成扇形体。适用于局部防渗。 - 定喷：喷管固定方向喷射，形成板状体（薄板墙）。适用于连续防渗墙。

适用地层：高喷灌浆适用于砂土、粉土、黏性土、淤泥等松散地层，不适用于含大粒径卵石或块石的地层（射流无法有效切割）。

地基处理方法总览： 除了灌浆以外，水利水电工程中常用的地基处理方法还有以下几种：

（1）换填法。 - 原理：将软弱土层挖除，换填强度较高的砂石材料。 - 适用条件：软弱层厚度不大（一般不超过3m）。 - 换填材料：中粗砂、砂砾石、碎石等。

（2）预压法。 - 堆载预压：在地基上堆载（如土石方），通过预压排水固结提高地基强度。预压时间较长，一般需要数月。 - 真空预压：在地基表面铺设密封膜，抽真空形成负压，加速排水固结。适用于饱和软黏土，加固效果优于堆载预压。

（3）振冲法。 - 利用振冲器在地基中振动并形成桩孔，填入碎石形成碎石桩。 - 适用于松散砂土、粉土等地基的加密处理。 - 碎石桩间距一般为1.5~2.5m。

（4）强夯法。 - 利用重锤（一般10~40t）从高处（6~30m）自由落下，对地基进行强力夯实。 - 适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土。 - 不适用于饱和软黏土（会产生"橡皮土"）。

（5）灌注桩。 - 当上部荷载较大且软土层较深时采用。 - 将荷载通过桩身传递到深层坚硬土层或岩层。 - 常见类型：钻孔灌注桩、挖孔灌注桩。

灌浆与这些方法的关系：在水利水电工程中，坝基处理通常先做固结灌浆（提高整体性），再做帷幕灌浆（形成防渗帷幕），最后做回填灌浆（充填空隙）。这个顺序不能乱。

考试常见题型：高喷灌浆的三种形式（旋喷、摆喷、定喷）的形状区别是选择题常考点。地基处理方法的选择是案例题常考点，给你一个地质条件让你选择合适的处理方法。

案例实战

某混凝土重力坝工程，坝高85m，建在石灰岩地基上。设计单位进行了坝基处理设计，包括固结灌浆和帷幕灌浆。施工过程中发生以下事件：

事件一： 施工单位编制了灌浆施工方案，方案中确定灌浆施工顺序为：钻孔→压水试验→冲洗→灌浆→封孔→质量检查。帷幕灌浆从第Ⅲ序孔开始施工，逐步加密到第Ⅱ序孔，最后施工第Ⅰ序孔。帷幕灌浆孔距3.5m，灌浆压力0.8MPa。

事件二： 帷幕灌浆采用自下而上分段灌浆法，每段长5m。灌浆开始时采用水灰比0.5:1的浓浆，随着注入率减小，逐步变稀至5:1。当灌浆压力达到设计压力后，注入率降至2L/min，持续15min后结束灌浆。

事件三： 帷幕灌浆质量检查时，施工单位采用检查孔压水试验方法，检查孔数量为灌浆孔总数的5%。检查结果：在设计压力下，80%的检查孔单位吸水率满足设计要求（≤3Lu），但有20%的检查孔单位吸水率为5Lu，超过了设计值。施工单位认为满足要求的检查孔已达80%，灌浆质量合格。

问题1： 指出事件一中施工方案的不妥之处，并说明正确做法。

标准答案： 事件一存在以下不妥之处： （1）施工工序错误。正确的灌浆施工工序应为：钻孔→冲洗→压水试验→灌浆→封孔→质量检查。方案中将压水试验放在冲洗之前是错误的，应先冲洗裂隙再压水试验，否则裂隙中的泥砂会影响压水试验结果。 （2）灌浆施工顺序错误。帷幕灌浆必须从第Ⅰ序孔开始，逐步加密到第Ⅲ序孔，而不是从第Ⅲ序到第Ⅰ序。分序加密的目的是先封堵大裂隙，再逐步充填小裂隙。 （3）帷幕灌浆孔距偏大。帷幕灌浆孔距一般为1.5~3.0m，方案中3.5m偏大，不利于形成连续帷幕。 （4）灌浆压力偏大。帷幕灌浆压力一般为0.2~0.5MPa，方案中0.8MPa过大，可能导致地层抬动破坏。

问题2： 指出事件二中灌浆施工的不妥之处，并说明正确做法。

标准答案： 事件二存在以下不妥之处： （1）水灰比变化方向错误。灌浆开始时应先用稀浆（大水灰比，如5:1或3:1），便于浆液在裂隙中扩散；随着注入率减小，逐步变浓至小水灰比（如0.5:1或0.6:1）。方案中先用浓浆后变稀是错误的。 （2）灌浆结束条件不满足。灌浆结束标准是在设计压力下，注入率不大于1L/min，持续30min。事件中注入率为2L/min且仅持续15min，两个条件均未满足，不能结束灌浆。

问题3： 事件三中施工单位的结论是否正确？说明理由。

标准答案： 不正确。帷幕灌浆质量检查要求在设计压力下，检查孔的单位吸水率均应满足设计要求（≤3Lu），且各检查孔透水率比较均匀。事件中有20%的检查孔单位吸水率为5Lu，超过了设计值3Lu，灌浆质量不合格。满足80%不能作为合格的理由，超标的检查孔说明帷幕存在缺陷，需要进行补强灌浆处理。

总结串联

同学们，这一讲我们系统讲了灌浆与地基处理的核心内容：

第一，六种灌浆类型——帷幕灌浆（防渗）、固结灌浆（加固）、回填灌浆（充填）、接触灌浆（结合面）、接缝灌浆（混凝土坝缝）、化学灌浆（微细裂隙）。帷幕灌浆和固结灌浆是案例考试的核心。

第二，帷幕灌浆关键参数——孔距1.5~3m，分序加密从Ⅰ序到Ⅲ序，灌浆压力0.2~0.5MPa，水灰比从稀到浓分级变化。

第三，灌浆施工工序——钻孔→冲洗→压水试验→灌浆→封孔→质量检查，六步不能乱。结束标准是注入率≤1L/min持续30min，这两个数字必须记住。

第四，高喷灌浆三种形式——旋喷成柱、摆喷成扇、定喷成板。适用松散地层，不适用大粒径卵石地层。

第五，地基处理方法选择——换填（浅层软基≤3m）、预压（软黏土）、振冲（松散砂土）、强夯（非饱和土）、灌注桩（深层软基）。灌浆顺序：先固结后帷幕再回填。

下期预告

水利实务案例20讲第6讲就讲到这里。下一讲讲第7讲——土石方开挖与填筑，这是施工技术中的基本功。土石分级、爆破参数、预裂爆破和光面爆破的区别、碾压试验的内容，这些每年都要考。特别是爆破安全控制和土石方平衡计算，案例题出得非常多。大家课后把本讲的灌浆六步工序和结束标准再默写一遍，下一讲见！祝同学们学习顺利！