固结灌浆的设计与施工

在岩石地基上建坝，一般多进行固结灌浆。实践经验证明，破碎、多裂隙的岩石经过固结灌浆后，其弹性模量和抗压强度均有明显的提高，可以增强岩石的均质性，减少不均匀沉陷。岩石透水性也大为降低，对改进地基岩石性能、效果很显著。

1 固结灌浆设计

由于地质作用和人为爆破开挖的影响，坝基表层基岩的完整性往往不能满足大坝工作的要求，需采用灌浆手段进行处理。

在进行固结灌浆设计之前，必须弄清地质条件，明确本工程坝基固结灌浆的主要目的、 主要对象和通过灌浆后基础岩石应达到的技术指标。

各个工程坝基地质条件有好有坏，各不相同，即使在同一大坝的基础范围内，也可能有的部位好，有的部位差。固结灌浆设计必须根据实际地质条件及对基础岩石要求改善的程度而定，不能千篇一律。灌浆工程量的多少，与灌浆设计是否正确合理有直接关系，不同的设计所得出的灌浆工程量不同，有时相差很大，特别是比较高的大坝，基础固结灌浆工程量常常多达数万米，例如丹江口水库大坝，坝高 97m，实际完成固结灌浆的工程量为 66226m；潘家口水库大坝，坝高 107.5m，设计工程量为 46200m；白山水电站拱坝，坝高 149.5m， 设计工程量为 62775m，故进行固结灌浆设计时，尤须慎重，不仅是从技术方面考虑，还应注意节约。

1.1 固结灌浆的范围

固结灌浆的范围主要是根据大坝基础的地质条件，岩石破碎情况，坝型和基础岩石应力条件等而定。

在重力坝的情况下，当基础岩石比较良好时，有的工程仅在坝基内的上游和下游应力大的地区进行固结灌浆，三峡大坝基岩固结灌浆多数坝段如此布置。在裂隙多，岩石破碎和泥化夹层集中的地区要重点进行固结灌浆。在坝基岩石普遍较差，而坝又较高的情况下，则多进行坝基全面积固结灌浆。例如新安江大坝、故县大坝的坝基就是全面积做了固结灌浆。有的工程甚至在坝基以外的一定范围内，也进行固结灌浆，例如潘家口水库大坝、白山水电站大坝各自在坝基的上下游 3～5m 和 5～10m 范围内均进行了固结灌浆。印度的巴克拉混凝土重力坝，高 226m，全基础面积和坝踵上游 15m，坝趾下游 l8m 的范围内 均进行了固结灌浆。

对于拱坝，因作用于基础岩石上的荷载较大，且较集中，因此，一般多是整个坝基进行固结灌浆，灌浆孔常较深，特别是两岸受拱坝推力大的坝肩座基础，更需加强固结灌浆工作。 例如，我国已建成的恒山拱坝、龙羊峡拱坝、法国的蒙特纳尔拱坝、日本的下筌拱坝等坝肩 拱座基础均进行了特殊的固结灌浆处理工作。

对土质心墙坝的固结灌浆，可沿土质防渗体与基础接触面整个范围内布置，根据地质情况，孔排距可取3.0m~4.0m，深度宜取5m~10m；

对于混凝土面板堆石坝的趾板和沥青混凝土心墙坝的基座下的固结灌浆，应采用铺盖式，视地质情况宜布置2~4排，深度不小于5m。

1.2 固结灌浆孔的布设 

固结灌浆孔的布设常采用的形式，一般多为方格形、梅花形和六角形，也有采用菱形或其它各种形式的。方格形的主要优点是便于补加灌浆孔,在地质条件复杂、岩石破碎、多裂隙地区多采用之。梅花形布孔主要的缺点是不便于补加灌浆孔，所以在地质条件较好、预计灌完浆后不需补加灌浆孔的地区多采用此形式。由于岩石的破碎情况、节理发育程度、裂隙的状态、宽度和方向的不同，孔距亦随之而异。根据我国一些混凝土大坝的固结灌浆资料统计，最终孔距一般在 2.5～5m 之间，而排距等于或略小于孔距。国外的一些大坝基础固结灌浆，其最终孔距和排距多在10～20ft(3.05～6.1m) 范围内变化。日本坝基岩层灌浆施工规范中有这样的规定：坝基全面进行均匀的固结灌浆时， 第Ⅰ次序固结灌浆孔的孔距可取 5～10m，而后根据灌浆情况，逐次加密，最终孔距达到 2．5～5m。

地质条件复杂的坝基或高坝的基础，对岩石固结的程度要求较高时，应先进行灌浆试验， 通过试验成果的分析、研究，才能比较正确地确定各项技术参数如孔距、排距、孔深，以及 采取适当的布孔形式，灌浆程序和灌浆压力等。

1.3 固结灌浆孔的深度 

固结灌浆孔的深度，目前尚无统一的标准，也还没有适合的计算公式，一般都根据地质条件，如岩石的破碎程度、风化深度、裂隙大小、大坝坝型和高度以及基础应力的分布和大 小等多种条件，综合考虑而定。曾有人提出，固结灌浆的深度可根据坝基的应力情况确定，并认为这个深度应达到应力等于 50％的基础正应力处，这个深度可根据室内光弹性试验来确定，但也仅能作为确定深度的参考。

固结灌浆依照深度的不同，可分为三类：

1．浅孔固结灌浆

孔深 5m 左右，采用风钻钻孔，孔径多为 32～50mm。 由于坝基的表层岩石一般均有不同程度的风化现象，节理裂隙较多，或因受卸荷及基础爆破开挖的影响，岩层表面裂隙较多。为了普遍加固表层岩石，一般都进行浅孔固结灌浆。固结灌浆面积大，范围广。因钻孔浅，可采用全孔一次灌浆法灌浆。

2．中深孔固结灌浆

孔深 6～l5m，常采用架钻或大型风钻钻孔，孔径多为 50～65mm。 在地质条件较差，如风化较严重，节理发育，裂隙多，或在基础较深处有软弱破碎带，以及基础岩石承受荷载较大的部位，多进行中深孔固结灌浆。 高坝的防渗灌浆帷幕前面(上游)常布设 1～2 排中深固结灌浆孔，兼起防渗作用，其孔深一般多为 8m 或 8m 以上。 灌浆方法多采用自上而下或自下而上分段灌浆。

3．深孔固结灌浆

孔深在 15m 以上，常用钻机钻孔。孔径根据钻机型式和钻进方法而定，一般多为 75～91mm。采用金刚石钻头钻进的孔径较小。因钻孔深，故应采用分段灌浆法灌浆。

在基础岩石深处有破碎带或软弱夹层、裂隙密集且较宽，而坝又比较宽，基础应力也较 大的情况下，常需要进行深孔固结灌浆。例如朱庄水库大坝，坝高 100m，河床坝段固结灌 浆深度 15～27m(指在岩石中)。恒山拱坝，坝高 69m，左岸拱座基础岩石固结灌浆深度 30～40m。日本下筌拱坝，坝高 98m，两岸坝肩固结灌浆深度 20 ～30m，因左岸坝肩岩石破碎，在 40～80m 深处，又布设了上、下高差 15～20m 的三层灌浆洞，在洞内钻放射状灌浆孔， 进行固结灌浆加固岩石。

2 固结灌浆施工

固结灌浆工作很重要，工程量也常较大，是筑坝施工中一个必要的工序。根据其施工程 序，在施工进度上，应为其安排好一定的灌浆时间。这是保证固结灌浆质量的前提。

固结灌浆施工，常与其它工序如开挖、立模、浇筑等发生干扰，遇到这类问题时，应当 本着“各方兼顾，均保质量”的原则，很好地、合理地解决，这也是保证固结灌浆质量一个 重要关键。

2.1 固结灌浆施工时间

固结灌浆施工最好是在基础岩石表面浇筑有混凝土盖板或有一定厚度混凝土，且已达到 其设计强度的 50％后进行。但也有由于某些原因而安排在混凝土浇筑前进行灌浆的。前者的 优点是：岩石表面有盖板后，能够防止岩石表面漏浆；可以使用大的压力灌浆，对灌浆质量有利。缺点是：需直接在混凝土上钻孔，增加了钻孔工程量，而且又易钻坏混凝土内埋设的冷却水管、测试仪器或其它构件；或需要设置预留孔比较费事；或需要预埋导管，耗用管材，同时，也常易与浇筑混凝土工序相互干扰，影响进度。后者的优点是：易于观察到表面冒浆， 能及时发现问题，便于迅速处理；即使偶而因灌浆压力过大，致使岩面发生上抬变形时，也 可处理，避免了混凝土坝体上抬的危险。缺点是：由于岩石表面无盖重，不能施用大的灌浆 压力；在岩石破碎、裂隙多的地带，往往由于灌浆时漏浆，灌不好灌，堵也不易堵，影响灌浆质量。关于这一问题，总的来看，在基岩上浇筑适当厚度的混凝土后，再进行灌浆，是有利的，在岩石破碎、多裂隙地带，特别是需要通过固结灌浆而提高基岩力学性能的部位，更 应如此。三门峡、故县、湖南镇、乌江渡、白山等大坝基础的固结灌浆均是这样做的。

有些大坝固结灌浆施工，在混凝土浇筑前，先行灌注第Ⅰ、Ⅱ序孔，灌浆压力稍低，当混凝土浇筑到一定厚度后，再用较大的压力灌注第Ⅲ序孔。例如潘家口水库大坝的固结灌浆 就是采用这种方法的，日本有些大坝也采用了这种方法。

2.2 固结灌浆施工次序 

固结灌浆施工的特点是“围、挤、压”，就是先将灌浆区圈围住，再在中间插孔灌浆挤密最后逐序压实。这样易于保证灌浆质量。所以，固结灌浆的施工次序必须遵循逐渐加密的原则进行，灌浆孔的排与排之间和同一排中孔与孔之间，可分为二序施工，也可只分排序，不分孔序或只分孔序而不分排序。

浅孔固结灌浆，在地质条件比较好、岩石又较为完整的情况下，灌浆施工可采用两个次 序进行。地质条件较差时，也可选用三个次序灌注。

深孔和中深孔固结灌浆，为保证灌浆质量，以三个次序施工为宜。在钻机多、场地小、施工次序不易安排的情况下，可允许相邻两个次序孔 ，在高程上相错开 2～3 段的情况下同时进行灌浆工作。 钻孔应统一编号，做好施工记录，及时整理资料，以便指导灌浆施工。这样做可以防止以后孔位混乱，查找不清，造成质量检查的困难，如遇到问题，由于资料完整，也易于分析 和处理。

2.3 固结灌浆浆液

固结灌浆浆液一般应以水泥浆为主，其浆液水灰比采用：2:1、1:1、0.8:1和0.5:1四个比级。

在节理裂隙发育地区，注入量很大时，常常在水泥 浆液中掺加砂，制成水泥砂浆灌注。因为固结灌浆主要目的是提高基础岩石强度，故一般情 况下不掺用粘土。

近期有些工程坝基固结灌浆采用稳定性浆液，水灰比为 0.8:1，加入 0.5%的膨润土，该工程固结灌浆质量标准为透水率 q≤5Lu，也是可以的。应予注意的是若采用稳定性浆液，水 灰比应控制在 0.8 左右，马什漏斗测试粘度宜小于 38s（以 28～35s 为好）。但有个别工程采 用水灰比为 1：1，掺加 4%膨润土的稳定性浆液，其 28 天抗压强度仅为 6MPa，是不合适的。 因为固结灌浆主要目的是提高岩体力学性能，不应采用强度低的浆液。

固结灌浆所用水泥的强度等级可为 32.5 或以上，材质应新鲜，不能有潮湿或结块现象。存放时间较长的水泥除经过试验证明质量合格者外，不得使用。 当地下水有侵蚀性时，应使用具有抗侵蚀性的水泥。 

2.4 钻孔冲洗工作

固结灌浆中，钻孔冲洗十分重要，特别是在地质条件较坏、岩石破碎、含有泥质充填物 的地带，更应重视这一工作。

冲洗的方法有单孔冲洗和群孔冲洗两种。 单孔裂隙冲洗多采用压力水冲洗，冲洗的压力可为该孔段灌浆压力的 80%，将水压入孔底后流出，直至返出的水呈清澈状态为止。当钻孔较深，用压力水冲洗效果不显著时，可以 使用空气扬水方法，用气和水进行洗孔。

群孔冲洗，对岩石破碎、裂隙发育地区，在各钻孔间裂隙相互串通的情况下，可采用这种冲洗方法。利用一组钻孔(4～6 个)，使用空气和水进行压力冲洗，从 1～2 个钻孔中进气， 另 1～2 个钻孔中进水，从其它钻孔中冲洗出粘土等杂质。而后，轮换进气、进水，反复冲洗 ， 直至一组内的各孔均冲洗干净，再进行群孔灌浆(即串通孔同时灌浆)。灌浆时可以敞开一孔， 让其排气、排水，待此孔排出较浓的水泥浆时，关闭此孔，或再开始向此孔内进行灌浆。进行群孔压力冲洗时，还可以加入一些化学剂。

2.5 简易压水

钻孔经裂隙冲洗后进行简易压水，一个压力点，压力值可为灌浆压力的 80%，此值若大 于 0.3MPa 时，也可采用 0.3MPa,稳定时间 30min 。

浅孔固结灌浆的压水稳定时间可短一些，一般采用 10～30min 即可。 

2.6 灌浆压力

灌浆压力是提高灌浆效果的重要手段，在条件允许的情况下，以采用较大的灌浆压力为好。

无混凝土板盖重条件下的浅孔固结灌浆情况比较简单，采用一次灌注法时，将灌浆塞卡在岩面孔口，灌浆压力宜为 0.2~0.4MPa，即使岩面发生少许抬动，在混凝土浇筑前可清理一下，无碍大局。采用分段灌浆法，在灌注第二段时，将灌浆塞卡在岩石中，灌浆压力宜为0.5~0.7MPa，甚至还可稍大一些。 有混凝土板盖重条件下的浅孔固结灌浆情况比较复杂，主要是担心由于使用灌浆压力不当，引起混凝土板上抬而导致盖板产生裂缝。 工程实践中经常遇有以下一些情况：

1 混凝土盖板厚度 0.5~1.0m，孔深入岩 5~6m，采用一次灌注法，设计灌浆压力 0.2~0.4MPa，盖板面抬动限为 0.2mm。

（1）将灌浆塞卡在混凝土盖板中，若能达到设计灌浆压力，皆大欢喜，否则需要采取低 压、浓浆、限流、限量等技术措施，缓慢升压，使之达到设计压力，甚至可以试用加大浆液 液柱高度，利用自重进行灌注。若仍无效，只有在该部位采取加密灌浆孔的方法解决了。

（2）将灌浆塞卡在混凝土与岩面接触部位，一般情况下，灌浆压力可以达到 0.2MPa。

国内有些工程，当将灌浆塞卡在混凝土中时，灌浆压力为 0.05～0.1MPa，0.5～1m 厚 的混凝土盖板面即发生抬动，采取多种技术措施，均难于达到设计灌浆压力，最后均是采用 上述方法解决的。

2 混凝土盖板厚度 0.5～1.0m，孔深入岩 6~8m，采用分段灌浆法，第一段灌浆压力 0.2~0.4MPa，第二段 0.5~0.7MPa，板面抬动限为 0.2mm。

（1）采用自上而下分段灌浆法   钻孔钻深至岩面以下 2m，先灌注第一段，若难于达到 设计灌浆压力时，可采用前 1 中所述方法解决。灌注第一段后，继续钻进至设计深度，开始 灌注第二段，这时一定要将灌浆塞卡在岩面以下 2m 处，其优点是可以提高灌浆压力，一般情况下均可达到设计灌浆压力的低值。这种方法进度稍慢，但灌浆质量好。

（2）采用自下而上分段灌浆   钻孔钻到设计深度，将灌浆塞卡在岩面以下 2m 处，先灌 注第二段，一般情况下，灌浆压力可以达到设计灌浆压力低值。而后将灌浆塞上提卡在混凝 土盖板中或卡在混凝土与岩面接缝处，灌注第一段。这种方法的优点在于既能保证第二段可 以提高灌浆压力，进度也快一些，对固结灌浆质量无影响，一般常喜采用。

若混凝土盖板厚度增大，还可适当提高灌浆压力。但在地质条件差或遇软弱岩石地区，也可适当降低灌浆压力。 深孔固结灌浆，各孔段的灌浆压力值可依照帷幕灌浆选定压力的方法来确定，见第八章第二节。 因特殊目的需要进行高压固结灌浆时，应先进行灌浆试验，通过论证后再行施工。施工过程中，应严加注意防止混凝土盖板抬动超过设计允许值。

阿瓜米尔帕混凝土面板堆石坝趾板地基灌浆，提高了灌浆压力。增加了趾板与基岩的接触灌浆，接触灌浆压力为0.1MPa，0m~2.5m，2.5m~5m两段灌浆应压力0.5MPa和0.7MPa，栓塞均卡在混凝土趾板内。10m以下的灌浆压力达到3MPa，效果良好。

2.7 浆液配比与变换

若采用纯水泥浆，以前多由水灰比为 5：1 较稀的浆液开始灌注，而后逐级变浓。近期则 多采用水灰比为 2、1、0.8、0.6(或 0.5)四个比级或 1、0.8、0.6(或 0.5)三个比级。

若采用低水灰比稳定性浆液，则灌浆全过程仅用一种级配的稳定性浆液，例如黄河小浪 底大坝坝基固结灌浆浆液就是采用水灰比为 0.7:1 ，掺加 0.5%膨润土的稳定浆液。但为了提高灌浆质量，有的工程开始先用水灰比为 2∶1 的水泥浆进行灌注，而后再换用稳定性浆液灌注。

灌注纯水泥浆时，固结灌浆浆液浓度的变换比帷幕灌浆可简单一些。灌浆开始后宜尽快将压力升高到规定值。当某级浆液注入量已达 300L以上，或灌浆时间已达 20～30min ，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改变一级水灰比。当注入率大于 30L/min 时 ，根据具体情况，也可考虑越级变浓。 

2.8 结束标准和封孔

 固结灌浆结束标准，一般规定是：在规定的压力下，孔段的注入率不大于 1L/min ，延续 30min，即可结束。近期由于采用了自动记录仪记录，并根据工程实践，变更为：在规定 的压力下，注入率不大于 1L/min ，继续灌注 30min ，可结束灌浆。由于灌浆孔段长度不等，有的工程规定当注入率不大于 0.1 或 0.2L/ （min﹡m）时，延续 30min 可以结束。 浅孔固结灌浆孔封孔应采用“机械压浆封孔法”或 “压力灌浆封孔法”。深孔固结灌浆孔封孔可采用与帷幕灌浆孔相同的方法。参见《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148—2012。 

2.9 冒浆处理

由于受卸荷及爆破的影响，基础岩石表面裂隙比较多，特别是在岩石又比较破碎情况下进行固结灌浆，若采用无混凝土板盖重灌浆方法，常易发生冒浆现象。处理的方法主要有下 列几种：

1.表面堵盖处理

(1)在裂隙冒浆处，可用旧棉花、麻刀、棉线等物紧密地打嵌入缝隙内，必要时，在其上 面再涂抹速凝水泥浆或水泥砂浆等，堵塞缝隙。

(2)在冒浆处凿挖岩石，将漏浆集中于一处用铁管引出，先前冒浆的地点用速凝水泥或水 泥砂浆封闭，待一定时间后将铁管堵住，从而止住冒浆。

(3)冒浆严重难于堵塞时，在冒浆部位浇筑混凝土盖板，而后再行灌浆。

2．施工工艺操作控制

(1) 采用低压灌浆的方法:

  降低灌浆压力，甚至采用自流式灌浆(即仅靠在孔内浆液的自重 压力灌浆)，同时使用浓浆，如 0．6：1、0．5：1 的浓浆，必要时可加入砂或速凝剂，待将 漏浆出路堵塞处理后，再逐步提高灌浆的压力，将浆液变稀，按正常规定继续进行灌浆。

(2 )采用限制进浆量法 

 除采用低压、浓浆外，还可限制进浆量，控制注入率不超过 10～15L／min，或再小一些，待浓浆在裂隙中逐渐沉积，最终将其封堵后，再逐渐提高灌浆压力 。

(3) 采用间歇灌浆法  

灌注一定量的浓浆后，或是当发现冒浆处出现浓浆时，即行停灌， 间歇十几分钟再行灌浆，停停灌灌，直至冒浆停止，压力达到规定值后，再依照原定规程， 正常进行灌浆。

处理冒浆的方法多种多样，应根据条件因地制宜。在灌浆施工过程中，根据工地实际情 况，选定合宜的处理措施。

这里需要注意的是：当灌浆前进行压力水冲洗时，如果发现基础岩石表面有大量冒水的 情况，则应先行将冒水地点处理好后，再行灌浆，这样既可节约水泥又能保证灌浆质量。

2.10 其它注意事项

(1)基岩表面冒浆严重而影响灌浆质量时，该部位应采用有混凝土盖板灌浆法。

(2)灌浆施工以一台灌浆机灌一个孔为宜。必要时，可以考虑将几个吸浆量小的灌浆孔并联灌浆，并联灌浆的孔数不宜多于 3 个，严禁串联灌浆。 (3)钻孔深度大于 6m 时，宜采用分段灌浆。 

(4)施工区域内应设置观测抬动装置，控制使用灌浆压力。

(5)在进行灌浆施工的地段 30m 范围内，尽量不进行爆破工作。若必须爆破，应控制爆破 质点振动速度≤3cm/s。

3 固结灌浆效果检查

大坝基础固结灌浆完成后，应当进行灌浆质量和灌浆效果的检查，经检查不符合要求的 地段，根据实地情况，认为有必要时，需加密钻孔补行灌浆。

固结灌浆效果检查，一般应以岩石力学性能的改进程度或所达到的数值为主要标志，渗透性透水率仅可作为间接指标，起辅助性的检查作用。采用后一方法检查，比较简便、易行， 所以在一般工程上多采用之。但其合格标准不易制定，故应尽量多做些力学性能试验，以求 得岩石经灌浆处理后的弹性模量数值等力学指标，供设计应用。

检查的方法，常用的有下列几种： 

3.1 整理、分析灌浆资料，验证灌浆效果

(1) 计算出各次序灌浆孔的单位注入量和透水率的平均值，由其逐序的减少程度，评断灌浆效果。

(2) 依照不同的灌浆次序，绘制出透水率频率曲线及频率累计曲线、单位注入量频率曲线 及频率累计曲线，由其变化情况，评断灌浆效果。曲线图的绘制。

3.2 钻设检查孔检查 

在单位注入量大的地段或认为灌浆质量有疑问的地段，应钻设检查孔，进行压水试验和灌浆以检查固结灌浆的效果。 检查孔的数目，一般可按灌浆孔数的 5～10%来控制。

(1) 压水试验检查   压水试验检查工作宜在该部位灌浆结束不少于 3d 后进行。压水试验多选用一个压力阶段，其压力值多为该段同一高程灌浆压力的 80%。深孔固结灌浆检查孔压水 试验的压力值，可参考帷幕灌浆情况确定。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001 中规定：固结灌浆检查孔的孔段合格率应在 85%以上，不合格孔段的透水率不超过设计规定值的 150%(如设计值为 3Lu ，则不应超过 4.5Lu)，且不集中，即可认为合格。

在我国一些大坝基岩固结灌浆工程中，一般常采用的灌浆质量合格标准为透水率 q≤3～5Lu 。例如三峡混凝土重力坝就定为 3Lu ，而小浪底斜心墙土石坝则定为 5Lu 。 国外有些大坝工程也有采用其它标准的，例如日本的田子仓坝规定：在 0.5MPa 压力下，孔段注入水量小于 5L／min 时，认为合格。严格地讲，使用透水率检查固结灌浆质量和效果是不合适的，因为固结灌浆主要目的是提高岩体力学性能，使其满足大坝对坝基岩体变模和强度的要求，不同的岩石例如花岗岩、片麻岩、石灰岩、页岩等在达到透水率 q≤3Lu（或 5Lu）的条件下，其力学性能指标并不相同。故在有条件时，固结灌浆质量和效果检查仍应以力学性能指标表示为好。但由于压水试验简便、易行，且在该部位灌浆结束后较短时间内即可进行，故一般多喜采用。

(2) 单位注入量检查   检查孔压水试验完毕后，本孔还需进行灌浆，以其单位注入量值的 大小也作为检查固结灌浆的一个标志。有些工程规定：检查孔的单位吸水量和单位注入量均 需小于某一规定数值，固结灌浆才被认为是合格。例如某一工程作这样的规定：检查孔的透

水率和单位注入量均分别小于 3Lu 和 25kg／m 时，该区的固结灌浆才算合格。

3.3 测定弹性模量或弹性波速 

鉴定坝基岩石经固结灌浆后其物理力学性能的改进程度，常利用弹性模量 (或弹性波速)来表示。用弹性模量检查，宜在该部位灌浆结束不少于 14d 后进行。

弹性模量(简称弹模，用 E表示)由于采用测试方法的不同，可分为静力弹性模量(简称静 弹模，用 Es 表示)和动力弹性模量(简称动弹模，用 Ed 表示)两种。静力弹性模量是用静力法求得，测试方法可分为两种，一种是在岩石表面测试，常使用各式千斤顶进行试验或水压力法进行试验。另一种则是在钻孔内测试，使用的仪器有：ZY-110 型钻孔压力计（水利水电科 学研究院制）、OYO-200 型孔内弹力计(日本制)和钻孔膨胀计（法国制）等，根据岩石变形情况，可以计算出静弹模 Es 和静变模 Et。近期有单位使用新型 PROBEX-1 膨胀仪（加拿大制）， 在孔径 76mm 的钻孔中应用，最大工作压力 3000KPa，在加载时通过测试探测仪总容积的变 化，计算出岩体的平均模量。动力弹性模量是用动力法求得的，即是用地震仪或声速仪，利 用锤击，放小炮或发生器激发，测定岩石弹性波传播速度，再根据弹性波速度计算出岩石的 动力弹性模量。常用的仪器有：国产 SYC-2 型岩石声波参数测定仪、CE9201 岩土工程质量 检测仪等测试声波仪器、北京地质仪器厂和重庆地质仪器厂制造的 12 道和 24 道地震仪；美 国的拜森 1575B 型(单道)、1580 型(六道)和 ES1210 型(12 道)信号增强地震仪以及 OYOMc-160 信号增强地震仪（24 道）等测试地震波仪器。由于弹性波速度也能间接反映出岩石的物理力 学性能，故有些工程就直接用它来表示岩石经固结灌浆后的效果。

静弹模测试比较复杂，且所测得的数据代表岩体的范围也很小，而动弹模测试方法比较 简便，速度快，且能反映出深部岩层及较大范围的岩体的弹性模量，故在固结灌浆效果检查 中常被广泛采用。

灌浆前和灌浆后在同一地点做弹性模量或弹性波速试验，根据其灌浆后的增高情况来评 断灌浆效果。

3.4 计算岩体完整系数，检查固结灌浆质量

岩体完整系数        

式中：Vp 为岩体灌浆后纵波速度（m/s）

VR 为完整岩块纵波速度(m/s)

有些工程要求某类岩体经固结灌浆后，其完整系数应达到某一数值。例如溪洛渡大坝基岩固结灌浆试验就提出弱风化上段岩体经固结灌浆后，其完整系数应达到 0.41～0.65 ；弱风 化下段岩体应达到 0.65～0.75 （见前第四章第七节中所述）。

3.5 钻孔取岩芯、开挖竖井或平洞检查

除上述各项试验检查方法外，还可利用检查孔所采取的岩芯，观察水泥结石充填及胶结 情况。根据需要，对岩芯也可进行必要的物理力学性能试验。

在大坝基础深部有危及坝基安全的软弱破碎带，经灌浆处理后，为确定灌浆效果，必要 时，也可开挖井洞或钻设大口径钻孔，人员下去进行实地直观检查。同时，在井洞内还可做 岩石力学性能试验，如测定岩石的弹性模量等。

3.6 对灌浆效果的估价 

综合现有的一些国内外资料，岩石经过固结灌浆后，对力学性能改进情况，可以得出以下几点概念：

(1)岩石经灌浆后，弹性模量均有所提高，提高程度的最大值将和该岩石在完整、坚实状 态下测得的弹性模量值相近似，不能超过。

(2)裂隙清洁的坚硬岩石，经过良好冲洗并灌浆后，效果最好；裂隙中若充填有粘土、泥 质等杂物时，灌浆效果即将降低。

(3)弹性模量低，裂缝又多的岩石，灌浆后改进的程度大；弹性模量高的岩石，例如纵波 速度大于 3500～4000m/s，动弹模大于 25～30GPa，或静弹模大于 15GPa），灌浆后改进程 度 将不会很大。

(4)岩石经过固结灌浆后，其弹性模量一般可以提高 30%～100％，灌浆效果很好的，可 以提高 150%～200％，甚至更高一些。

国外一些大坝基础岩石灌浆前后的弹性波速的实测资料列入下表4-1。

表4-1    岩石灌浆后弹性波速 Vp 的z增值

3.7 弹性波测试在工程中的应用

1. 弹性波测试技术简述   弹性波测试技术是地球物理勘探的重要组成部分，又分为地震 法和声波法两大类。它是以研究采用不同方法激发的弹性波在岩体内的传播规律，用以分析 和提出与岩体质量有关的结构形态、变形机理、弹性参数等岩体物理力学指标。

2. 固结灌浆工程中采用弹性波测试的类别   固结灌浆工程中经常采用的有单孔声波测 试和跨孔地震波测试两类。

（1） 单孔声波测试 在一个钻孔中自上而下或自下而上分段进行测试，主要目的是测试 岩体铅直向声波速度。使用 SYC-2 型岩石声波参数测定仪或 CE9201 岩土工程质量检测仪等 测试声波的设备，声波探头采用一发双收装置，激发与两个接受换能器距离分别为 30cm 和60cm，或为 20cm 和 40cm。声波探头在钻孔中是以水为耦合介质，水的波速为 1450m/s,这低 于坝基岩体的波速。测试成果表现为：例如，测试孔 4 个，孔深 6m，每米测试 4 点（或其它值，由两个接受换能器间的距离确定），共计测试 4×6×4=96 点，并写明声波测试值的范 围，计算出声波的平均值。

（2） 跨孔弹性波测试   在两个或更多一些的钻孔中进行，采用一发多收装置，主要目的是测试岩体水平向弹性波速度。

① 采用地震仪测试，其主要优点是两孔间的距离可以加大。固结灌浆跨孔测试，两孔间的距离一般为 5～12m，采用地震仪进行测试，测试成果为地震波速。应予注意的是岩体声 波进度与地震波速度并不相同，因岩石不同而异，且无一定的相应关系。国电成都勘测设计 研究院在二滩水电站进行的坝基岩体弹性波测试结论为：正长岩体声波速度比地震波速度高10%左右，玄武岩体一般高 8%左右。

①  采用声波仪测试，前一段较长时期，由于受各种设备性能和条件所限，在较完整的岩石中，采用声波仪进行跨孔测试，其有效距离小于 4m，故很少采用。近期有了很大改进，有的单位采用 RS-ST01C 非金属声波检测仪配合稀土超磁致声波大功率发射震源系统及辅助 设备，跨孔间有效距离可以扩大到 12m 或更多一些，解决了固结灌浆工程跨孔测试中难以使 用声波仪的问题。各工地可以借鉴使用。

如上所述，在制定固结灌浆跨孔测试弹性波质量指标时，应写明是声波波速还是地震波速。

3．固结灌浆质量标准和灌浆效果正常表示的方法（注：本小节中的数字仅作为示例，并 非真实值。）

（1）一些工程，其固结灌浆质量标准仅写为“要求灌后岩体声波速度较灌浆前提高 10%-20%（或其它百分数）”，这是不合适的，也是不科学的。因为既未写明灌前岩体声波速度值，也未写清灌后岩体声波速度应达到的具体数值。固结灌浆效果写法也是如此，仅写明灌浆后岩体声波速度较固结灌浆前提高了 12%（或其它百分数），而未写清岩体声波速度在灌前和灌后各自的具体数值是不合适的。

固结灌浆质量检查采用单孔声波测试法。坝基岩体经固结灌浆后，声波波速平均值应达 到 4500m/s（或其它数值），基本消除小于 3500m/s（或其它数值）的低声波段。如某坝段，灌前有 5 个孔进行了单孔声波测试，孔深 6m，每米测试 4 点，共计 120 个测点，声波范围 2800m/s～5000m/s，平均波速 4220m/s,小于 3500m/s 的测点 24 个，占 20%；灌后有 6 个检查孔进行了单孔声波测试，孔深 6m,共计 144 个 测 点 ，声波范围 3350m/s～5300m/s,平均波速 4710m/s，较灌前提高 11.6%。小于 3500m/s 的测点 3 个，占 2%，基本上消除了低波速段。固结灌浆质量良好，满足设计要求。

4 跨孔弹性波速的应用

（1）鉴于跨孔弹性波测试需要在 2 个或更多一些的钻孔中进行，费时较多，一般情况 下，固结灌浆质量标准检查较少采用。

（2）若采用跨孔测试也作为固结灌浆质量标准之一，应注意以下几个问题。

①坝基岩体多具有各项量性，若均采用声波测试，跨孔声波测试质量标准应与单孔声波测试质量标准有所区别。

② 跨孔测试若采用地震仪，则固结灌浆质量标准在灌前灌后均应依地震波考虑，不要和声波测试值混淆。

③ 鉴于跨孔测试试点测值较少，故仅提出灌前和灌后岩体各自的平均波速相互比较并计算出提高百分率即可。