湖北水利水电职业技术学院 教 师 授 课 教 案 课程名称：水利水电工程施工技术 200 年至200 年第 学期第 17 次课 授课班级： 03级水工 编制日期： 年 月 日 课题（章节）： 第六章 灌浆工程 6.1 灌浆材料与灌注浆液  6.2 灌浆设备  传授主要知识点：  灌浆材料、灌注浆液、制浆与与贮浆设备、灌浆泵  灌浆管路及压力表  传授主要技能点：   了解灌浆材料的种类及特点，钻孔、灌浆设备的类型及特点  了解钻孔的方法及质量控制 （2）了解钻孔的方法及质量控制。  教学步骤安排： 1、复习上节课内容  2、讲述灌浆材料与灌注浆液的方法  3、讲述灌浆设备的原理，使用方法  4、小结本次课内容  授课方式： 1、课堂讲授  2、多媒体演示   3、介绍典型的施工实例  教学手段：  板书、多媒体、相关施工图片  作业布置情况：  利用课后习题进行练习，巩固知识，补充习题。    课后分析与小结：         灌浆工程 灌浆是通过钻孔(或预埋管)，将具有流动性和胶凝性的浆液，按一定配比要求，压入地层或建筑物的缝隙中胶结硬化成整体，达到防渗、固结、增强的工程目的。 灌浆按其作用可分为帷幕灌浆、固结灌浆、回填灌浆、接触灌浆、接缝灌浆、补强灌浆和裂缝灌浆等；按灌浆材料可分为水泥灌浆、粘土灌浆、沥青灌浆及化学材料灌浆等。 灌浆材料与灌注浆液 灌浆工程中所用的浆液是由主剂(原材料)、溶剂(水或其它溶剂)及各种外加剂混合而成。通常所说的灌浆材料，是指浆液中所用的主剂。根据所制成的浆液状态的不同，灌浆材料可分为两类：一类是粒状灌浆材料，所制的浆液其固体颗粒基本上处于分散的悬浮状态，为悬浊液；另一类是化学灌浆材料，所制成的浆液是真溶液。 一、灌浆材料 灌浆材料应根据灌浆的目的和地质条件合理选择。作为灌浆用的材料，应具有以下特性： (1)颗粒细。具有一定的细度，以便能进入岩层的裂隙、孔洞、缝隙。 (2)稳定性好。所制成的浆液，其颗粒在一定的时间条件下，在浆液中能保持均匀分散的悬浮状态，并具有稳定性好、流动性强的性能。 (3)胶结性强。用固体材料制成的浆液，灌入到岩层的裂隙和孔洞、缝隙，经过一定时间，逐渐胶结而成为坚硬的结石体，起到充填和固结的作用。 (4)结石强度高和良好的耐久性。浆液胶结而成的结石体，具有一定的强度、粘结力和抵抗地下水侵蚀的能力，保证灌浆效果和耐久性。 (5)结石体的渗透性小。 (一)水泥 灌浆工程所采用的水泥品种，应根据灌浆目的和环境水的侵蚀作用等由设计确定。一般情况下，应采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥。当有耐酸或其它要求时，可用抗酸水泥或其它特种水泥。使用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥灌浆时，应得到许可。 　　回填灌浆、帷幕和固结灌浆水泥强度等级不应低于32.5MPa，坝体接缝灌浆不应低于42.5MPa。 　　帷幕灌浆和坝体接缝灌浆，对水泥细度的要求为通过80μm方孔筛的筛余量不宜大于5%；当坝体接缝张开度小于0.5mm时，对水泥细度的要求为通过71μm方孔筛的筛余量不宜大于2%。 　　灌浆用水泥必须符合质量标准，不得使用受潮结块的水泥。采用细水泥时，应严格防潮和缩短存放时间。 (二)粘土和膨润土 1、粘土 粘土具有亲水性、分散性、稳定性、可塑性和粘着性等特点。 2、膨润土 在水泥浆中加入少量的膨润土，一般为水泥重量的2%～3%，起稳定剂作用，可提高浆液的稳定性、触变性，降低析水性。其粘粒含量在40%以上，液限多为100左右或更大些，塑性指数30～50。 (三)其它材料 用以灌注大裂隙和溶洞时，经常用水泥砂浆或水泥粘土砂浆。根据灌浆需要，可在水泥浆液中加入下列外加剂：(1)速凝剂：水玻璃、氯化钙、三乙醇胺等；(2)减水剂：萘系高效减水剂、木质素磺酸盐类减水剂等；(3)稳定剂：膨润土及其它高塑性粘土等；(4)其它外加剂。所有外加剂凡能溶于水的应以水溶液状态加入。各类浆液掺入掺合料和加入外加剂的种类及其掺加量应通过室内浆材试验和现场灌浆试验确定。 二、灌注浆液 1、水泥浆 (1)水泥浆的配制 1)将水泥和水按规定比例直接拌和，配制成需要的浆液。 2)将一定浓度的原浆，加入一定量的水泥或水，配制成需要的浆液。 纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，应不少于3min；使用高速搅拌机时，宜不少于30s。浆液在使用前应过筛，自制备至用完的时间宜少于4h。 (2)水泥浆配合比 水泥浆的配比一般为水：水泥=10：1～10:0.5。 (3)水泥浆的特点 水泥浆具有结石强度较高，粘结强度高、易于配制等特点。 2、粘土浆 (1)粘土浆的配制 粘土浆有两种配制方法：1)将一定量的粘土和一定量的水直接混合，经搅拌而形成所需配比的浆液。2)将粘土制成一定浓度的粘土原浆，再取一定量的原浆加入一定量的水制成所需配比的浆液。 一般情况下原浆的配制按以下程序进行： 1)浸泡崩解。将粘土在水池中用水浸泡，使其崩解泥化。 2)拌制粘土原浆。将浸泡好的粘土放入泥浆搅拌机中，加适量的水，制成一定浓度的粘土原浆。 (2)粘土浆的特点 粘土浆具有细度高、分散性强、稳定性好、就地取材等特点，其结石强度低，抗渗压和抗冲刷性能弱。 3、水泥粘土浆 由于水泥、粘土各有其优缺点，将其混合在很大程度土可互补其缺点，成为良好的灌注浆液。水泥与粘土的比例一般为1：1～1：4，水与干料的比例一般为3：1～l：1，由于材料品种、性能及其作用不同，正确的配比应通过试验确定。 4、水泥砂浆及水泥粘土砂浆 (1)水泥砂浆 在有宽大裂隙、溶洞、地下水流速大、耗浆量大的岩层中灌浆时，采用水泥砂浆灌注。水泥砂浆具有浆液流动度较小，不易流失，结石强度高，粘结力强，耐久性和抗渗性好等优点。水泥砂浆中，水与水泥的比值宜等于或小于1：1，否则砂易沉淀。为防止和减少其沉淀，宜加入少量膨润土、塑化剂、粉煤灰等。 (2)水泥粘土砂浆 水泥粘土砂浆中水泥起固结强度作用，粘土起促进浆液的稳定作用，砂起填充裂隙空洞的作用。拌制水泥粘土砂浆时，宜先制成水泥粘土浆而后加入砂。 5、水泥水玻璃浆 水泥浆中加入水玻璃，有两种作用：一是将水玻璃作为速凝剂，促使浆液凝结；二是作为浆液的组成成分。水玻璃与水泥浆中的氢氧化钙起作用，生成具有一定强度的凝胶体——水化硅酸钙。水泥浆随水玻璃的加入量的增加而凝结时间逐渐缩短，当超过一定比值后，凝结时间随水玻璃加入量的增加转变为逐渐延长。 灌浆设备 一、制浆与储浆设备 灌浆制浆与储浆设备包括两部分：一是浆液搅拌机，为拌制浆液用的机械，其转速较高，能充分分离水泥颗粒，以提高水泥浆液的稳定性；二是储浆搅拌桶，储存已拌制好的水泥浆，供给灌浆机抽取而进行灌浆用的设备，转速可较低，仅要求其能连续不断地搅拌，维持水泥浆不发生沉积。 水泥灌浆常用的搅拌机主要有下列几种型式： (1)旋流式搅拌机 这种搅拌机主要由桶体、高速搅拌室、回浆管和回浆阀、排浆管和排浆阀以及叶轮等组成，如图6-1。高速搅拌室内装有叶轮，设置于桶体的一侧或两侧，由电动机直接带动。 搅拌机的工作原理：浆液由桶底出口被叶轮吸入搅拌室内，借叶轮高速(一般为1500～2OOOr/min)旋转产生强烈的剪切作用，将水泥充分分散，而后经由回浆管返回浆桶。当浆液返回回浆桶时，以切线方向流入桶内时，在桶内产生涡流，这样往复循环，使浆液搅拌均匀。待水泥浆拌制好后，关闭回浆阀，开启排浆阀，将浆液送入到储浆搅拌桶内。这种型式的搅拌机，转速高，搅拌均匀，搅拌时间短。  (2)叶浆式搅拌机 这种型式的搅拌机，结构简单。它是靠搅拌机中装着的两个或多个能回转的叶浆来搅动拌制浆液的，搅搅机的转速一般均较低。分为立式和卧式两种型式。 1)立式搅拌机 岩石基础灌浆常用的水泥浆搅拌机是立式双层叶浆型的，上层为搅拌机，下层为储浆搅拌桶，两者的容积相同(常用的容积有150、200、300和50OL四种)，同轴搅拌，上层搅拌好的水泥浆，经过筛网将其中大颗粒及杂质滤除后，放入下层待用，如图6-2。   2)卧式搅拌机 最常用的卧式搅拌机如图6-3所示，是由U形筒体和两根水平搅拌轴组成的，两根轴上装有互为90。角的搅拌叶片，并以同一速度反向转动，以增加搅拌效果。 集中制浆站的制浆能力应满足灌浆高峰期所有机组用浆需要。 二、灌浆泵 灌浆泵性能应与浆液类型、浓度相适应，容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，并应有足够的排浆量和稳定的工作性能。灌浆泵一般采用多缸柱塞式灌浆泵。 往复式泵是依靠活塞部件的往复运动引起工作室的容积变化，从而吸入和排出浆体。往复式泵有单作用式和双作用式两种结构型式。 (一)单作用柱塞式泵 单作用往复式泵主要由活塞、吸水阀、排水阀、吸水管、排水管、曲柄、连杆、滑块(十字头)等组成。如图6-4所示。单作用往复式泵的工作原理可以分为吸水和排水两个过程。当曲柄滑块机构运动时，活塞将在两个死点内作不等速往复运动。当活塞向右移动时，泵室内容积逐渐增大，压力逐渐降低，当压力降低至某一程度时，排水阀关闭，吸水管中的水在大气压力作用下顶开吸水阀而进入泵室。这一过程将继续进行到活塞运动至右端极限位置时才停止。这个过程就叫做吸水过程。当活塞向左移动时，泵室内的水受到挤压，压力增高到一定值时，将吸水阀关闭，同时顶开排水阀将水排出。活塞运动到最左端极限位置时，将所吸入的水全部排尽。这个过程就叫做排水过程。活塞往复运动一次完成一个吸水、排水过程称为单作用。   （二)双作用往复式泵 双作用往复式泵的活塞两侧都有吸排水阀(如图6-5)。当活塞向左移动时，泵室右部的水受到挤压，压力增高，进行排水过程，而泵室右部容积增大，压力降低，进行吸水过程；当活塞向右移动时，则泵室右部排水，左部吸水。如此活塞往复运动一次完成二个吸水、排水过程称为双作用。 三、灌浆管路及压力表 (一)灌浆管路 输浆管主要有钢管及胶皮管两种，钢管适应变形能力差，不易清理，因此一般多用胶皮管，但在高压灌浆时仍须用钢管。灌浆管路应保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。 (二)灌浆塞 灌浆塞又称灌浆阻塞器或灌浆胶塞(球)，用以堵塞灌浆段和上部联系的必不可少的堵塞物，以免翻浆、冒浆以及不能升压而影响灌浆质量。灌浆塞的形式很多，一般应由富有弹性、耐磨性能较好的橡皮制成，应具有良好的膨胀性和耐压性能，在最大灌浆压力下能可靠地封闭灌浆孔段，并且易于安装和卸除。图6-6所示为用在岩石灌浆中的一种灌浆塞。  (三)压力表 灌浆泵和灌浆孔口处均应安设压力表。使用压力宜在压力表最大标示值的1/4～3/4之间。压力表应经常进行检定，不合格的和已损坏的压力表严禁使用。压力表与管路之间应设有隔浆装置。