【基本知识学习】

2.1 水工地基基础的要求及地基处理的方法

2.1.1 水工建筑物的地基分类

水工建筑物的地基分为两大类型，即岩基和软基。

（1）岩基是由岩石构成的地基，又称硬基。

（2）软基是由淤泥、壤土、砂、砂砾石、砂卵石等构成的地基，又可细分为砂砾石地基和软土地基。

1）砂砾石地基是由砂砾石、砂卵石等构成的地基，它的空隙大，孔隙率高，因而渗透性强。

2）软土地基是由淤泥、壤土、粉细砂等细微粒子的土质构成的地基。这种地基具有孔隙率大、压缩性大、含水量大、渗透系数小、水分不易排出、承载能力差、沉陷大、触变性强等特点，在外界的影响下很易变形。

2.1.2 水工建筑物对地基基础的基本要求

（1）具有足够的强度。能够承受上部结构传递的应力。

（2）具有足够的整体性和均一性。能够防止基础的滑动和不均匀沉陷。

（3）具有足够的抗渗性。能够避免发生严重的渗漏和渗透破坏。

（4）具有足够的耐久性。能够防止在地下水长期作用下发生侵蚀破坏。

2.1.3 水工建筑物地基处理的方法

由于受地质构造变化及水文地质的影响，天然地基往往存在不同形式与程度的缺陷，需要经过人工处理，才能作为水工建筑物的可靠地基。基础的质量是拦河大坝等水下建筑物安全可靠的根本保证，基础处理工程在水利水电工程建设中占有重要地位，是施工的重要环节。

水工建筑物的基础处理，就是根据建筑物对地基的要求，采用特定的技术手段来减少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力学性能，使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，以保证工程的安全可靠和正常运行。随着水利水电建设事业的发展，对基础处理的方法与技术提出了越来越高的要求。同时，地基处理属隐蔽工程，要根据水工建筑物对地基的要求，分析水文、地质条件，进行技术经济比较，选择技术可行、效果可靠、工期较短、经济合理的施工方案。

由于天然地基的性状复杂多样，不同类型水工建筑物对地基的要求也各不相同，在实际施工中，就必然有各种不同的基础处理方案与技术措施。水利水电工程地基处理的基本方法主要有开挖、灌浆、防渗墙等，还有置换法、预压排水法以及挤实法等。

1.开挖

开挖处理是将不符合设计要求的覆盖层、分化破碎有缺陷的岩层挖掉，是地基处理最通用的方法。

2.灌浆

灌浆是利用灌浆泵的压力，通过钻孔、预埋管路或其他方式，把具有胶凝性质的材料（水泥）和掺合料（如黏土等）与水搅拌混合的浆液或化学溶液灌注到岩石、土层中的裂隙、洞穴或混凝土的裂隙、接缝内，以达到加固、防渗等工程目的的技术措施。详见本项目2.2节内容。

3.防渗墙

防渗墙是使用专用机具钻凿圆孔或直接开挖槽孔，以泥浆固壁，孔内浇灌混凝土或其他防渗材料等，或安装预制混凝土构件，而形成连续的地下墙体，也可用板桩、灌注桩、旋喷桩或定喷桩等各类桩体连续形成防渗墙。详见本项目2.3节内容。

4.置换法

置换法是将建筑物基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，换填无侵蚀性及低压缩性的散粒材料，从而加固软土结构的一种方法。置换法包括以下几种常见方式：

（1）换填法。

就是将表层不良地基土挖除，然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实，形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。该法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘的浅层处理。

施工要点：将要转换的土层挖尽，注意坑边稳定；保证填料的质量；填料应分层夯实。

（2）振冲置换法。

振冲置换法是利用振冲器或沉桩机，在软弱黏性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成桩体。桩体和原来的黏性土构成复合地基，从而提高地基承载力，减小压缩性。碎石桩的承载力和压缩量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用。如周围的土过于软弱，对碎石桩的约束作用就差。振冲置换法适用于不排水抗剪强度为15～20kPa的软黏土或亚黏土地基的处理，最大加固深度为15m，加固后复合地基承载力可达200kPa。

振冲施工的步骤：①清理平整施工场地，布置桩位；②施工机具就位，使振冲器对准桩位；③启动供水泵和振冲器，水压可用200～600kPa，水量可用200～400L/min，将振冲器徐徐沉入土中，造孔速度宜为0.5～2.0m/min，直至达到设计深度，记录振冲器经各深度的水压、电流和留振时间；④造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口，再放至孔底，重复2～3次扩大孔径并使孔内泥浆变稀，清除孔内泥土，保证填料畅通，并开始填料制桩；⑤大功率振冲器投料可不提出孔口，小功率振冲器下料困难时，可将振冲器提出孔口填料，每次填料厚度不宜大于50cm，将振冲器沉入填料中进行振密制桩，当电流达到规定的密实电流值和规定的留振时间后，将振冲器提升30～50cm；⑥重复以上步骤，自下而上逐段制作桩体直至孔口，记录各段深度的填料量、最终电流值和留振时间，并均应符合设计规定；⑦关闭振冲器和水泵，如图2-1所示。

桩体施工完毕后应将顶部预留的松散桩体挖除，如无预留应将松散桩头压实，随后铺设300～500mm厚的碎石垫层，并压实垫层。

施工注意事项：碎石桩的承载力和沉降量很大程度上取决于原地基土对其的侧向约束作用，该约束作用越弱，碎石桩的作用效果越差，因而该方法用于强度很低的软黏土地基时必须慎重行事。

（3）夯（挤）置换法。

利用沉管或夯锤的办法将管（锤）置入土中，使土体向侧边挤开，并在管内（或夯坑）放入碎石或砂等填料。该桩体与原地基土组成复合地基，由于挤、夯作用使土体侧向挤压，地面隆起，土体超静孔隙水压力提高，当超静孔隙水压力消散后土体强度也有相应的提高。

施工注意事项：当填料为透水性好的砂及碎石料时，是良好的竖向排水通道。

5.预压排水法

预压排水法是采取相应措施如砂垫层、排水井、塑料多孔排水板等，使软基表层或内部形成水平或垂直排水通道，然后在土壤自重或外部荷载压载作用下，加速土壤中水分的排除，使土壤固结的一种方法。

预压排水法由加压系统和排水系统两部分组成，如图2-2所示。

下面简单介绍堆载预压加固地基施工。

（1）材料要求。

堆载材料：一般用填土、石料、砂、砖等散粒材料，也可用充水油罐作为堆载材料；对堤坝等以稳定为控制的工程，则有控制地分级加载，以其本身的重量作为堆载材料。

水平砂垫层和砂井使用的砂料宜用中粗砂，渗透系数宜大于1×10^-2cm/s，黏粒含量不宜大于3%，垫层砂料中可混有少量粒径小于50mm的砾石。

砂袋：砂袋必须选用抗拉、抗腐蚀和抗紫外线能力强、透水和透气性好、韧性和柔性好、在水中能起到滤网作用并不外露砂料的材料。目前国内普遍采用的砂袋材料是麻袋布和聚丙烯编织袋。

塑料排水带：目前我国生产的塑料排水带有两种，即南京产聚氯乙烯槽形塑料排水带及天津塘沽产聚丙烯梯形槽塑料排水带。塑料排水带的质量应符合规定的要求。

（2）施工准备。

1）技术准备：①收集工程地质勘察资料、设计文件及图纸、施工现场平面图、控制桩点的测量资料；②编制施工方案并经审批，方案内容主要包括水平排水垫层、竖向排水体、堆载施工工艺和技术要求、设备及材料计划，监测仪器的选型及安装方法，预压加固效果自检评价方法和监测手段等；③施工前对操作人员进行安全技术交底；④对砂料取样，进行含泥量、颗粒分析和渗透性试验；⑤塑料排水带现场随机抽样进行性能指标测试；⑥进行场区加固区划分，按基准点、施工图标定水平排水管及竖向排水体轴线，并进行复测；⑦在现场选择试验区进行预压试验，在预压过程中应进行地基竖向变形、侧向位移、孔隙水压力、地下水位等项目的监测，并进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。根据试验区获得的监测资料确定加载速率控制指标、推算土的固结系数、固结度及最终竖向变形，分析地基处理效果，对原设计进行修正，并指导施工。

2）机具设备：砂井、塑料排水带施工用打设机、振动锤、导管靴、桩尖、辅助设备与机具、监测设备。

3）作业条件：①清除地上和地下的障碍物，清除杂草；②施工场地达到水通、电通、道路畅通，排水设施、临时房屋等准备就绪；场区平整，对松软地面进行碾压、夯实处理，或预先铺设一层水平砂石排水垫层；③施工前应对机械设备进行检查、维修、安装调试，确保各机械设备均处于正常状态。

（3）工艺流程如图2-3所示。

6.挤实法

挤实法是将某些填料如砂、碎石或生石灰等用冲击、振动或两者兼而有之的方法压入土中，形成一个个的柱体，将原土层挤实，从而增加地基强度的一种方法。该法可用于提高松散砂土地基的承载力和防止砂土振动液化，也可用于增大软弱黏性土地基的整体稳定性。

对于松散砂土、粉土、黏性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等地基处理工程，可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等方法形成砂石桩地基。下面介绍振动沉管成桩法施工。

振动沉管成桩法是在振动锤的振动作用下，把桩管打入土中至设计深度，然后投入砂料，振动密实而成为砂桩。

（1）施工机械。其包括振动机、料斗、振动套管组成的振动打桩机，如图2-4所示。

（2）成桩工艺。就是在振动机的振动作用下，把带有底盖（或砂塞）的套管打入规定的设计深度。套管入土后，挤密了套管周围土体，然后投入砂石，再排砂石于土中，振动密实成桩，多次循环后就成为砂石桩。其工艺流程为：定桩位→桩机就位→成孔施工→填料并振实→成桩验收。

（3）施工顺序如图2-5所示。①移动桩机及导向架，把套管及桩尖对准桩位；②开动振动机把套管打入土中，如遇有坚硬难打的土层，可辅以喷气或射水打入；③把套管打到预定深度，然后由上部送料斗投入套管规定数量的砂石；④再将套管拔到规定的高度，套管内的砂石即被压缩空气从套管内压出；⑤继后又将套管打下规定的深度，并加以振动，使排出的砂石振密，于是砂石再一次挤压周围的土体；⑥再一次投砂石于套管内，把套管拔到规定的高度；⑦将以上打桩工艺重复多次，砂石料不断补充，砂石桩不断增高，一直打到地面，即成为砂石桩。

7.桩基础

可将建筑物荷载传到深部地基，起增大承载力、减小或调整沉降等作用。桩基础有预制桩、灌注桩、旋喷桩及深层搅拌桩。详见本项目2.2、2.4节内容。

（1）预制桩。将不同材料制作的桩采用不同工艺打入、振入或插入地基。

（2）灌注桩。向使用不同工艺钻出不同形式的钻孔内，灌注砂、砾石（碎石）或混凝土，建成砂桩、砾（碎）石桩或混凝土灌注桩。

（3）旋喷桩。利用高压旋喷射流，将地层与水泥基质浆液搅动混合而成的圆断面桩。

（4）深层搅拌桩。以机械旋转方法搅动地层，同时注入水泥基质浆液或喷入水泥干粉，在松散细颗粒地层内形成的桩体。

本项目主要介绍水利水电工程施工中常用的几种基础处理技术，包括岩石基础灌浆、高压喷射灌浆、防渗墙施工、桩基础施工等。

2.2 灌浆工程施工

2.2.1 灌浆种类

灌浆是利用灌浆机或浆液自重施加一定的压力，将具有胶凝性和流动性的浆液按规定的浆材配比，通过预先设置的钻孔和灌浆管（预埋管路），灌入岩石地基、土或建筑物中，使其充填胶结成坚固、密实而不透水的整体，以达到加固或防渗目的。

按灌浆目的和要求，灌浆工程主要有以下几种。

1.固结灌浆

固结灌浆是用浆液灌入岩体裂隙或破碎带，以提高岩体的整体性、均匀性和抗变形的能力。其作用主要表现在以下几点：

（1）提高基岩的弹性模量，增强其整体性，提高基岩的承载力。

（2）增加坝基岩石的密实度，降低岩体的渗透性。

（3）帷幕上游面的固结灌浆孔，可起辅助帷幕的作用。

坝基灌浆时，其灌浆范围和孔深，主要根据坝型、坝基地质条件、岩石破碎情况和岩石应力等因素而定。在坝基岩石较差且坝体较高时，多进行全面的固结灌浆。对于断面较大的重力坝，在基岩条件较好及坝基应力不大时，可只对上下游应力大的部位进行灌浆。对其他地质情况如断层、破碎夹层等，应针对具体情况专门布孔，如图2-6所示。

固结灌浆一般在岩石表面钻孔灌浆，深度较浅，呈“面状”分布。如在坝基岩面多采用梅花形或方格形布孔。钻孔间距由节理裂隙的密度、产状和渗透性等情况而定。一般孔距为2～4m，局部地区视情况加密。固结灌浆要求较高时，可进行灌浆试验；固结灌浆的孔深一般为5～8m，个别工程有的达到15～30m。一般采用群孔冲洗和群孔灌浆。

钻孔一般为直孔。对于已知产状的断层破碎带及大裂隙，可采用斜孔。

2.帷幕灌浆

帷幕灌浆是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。通常在坝体迎水面下的基础内，形成一道连续而垂直或向上游倾斜的幕墙。设计和施工中多采用单孔灌浆，孔较深且灌浆压力较大。

帷幕灌浆钻孔较深，由1排或2～3排组成，呈“线形”分布。其设计包括平面布置、帷幕伸入两岸的长度、幕深、幕厚（排数），如图2-7所示。同时设计中确定灌浆的孔距、排距、压力、浆材、施工方法及工艺等，一般可通过灌浆试验取得。

帷幕灌浆设计的基本资料有以下几种：

（1）建筑物基础的地质条件。查明影响渗透稳定的地质缺陷和水文地质条件，如裂隙、节理、断层破碎带、软弱夹层及溶洞等的发育程度、分布特征、产状、充填物情况和地下水的动态，了解岩石的渗透性、相对不透水层深度等。

（2）灌浆试验资料。选择有代表性的地段，进行灌浆试验，获得所需设计参数。如孔距、排距、灌浆压力、灌浆材料、浆液配比、钻灌方法与施工工艺、材料消耗等。

灌浆帷幕一般设在大坝上游坝踵附近的压应力区，在专设的廊道内施工。灌浆廊道一般布置在距上游坝面0.07～0.1倍坝面水头处，并不小于3m。有时为增加坝体的稳定性或把某些大的断裂置在帷幕之后便于处理，将帷幕前移，设在坝前水平铺盖的前沿。

实际工程中，为降低坝基扬压力，多数在坝体内同时布置帷幕和排水。排水孔一般布置在帷幕的背水侧，其深度可取帷幕深的1/2～2/3。我国一些大坝在一般地质条件时，常用帷幕深度为坝高的0.3～0.7倍。

帷幕的形式依其是否接到相对不透水岩层而分为接地式帷幕和悬挂式帷幕。接地式帷幕是坝址的相对不透水层埋藏较浅，帷幕能深入到相对不透水岩层，形成封闭式的阻水幕。此种形式帷幕防渗效果最好。一般深入隔水层的深度要求为3～5m；悬挂式帷幕是坝址的相对不透水层埋藏较深，帷幕不接到相对不透水岩层，防渗效果较差。当采用悬挂式灌浆帷幕时，需与其他的防渗措施配合使用，如在上游设置铺盖、下游增设排水减压措施等。

3.接触灌浆

接触灌浆是用浆液灌入混凝土与基岩或混凝土与钢板之间的缝隙，以增强接触面的结合能力，这种缝隙是由于混凝土的凝固收缩而造成的。在固结灌浆的部位，结合固结灌浆进行。

一般通过混凝土钻孔压浆或在接触面埋设灌浆盒及相应的管道系统进行灌浆。

4.接缝灌浆

接缝灌浆是通过埋设管路或其他方式将浆液灌入混凝土坝体的接缝，以改善传力条件，增强坝体的整体性。其特点是预埋灌浆系统复杂，各工序间干扰大，施工制约条件多，准备工作量大。

利用预埋灌浆系统，在灌浆区达到稳定温度时，对混凝土建筑物施工缝进行灌浆。

5.回填灌浆

回填灌浆是用浆液填充混凝土与围岩或混凝土与钢板之间的空隙和孔洞，以增强围岩或结构的密实性的灌浆，这种空隙和孔洞是由于混凝土浇筑施工的缺陷或技术能力的限制所造成的，如隧洞顶拱岩面与衬砌混凝土面、压力钢管与底部混凝土接触面等。

2.2.2 灌浆材料

灌浆材料分为两类：一是固体颗粒材料，如水泥、黏土、粉煤灰等制成的浆液（悬浮液）；二是化学灌浆材料，如环氧树脂、甲凝等制成的浆液（真溶液）。灌浆材料应根据灌浆目的和环境水的侵蚀作用等由设计确定。实际工程中，如水泥灌浆、水泥黏土灌浆、黏土灌浆、沥青灌浆和化学灌浆等。现主要介绍水泥灌浆、黏土灌浆和化学灌浆。

1.水泥灌浆

水泥灌浆一般采用纯水泥浆液，其要求颗粒细、稳定性好、胶结性强、耐久性好。水泥标号越高，颗粒越细，就越能填塞细小裂隙。一般情况下，可采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。当有抗侵蚀或其他要求时，应使用特种水泥。

（1）基本要求。

1）使用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥灌浆时，因其早期强度低、稳定性差等，浆液水灰比不宜稀于1。

2）回填灌浆、固结灌浆和帷幕灌浆所用水泥的强度等级须为32.5或以上。

3）坝体接缝灌浆所用水泥的强度等级须为42.5或以上。

4）水泥细度对灌浆效果有重要影响，帷幕灌浆和坝体接缝灌浆所用水泥的细度宜为通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。

5）钢衬接触灌浆和岸坡接触灌浆所用水泥的强度等级和细度，可参考坝体接缝灌浆的要求。

纯水泥浆液一般不再进行室内试验。其他类型浆液应根据工程需要，有选择地进行相关性能试验，如掺合料的细度和颗分曲线、浆液的流动性或流变参数、浆液的沉降稳定性、浆液的凝结时间及结石的容重、强度、弹性模量和渗透性等。

（2）其他类型浆液。

近年来，一些特殊浆液应用于灌浆工程中，减少了水泥用量，节省了投资，并简化灌浆工艺。在特殊地质条件下或有特殊要求时，根据现场灌浆试验论证，可选用下列类型的浆液：

1）稳定浆液。系指掺有稳定剂，2h析水率不大于5%的水泥浆液。如对于遇水性能易恶化的岩石或注入量较大的洞穴等，稳定浆液灌浆得到推广应用，如灌浆过程的控制采用GIN（灌浆强度值）等方法。江垭大坝、小浪底、三峡水电站等工程就采用此法，取得良好效果。

2）混合浆液。系指掺有掺合料的水泥浆液，如水泥砂浆、水泥黏土浆、水泥粉煤灰浆、水泥水玻璃浆等。适用于注入量大或地下水流大的地层灌浆。加入掺合料是为了降低浆液造价，有的可改善浆液性能或增加结石强度。

3）膏状浆液。系指塑性屈服强度大于20Pa的混合浆液。浆液由水泥、黏土、粉煤灰、减水剂等材料混合而成。水泥可选用普通硅酸盐水泥。通常水和干料的质量比为1：1.8～1：2.4。

与普通浆液相比，具有较高的屈服强度、较大的塑性黏度及良好的触变性能，在大孔隙地层的扩散范围具有良好的可控性。适用于大孔隙（如岩石宽大裂隙、溶洞等）、堆石体的灌浆。如小湾水电站围堰防渗帷幕应用，效果良好。

4）细水泥浆液。适用于微细裂隙岩石和张开度小于0.5mm的坝体接缝灌浆。可采用干磨细水泥浆液、超细水泥浆液和湿磨细水泥浆液。干磨细水泥是将普通水泥通过振动研磨法进一步磨细，最大粒径D_max在35μm以下，平均粒径D₅₀在6～10μm；超细水泥是用特殊方法磨细的水泥，最大粒径D_max在12μm以下，D₅₀在3～6μm；湿磨细水泥是将水泥浆液通过湿磨机在施工现场磨细，边磨边灌。其细度与机型、研磨时间及研磨遍数有关。

（3）常用外加剂。

根据灌浆工程的需要，在水泥浆液中，可加入下列外加剂：

1）速凝剂，水玻璃、氯化钙等。

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，膨润土及其他高塑性黏土等。

为节省水泥，在吸浆量大的地方可加砂、黏土、石粉、粉煤灰（如Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ级粉煤灰）等掺合料。帷幕灌浆时，为提高帷幕密实性，改善浆液性能，可掺适量黏土和塑化剂，一般黏土量不超过水泥重量的5%。固结灌浆采用纯水泥浆或水泥砂浆，不能掺加黏土。接触灌浆不加掺合料，只用较高标号的水泥浆。

2.黏土灌浆

一般土层或砂砾石地基灌浆，采用黏土浆液作为灌浆材料。浆液是将土料经过浸泡、搅拌、筛滤净化拌制而成。对于土坝或砂砾石地基灌浆而言，其土料有不同的要求。如砂砾石地基灌浆，多选用黏粒含量不少于40%～50%、粉粒含量不超过45%～50%、砂粒含量不大于5%、塑性指数为10～20的亚黏土或黏土。

帷幕灌浆多采用水泥黏土浆，以改善浆液的胶结性能和提高结石强度，加速固结，在水下能继续凝固。一般水泥与土料的比例为1：1～1：4，浆液稠度水和干料的比例一般在1：1～6：1。水泥黏土浆成本低，但结石强度不高，仅用于对强度要求不高的岩基灌浆中。

3.化学灌浆

化学灌浆是在水泥灌浆基础上发展起来的新型灌浆方法。它是将有机高分子材料配制成的浆液灌入地基或建筑物的裂缝中，经胶凝固化后，达到防渗、堵漏、补强、加固的目的。化学灌浆在基岩处理中，是作为水泥灌浆辅助手段的。它主要用于：裂隙与空隙细小（0.1mm以下），颗粒材料不能灌入；对基础的防渗或强度有较高要求；渗透水流的速度较大，其他灌浆材料不能封堵等情况。

（1）化学灌浆的特性。

化学灌浆材料有很多品种，每种材料都有其特殊的性能，按灌浆的目的可分为防渗堵漏和补强加固两大类。属于前者的有水玻璃、丙凝类、聚氨酯类等，属于后者的有环氧树脂类、甲凝类等。总体来讲，化学浆液具有以下特性：

1）化学浆液的黏度低，有的接近于水，有的比水还小。其流动性好，可灌性高，可以灌入水泥浆液灌不进去的细微裂隙中。

2）化学浆液的聚合时间（或称胶凝时间，固化、硬化时间）可以比较准确地控制，从几秒到几十分钟，有利于机动灵活地进行施工控制。

3）化学浆液聚合后的聚合体，渗透系数很小，一般为10^-8～10^-6cm/s，几乎是不透水的，防渗效果好。

4）有些化学浆液聚合体本身的强度及豁结强度比较高，可承受高水头。如用于加固补强的甲凝、环氧树脂等，而聚氨酯对防渗与加固都有作用。

5）化学灌浆材料聚合体的稳定性和耐久性均较好，能抗酸、碱及微生物的侵蚀。但一般高分子化学材料都存在有老化问题。

6）化学灌浆材料都有一定毒性，在配制、施工过程中要十分注意防护，并切实防止对环境的污染。

（2）化学灌浆的施工。

由于化学材料配制的浆液为真溶液，不存在粒状灌浆材料所存在的沉淀问题，故化学灌浆都采用纯压式灌浆。

化学灌浆的钻孔和清洗工艺及技术要求，与水泥灌浆基本相同，也遵循分序加密的原则进行钻孔灌浆。

化学灌浆的方法，按浆液的混合方式区分，有单液法灌浆和双液法灌浆。一次配制成的浆液或两种浆液组分在泵送灌注前先行混合的灌浆方法称为单液法。两种浆液组分在泵送后才混合的灌浆方法称为双液法。前者施工相对简单，在工程中使用较多。

为了保持连续供浆，现在多采用电动式比例泵提供压送浆液的动力。比例泵是专用的化学灌浆设备，由两个出浆量能够任意调整、可实现按设计比例压浆的活塞泵所构成。对于小型工程和个别补强加固的部位，也可采用手压泵。

工程施工中，无论采用哪一种灌浆材料，灌浆结束后应注意妥善处理废弃浆液，特别对化学灌浆材料要经过特殊处理而不须直接排入河道，防止污染环境。

2.2.3 岩基灌浆

岩基一般需要进行固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆，以提高和改善岩基的强度、整体性和抗渗性。按灌注材料不同，分水泥灌浆、水泥黏土灌浆和化学灌浆等，其中以水泥灌浆最为常见。现结合水泥灌浆，介绍基岩灌浆施工中的主要施工环节与技术，包括钻孔、钻孔（裂隙）冲洗、压水试验、灌浆的方法与工艺、封孔、灌浆的质量检查等。

2.2.3.1 钻孔

帷幕灌浆的钻孔宜采用回转式钻机和金刚石钻头或硬质合金钻头，其钻进效率较高，不受孔深、孔向和岩石硬度的限制，还可钻取岩心。钻孔的孔径一般为75～91mm。固结灌浆则可采用各式合适的钻机与钻头。

钻孔的质量对灌浆效果影响很大。钻孔质量包括：①确保孔深、孔向、孔位符合设计要求；②力求孔径上下均一、孔壁平顺；③钻孔过程中产生的岩粉细屑较少。孔径均一，孔壁平顺，则灌浆栓塞能够卡紧卡牢，灌浆时不致产生返浆。钻进过程中产生过多的岩粉细屑，容易堵塞孔壁的缝隙，影响灌浆质量。钻孔的方向与深度是保证帷幕灌浆质量的关键。如果钻孔方向有偏斜，钻孔深度达不到要求，则通过各钻孔所灌注的浆液，不能连成一体，将形成漏水通路，如图2-8所示。

孔深的控制可根据钻杆钻进的长度推测。孔斜的控制相对较困难，特别是钻设斜孔，掌握钻孔方向更加困难。在工程实践中，按钻孔深度不同规定了钻孔偏斜的允许值，如表2-1所示。当深度大于60m时，则允许的偏差不应超过钻孔的间距。钻孔结束后，应对孔深、孔斜和孔底残留物等进行检查，不符合要求的应采取补救处理措施。

2.2.3.2 钻孔（裂隙）冲洗

钻孔后，进入冲洗阶段。冲洗工作通常分为：①钻孔冲洗，将残存在钻孔底和黏滞在孔壁的岩粉铁屑等冲洗出来；②岩层裂隙冲洗，将岩层裂隙中的充填物冲洗出孔外，以便浆液进入到腾出的空间，使浆液结石与基岩胶结成整体。在断层、破碎带和细微裂隙等复杂地层中灌浆，冲洗的质量对灌浆效果影响极大。

一般采用灌浆泵将水压入孔内循环管路进行冲洗，如图2-9所示。将冲洗管插入孔内，用阻塞器将孔口堵紧，用压力水冲洗；也可采用压力水和压缩空气轮换冲洗或压力水和压缩空气混合冲洗的方法。钻孔冲洗时，将钻杆下到孔底，从钻杆通入压力水进行冲洗。冲孔时流量要大，使孔内回水的流速足以将残留在孔内的岩粉铁末冲出孔外。冲孔一直要进行到回水澄清5～10min才结束。

岩层裂隙冲洗方法分单孔冲洗和群孔冲洗两种。

1.单孔冲洗

在岩层比较完整、裂隙比较少的地方，可采用单孔冲洗。单孔冲洗有以下3种方法。

（1）高压水冲洗。整个冲洗过程均在高压下进行，裂隙中的充填物沿着加压的方向推移和压实。冲洗压力可以采用同段灌浆压力的70%～80%，但当大于1MPa时，采用1MPa。当回水洁净、流量稳定20min后就可停止冲洗。

（2）高压脉动冲洗。即采用高压、低压水反复变换冲洗。先用高压水冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%，经5～10min以后，将孔口压力在几秒钟内突然降低到零，形成反向脉冲水流，将裂隙中的碎屑带出。通过不断的升、降压循环，对裂隙进行反复冲洗，直到回水洁净，最后延续10～20min后就可结束冲洗。高压脉动的压力差越大，冲洗效果越好。

（3）扬水冲洗。对于地下水位较高、地下水补给条件良好的钻孔，可采用扬水冲洗，冲洗时先将管子下到钻孔底部。上接风管，通入压缩空气。孔中水气混合以后，由于相对密度减轻。在地下水压力作用下，再加压缩空气的释压膨胀与返流作用，挟带着孔内的碎屑杂物喷出孔外。如果孔内水位恢复较慢，则可向孔内补水，间歇地扬水，直到将孔洗净为止。

2.群孔冲洗

一般适用于岩层破碎，节理裂隙比较发育且在钻孔之间互相串通的地层中。它是将两个或两个以上的钻孔组成一个孔组，轮换地向一个孔或几个孔压进压力水或压力水混合压缩空气，从另外的孔排出污水，这样反复交替冲洗，直到各个孔出水洁净为止，如图2-10所示。

群孔冲洗时，沿孔深方向冲洗段的划分不宜过长，否则冲洗段内钻孔通过裂隙增多，这样不仅分散冲洗压力和冲洗水量，并且一旦有部分裂隙冲通以后，水量将相对集中在这几条裂隙中流动，使其他裂隙得不到有效的冲洗，影响冲洗的质量和效果。为了提高冲洗效果，有时可在冲洗液中加入适量的化学剂，如碳酸钠（Na₂CO₃）、氢氧化钠（NaOH）或碳酸氢钠（NaHCO₃）等、以利于促进泥质充填物来溶解。加入化学剂的品种和掺量，宜通过实验确定。采用高压水或高压水气冲洗时，要注意观测，防止冲洗范围内岩层的抬动和变形。

2.2.3.3 压水试验

在冲洗完成并开始灌浆施工前，一般要对灌浆地层进行压水试验。压水试验的主要目的是：测定地层的渗透特性，为基岩的灌浆施工提供基本技术资料。压水试验也是检查地层灌浆实际效果的主要方法。

压水试验的原理：在一定的水头压力下，通过钻孔将水压入到孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水的时间，计算出代表岩层渗透特性的技术参数。一般可采用透水率q来表示岩层的渗透特性。透水率是指在单位时间内，通过单位长度试验孔段，在单位压力作用下所压入的水量。试验成果可按式（2-1）计算，即

式中 q——地层的透水率，Lu（读做：吕荣）；

Q——单位时间内实验段的注水总量，L/min；

P——作用于实验段内的全压力，MPa；

L——压水试验段的长度，m。

灌浆施工时的压水试验，使用的压力通常为同段灌浆压力的80%，但一般不大于1MPa。试验时，可在预定压力之下，每隔5min记录一次流量读数，直到流量稳定30～60min，取最后的流量作为计算值，再按式（2-1）计算该地层的透水率q。

对于构造破碎带、裂隙密集带、岩层接触带以及岩溶洞穴等透水性较强的岩层，应根据具体情况确定试验的长度。同一试段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩层，这样所获得的试验资料才有代表性。

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，先导孔应自上而下分段进行压水试验，各次序灌浆孔的各灌浆段在灌浆前宜进行简易压水；采用自下而上分段灌浆法时，先导孔仍应自上而下分段进行压水试验。各次序灌浆孔在灌浆前全孔应进行一次钻孔冲洗和裂隙冲洗。除孔底段外，各灌浆段在灌浆前可不进行裂隙冲洗和简易压水。压水试验应在裂隙冲洗后进行，采用五点法或单点法。

另外，对于有岩溶泥质充填物和遇水性能易恶化的地层，在灌浆前可以不进行裂隙冲洗，也不宜做压水试验。

2.2.3.4 灌浆的方法与工艺

为了确保岩基灌浆的质量，必须注意以下问题。

1.钻孔灌浆的次序

基岩的钻孔与灌浆应遵循分序加密的原则进行。一方面，可以提高浆液结石的密实性；另一方面，通过后序孔透水率和单位吸浆率的分析，可推断先序孔的灌浆效果，同时还有利于减少相邻孔串浆现象。

单排帷幕孔的钻灌次序是先钻灌第Ⅰ序孔，然后依次钻灌第Ⅱ、第Ⅲ序孔，如有必要再钻灌第Ⅳ序孔（图2-11）。

双排和多排帷幕孔，在同一排内或排与排之间均应按逐渐加密的次序进行钻灌作业。双排孔帷幕通常是先灌下游排，后灌上游排；多排孔帷幕是先灌下游排，再灌上游排，最后灌中间排。在坝前已经壅水或有地下水活动的情况下，更有必要按照这样的次序进行钻灌作业，以免浆液过多地流失到灌浆区范围以外。

帷幕灌浆各个序孔的孔距视岩层完好程度而定，一般多采用第I序孔孔距8～12m，然后内插加密，第Ⅱ序孔孔距4～6m，第Ⅲ序孔孔距2～3m，第Ⅳ序孔孔距1～1.5m。

固结灌浆宜在有混凝土覆盖压重的情况下进行，防止地表抬动和地面冒浆。一般覆盖混凝土达到50%设计强度后，才能进行灌浆。对于岩层比较完整、孔深5m左右的浅孔固结灌浆，可以采用两序孔进行钻灌作业；孔深5m以上的中深孔固结灌浆，则以采用三序孔施工为宜。固结灌浆最后一个序孔的孔距和排距，与基岩地质情况及应力条件等有关，一般在3～6m之间。固结灌浆的布孔方式及钻灌次序如图2-12所示。

2.灌浆方式

按照灌浆时浆液灌注和流动的特点，灌浆方式有纯压式和循环式两种。对于帷幕灌浆，应优先采用循环式。

纯压式灌浆，就是一次将浆液压入钻孔，并扩散到岩层裂隙中。灌注过程中，浆液从灌浆机向钻孔流动，不再返回，如图2-13（a）所示。这种灌注方式设备简单，操作方便，但浆液流动速度较慢，容易沉淀，造成管路与岩层缝隙的堵塞，影响浆液扩散。纯压式灌浆多用于吸浆量大、有大裂隙存在、孔深不超过12～15m的情况。

循环式灌浆，灌浆机把浆液压入钻孔后，浆液一部分被压入岩层缝隙中，另一部分由回浆管返回拌浆筒中，如图2-13（b）所示。这种方法一方面可使浆液保持流动状态，减少浆液沉淀；另一方面可根据进浆和回浆浆液比例的差别，来了解岩层吸收情况，并作为判定灌浆结束的一个条件。

3.钻灌方法

根据不同的地质条件和工程要求，基岩灌浆方法可选用全孔一次灌浆法、自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法或孔口封闭灌浆法。

（1）全孔一次灌浆法。全孔一次钻灌是将灌浆孔一次钻到设计深度，并沿全孔进行灌浆。这种方法施工简单，多用于孔深不超过6m、地质条件良好、基岩比较完整的情况。

（2）自上而下分段灌浆法。分段钻孔，分段进行压水试验，有利于分析灌浆效果，估计灌浆材料用量。在钻灌一段后，待凝一定时间，再钻下一段，钻孔和灌浆交替进行（图2-14）。特点是随着孔深的增加，可逐渐增加灌浆压力，上部岩层因灌浆而形成结石，避免冒浆现象，以保证灌浆质量。在工程地基处理中，多采用此种方法。但因机械设备搬迁频繁，对施工进度有影响。适用于地质条件较差、岩石破碎地区。

（3）自下而上分段灌浆法。一次将孔钻到设计深度，然后自下而上分段灌浆（图2-15）。这种方法的优、缺点与自上而下分段灌浆刚好相反。一般多用在岩层比较完整或基岩上部已有足够压重，不致引起地面抬动的情况。其优点是钻孔和灌浆不干扰，进度快，成本低。不足之处在于后灌段的灌浆压力不能适当加大。

（4）综合灌浆法。在实际工程中，通常是接近地表的岩层比较破碎，越往下岩层越完整。因此，在进行深孔灌浆时，可以兼取以上两种方法的优点，上部孔段采用自上而下法钻灌，下部孔段则用自下而上法钻灌。

（5）孔口封闭灌浆法。在钻孔的孔口安装孔口管（如埋入钢管作为孔口管），自上而下分段钻孔和灌浆，各段灌浆时都在孔口安装孔口封闭器进行灌浆。该法是一种将封闭器设置在孔口，不用下入阻塞器的灌浆方法。其特点为不需待凝，钻进连续作业，进度快，工艺简便（孔径小），多次复灌有利于提高灌浆质量。但埋入钢管不易回收，耗用钢材。一般适用于高压水泥灌浆工程，小于3MPa的灌浆工程可参照应用。

分段灌浆时，灌浆孔段的划分对灌浆质量有一定影响。原则上说，灌浆孔段的长度应该根据岩层裂缝分布情况确定，每一孔段的裂隙分布应大体均匀，以便施工操作和提高灌浆质量。一般情况下，灌浆孔段的长度多控制在5～6m。如果地质条件好，岩层比较完整，段长可适当放长，但也不宜超过10m；在岩层破碎、裂隙发育的部位，段长应适当缩短，可取3～4m；而在破碎带、大裂隙等漏水严重的地段以及坝体与基岩的接触面，应单独分段进行处理。

4.灌浆压力的确定

灌浆压力是指作用在灌浆段中部的压力，也是控制灌浆质量和效果的重要因素。正确确定灌浆压力是较困难的，工程设计阶段一般是根据工程和地质情况进行分析计算并结合工程类比拟定，即参考类似工程的灌浆资料，然后通过现场灌浆试验论证，或通过经验计算公式，再通过现场灌浆试验论证或灌浆施工中加以验证、修改。一般在不破坏岩层稳定和坝体安全前提下，尽可能采用较高的压力，以增大浆液扩散半径。

灌浆压力可由式（2-2）确定，即

式中 P——灌浆压力，MPa；

P₁——灌浆管路中压力表的压力，MPa；

P₂——考虑地下水位影响后的浆液自重压力，取最大浆液密度计算，MPa；

P_f——压力表处至灌浆段间管路摩擦压力损失，MPa。

计算P_f时，当压力表安设在孔口进浆管上时，按浆液在孔内进浆管中流动时的压力损失计算，P_f在式（2-2）中取“-”号；当压力表安设在孔口回浆管上时，按浆液在孔内环形截面回浆管中流动时的压力损失计算，P_f在式（2-2）中取“+”号。采用循环式灌浆时，压力表应安设在孔口回浆管路上。采用纯压式灌浆时，压力表应安设在孔口进浆管路上。

灌浆压力大小与孔深、地质条件、有无压重及灌浆要求等因素有关。工程中也常采用式（2-3）计算，即

式中 P——灌浆压力，MPa；

P₀——基岩表层的允许压力，MPa，可参考表2-2；

m——灌浆段以上岩层每增加1m所能增加的灌浆压力，MPa，可参考表2-2；

D——灌浆段以上岩层的厚度，m；

K——系数，可选用1～3，在压重层松散时取低值；

γ——压重的容重，kg/m³；

g——重力加速度，m/s²；

h——灌浆孔以上压重的厚度，m。

灌浆压力的大小，与孔深、岩层性质、有无压重及灌浆质量要求等有关，可参考类似工程的灌浆资料，特别是现场灌浆试验成果确定，并且在具体的灌浆施工中结合现场条件进行调整。

帷幕灌浆是在混凝土压重条件下进行的，其表层孔段的灌浆压力不宜小于1～1.5倍帷幕的工作水头，底部孔段不宜小于2～3倍工作水头。对于固结灌浆若为浅孔，且无盖重时，其压力可采用0.2～0.5MPa；有盖重时，采用0.3～0.7MPa。在地质条件较差或软弱岩层中，应适当降低灌浆压力。

应强调，由公式或经验确定的灌浆压力，仅作为压力估算的一种依据。实际施工时的灌浆压力，常通过灌浆试验来确定，而后在灌浆施工过程中调整修正。

5.灌浆压力和浆液稠度的控制

在灌浆过程中，合理地控制灌浆压力和浆液稠度，是提高灌浆质量的重要保证。

灌浆过程中灌浆压力的控制基本上有两种类型，即一次升压法和分级升压法。

（1）一次升压法。灌浆开始后，一次将压力升高到预定的压力，并在这个压力作用下，灌注由稀到浓的浆液。每一级浓度的浆液注入量和灌注时间达到一定限度以后，就变换浆液配比，逐级加浓。随着浆液浓度的增加，裂隙将被逐渐充填，浆液注入率将逐渐减少，当达到结束标准时，就结束灌浆。这种方法适用于透水性不大，裂隙不甚发育，岩层比较坚硬完整的地方。

（2）分级升压法。分级升压法是将整个灌浆压力分为几个阶段，逐级升压直到预定的压力。开始时，从最低一级压力起灌，当浆液注入率减少到规定的下限时，将压力升高一级，如此逐级升压，直到预定的灌浆压力。

分级升压法的压力分级不宜过多，一般以3级为限。例如，可分为0.4P、0.7P及P级，P为该灌浆段预定的灌浆压力。浆液注入率的上、下限，视岩层的透水性和灌浆部位、灌浆次序而定，通常上限可定为80～100L/min，下限为30～40L/min。在遇到岩层破碎透水性很大或有渗透途径与外界连通的孔段时。常采用分级升压法。如果遇到大的孔洞或裂隙，则应按特殊情况处理。处理的原则是低压浓浆，间歇停灌，直到规定的标准结束灌浆。待浆液凝固以后再重新钻开，进行复灌，以确保灌浆质量。

灌浆过程中，必须根据灌浆压力或吸浆率的变化情况，适时调整浆液的稠度，使岩层的大小缝隙既能灌饱，又不浪费。浆液稠度的变换按先稀后浓的原则控制，这是由于稀浆的流动性较好，宽细裂隙都能进浆，使细小裂隙先灌饱，而后随着浆液稠度逐渐变浓，其他较宽的裂隙也能逐步得到良好的充填。

岩基灌浆中的浆液稠度，即水灰比有8：1、5：1、3：1、2：1、1.5：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1等9个比级。灌浆浆液应由稀至浓逐级变换，即先灌稀浆，使细的裂隙优先灌满，逐步变浓，使其他较宽的裂隙也逐步得到充填，直到结束标准。

帷幕灌浆浆液水灰比可采用5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1（或0.5：1）等6个比级。固结灌浆浆液水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0.6：1（或0.5：1），也可采用2：1、1：1、0.8：1、0.6：1（或0.5：1）4个比级。灌注细水泥浆液时，水灰比可采用2：1、1：1、0.6：1或1：1、0.8：1、0.6：13个比级。

根据规范要求，浆液变换原则如下：

（1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

（2）当灌浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。

（3）当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

浆液浓度的变换，工程中多采用限量法。它是根据每一级稠度的浆液灌入量（如采用400L）来控制，或根据工程的地质条件，规定具体的标准。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。

6.灌装的结束条件与封孔

灌浆的结束条件，一般用两个指标来控制，一个是残余吸浆量，又称最终吸浆量，即灌到最后的限定吸浆量；另一个是闭浆时间，即在残余吸浆量不变的情况下保持设计规定压力的延续时间。

帷幕灌浆时，在设计规定的压力之下，灌浆孔段的浆液注入率小于0.4L/min时，再延续灌注60min（自上而下法）或30min（自下而上法）；或浆液注入率不大于1.0L/min时，继续灌注90min或60min，即可结束灌浆。

对于固结灌浆，其结束标准是浆液注入率不大于0.4L/min，延续时间30min，灌浆可以结束。

封孔是施工中一项重要工作。灌浆孔若封堵不严，孔内就会有水渗出，对灌入到岩石缝隙中的浆液结石体起到冲刷溶蚀破坏作用。对于帷幕灌浆孔，宜采用浓浆灌浆法填实，再用水泥砂浆封孔；对于固结灌浆，孔深小于10m时，可采用机械压浆法进行回填封孔，即通过深入孔底的灌浆管压入浓水泥浆或砂浆，顶出孔内积水，随浆面的上升，缓慢提升灌浆管。当孔深大于10m时，其封孔与帷幕孔相同。

7.灌浆特殊情况处理

灌浆过程中，发现冒浆漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆。应一泵灌一孔；否则应将串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔并行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。

灌浆工作必须连续进行，若因故中断，应及早恢复灌浆；否则应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则浆液应逐级加浓继续灌注。恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

2.2.3.5 灌浆的质量检查

基岩灌浆属于隐蔽性工程，必须加强灌浆质量的控制与检查。为此，一方面要认真做好灌浆施工的原始记录，严格灌浆施工的工艺控制，防止违规操作；另一方面，要在一个灌浆区灌浆结束以后，进行专门性的质量检查，作出科学的灌浆质量评定。基岩灌浆的质量检查结果，是整个工程验收的重要依据。

灌浆质量检查的方法很多，常用的有：在已灌地区钻设检查孔，通过压水试验和浆液注入率试验进行检查；通过检查孔，钻取岩芯进行检查，或进行钻孔照相和孔内电视，观察孔壁的灌浆质量；开挖平洞、竖井或钻设大口径钻孔，检查人员直接进去观察检查，并在其中进行抗剪强度、弹性模量等方面的试验；利用地球物理勘探技术，测定基岩的弹性模量、弹性波速等，对比这些参数在灌浆前后的变化，借以判断灌浆的质量和效果。

2.2.4 高压喷射灌浆

高压喷射灌浆是采用钻孔，将装有特制合金喷嘴的注浆管下到预定位置，然后用高压水泵或高压泥浆泵（20～40MPa）将水或浆液通过喷嘴喷射出来，冲击破坏土体，使土粒在喷射流束的冲击力、离心力和重力等综合作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。待浆液凝固以后，在土内就形成一定形状的固结体。

1.高压喷射灌浆的适用范围

高压喷射灌浆防渗和加固技术适用于软弱土层。实践证明，砂类土、黏性土、黄土和淤泥等地层均能进行喷射加固，效果较好。对粒径过大的含量过多的砾卵石以及有大量纤维质的腐殖土层，一般应通过现场试验确定施工方法。对含有较多漂石或块石的地层，应慎重使用。

2.高压喷射灌浆的基本方法

高压喷射灌浆的基本方法有单管法、二管法、三管法（图2-16）和多管法等。

（1）单管法。单管法是用高压泥浆泵以20～25MPa或更高的压力，从喷嘴中喷射出水泥浆液射流，冲击破坏土体，同时提升或旋转喷射管，使浆液与土体上剥落下来的土石掺搅混合，经一定时间后凝固，在土中形成凝结体。这种方法形成凝结体的范围（桩径或延伸长度）较小，一般桩径为0.5～0.9m，板状凝结体的延伸长度可达1～2m。其加固质量好，施工速度快，成本低。

（2）二管法。二管法是用高压泥浆泵等高压发生装置产生20～25MPa或更高压力的浆液，用压缩空气机产生0.7～0.8MPa压力的压缩空气。浆液和压缩空气通过具有两个通道的喷射管，在喷射管底部侧面的同轴双重喷嘴中同时喷射出高压浆液和空气两种射流，冲击破坏土体，其直径达0.8～1.5m。

（3）三管法。三管法是使用能输送水、气、浆的3个通道的喷射管，从内喷嘴中喷射出压力为30～50MPa的超高压水流，水流周围环绕着从外喷嘴中喷射出一般压力为0.7～0.8MPa的圆状气流，同轴喷射的水流与气流冲击破坏土体。由泥浆泵灌注压力为0.2～0.7MPa、浆量80～100L/min、密度1.6～1.8g/cm³的水泥浆液进行充填置换。其直径一般有1.0～2.0m，较二管法大，较单管法要大1～2倍。

3.浆液材料和施工机具

（1）浆液材料。高喷灌浆最常用的材料为水泥浆，在防渗工程中使用黏土（膨润土）水泥浆。化学浆液使用较少，国内仅在个别工程中应用过丙凝等浆液。

（2）机具和设备。高压喷射灌浆的施工机械由钻机或特种钻机、高压发生装置等组成。喷射方法不同，所使用的机械设备也不相同。表2-3所列为不同喷射方法所使用的主要施工设备表。

4.高压喷射灌浆的喷射形式

高压喷射灌浆的喷射形式有旋喷、摆喷、定喷3种。

高压喷射灌浆形成凝结体的形状与喷嘴移动方向和持续时间有密切关系。喷嘴喷射时，一面提升，一面进行旋喷则形成柱状体；一面提升，一面进行摆喷则形成哑铃体；当喷嘴一面喷射，一面提升，方向固定不变，进行定喷，则形成板状体。3种喷射形式如图2-17所示。上述3种喷射形式切割破碎土层的作用，以及被切割下来的土体与浆液搅拌混合，进而凝结、硬化和固结的机理基本相似，只是由于喷嘴运动方式的不同，致使凝结体的形状和结构有所差异。

高压喷射凝结体结构布置设计中要求慎重考虑和选用结构布置形式和孔距。孔距一般应根据地质条件、防渗要求、施工方法和工艺、结构布置形式、孔深等因素确定。

常用结构布置形式有定喷折线结构、摆喷折线结构、摆喷对接结构、柱定结构、柱摆结构、旋喷套接结构，如图2-18所示。以上几种布置形式以柱摆结构、旋喷套接结构防渗效果为好。

5.高压喷射灌浆的施工程序

高压喷射灌浆应分排分序进行。在坝、堤基或围堰中，由多排孔组成的高压喷射墙应先施工下游排孔，后施工上游排孔，最后施工中间排孔。在同一排内如采用钻、喷分别进行的程序施工时，应先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。先导孔应最先施工。

施工程序为钻孔、下置喷射管、喷射提升、成桩成板或成墙等，如图2-19所示。

（1）造孔。在软弱透水的地层进行造孔，应采用泥浆固壁或跟管（套管法）的方法确保成孔。造孔机具有回转式钻机、冲击式钻机等。目前用得较多的是立轴式液压回转钻机。为保证钻孔质量，孔位偏差应不大于1～2cm，孔斜率小于1%。

（2）下喷射管。用泥浆固壁的钻孔，可以将喷射管直接下入孔内，直到孔底。用跟管法钻进的孔，可在拔管前向套管内注入密度大的塑性泥浆，边拔边注，并保持液面与孔口齐平，直至套管拔出，再将喷射管下到孔底。将喷嘴对准设计的喷射方向，不偏斜，是确保喷射灌浆成墙的关键。

（3）喷射灌浆。根据设计的喷射方法与技术要求，将水、气、浆送入喷射管，喷射1～3min；待注入的浆液冒出后，按预定的速度自上而下边喷射，边转动、摆动，逐渐提升到设计高度。

6.高压喷射灌浆的质量检验

（1）检验内容。包括：固结体的整体性、均匀性和垂直度；有效直径或加固长度、宽度；强度特性（包括轴向压力、水平推力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等）；溶蚀和耐久性能等几个方面。

（2）检验方法。有开挖检查、室内试验、钻孔检查、载荷试验以及其他非破坏性试验方法等。

如钻孔检查的做法：在高压喷射凝结体达到一定强度后，可钻取岩芯，观测浆液注入和胶结情况，测试岩芯密度、抗压强度、抗折强度、弹性模量及渗透系数、渗压比降等防渗性能；通过注水或压水试验，实测凝结体的渗透系数等。

2.3 防渗墙施工

防渗墙是修建在挡水建筑物基础和透水地层中，防止渗透的地下连续墙，具有结构可靠、防渗效果好、修建深度较大、适应多种不同的地层条件、施工进度快等优点。

2.3.1 防渗墙的作用与结构特点

防渗墙是一种防渗结构，但其实际的应用已远远超出了防渗的范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重及地下截流等工程问题。具体的运用主要有以下几个方面：

（1）控制闸、坝基础的渗流。

（2）控制土石围堰及其基础的渗流。

（3）防止泄水建筑物下游基础的冲刷。

（4）加固一些有病害的土石坝及堤防工程。

（5）作为一般水工建筑物基础的承重结构。

（6）拦截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。

防渗墙的类型较多，但从其构造特点来说，主要是两类，即槽孔（板）型防渗墙和桩柱型防渗墙。前者是我国水利水电工程中混凝土防渗墙的主要型式。

防渗墙系垂直防渗措施，其立面布置有两种型式：封闭式与悬挂式。封闭式防渗墙是指墙体插入到基岩或相对不透水层一定深度，以实现全面截断渗流的目的。而悬挂式防渗墙，墙体只深入地层一定深度，仅能加长渗径，无法完全封闭渗流。

对于高水头的坝体或重要的围堰，有时设置两道防渗墙，共同作用，按一定比例分担水头。这时应注意水头的合理分配，避免造成单道墙承受水头过大而破坏，这对另一道墙也是很危险的。

防渗墙的墙体材料，按其抗压强度和弹性模量，一般分为刚性材料和柔性材料。可根据工程性质及技术经济比较后，选择合适的墙体材料。刚性材料包括普通混凝土、黏土混凝土和掺粉煤灰混凝土等，其抗压强度大于5MPa，弹性模量大于10000MPa。柔性材料的抗压强度则小于5MPa，弹性模量小于10000MPa，包括塑性混凝土、自凝灰浆和固化灰浆等。另外，现在有些工程开始使用强度大于25MPa的高强混凝土，以适应高坝深基础对防渗墙的技术要求。

2.3.2 防渗墙的施工程序

槽孔（板）型的防渗墙，是由一段段槽孔套接而成的地下墙。尽管在应用范围、构造形式和墙体材料等方面存在各种类型的防渗墙，但其施工程序与工艺是类似的，混凝土防渗墙的施工程序一般分为：造孔前准备→造孔（泥浆固壁）→终孔验收和清孔换浆→浇筑混凝土墙体→质量验收等。

1.造孔前准备

造孔前应根据防渗墙的设计要求，做好定位、定向工作。同时沿防渗墙轴线安设导向槽，用以防止孔口坍塌，并起导向作用。槽壁一般为混凝土。其槽孔净宽一般略大于防渗墙的设计厚度，高度一般为1.5～2.0m。要求导向槽底部高程高出地下水位0.5m以上，顶部高程高于两侧地面高程，防止地表积水倒流和便于自流排浆。

工程中常在导向槽侧铺设钻机轨道，安装钻机，架设动力和照明线路及供水供浆管路等，做好排水排浆系统，并向槽内充灌泥浆，保持泥浆液面在槽顶以下30～50cm。

2.造孔

（1）泥浆固壁系统。

在松散的透水层和坝（堰）体内进行造孔成墙，如何维持槽孔孔壁的稳定是防渗墙施工的关键技术之一。工程实践表明，泥浆固壁是解决这类问题的主要方法。

泥浆固壁的原理是：由于槽孔内的泥浆压力要高于地层的水压力，使泥浆渗入槽壁介质中，其中较细的颗粒进入空隙，较粗的颗粒附在孔壁上，形成泥皮。泥皮对地下水的流动形成阻力，使槽孔内的泥浆与地层被泥皮隔开。泥浆一般具有较大密度，所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，就保证了槽壁的稳定。

泥浆除了固壁作用外，在造孔过程中，尚有悬浮和携带岩屑、冷却润滑钻头的作用；成墙以后，渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁的泥皮，还对防渗起辅助作用。

由于泥浆的特殊重要性，在防渗墙施工中，国内外工程对于泥浆的制浆土料、配比及质量控制等方面均有严格的要求。泥浆的制浆材料主要有膨润土、黏土、水以及改善泥浆性能的掺合料，如加重剂、增黏剂、分散剂和堵漏剂等。制浆材料通过搅拌机进行拌制，经过网过滤后，放入专用储浆池备用。

我国根据大量的工程实践，提出制浆土料的基本要求是：黏粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，氧化硅与三氧化二铝含量的比值以3～4为宜。

配制而成的泥浆，其性能指标应根据地层特性、造孔方法和泥浆用途等，通过试验选定。表2-4所列为新制黏土泥浆性能指标，可供参考。

泥浆的造价一般可占防渗墙总造价的15%以上，故应尽量做到泥浆的再生净化和回收利用，以降低工程造价，同时也有利于环境的保护。

（2）钻孔成槽。

1）槽孔长度。为保证防渗墙的整体性，应尽量减少槽孔间的接头，尽量采用较长的槽孔。但槽孔过长，可能影响混凝土墙的上升速度（一般要求不小于2m/h），导致产生质量事故。为此要提高拌和与运输能力，增加设备容量，槽孔长度必须满足下述条件，即

式中 L——槽孔长度，m；

Q——混凝土生产能力，m³/h；

B——防渗墙厚度，m；

V——槽孔混凝土上升速度，m/h；

k——墙厚扩大系数，可取1.2～1.3。

槽孔长度应综合分析地层特性、槽孔深浅、造孔机具性能、工期要求和混凝土生产能力等因素决定，一般为5～9m。

2）成槽工艺。开挖槽孔用的钻挖机械形式很多，主要有冲击钻机、回转钻机、钢绳抓斗及液压铣槽机等，对于复杂多样的地层，一般要考虑多种机具配套使用。为提高工效常将一个槽段划分成主孔和副孔，然后采用钻劈法、钻抓法、分层钻进等方法成槽或铣削法成槽。

a.钻劈法。钻劈法又称“主孔钻进，副孔劈打”法，如图2-20所示。把一个槽孔划分成奇数个主孔，主孔长度等于终孔钻头直径，副孔长度通过施工试验确定，一般等于1.5～1.6倍主孔长度。先用冲击钻钻凿主孔，一般要求主孔先导8～12m，然后用同样的机械劈打副孔两侧，用抽砂筒及接砂斗出碴，副孔打至距主孔底1m处停止，再继续钻主孔，如此交替进行，直至设计深度。此法适用于砂卵石、全风化或半风化基岩。

b.钻抓法。钻抓法又称“主孔钻进，副孔抓取”法，如图2-21所示。主、副孔的划分与钻劈法基本相同，主孔长度等于终孔钻头直径，副孔长度等于抓斗的有效抓取长度。先用冲击钻或回转钻钻凿主孔，然后用抓斗抓挖副孔。它适用于粒径较小的松散地层。

c.分层钻进法。分层钻进也叫分层平打法，如图2-22所示。它是利用钻具的重量和钻头的回转切削作用，分层钻进，每层深度一般等于半根或一根钻杆的长度。为防止槽孔两端发生孔斜，两端钻孔应先行超前钻进，比预计要钻进的层深超深3～5m。分层下挖时，用砂泵经空心钻杆将土碴连同泥浆排出槽外。分层钻进法适用于细砂层或胶结的土层，不适于含有大粒径卵石或漂石的地层。

d.铣削法。铣削法是采用液压双轮铣槽机，先从槽段一端开始铣削，然后逐层下挖成槽，如图2-23所示。液压双轮铣槽机是目前一种比较先进的防渗墙施工机械，它由两组相向旋转的铣切刀轮，对地层进行切削，这样可抵消地层的反作用力，保持设备的稳定。切削下来的碎屑集中在中心，由离心泥浆泵通过管道排出到地面。铣削式挖槽机结构较复杂，一般挖掘深度为35～50m，最大宽度为1.5m。

以上各种造孔挖槽的方法，都采用泥浆固壁，在泥浆液面下钻挖成槽。在造孔过程中，要严格按操作规程施工，防止掉钻、卡钻、埋钻等事故发生；必须经常注意泥浆液面的稳定，发现严重漏浆时，要及时补充泥浆，采用有效的止漏措施；要定时测定泥浆性能指标，并控制在允许范围以内；应及时排除废水、废浆、废碴，不允许在槽口两侧堆放重物，以免影响工作，甚至造成孔壁坍塌；要保持槽壁平直，保证孔位、孔斜、孔深、孔宽以及槽孔搭接厚度、嵌入基岩的深度等满足规定的要求，防止漏钻、漏挖和欠钻、欠挖。

3.终孔验收和清孔换浆

（1）终孔验收与清孔换浆要求。

终孔验收的项目和要求如表2-5所示。工程中要做好终孔验收和清孔换浆工作。验收合格方可进行清孔换浆。清孔换浆的目的是要清除回落在孔底的沉碴，换上新鲜泥浆，以保证混凝土和不透水层连接的质量。清孔换浆应该达到的标准是经过1h后，孔底淤积厚度不大于10cm，孔内泥浆相对密度不大于1.3，黏度不大于30s，含砂量不大于12%。一般要求清孔换浆以后4h内开始浇筑混凝土。如果不能按时浇筑，应采取措施，防止落淤。

（2）终孔验收和清孔验收内容。

1）槽孔的终孔验收应包括下列内容：孔位、孔深、孔斜、槽宽；基岩岩样与槽孔嵌入基岩深度；一、二期槽孔间接头的套接厚度。

2）槽孔的清孔验收应包括下列内容：孔内泥浆性能；孔底淤积厚度；接头孔壁刷洗质量。

4.墙体混凝土浇筑

防渗墙的混凝土浇筑和一般混凝土浇筑不同，是在泥浆液面下进行的。泥浆下浇筑混凝土的主要特点是：①不允许泥浆与混凝土掺混形成泥浆夹层；②确保混凝土与基础以及一、二期混凝土之间的结合；③连续浇筑，一气呵成。

泥浆下浇筑混凝土常用直升导管法。导管由若干节φ20～25cm的钢管连接而成，沿槽孔轴线布置，相邻导管的间距不宜大于3.5m，一期槽孔两端的导管距孔端以1.0～1.5m为宜，二期槽孔两端的导管距孔端以0.5～1.0m为宜，当孔底高差大于25cm时，导管中心应布置在该导管控制范围的最低处，如图2-24所示。这样布置导管，有利于全槽混凝土面均衡上升，有利于一、二期混凝土的结合，防止混凝土与泥浆掺混。

浇筑前应仔细检查导管形状、接头、焊缝的质量，过度变形和破损的不能使用，并按预定长度在地面进行分段组装和编号。槽孔浇筑应严格遵循先深后浅的顺序，即从最深的导管开始，由深到浅一个一个导管依次开浇，待全槽混凝土浇平以后，再全槽均衡上升。

每个导管开浇时，先下入导柱塞，并在导管中灌入适量的水泥砂浆，准备好足够数量的混凝土，将导柱塞压到导管底部，使管内泥浆挤出管外。然后将导管稍微上提，使导柱塞浮出，一举将导管底端被泄出的砂浆和混凝土埋住，保证后续浇筑的混凝土不致与泥浆掺混。

在浇筑过程中，应保证连续供料，保持导管埋入混凝土的深度不小于1m，但不超过6m，以防泥浆掺混和埋管；维持全槽混凝土面均衡上升，上升速度不应小于2m/h，高差控制在0.5m范围内。

浇筑过程中应注意观测，做好混凝土面上升的记录，防止堵管、埋管、导管漏浆和泥浆掺混等事故的发生。全过程保持均衡、连续、有节奏地浇筑混凝土，直到全槽成墙为止。

5.防渗墙的质量检查

对于混凝土防渗墙的质量检查应按规范及设计要求进行，主要有以下几个方面：

（1）槽孔的检查，包括几何尺寸和位置、钻孔偏斜、入岩深度等。

（2）清孔检查，包括槽段接头、孔底淤积厚度、清孔质量等。

（3）混凝土质量的检查，包括原材料、新拌料的性能、混凝土的终浇高程、硬化后的物理力学性能等。

（4）墙体的质量检测，主要通过钻孔取芯、超声波及地震透射层析成像（CT）技术等方法全面检查墙体的质量。

2.4 桩基础施工

桩基础是一种常用基础形式，桩的作用是将上部建筑物的荷载传递到深处承载能力较大的土层，或者将软弱土层挤压，以提高土壤的承载能力和密实度，从而保证建筑物的稳定性和减少地基沉降量。按桩的传力及作用性质的不同，可将桩分成端承桩和摩擦桩两种；按桩的横断面分有圆桩、方桩和多边形桩；按桩的材料分，则有木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩和砂石桩等；按桩的施工方法不同可分为预制桩、灌注桩、旋喷桩、深层搅拌桩等。

结合工程应用，本节主要介绍不同桩基的施工工艺，旋喷桩工艺之前已述，这里着重介绍预制桩、灌注桩和深层搅拌桩的施工。

2.4.1 钢筋混凝土预制桩

钢筋混凝土预制桩施工主要包括预制、起吊、运输、堆放、沉桩等过程。一般应根据工艺条件、土质情况、荷载特点等予以综合考虑。

1.桩的制作、起吊、运输和堆放

工程中较短的桩多在预制厂生产，较长的桩一般在打桩现场附近或打桩现场就地预制。

现场预制桩多用叠浇法施工，重叠层数应根据地面允许荷载和施工条件确定，但不宜超过3层。桩与桩间应做好隔离层，上层桩或邻桩的灌注，应在下层桩或邻桩混凝土达到设计强度的30%以后方可进行。预制场地应平整夯实，并防止浸水沉陷。桩的制作质量应满足施工规范的要求。

混凝土预制桩达到设计强度75%方可起吊，达到100%后方可运输。起吊时，吊点位置由设计决定。当吊点不大于3个时，其位置应按正、负弯矩相等的原则计算确定；当吊点多于3个时，其位置应按反力相等的原则计算。长20～30m的桩，一般采用3个吊点。常见的几种吊点合理位置如图2-25所示。

运桩前应检查桩的质量，运桩后还应进行复查。在运距不大时，桩的运输方式可采用在桩下垫以滚筒，用卷扬机拖拉；当运距较大时，可采用轻便轨道小平台车运输等。

桩堆放时，地面必须平整、坚实，垫木位置应与吊点位置相一致，各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过4层，不同规格的桩应分别堆放。

2.预制桩的施工方法

预制桩的沉桩方法包括打入法、静力压桩法、振动法、水冲沉桩法、钻孔锤击法。

（1）打入法。

打入桩是靠桩锤或其他撞击部分落到桩顶上所产生的冲击能而沉入土中，如图2-26所示。打桩用的机械设备主要包括桩锤、桩架和动力装置3部分。在选择打桩设备时，一是根据地基土壤的性质、桩的种类、尺寸和承载力、工期要求；二是根据桩锤的性能和所要求的动力装置等两方面的因素综合进行考虑。

1）桩锤的类型。施工中常用的桩锤有落锤、柴油锤、蒸汽锤和液压锤4种。

a.落锤。落锤有构造简单，使用方便，能随意调整锤击高度等优点。轻型落锤可用人力拉升，一般均用卷扬机提升施打。但落锤生产效率低，对桩的损伤较大。落锤重量一般在5～15kN。适合于普通黏土和含砾石较多的土层中打桩，但打一桩速度较慢（6～12次/min）。

b.柴油锤。柴油锤分管式、活塞杆式和导杆式3种，重3～100kN，其工作原理（以导杆式为例）如图2-27所示。当柴油锤1迅速下落击桩时，汽缸中的空气受到压缩，温度猛增；与此同时，柴油通过喷嘴2喷入汽缸而自行燃烧，所造成的压力又使汽缸上抛，待其丧失上升速度，则又重新降落击桩。柴油锤与桩架、动力设备配套组成柴油打桩机，机架轻便，打桩迅速，常用以打设桩、钢板桩和长度在12m以内的钢筋混凝土桩，但不适用于在硬土和松软土中打桩。

c.蒸汽锤。蒸汽锤是利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤的冲击只在上升时耗用动力，下降靠自重；双动式汽锤的冲击体升降均由蒸汽推动。蒸汽锤需要配备一套锅炉设备。

双动式汽锤的外壳（即汽缸）是固定在桩头上的，而锤是在外壳内上下运动。因冲击频率高（为100～200次/min）。所以工作效率高。适宜打各种桩，并可在水下打桩和用于拔桩。锤重一般为6～60kN。

单动式汽锤的冲击力较大，可以打各种桩，常用锤重为15～150kN。锤击次数为25～30次/min。

d.液压锤。液压锤是一种新型打桩设备。它的冲击缸体通过液压油提升与降落，冲击缸体下部充满氮气。当冲击缸体下落时，首先是冲击头对桩施加压力，接着是通过可压缩的氮气对桩施加压力，使冲击缸体对桩施加压力的过程延长。因此每一击能获得更大的贯入度。液压锤不排出任何废气、无噪声，冲击频率高，并适合水下打桩，是理想的冲击打桩设备，但构造复杂、造价高。

2）桩锤选择。桩锤的类型应根据施工现场情况、机具设备条件及工作方式和工作效率等条件来选择。

桩锤类型选定之后，还要确定桩锤的重量，宜选择重锤低击。桩锤过重，所需动力设备也大，不经济；桩锤过轻，必将加大落距，锤击功能很大部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打坏，保护层可能振掉。轻锤高击所产生的应力，还会促使距桩顶1/3桩长范围内薄弱处产生水平裂缝，甚至使桩身断裂。因此，选择稍重的锤，用重锤低击和重锤快击的方法效果较好。桩锤重量选择应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等决定。

3）桩架种类。常用桩架有滚筒式桩架、多功能桩架和履带式桩架3种，如图2-28所示。

a.滚筒式桩架。桩架行走靠两根钢滚筒在垫木上滚动，优点是结构简单、制作容易，但在平面转弯、调头方面不够灵活，操作人员较多。

b.多功能桩架。由立柱、斜撑、回转工作台、底盘及传动机构组成，其机动性和适应性很大，在水平方向可做360°回转。导架可以伸缩和前后倾斜，底盘下装有轮子，可在轨道上行走。缺点是机构庞大，现场组装和拆迁麻烦。

c.履带式桩架。履带式桩架以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑组成。性能较多功能桩架灵活，移动方便，适用范围更广。

4）打桩顺序。打桩顺序一般分为逐排打、自中央向边缘打、自边缘向中央打和分段打4种，如图2-29所示。

逐排打设容易导致土壤向一个方向挤压而不均匀，使其后面的桩打入深度逐渐减少，最终引起建筑物的不均匀沉降。因此，实际工程中多采用自中央向两边缘打设和分段打设两种方法。

5）打桩中的注意事项。打桩过程包括桩架移动和就位、吊桩和定桩、打桩、截桩和接桩等。桩机就位时桩架应垂直，导桩中心线与打桩方向一致，校核无误后将其固定，然后将桩锤和桩帽吊升起来，其高度超过桩顶再吊起桩身，送至导杆内，对准桩位，调整垂直偏差，合格后，将桩帽或桩箍在桩顶固定，并将锤缓落到桩顶上。在桩锤的作用下，桩沉入土中一定深度，达到稳定，再校正桩位及垂直度，此谓定桩。然后，打桩开始，用短落距轻击数锤至桩入土一定深度，观察桩身与桩架、桩锤是否在同一垂直直线上，然后再以全落距施打。桩的施打原则是“重锤低击”，这样可以使桩锤对桩头的冲击小、回弹小，桩头不易损坏，大部分能量用于沉桩。

打桩施工时应注意以下几点：

a.桩锤回弹。正常时桩锤回弹较小，如发现经常回弹较大，桩下沉量小，说明桩锤太轻，应更换桩锤；否则，不但沉桩效率低，且易将桩顶打坏。

b.桩的贯入度。打桩时若出现贯入度骤减，桩锤回弹增大，应减小落距锤击。若还有这种现象，说明桩下有障碍物；若贯入度突然增大，则可能桩尖或桩身遭到破坏，或遇软土层、洞穴等，应暂停锤击，查明原因并采取相应措施。

c.打桩时应连续施打。若中途停歇时间过长，桩身周围的土起固结作用，再继续施打时，则难以打入土中。

d.打桩时防止偏心锤击，以免打坏桩头或使桩身断裂。如发生桩头破坏严重、桩身偏斜或断裂，应将桩拔出，在原桩附近补打一桩。

e.做好打桩记录，为工程质量验收提供依据。

f.打桩过程中应注意打桩机工作情况和稳定性。经常检查机件运转是否有异常，绳索有无损伤，桩锤悬挂是否牢固。桩架移动和固定是否安全等。

g.当桩顶位于地面以下一定深度而需打送桩（即为一工具式短桩）时，桩与送桩轴线应在同一直线上，否则会导致预制桩入土时发生倾斜。

桩的入土深度的控制，对于承受轴向荷载的摩擦桩，以标高为主，以贯入度作为参考；端承桩则以贯入度为主，以标高作为参考。

贯入度是指一阵（每10击为一阵，落锤、柴油桩锤）或者1min（单动汽锤、双动汽锤）桩的入土深度。

（2）静力压桩法。

静力压桩是利用静压力将预制桩逐节压入土中的一种沉桩新工艺，利用压桩架的自重和配重通过卷扬机的牵引传到桩顶，将桩逐节压入土中，已在我国沿海软土地基上较为广泛采用。静力压桩无振动、噪声，可节约材料、降低造价、减少高空作业。但此法只适用于土质均匀的软土地基，且不能压斜桩。

静力压桩机有顶压式、箍压式和前压式3种类型。

箍压式压桩机为全液压操纵。行走机构为新型液压步履机，前后左右可自由行走，还可做任何角度的回转，以电动液压油泵为动力，最大压桩力可达7000kN，如图2-30所示。其压桩架用型钢制成，一般高为16～20m；静压力为800～1500kN。桩应分节预制，每节长6～10m。当第一节压入土中，其上端距地面2m左右时，即将第二节桩接上，然后继续压入。

压桩的施工流程为：测量放线→桩机就位→起吊预制桩（提前进行预制桩检验）→ 桩身对中调直→压桩→接桩→送桩→检查验收→转移桩机。

待桩顶压至距地面1m左右时需接桩，可以采用焊接法、法兰法、硫磺胶泥法（浆锚法）3种方法。焊接法和法兰法接桩适用于各类土层桩的连接，硫磺胶泥法适用于软土层，但对一级建筑桩基或承受拔力的桩不宜使用。

（3）预制桩的其他施工方法。

预制桩的其他施工方法有振动法、水冲沉桩法及钻孔锤击法等。

1）振动法。振动法就是借助固定于桩头上的大功率甩动振动器的振动锤或液压振动锤所产生的振动力，以减小桩与土之间的摩擦阻力，使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。振动法不但能将桩沉入土中，还能将桩利用振动拔出。经验证明，此方法对H型钢桩和钢板桩拔出效果良好。振动法主要适用于砂石、黄土、软土和亚黏土层中，在含水砂层中的效果更为显著。

2）水冲沉桩法。水冲法往往与振动沉桩法同时使用，利用高压水流冲刷桩尖下面的土壤，以减小桩侧面与土之间的摩擦力和桩尖下土的阻力，使桩身在自重或锤击作用下很快沉入土中。此法适用于砂土、砾石或其他坚硬的土层，特别是对于打设较重的钢筋混凝土桩更为有效。

3）钻孔锤击法。与水冲法相似，在坚硬土层、厚砂层，锤击法遇到困难时可以先钻孔后锤击。钻孔深度距持力层1～2m时应停止钻孔，再用锤击至预定持力层深度。为防止提钻孔壁坍塌，在提钻前注入泥浆起护壁作用。钻孔直径应小于预制桩径，打桩架以双导向桩架适宜。钻孔完成后即可吊桩，然后锤击沉入。

2.4.2 混凝土灌注桩施工

混凝土灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土的一种成桩方法。与预制桩相比，施工方便，节约材料，可降低成本1/3～1/2。但操作要求较严格，容易发生缩颈、断裂现象；技术间隔时间较长，不能立即承受荷载，冬季施工困难较大。

灌注桩按施工方法的不同可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩和爆扩灌注桩等多种。

1.钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是先用钻孔机械进行钻孔，然后在桩孔内放入钢筋笼再灌注混凝土。依据地质条件不同，钻孔灌注桩可分为干作业成孔和泥浆护壁（湿作业）成孔两类。

（1）泥浆护壁成孔。

钻孔机械包括潜水钻、回转钻、冲击钻、冲抓锥等，如图2-31至图2-33所示。

潜水钻机是一种旋转式钻孔机，防水电机和钻头密封在一起，由桩架和钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。机架轻便灵活，钻进速度快，深度可达50m。适用于小直径桩、软弱土层。

回转钻机是一种旋转式钻孔机，钻头根据钻孔土质的不同而采用不同的形式。与潜水钻机不同的是电机位于机架操作台上而不是水下，适用于各种直径、各种土层的钻孔桩，深度可达50m以上，是目前灌注桩施工用得最多的施工机械。

冲击钻机是通过机架、卷扬机把带刃的冲击锤提到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔，部分碎渣挤进孔壁，大部分碎渣随泥浆或用抽渣筒排出。冲击钻头有“十”字形、“工”字形和“人”字形等，一般常用“十”字形。每冲击3～4m掏渣一次。适用于有孤石的砂卵石层、坚质土层、岩层等，孔径可达1500mm。

冲抓锥成孔：冲抓锥成孔与冲击钻成孔方法基本相同，只是钻头和钻头的起落高度有所不同。

泥浆护壁钻孔灌注桩的工艺流程如图2-34所示。施工中应注意以下几点：

1）桩机就位应平整，钻杆轴线与钻孔中心线应对准，钻杆应垂直。

2）钻孔过程中应注入泥浆护壁；在杂土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设护筒。护筒用3～5mm钢板制作，内径比钻头直径大100mm，埋入黏土中深度不小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。

3）钻孔达到要求深度后必须清孔，可以采用射水法和换浆法清孔。清孔后应尽快吊放钢筋笼并浇筑混凝土。控制混凝土坍落度，一般黏土中宜用5～7cm，砂类土中用7～9cm，黄土中用6～9cm。混凝土应分层浇筑捣实，每层高度一般为0.5～0.6m。

4）在水下灌注混凝土常用导管法施工，施工工艺基本同于前2.3节防渗墙的水下混凝土施工。

（2）干作业成孔。

成孔时若无地下水或地下水很少，基本上不影响工程施工时，称为干作业成孔。主要适用于北方地区或地下水位低的土层。

干作业成孔一般用螺旋钻机成孔，还可采用机扩法扩底。螺旋钻头外径分别为400mm、500mm、600mm等3种，钻孔深度相应为12m、10m、8m，如图2-35所示。

干作业成孔灌注桩施工工艺流程及施工注意事项如下：

1）成孔工艺流程：钻孔机就位→钻孔→检查质量→孔底清理→孔口盖板→移钻孔机。

2）浇筑混凝土工艺流程：移盖板测孔深、垂直度→放钢筋笼→放混凝土溜筒→浇筑混凝土（随浇随振）→插桩顶钢筋。

a.钻孔机就位。钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上做出控制标尺，以便在施工中进行观测、记录。

b.钻孔。调直机架挺杆，对好桩位，开动机器钻进，出土，达到控制深度后停钻，提钻。

c.检查成孔质量。用测深绳（锤）测量钻孔深度（即虚土顶面深度），虚土厚度等于实际钻深减去测量深度。

虚土厚度一般不应超过10cm。对于含石块较多或含水量较大的软塑性黏土层时，必须防止钻杆晃动，引起孔径扩大。

d.清理孔底。钻至预定深度，于孔底处空转清土，然后提出钻杆，并及时封闭井口。

e.浇筑混凝土。移走孔口盖板，再次复查孔深、孔径、孔壁、垂直度及孔底虚土厚度。与质量标准不符者经过处理后，方能进行下道施工工序。绑好砂浆垫块或塑料卡，吊放钢筋笼，吊放时对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁，放到设计位置后，立即固定，确保保护层厚度符合要求。放置串筒连续浇筑混凝土，分层振捣，分层高度根据捣固机具的性能确定，一般不超过0.5m。混凝土浇筑到桩顶部时，应适当超过桩顶设计标高（一般为50cm），以保证在凿除浮浆后桩顶标高符合设计要求。

f.撤串筒并进行桩顶插筋。混凝土浇筑至距桩顶1.5m时，可拔出串筒，直接浇筑混凝土。垂直插入桩顶插筋。

g.混凝土的坍落度宜为7～10cm。同一配比的试块，每班不得少于1组，每根桩不得少于1组。

h.冬、雨期施工。冬期当温度低于0℃以下时，应采取加热保温措施。在桩顶强度未达设计标号50%以前不得受冻。气温高于30℃时，应对混凝土采取缓凝措施。雨期施工时，应严格坚持成孔后及时浇灌混凝土的原则，施工现场必须做好排水，严防地面雨水流入桩孔内，要防止桩机移动，以免造成桩孔歪斜。

2.沉管灌注桩

沉管灌注桩是目前常用的一种灌注桩。它适用于可塑、软塑、流塑的黏性土，稍密及松散砂土。其施工方法是利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有钢筋混凝土桩靴或带有活瓣式桩尖的钢管沉入土中，如图2-36所示。然后在规定标高处吊放钢筋骨架并灌注混凝土，最后拔出钢管，便形成所需要的灌注桩。

施工工艺流程如下：合拢活瓣桩靴（或在桩位上安置预制钢筋混凝土桩靴）→钢管桩就位（或置于预制桩靴上），校正垂直度→ 开动振动桩锤使桩管下沉达到要求的贯入度或标高→测量孔深、检查桩靴有无卡住桩管→放入钢筋笼→浇筑混凝土→边振动边拔出桩管。图2-37所示为沉管灌注桩的施工过程示意图。

3.人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是用人工挖孔成桩，具有施工机具操作简单、占用施工场地少、对周围建筑物无影响、桩质量可靠、可全面展开、缩短工期、造价较低等优点。适用于桩径（不含护壁）800mm以上，无地下水或地下水较少的土层。目前大直径灌注桩的桩径可达1～3m，桩深为20～40m，最深可达60～80m。每根桩的承载力为10000～40000kN，甚至可高达60000～70000kN。大直径灌注桩除可采用机械挖孔外，常常采用人工挖孔灌注桩，尤其狭窄市区高层建筑施工。

人工挖孔灌注桩施工安全问题突出，主要应解决孔壁坍塌、施工排水、预防流砂和管涌冒砂现象。事先应根据地质水文资料，拟定合理的衬圈护壁和施工排水、降水方案。常用的护壁方法有混凝土护圈、沉井护圈和钢套管护圈3种。

（1）混凝土护圈。混凝土护圈挖孔桩如图2-38所示，也称为“倒挂金钟”的施工方法，即分段开挖、分段浇筑护圈混凝土直至设计标高后，封底和浇筑桩身混凝土，待浇至钢筋笼的底标高时，再吊入钢筋笼就位固定，并继续浇筑桩身混凝土。也有用喷锚砂浆护圈的，即当井筒分段开挖后，随即在筒壁四周架立钢丝网，然后喷以砂浆，无需安装模板。

（2）沉井护圈。沉井护圈挖孔是先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，然后在筒内挖土，井筒靠自重或附加荷载克服筒壁与土之间的摩阻力而下沉，沉至设计标高后，再在筒内浇筑钢筋混凝土，如图2-39所示。

（3）钢套管护圈。钢套管护圈挖孔是在桩位地面上先打入钢套管，直至设计标高，然后再将套内的土挖出，并浇筑混凝土，待桩基混凝土浇筑完毕，随即将套管拔出移至另一桩位使用。

钢套管由12～16mm厚的钢板卷焊加工成型，其高度根据地质情况和设计要求而定。当地质构造有流砂层或承压含水层时，采用这种方法施工，可避免产生硫砂和管涌现象，能确保施工安全。

4.爆扩灌注桩

爆扩灌注桩又称爆扩桩，是用钻孔或爆扩法成孔，孔底放入炸药，再灌入适量的混凝土，然后引爆，使孔底形成扩大头。此时，孔内混凝土落入孔底空腔内，再放置钢筋骨架，浇筑桩身混凝土而制成灌注桩，如图2-40所示。

爆扩桩在黏土层中使用效果较好，但在软土及砂土中不易成型。桩长（H）一般为3～6m，最大不超过10m，扩大头直径D为桩径的2.5～3.5倍。具有成孔简单、节省劳力和成本低等特点，但检查不便，施工时要求质量较高。

2.4.3 深层搅拌水泥桩

1.概述

深层搅拌水泥桩地基是利用水泥作为固化剂，通过搅拌机械将其与地基土强制搅拌，硬化后形成的地基。深层搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基，基坑工程围护挡墙，被动区加固、防渗帷幕，大体积水泥稳定土等使用。加固体形状可分为柱状、壁状、格栅状或块状等。深层搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

深层搅拌桩的施工方法有湿法和干法两种。使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌法，简称湿法；使用干水泥粉作为固化剂的水泥土搅拌法，简称干法。

2.施工准备

（1）技术准备。

1）熟悉场地工程地质勘察报告，编制施工方案，对操作人员进行技术交底。

2）测放场地的水准控制点和轴线桩，注明桩位编号。

3）深层搅拌机定位时，必须经过技术复核确保定位准确，必要时请监理人员进行轴线定位验收。

4）施工前应确定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，并根据设计要求通过工艺性成桩试验确定施工工艺。

（2）主要机具。

深层搅拌机、起重机、灰浆搅拌机、灰浆泵、冷却泵、机动翻斗车、导向架、集料斗、磅秤、提速测定仪、电气控制柜、铁锹、手推车等。

3.施工工艺流程及注意事项

深层搅拌桩的施工程序为：地上（下）清障→深层搅拌机定位、调平→ 预搅下沉至设计加固深度→配制水泥浆（粉）→边喷浆（粉）边搅拌提升至预定的停浆（灰）面→重复搅拌下沉至设计加固深度→喷浆（粉）或仅搅拌提升至预定的停浆（灰）面→关闭搅拌机、清洗→ 移至下一根桩，如图2-41所示。

深层搅拌法施工由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。

（1）湿法施工。

1）施工时，先将深层搅拌机用钢丝绳吊挂在起重机上，用输浆胶管将储料罐砂浆泵与深层搅拌机接通，开通电动机，搅拌机叶片相向而转，借设备自重，以0.38～0.75m/min的速度沉至要求的加固深度，再以0.3～0.5m/min的均匀速度提起搅拌机，与此同时，开动砂浆泵，将砂浆从深层搅拌机中心管不断压入土中，由搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面，即完成一次搅拌过程。用同法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体。外形呈“8”字形（轮廓尺寸：纵向最大为1.3m，横向最大为0.8m），一根接一根搭接，搭接宽度根据设计要求确定，一般宜大于200mm，以增强其整体性，即呈壁状加固，几个壁状加固体连成一片，即呈块状。

2）搅拌桩的桩身垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。当桩身强度及尺寸达不到设计要求时，可采用复喷的方法。搅拌次数以1次喷浆、1次搅拌或2次喷浆、3次搅拌为宜，且最后一次提升搅拌宜采用慢速提升。

3）施工时设计停浆面一般应高出基础底面标高0.5m。在基坑开挖时，应将高出的部分挖去。搅拌桩施工完毕应养护14d以上才可开挖。基坑基底标高以上300mm，应采用人工开挖。

4）施工时因故停喷浆，宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机时间超过3h应清洗管路。

5）壁状加固时，桩与桩的搭接时间不应大于24h，如间歇时间过长，应采取钻孔留出榫头或局部补桩、注浆等措施。

6）每天加固完毕，应用水清洗储料罐、砂浆泵、深层搅拌机及相应管道，以备再用。

7）所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续；拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录；喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。

8）搅拌机提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求，并应有专人记录。当水泥浆液到达出浆口后应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。

（2）干法施工。

1）～6）同前。

7）深层搅拌法（干法）喷粉施工机械必须配置经国家计量部门确认的具有能瞬时检测并记录出粉量的粉体计量装置及搅拌深度自动记录仪。喷粉施工前应仔细检查搅拌机械、供粉泵、送气（粉）管路、接头和阀门的密封性和可靠性。送气（粉）管道的长度不宜大于60m。

8）当搅拌头到达设计桩底以上1.5m时，应即开启喷粉机提前进行喷粉作业。当搅拌头提升至地面下500mm时，喷粉机应停止喷粉。成桩过程中因故停止喷粉，应将搅拌头下沉至停灰面以下1m处，待恢复喷粉时再喷粉搅拌提升。

9）搅拌头每旋转一周，其提升高度不得超过16mm。搅拌头的直径应定期复核检查，其磨耗量不得大于10mm。

10）需在地基土天然含水量小于30%土层中喷粉成桩时，应采用地面注水搅拌工艺。

4.质量控制事项

（1）深层搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。

检查重点是水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。

（2）深层搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法：①成桩后3d内，可用轻型触探（N₁₀）检查每米桩身的均匀性。检查数量为总桩数的10%，且不少于3根；②成桩7d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆（灰）面下0.5m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查数量为总桩数的5%。

（3）竖向承载深层搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。

（4）深层搅拌桩地基质量检验标准必须符合表2-6的规定。