長(zhǎng)河壩水電站壩基覆蓋層固結(jié)灌漿施工工藝試驗(yàn)

張 希 孟，　呂 清 嵐

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司基礎(chǔ)處理分局，四川 成都　610225)

長(zhǎng)河壩水電站壩基覆蓋層固結(jié)灌漿施工工藝試驗(yàn)

張 希 孟，呂 清 嵐

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司基礎(chǔ)處理分局，四川 成都610225)

摘要：長(zhǎng)河壩水電站工程壩基覆蓋層采用固結(jié)灌漿方式加固以提高其承載力，所加固的地層為漂(塊)卵(碎)砂礫石層。前期開挖和防滲墻施工揭示地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，漂石直徑達(dá)10余m，局部砂層為純粉細(xì)砂層，覆蓋層固結(jié)灌漿施工成孔工藝需滿足復(fù)雜地層，要求較高。施工前選擇了三種不同工藝方法進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定了具有快速、高效質(zhì)量保證的沉管法工藝施工。介紹了不同工藝試驗(yàn)成果，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)河壩水電站；覆蓋層固結(jié)灌漿；工藝；研究

1工程概述

長(zhǎng)河壩水電站大壩為礫石土直心墻堆石壩，最大壩高240 m, 壩區(qū)河床覆蓋層厚度為60～70 m，局部達(dá)79.3 m。根據(jù)河床覆蓋層成層結(jié)構(gòu)特征和工程地質(zhì)特征，自下而上(由老至新)可分為3層：第①層為漂(塊)卵(碎)礫石層(fglQ3),第②層為含泥漂(塊)卵(碎)砂礫石層(alQ41),第③層為漂(塊)卵砂礫石層(alQ42),其中第②層中有透鏡狀砂層分布。組成物質(zhì)以粗顆粒為主且基本構(gòu)成骨架，結(jié)構(gòu)稍密～中密，具有較高的承載力和低、中壓縮性，但其滲透性強(qiáng)，多具強(qiáng)透水性，滲透破壞形式為管涌且局部架空明顯，除上、下游砂層為中等透水外，粗粒層各層均具強(qiáng)透水性，局部架空部位透水性極不均一。為提高地基承載力，減小壩基不均勻沉降，設(shè)計(jì)要求采用固結(jié)灌漿方式加固壩基。 大壩基礎(chǔ)覆蓋層固結(jié)灌漿蓋重厚度設(shè)計(jì)為3 m。主副防滲墻兩墻間及主墻下游部分區(qū)域(第一施工階段)間排距為2 m等邊三角形布置；主防滲墻上下游區(qū)域(第二施工階段)間排距為2.5 m等邊三角形布置；其中灌漿孔深為5 m和8 m兩種情況。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，覆蓋層固結(jié)灌漿施工時(shí)預(yù)留了3 m蓋重，在灌漿結(jié)束后挖除。

設(shè)計(jì)要求覆蓋層灌漿施工質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)為：灌后滲透系數(shù)K≤5×10-4cm∕s,灌后聲波測(cè)試要求縱波和橫波分別較灌前(業(yè)主提供灌前聲波測(cè)試數(shù)據(jù))平均提高程度不低于40%和60%,且縱波波速不低于1 600 m/s，橫波波速不低于500 m/s。

2工藝性試驗(yàn)方法

根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件，結(jié)合設(shè)備情況，主要選擇了三種施工工藝作現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)工作，并在工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備工效也進(jìn)行了對(duì)比。

(1)循環(huán)鉆進(jìn)，預(yù)埋孔口管、孔口封閉法灌漿施工工藝。

該工藝是采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，預(yù)埋孔口管后采用清水或泥漿耦合固壁分段循環(huán)鉆進(jìn)，灌漿采用孔口封閉法、自上而下分段灌漿。

(2)沉管法(埋管灌漿法)施工工藝。

該工藝采用全液壓步履式鉆機(jī)全孔一次成孔，在孔內(nèi)預(yù)埋薄壁鋼管或PVC花管。拔出套管后在預(yù)埋管外側(cè)回填低塑性水泥黏土漿液，在預(yù)埋管內(nèi)用卡塞自下而上分段灌漿。

(3)沉管法(套管灌漿法)施工工藝。

該工藝采用全液壓步履式鉆機(jī)全孔一次成孔，利用套管護(hù)壁，在套管內(nèi)下入射漿管自下而上分段進(jìn)行灌漿施工。

根據(jù)試驗(yàn)成果選擇高效的施工工藝，以保證其施工質(zhì)量和進(jìn)度。

3孔口封閉法灌漿試驗(yàn)

試驗(yàn)鉆孔設(shè)備采用XY-2型回旋地質(zhì)鉆機(jī)循環(huán)鉆進(jìn)造孔。灌漿采用孔口封閉法。具體工藝流程見圖1、2。灌漿采用孔口封閉法，自上而下分段灌漿施工。

試驗(yàn)采用HM-70型鉆機(jī)進(jìn)行非灌段造孔埋管，XY-2型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)結(jié)合沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及金剛石鉆頭清水鉆進(jìn)。灌漿采用孔口封閉，自上而下分段灌漿。

試驗(yàn)區(qū)共分兩組，具體試驗(yàn)工程量及施工歷時(shí)見表1。

試驗(yàn)區(qū)灌后注水檢查成果見表2。

圖1　覆蓋層預(yù)埋孔口管法灌漿施工流程圖

圖2　覆蓋層預(yù)埋孔口管法灌漿施工工藝示意圖

灌后聲波檢測(cè)成果見表3。

表1　孔口封閉法灌漿試驗(yàn)工程量及施工歷時(shí)表

表2　檢查孔注水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表3　灌后地震波測(cè)試成果對(duì)比表

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知：

① 該成孔工藝在鉆進(jìn)覆蓋層時(shí)進(jìn)尺較慢且極易塌孔，為確保灌漿花管能順利掃至段底，需反復(fù)進(jìn)行風(fēng)力排渣或漿液沖洗固壁，導(dǎo)致工效降低，進(jìn)尺較慢。但總體來說，該成孔工藝基本上能滿足設(shè)計(jì)鉆孔的要求，但需投入較多的鉆孔設(shè)備。

② 預(yù)埋孔口管分別采用了8 h、12 h、24 h和72 h 4個(gè)待凝時(shí)段后進(jìn)行鉆灌施工，得到的結(jié)論是：采用8～12 h待凝處理后進(jìn)行鉆灌施工，未對(duì)孔口管產(chǎn)生松動(dòng)破壞，對(duì)灌漿質(zhì)量未產(chǎn)生不良影響，且在最大灌漿壓力條件下未出現(xiàn)孔口管松動(dòng)或自孔口管周圍冒漿的情況，說明孔口管的埋設(shè)能滿足灌漿施工的要求。

③ 試驗(yàn)采用了預(yù)埋孔口管自上而下分段循環(huán)灌漿法，試驗(yàn)證明：該灌漿方法是可行的，使用孔口封閉自上而下分段循環(huán)灌漿，既可以利用地質(zhì)鉆機(jī)帶動(dòng)花管掃至段底以利于提高灌漿質(zhì)量，又可以使上一灌段得到較高壓力的重復(fù)灌漿，有利于灌漿質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

4沉管法(埋管灌漿法)試驗(yàn)

鉆孔采用THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液壓鉆機(jī)沖擊回轉(zhuǎn)套管全孔段一次性鉆進(jìn)成孔，套管直徑為146 mm。沉管采用φ90聚乙烯PVC(PE)管或薄壁鋼管制作，在預(yù)埋管上每隔30 cm鉆4～5個(gè)直徑為12 mm的出漿孔，管節(jié)之間用套管連接并用膠帶封纏牢實(shí)，管腳采用聚乙烯塑膠膜綁扎封閉，然后用膠帶封纏密實(shí)。將沉管下至孔底后起拔外側(cè)套管后在沉管外側(cè)回填低塑性水泥粘土漿液，防止灌漿漿液回竄。沉管制作與埋設(shè)情況見圖3。

灌漿采用自下而上分段卡塞灌漿施工。沉管法施工工藝流程見圖4、5。

圖3　沉管(埋管灌漿法)制作與埋管示意圖

圖4　沉管法(埋管灌漿法)施工流程圖

圖5　沉管法(埋管灌漿法)灌漿施工工藝流程圖

試驗(yàn)鉆孔由THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液壓鉆機(jī)帶φ146套管全孔段一次跟進(jìn)成孔。灌漿采用孔內(nèi)卡塞，自下而上分段灌漿施工。

具體試驗(yàn)工程量及施工歷時(shí)情況見表5。

灌后注水檢查成果見表6。

灌后聲波檢測(cè)成果見表7。

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知：

①成孔工藝在鉆進(jìn)覆蓋層時(shí)進(jìn)尺很快，由于采用了預(yù)埋管，因此不存在塌孔現(xiàn)象，不需要采用固壁措施且不產(chǎn)生重復(fù)掃孔，施工功效非常高且成孔工藝滿足設(shè)計(jì)成孔要求。

②沉管下設(shè)回填孔壁后在灌漿過程中未出現(xiàn)沿管壁外側(cè)冒漿現(xiàn)象，但出現(xiàn)了部分相鄰I序孔之間竄漿現(xiàn)象。預(yù)埋管灌后無法取出，造成成本增加且中途不能采取待凝措施，否則需重新造孔。

③采用孔內(nèi)卡塞、自下而上分段灌漿工藝進(jìn)行施工的試驗(yàn)區(qū)經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)，其結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

該施工工藝適應(yīng)本工程地質(zhì)條件，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

5沉管法(套管灌漿法)試驗(yàn)

試驗(yàn)鉆孔采用THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液壓鉆機(jī)沖擊回轉(zhuǎn)套管全孔段一次性鉆進(jìn)成孔，套管直徑為146 mmm。將套管深度下至設(shè)計(jì)深度后將套管內(nèi)壁沖洗干凈，起拔套管后下入射漿管和栓塞進(jìn)行灌漿。具體工藝流程見圖6、7，試驗(yàn)工程量見表8。

表5　沉管(埋管灌漿法)試驗(yàn)工程量表

表6　檢查孔注水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表7　灌后聲波檢測(cè)成果表

注水檢查成果見表9。

聲波檢測(cè)成果見表10。

表8　沉管法(套管灌漿法)試驗(yàn)工程量表

表9　檢查孔注水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表10　灌后聲波檢測(cè)成果表

圖6　沉管法(套管灌漿法)灌漿施工流程圖

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知：

①成孔工藝滿足設(shè)計(jì)成孔要求，成孔工效快，不需預(yù)埋其他材料。

② 灌漿過程中部分孔出現(xiàn)沿管壁外側(cè)冒漿現(xiàn)象且部分相鄰I序孔之間出現(xiàn)竄漿現(xiàn)象，灌漿過程中易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象而導(dǎo)致部分套管無法起拔出來。

③ 灌漿過程采用單一比級(jí)進(jìn)行灌漿，漿液穩(wěn)定、易于控制。對(duì)于大耗漿量孔采用限量法進(jìn)行灌漿，限量單耗要根據(jù)部分試驗(yàn)以及工程地質(zhì)條件確定。

④ 本試驗(yàn)通過質(zhì)量檢測(cè)得知，其指標(biāo)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

6造孔工效

通過試驗(yàn)得知，不同設(shè)備造孔工效見表11。

采用多功能全液壓鉆機(jī)鉆孔后，單臺(tái)鉆機(jī)鉆孔工效為地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔工效的10倍，說明采用多功能全液壓鉆機(jī)鉆孔能較大程度地提高鉆孔的施工效率。

7建議及結(jié)論

7.1灌漿壓力

各次灌漿試驗(yàn)均采用表12中的壓力值，灌后注水試驗(yàn)檢查以及灌后聲波檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求，建議施工采用表12中的壓力值。

圖7　沉管法(套管灌漿法)灌漿施工工藝流程圖

表11　試驗(yàn)區(qū)與試生產(chǎn)區(qū)鉆孔工效對(duì)比分析表

表12　長(zhǎng)河壩水電站覆蓋層固結(jié)灌漿試驗(yàn)壓力值表

7.2漿液比級(jí)

采用孔口封閉法和預(yù)埋管灌漿法施工采用的漿液比級(jí)為2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1四個(gè)比級(jí)；采用單一比級(jí)稠漿灌注，水灰比為0.5∶1。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用四個(gè)比級(jí)的漿液灌漿延長(zhǎng)了灌漿時(shí)間，降低了功效且拔管法灌漿極易造成套管筑死造成套管損失。采用0.5∶1的濃漿限量灌漿同樣能滿足設(shè)計(jì)要求，因此，筆者建議后續(xù)施工采用0.5∶1的濃漿限量法灌漿。

7.3設(shè)備選型

通過試驗(yàn)比對(duì)分析得知，采用以上三種工藝進(jìn)行覆蓋層固結(jié)灌漿的質(zhì)量均能滿足設(shè)計(jì)要求。采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔口封閉法進(jìn)行灌漿鉆孔工效低，施工時(shí)需投入的設(shè)備資源以及人力資源較多，而且現(xiàn)場(chǎng)施工管線較多、安全隱患亦較多；采用沉管法(埋管灌漿法)工效比較高，設(shè)備資源以及人力資源投入少，但預(yù)埋管增加了施工成本且在大型工程中應(yīng)用比較少。采用沉管法(套管灌漿法)工效比較高，設(shè)備資源以及人力資源投入少，但灌漿過程中容易產(chǎn)生堵管而造成材料浪費(fèi)。通過幾種試驗(yàn)的綜合比對(duì)分析，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，筆者建議：在本工程中采用沉管法(套管灌漿法)進(jìn)行覆蓋層灌漿施工。

7.4結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果表明：采用沉管法(套管灌漿法)進(jìn)行覆蓋層灌漿施工，能有效提高造孔功效，采用0.5∶1的濃漿限量灌漿能達(dá)到本工程的設(shè)計(jì)要求。后續(xù)施工采用此工藝施工，圓滿地完成了覆蓋層的固結(jié)灌漿施工。

張希孟(1977-)，男，湖南益陽(yáng)人，主任工程師，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;

呂清嵐(1986-)，男，山東鄆城人，工程部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

Overburden Consolidation Grouting Construction Technology Test at Changheba Hydropower Station

ZHANG Ximeng LU Qinglan

(Foundation Treatment Branch of Sinohydro Engineering Bureau 5 Corporation,

Chengdu , Sichuan , 610225, China)

Abstract:At Changheba hydropower station project , dam foundation overburden is reinforced by consolidation grouting to improve bearing capacity. The reinforced formation consists of boulder and sand gravel. Early excavation and diaphragm wall construction revealed that the formation structure is complicated , boulder diameter is over 10m and local sand layers are composed of pure fine silt . Therefore , overburden consolidation grouting construction technology requirements are high to meet complicated formation . Tests were performed with three different technology methods before construction . Finally , sinking pile method is selected to ensure rapid and effective quality . The different technology test results are presented in this paper to give references to the similar projects.

Key words:Changheba hydropower station ; overburden consolidation grouting ; technology ; study

收稿日期:2015-05-05

文章編號(hào):1001-2184(2015)03-0052-06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV543;TV52

作者簡(jiǎn)介: