長河壩水電站壩基覆蓋層固結灌漿施工工藝試驗

張 希 孟，　呂 清 嵐

(中國水利水電第五工程局有限公司基礎處理分局，四川 成都　610225)

長河壩水電站壩基覆蓋層固結灌漿施工工藝試驗

張 希 孟，呂 清 嵐

(中國水利水電第五工程局有限公司基礎處理分局，四川 成都610225)

摘要：長河壩水電站工程壩基覆蓋層采用固結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構復雜，漂石直徑達10余m，局部砂層為純粉細砂層，覆蓋層固結灌漿施工成孔工藝需滿足復雜地層，要求較高。施工前選擇了三種不同工藝方法進行試驗，最終確定了具有快速、高效質量保證的沉管法工藝施工。介紹了不同工藝試驗成果，可供類似工程參考。

關鍵詞：長河壩水電站；覆蓋層固結灌漿；工藝；研究

1工程概述

長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79.3 m。根據(jù)河床覆蓋層成層結構特征和工程地質特征，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。組成物質以粗顆粒為主且基本構成骨架，結構稍密～中密，具有較高的承載力和低、中壓縮性，但其滲透性強，多具強透水性，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，設計要求采用固結灌漿方式加固壩基。 大壩基礎覆蓋層固結灌漿蓋重厚度設計為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)設計要求，覆蓋層固結灌漿施工時預留了3 m蓋重，在灌漿結束后挖除。

設計要求覆蓋層灌漿施工質量檢查標準為：灌后滲透系數(shù)K≤5×10-4cm∕s,灌后聲波測試要求縱波和橫波分別較灌前(業(yè)主提供灌前聲波測試數(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工藝性試驗方法

根據(jù)實際地質條件，結合設備情況，主要選擇了三種施工工藝作現(xiàn)場比對試驗工作，并在工藝試驗的基礎上對設備工效也進行了對比。

(1)循環(huán)鉆進，預埋孔口管、孔口封閉法灌漿施工工藝。

該工藝是采用地質鉆機鉆孔，預埋孔口管后采用清水或泥漿耦合固壁分段循環(huán)鉆進，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全孔一次成孔，在孔內預埋薄壁鋼管或PVC花管。拔出套管后在預埋管外側回填低塑性水泥黏土漿液，在預埋管內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全孔一次成孔，利用套管護壁，在套管內下入射漿管自下而上分段進行灌漿施工。

根據(jù)試驗成果選擇高效的施工工藝，以保證其施工質量和進度。

3孔口封閉法灌漿試驗

試驗鉆孔設備采用XY-2型回旋地質鉆機循環(huán)鉆進造孔。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。

試驗采用HM-70型鉆機進行非灌段造孔埋管，XY-2型回轉式鉆機結合沖擊回轉鉆進及金剛石鉆頭清水鉆進。灌漿采用孔口封閉，自上而下分段灌漿。

試驗區(qū)共分兩組，具體試驗工程量及施工歷時見表1。

試驗區(qū)灌后注水檢查成果見表2。

圖1　覆蓋層預埋孔口管法灌漿施工流程圖

圖2　覆蓋層預埋孔口管法灌漿施工工藝示意圖

灌后聲波檢測成果見表3。

表1　孔口封閉法灌漿試驗工程量及施工歷時表

表2　檢查孔注水試驗成果統(tǒng)計表

表3　灌后地震波測試成果對比表

通過對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析得知：

① 該成孔工藝在鉆進覆蓋層時進尺較慢且極易塌孔，為確保灌漿花管能順利掃至段底，需反復進行風力排渣或漿液沖洗固壁，導致工效降低，進尺較慢。但總體來說，該成孔工藝基本上能滿足設計鉆孔的要求，但需投入較多的鉆孔設備。

② 預埋孔口管分別采用了8 h、12 h、24 h和72 h 4個待凝時段后進行鉆灌施工，得到的結論是：采用8～12 h待凝處理后進行鉆灌施工，未對孔口管產生松動破壞，對灌漿質量未產生不良影響，且在最大灌漿壓力條件下未出現(xiàn)孔口管松動或自孔口管周圍冒漿的情況，說明孔口管的埋設能滿足灌漿施工的要求。

③ 試驗采用了預埋孔口管自上而下分段循環(huán)灌漿法，試驗證明：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，既可以利用地質鉆機帶動花管掃至段底以利于提高灌漿質量，又可以使上一灌段得到較高壓力的重復灌漿，有利于灌漿質量的進一步提高。

4沉管法(埋管灌漿法)試驗

鉆孔采用THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液壓鉆機沖擊回轉套管全孔段一次性鉆進成孔，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，在預埋管上每隔30 cm鉆4～5個直徑為12 mm的出漿孔，管節(jié)之間用套管連接并用膠帶封纏牢實，管腳采用聚乙烯塑膠膜綁扎封閉，然后用膠帶封纏密實。將沉管下至孔底后起拔外側套管后在沉管外側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

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

具體試驗工程量及施工歷時情況見表5。

灌后注水檢查成果見表6。

灌后聲波檢測成果見表7。

通過對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析得知：

①成孔工藝在鉆進覆蓋層時進尺很快，由于采用了預埋管，因此不存在塌孔現(xiàn)象，不需要采用固壁措施且不產生重復掃孔，施工功效非常高且成孔工藝滿足設計成孔要求。

②沉管下設回填孔壁后在灌漿過程中未出現(xiàn)沿管壁外側冒漿現(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采用孔內卡塞、自下而上分段灌漿工藝進行施工的試驗區(qū)經質量檢測，其結果滿足設計要求。

該施工工藝適應本工程地質條件，施工質量滿足設計要求。

5沉管法(套管灌漿法)試驗

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

表5　沉管(埋管灌漿法)試驗工程量表

表6　檢查孔注水試驗成果統(tǒng)計表

表7　灌后聲波檢測成果表

注水檢查成果見表9。

聲波檢測成果見表10。

表8　沉管法(套管灌漿法)試驗工程量表

表9　檢查孔注水試驗成果統(tǒng)計表

表10　灌后聲波檢測成果表

圖6　沉管法(套管灌漿法)灌漿施工流程圖

通過對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析得知：

①成孔工藝滿足設計成孔要求，成孔工效快，不需預埋其他材料。

② 灌漿過程中部分孔出現(xiàn)沿管壁外側冒漿現(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)象而導致部分套管無法起拔出來。

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

④ 本試驗通過質量檢測得知，其指標結果均滿足設計要求。

6造孔工效

通過試驗得知，不同設備造孔工效見表11。

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

7建議及結論

7.1灌漿壓力

各次灌漿試驗均采用表12中的壓力值，灌后注水試驗檢查以及灌后聲波檢測均滿足設計要求，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　試驗區(qū)與試生產區(qū)鉆孔工效對比分析表

表12　長河壩水電站覆蓋層固結灌漿試驗壓力值表

7.2漿液比級

采用孔口封閉法和預埋管灌漿法施工采用的漿液比級為2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1四個比級；采用單一比級稠漿灌注，水灰比為0.5∶1。試驗結果表明：采用四個比級的漿液灌漿延長了灌漿時間，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計要求，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設備選型

通過試驗比對分析得知，采用以上三種工藝進行覆蓋層固結灌漿的質量均能滿足設計要求。采用地質鉆機鉆孔，孔口封閉法進行灌漿鉆孔工效低，施工時需投入的設備資源以及人力資源較多，而且現(xiàn)場施工管線較多、安全隱患亦較多；采用沉管法(埋管灌漿法)工效比較高，設備資源以及人力資源投入少，但預埋管增加了施工成本且在大型工程中應用比較少。采用沉管法(套管灌漿法)工效比較高，設備資源以及人力資源投入少，但灌漿過程中容易產生堵管而造成材料浪費。通過幾種試驗的綜合比對分析，結合施工現(xiàn)場情況，筆者建議：在本工程中采用沉管法(套管灌漿法)進行覆蓋層灌漿施工。

7.4結語

試驗結果表明：采用沉管法(套管灌漿法)進行覆蓋層灌漿施工，能有效提高造孔功效，采用0.5∶1的濃漿限量灌漿能達到本工程的設計要求。后續(xù)施工采用此工藝施工，圓滿地完成了覆蓋層的固結灌漿施工。

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

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與管理工作.

(責任編輯：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:1001-2184(2015)03-0052-06

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV543;TV52

作者簡介: