高進(jìn)水塔復(fù)雜地基處理綜合施工技術(shù)

熊波

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司 湖北宜昌 443002

1 工程概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。樞紐工程主要由混凝土雙曲拱壩、二道壩及水墊塘、泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成[1]。右岸引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)水塔采用墩墻式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，前沿寬度為265.60m，分八段布置，單塔寬為33.20m，各塔之間均設(shè)永久縫。塔體建基面高程為731.00m，進(jìn)水口底板高程736.00m，塔頂高程為834.00m，塔高為103m。塔體地基處理的好壞直接關(guān)系塔體的安全穩(wěn)定。

2 工程地質(zhì)

進(jìn)水塔基礎(chǔ)主要地層為：C5層間錯(cuò)動(dòng)帶及其影響帶，Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2類巖體，F(xiàn)16斷層及其影響帶，P2β61層柱狀節(jié)理。C5錯(cuò)動(dòng)帶為泥夾巖屑型，位于凝灰?guī)r層中上部，厚一般10-30cm，主要由角礫化構(gòu)造巖組成，中部一般有1-5cm的斷層泥。F16斷層帶產(chǎn)狀 N60e?70°W，NE(SW)∠80e?90°，寬約8.5m，主要為構(gòu)造角礫巖和碎裂巖，局部有少量斷層泥，主要為節(jié)理化構(gòu)造巖夾碎裂巖，以巖塊巖屑型為主。

3 方案選擇

C5層間錯(cuò)動(dòng)帶、F16斷層及其影響帶是地基處理的重點(diǎn)，柱狀節(jié)理區(qū)表層裂隙是加固的主要對(duì)象[2]。高進(jìn)水塔復(fù)雜地基處理需要運(yùn)用綜合技術(shù)，防止不均勻沉降。

不同地層采取不同的方案進(jìn)行加固，具體方案為：（1）Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2類完整巖體，P2β61層柱狀節(jié)理采用“系統(tǒng)錨筋”的方式處理，錨筋規(guī)格為C32，L=6m@2h2m，外露基巖面1.5m，梅花形布置。（2）C5層間錯(cuò)動(dòng)帶及影響帶采用“摳槽置換+系統(tǒng)錨筋束”處理，采用C25混凝土置換，錨筋束規(guī)格為3C32，L=12m@3h2m，錨筋規(guī)格為C32，L=6m@3h2m，外露基巖面1.5m，梅花形布置。（3）F16錯(cuò)動(dòng)帶及影響帶采用“摳槽置換+系統(tǒng)錨筋”處理，采用C25混凝土置換，錨筋規(guī)格為C32，L=6m@2h2m，外露基巖面1.5m，梅花形布置。

開(kāi)挖基巖面淺表層裂隙采用固結(jié)灌漿的方式進(jìn)行處理，其中：錯(cuò)動(dòng)帶固結(jié)灌漿孔深8m，斷層及其影響帶孔深15m，一般區(qū)孔深6m。灌漿孔間排距均按2m布置。

4 主要施工技術(shù)

4.1 摳槽置換施工

先進(jìn)行摳槽邊緣的3排系統(tǒng)錨筋施工，然后進(jìn)行斷層及層間錯(cuò)動(dòng)帶摳槽施工，再進(jìn)行摳槽側(cè)面的插筋施工，完成后進(jìn)行混凝土回填施工[3]。

（1）摳槽開(kāi)挖。摳槽采用氣腿鉆造爆破孔，首先采用豎向、斜向鉆孔爆破形成臨空面，后續(xù)采用水平鉆孔爆破的方式推進(jìn)施工。摳槽及水平爆破采用分層爆破開(kāi)挖，每層進(jìn)深控制在1m以內(nèi)，并遵循先中間后兩邊的的起爆方式，周邊孔孔距0.5m，線裝藥密度為180g/m。爆破孔采用Φ32乳化炸藥連續(xù)裝藥，光爆孔采用Φ25乳化炸藥間隔裝藥，施工過(guò)程中根據(jù)爆破效果不斷優(yōu)化爆破參數(shù)。

（2）插筋施工．摳槽側(cè)墻插筋參數(shù)為C25@1.5m，L=3m，入巖2m。插筋采用“先注漿、后插桿”的方法施工，其施工程序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→鉆孔→孔道清洗→孔道注漿→插筋制安。

（3）混凝土施工。摳槽完成后，采用C9025W10F100二級(jí)配混凝土盡快進(jìn)行置換施工，并沿開(kāi)挖輪廓線布置一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋保護(hù)層為5cm。澆筑采用平澆法，布料機(jī)端口處連接皮筒，保證均勻布料。混凝土澆筑前需保持倉(cāng)面潔凈和濕潤(rùn)，及時(shí)覆蓋老混凝土面，混凝土每層下料厚度不超過(guò)50cm。混凝土澆筑完成以后，考慮后續(xù)還有底板混凝土，及時(shí)對(duì)混凝土面進(jìn)行鑿毛處理，鑿毛標(biāo)準(zhǔn)為鑿除混凝土表面浮漿，露出混凝土內(nèi)石子。

4.2 錨筋（束）施工

基礎(chǔ)錨筋（束）施工須在開(kāi)挖之后、底板混凝土澆筑之前完成。其施工程序?yàn)椋嚎孜环艠印炜住纯住^筋（束）制作和安裝→注漿→結(jié)束。

（1）鉆孔：采用ROC40PC風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行，鉆孔孔徑φ130mm。鉆孔施工時(shí)，孔位按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測(cè)量定點(diǎn)，注意控制孔軸垂直偏斜角度、孔深誤差、孔距誤差等在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。終孔深度為入巖4.5m，保持外露1.5m。

（2）洗孔：鉆孔終孔后，下設(shè)鉆桿至孔底，利用風(fēng)壓吹凈孔內(nèi)鉆渣，再用大流量水沖洗至返水干凈時(shí)止。

（3）錨筋（束）制作和安裝：3C32錨筋束的制作是用3根等長(zhǎng)的C32錨筋捆成一束，中心綁一根1寸的鋼管，用作固定鋼筋及進(jìn)漿管作用。每?jī)筛g用電焊間隔焊接，焊縫長(zhǎng)度5cm，間隔1.0m。鋼筋（束）深入基巖4.5m，鋼筋的連接必須采用機(jī)械連接，不允許對(duì)接焊。

鋼筋（束）制作完成后采用吊車進(jìn)行吊裝入孔，鋼筋（束）應(yīng)下到孔底，并保留外露長(zhǎng)度1.5m。

（4）注漿：采用強(qiáng)度等級(jí)M25的砂漿進(jìn)行注漿施工，灌漿管必須伸入孔底，以保證錨筋（束）的全孔充填飽滿。

（5）結(jié)束：錨筋（束）注漿完成后，立即在孔口加楔固定，并在孔口作臨時(shí)性堵塞確保鋼筋（束）插在孔內(nèi)居中。施工完成后3天內(nèi)嚴(yán)禁敲擊、碰撞、拉拔錨筋（束）和懸掛重物。

4.3 固結(jié)灌漿施工

通過(guò)在塔體基礎(chǔ)布置系統(tǒng)固結(jié)灌漿孔，采用灌漿的方式對(duì)開(kāi)挖后的表層裂隙進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。固結(jié)灌漿施工順序?yàn)椋菏┕し艠印?dòng)觀測(cè)孔→Ⅰ序孔鉆灌→Ⅱ序孔鉆灌→檢查孔→封孔。單孔施工流程：鉆孔→鉆孔沖孔→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→循環(huán)至終孔段→封孔。

（1）鉆孔：灌漿孔采用100B型快速鉆機(jī)造孔，孔徑為φ56mm，物探孔、檢查孔孔徑為φ76mm。所有固結(jié)灌漿孔均采用自上而下分段鉆進(jìn)的方式進(jìn)行。

（2）洗縫、壓水：所有孔段均應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗，鉆孔沖洗后孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過(guò)20cm。灌漿前應(yīng)采用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗壓力采用該段灌漿壓力的80%，并不大于1MPa且滿足抬動(dòng)要求。具體沖洗方法為：在孔壁沖洗完成后，采用栓塞進(jìn)行阻塞后，首先用高壓水連續(xù)沖洗5min，再將孔口壓力在極短時(shí)間內(nèi)突然降到零，形成反向脈沖流，當(dāng)回水由渾變清后，再升到原來(lái)的沖洗壓力，持續(xù)5min后，再次突然降到零，如此一升一降，一壓一放，反復(fù)沖洗，直至回水潔凈，或不大于20min。

壓水試驗(yàn)在裂隙沖洗后灌漿施工前進(jìn)行，壓水壓力采用該段灌漿壓力的80%，并不大于1MPa且滿足抬動(dòng)要求。壓水試驗(yàn)結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，即：裂隙沖洗20分鐘后再繼續(xù)采用壓力水沖洗10min結(jié)束。壓水試驗(yàn)結(jié)果采用公式q＝Q/PL計(jì)算，其中：q為試段透水率（Lu），Q為壓入流量（L/min），P為作用于試段內(nèi)的全壓力（MPa），

L為試段長(zhǎng)度（m）。

（3）灌漿：漿液水灰比采用 3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1 五級(jí)水灰比，開(kāi)灌水灰比采用3：1。灌漿孔段長(zhǎng)劃分及壓力控制見(jiàn)表1，所有帶壓作業(yè)工序的壓力控制，均按回漿管上壓力值控制，升壓中因巖體抬動(dòng)或發(fā)生劈裂等不能達(dá)到規(guī)定設(shè)計(jì)壓力時(shí)，以不發(fā)生抬動(dòng)或巖體劈裂的最大壓力灌漿結(jié)束[4]。

表1 灌漿孔段段長(zhǎng)劃分及壓力控制表

灌漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1.0L/min，繼續(xù)灌注30min，結(jié)束灌漿。

固結(jié)灌漿孔灌漿結(jié)束后，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行封孔。封孔采用“全孔灌漿封孔法”，具體方法為：先采用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)余漿置換為0.5：1的濃漿，若灌漿以0.5：1濃漿結(jié)束，無(wú)需再置換孔內(nèi)漿液；若以其它比級(jí)稀漿結(jié)束，則需先對(duì)全孔采用0.5：1漿液置換，而后將灌漿塞塞在基巖面以下50cm繼續(xù)使用這種漿液進(jìn)行純壓式灌漿封孔，封孔壓力采用0.2-0.3MPa繼續(xù)灌注30min結(jié)束。預(yù)埋導(dǎo)向管部位采用導(dǎo)管注漿法進(jìn)行補(bǔ)封。

（4）柱狀節(jié)理區(qū)施工：針對(duì)柱狀節(jié)理區(qū)普通水泥可灌性差的特點(diǎn)，創(chuàng)新提出采用濕磨漿液進(jìn)行灌注。濕磨漿液由0.5：1的普通水泥漿液經(jīng)濕磨機(jī)制備而成，必須采用3臺(tái)濕磨機(jī)串聯(lián)使用，濕磨機(jī)應(yīng)逐臺(tái)安裝檢測(cè)合格，呈“一”字型擺開(kāi)。對(duì)于裂縫寬度為0.1-0.5mm的巖體濕磨細(xì)水泥漿液具有較好的灌漿效果[5]。

4.3.5 抬動(dòng)控制：灌漿施工的各個(gè)環(huán)節(jié)均由壓力作用于混凝土，為了確保不發(fā)生破壞性抬動(dòng)，應(yīng)嚴(yán)格控制以下幾個(gè)方面。①灌漿方式必須采用“自上而下分段法”進(jìn)行。②F16斷層、C5層間錯(cuò)動(dòng)帶等地質(zhì)缺陷部位禁止兩孔同時(shí)灌漿，其它區(qū)域同時(shí)灌漿的孔間距不應(yīng)小于10m。③第1段應(yīng)阻塞在混凝土與基巖接觸面進(jìn)行。④嚴(yán)格執(zhí)行限流灌注的措施，所有灌漿孔段注入率應(yīng)控制在20L/min以下，如有抬動(dòng)趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)調(diào)整流量為10-15L/min。⑤抬動(dòng)裝置按照15m的間距范圍布置，控制半徑按8m考慮，加密觀測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

高進(jìn)水塔地基基礎(chǔ)應(yīng)能夠保證均勻沉降和基礎(chǔ)強(qiáng)度，地基需要綜合處理才能滿足要求。P2β61層柱狀節(jié)理出露部位3天內(nèi)完成錨筋支護(hù)，10天內(nèi)完成底板混凝土覆蓋；斷層F16、層間錯(cuò)動(dòng)帶C5摳槽后應(yīng)在3天內(nèi)完成混凝土置換，以免暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或遇水對(duì)結(jié)構(gòu)面性狀造成惡化。快速施工能夠有效保證結(jié)構(gòu)面的原始性狀[6]。

基礎(chǔ)固結(jié)灌漿必須保證柱狀節(jié)理區(qū)灌漿質(zhì)量，且抬動(dòng)控制應(yīng)在合理范圍內(nèi)。應(yīng)在分析抬動(dòng)發(fā)生的原因基礎(chǔ)上采取針對(duì)性的解決措施，主要有：（1）調(diào)整漿液細(xì)度，采用濕磨漿液增強(qiáng)柱狀節(jié)理區(qū)的可灌性；（2）調(diào)整施工工藝參數(shù)來(lái)控制抬動(dòng)。灌漿施工完成后，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)質(zhì)量滿足要求。各工序環(huán)節(jié)有序銜接，為復(fù)雜地層下的基礎(chǔ)處理積累了施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他類似工程具有一定的參考借鑒作用。