超前微型樁預加固技術在特殊現場條件下的應用

仵 凌 豐， 李 明， 李 俊， 范 金

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

勝利水電站位于四川省雅安市天全縣境內，為引水式開發。新建電站為原勝利電站擴機改造工程，增加了2臺單機容量為20 MW的機組。新建尾水渠穿越原電站升壓站(尾)0+020.81～0+061.53，新建尾水渠邊坡開挖總高度為25 m，坡比主要以1∶0.3為主，部分開挖邊線已侵占原升壓站。按照常規開挖方案，需要對原電站停機進行升壓站改造。新建尾水渠與原電站升壓站位置關系見圖1。

圖1 新建尾水渠與原電站升壓站位置關系平面示意圖

由于施工現場坡度較陡、場地狹窄、道路受限、大型設備不能進入而導致施工難度較大。同時，原升壓站地質情況主要以雜土、粉土、粉質粘土、卵石等回填為主，不利于邊坡開挖穩定?？紤]到該段尾水渠開挖支護施工將對升壓站的安全穩定及正常運行造成影響，在施工過程中，經多次方案優化，最終確定在調整新建尾水渠左側土石邊坡開挖坡比的同時，在新建尾水渠開挖施工前，采用“超前微型樁”的支護方法對升壓站外側邊坡進行預加固處理，如此實施，既確保了不破壞原升壓站的原有結構，同時亦能保證左側高邊坡開挖的穩定。

2 施工規劃

根據該工程施工特點，新建尾水渠左側距離升壓站外側構架較近，且其上方有高壓線通過，大型設備不能進入。施工通道主要依靠原進場公路進入，經升壓站到上游側邊坡位置，利用小型挖掘機在穿越邊坡附近修筑臨時挖掘機道路，采用自上而下甩渣形式修筑道路至693.8 m高程，先形成頂部超前微型樁施工平臺，再利用施工平臺完成其以上邊坡的支護施工。平臺以上邊坡支護完成后，開始超前微型樁的施工，微型樁利用HM90液壓履帶式鉆機鉆孔，為防止覆蓋層塌孔，采用跟進套管法施工，套管根據鉆孔深度及時跟進。由于微型樁施工平臺與進場公路高差較大，加之道路場地受限，鉆孔設備不能直接運至作業面，需采用25 t吊車由進場道路吊至施工作業面。超前微型樁施工完成且滿足強度要求后即可開始高程693.8 m以下垂直邊坡的開挖施工，其邊坡支護緊跟開挖及時進行。風水電的布置主要采用就近布置的方法進行。

3 主要施工方法

3.1 高程693.8 m以上的邊坡施工

邊坡開挖：新建尾水渠左側高程693.8 m以上的邊坡主要為老升壓站回填基礎，其地質結構復雜?？紤]到該段尾水渠邊坡開挖支護施工將對升壓站的安全穩定及正常運行造成影響，遂將高程693.8 m邊坡坡度調整為1∶0.5?，F場采用分層開挖、同時修整邊坡的方式進行，開挖的石渣采用甩渣型式自高程693.8 m施工平臺甩至進場公路，再由裝載機裝車運至指定渣場。

邊坡支護：為防止邊坡長時間暴露而發生失穩，開挖完成后先噴射一層素混凝土封閉巖面，再進行后續支護施工，局部采用鋪設彩條布的方式先臨時覆蓋封閉以防止雨水沖刷造成邊坡失穩。

3.2 “超前微型樁”施工

(1)設計支護范圍、設計參數及工藝流程。

新建尾水渠(尾)0+020.81～0+061.53段需要穿越原勝利電站升壓站，需要超前采用微型樁加固處理的范圍為(尾)0+027～0+045段，長度為18 m，布置兩排孔徑為150 mm的超前微型樁，孔深14 m，入巖3～3.5 m，間排距1 m×1.5 m，樁孔呈矩形布置?？變炔贾?φ25錨筋束，鉆孔跟進套管安裝施工，出漿孔呈梅花形布置，環距20～30 cm，每環3～5孔，通過出漿孔對覆蓋層土體進行固結灌漿。超前微型樁布置情況見圖2。

施工工藝流程：場地平整→測量定位→跟管鉆進(至設計深度)→鋼花管及錨筋束加工→下設φ150鋼花管→下設錨筋束→起拔地質套管→封孔預埋灌漿管→冠梁及蓋板施工→固結灌漿→養護→驗收。

圖2 超前微型樁及后期開挖邊坡支護示意圖

(2)鉆 孔。

設計鉆孔要求：超前微型樁為孔徑150 mm的鋼花管，鉆孔的開孔偏差不得大于10 cm，孔斜偏差不得大于孔深的1%，終孔孔徑不得小于設計孔徑150 mm，鉆孔孔位、方向、孔徑及孔深均按設計圖及技術要求執行。

鉆孔孔位：按設計圖紙范圍及測量已標記出來的孔位鉆孔，確保開孔偏差不大于10 cm，鉆機垂直度采用水平尺控制。

鉆孔方法：結合該工程地質特點，采用HM-90A液壓潛孔鉆機進行沖擊跟管(套管直徑為194 mm)鉆進，鉆孔孔徑、孔深滿足設計要求。在鉆孔過程中，采用高壓風排渣并根據地層的變化，隨時調整鉆孔參數和鉆孔工藝以提高工效。鉆孔過程中的孔斜控制采用粗徑鉆桿加設扶正器以保證孔斜偏差。鉆進達到設計深度后，不立即停鉆，穩鉆一段時間，以保證達到設計孔徑。鉆孔完成后，使用高壓空氣將孔內的巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低漿液與孔壁巖土體的粘結強度。鉆孔過程中，詳細記錄孔內的巖層情況，特別注重對基巖段巖層情況的描述與判斷，并確保鉆入基巖3～3.5 m。

(3)鋼花管及錨筋束的制作與安裝。

鉆孔結束后，須經現場監理人員檢驗合格后方可進行下道工序施工，當鋼花管下設完畢，立即下設錨筋束，隨后開始起拔地質套管。

鋼花管的制作、安裝：采用φ150(壁厚5 mm)的鋼管制作鋼花管，花管出漿孔環距20～30 cm、每環3～5個、梅花型布置，出漿孔孔徑為10 mm，以保證漿液能夠從孔中溢出。鋼管底部采用焊接封堵或用編制袋封堵，防止鋼花管下入過程中土或砂石進入管中。當鉆孔完成后，及時下入鋼花管，鋼管連接方式采用絲牙對接或用3φ14鋼筋幫焊連接，焊接長度不小于10d(d為鋼筋直徑，不小于14 cm)，鋼花管下放完成后鋼管頂部應與地面水平。

錨筋束的制作、安裝：錨筋束采用3根φ25的螺紋鋼制作，采用單面搭接焊連接成14 m，接頭錯開布置距離≥1 m，搭接長度不小于10d(不小于25 cm)。錨筋束上安裝一根φ20的PE注漿管，距孔底50 cm。待鋼花管安裝結束后下入錨筋束。為確保錨筋束位于花管中心，在錨筋束周圈每隔5 m左右焊接定位支架。錨筋束預留20 cm在孔口外以備頂部冠梁連接，待錨筋束安裝完成且地質套管起拔完后立即進行水泥砂漿封口和蓋梁及蓋板施工，完成后且強度滿足要求后方可進行固結灌漿作業。

(4)起拔套管。

錨筋束下設完成后，使用80 t級的拔管機對套管進行起拔，起拔過程中注意鋼花管是否跟著往上升，同時確保施工安全。

(5)冠梁及蓋板施工。

錨筋束下設完成且孔口封閉完成后，開始鋼管樁冠梁的施工。冠梁類型為型鋼連系梁，采用I18型鋼將相鄰的鋼管樁頂部焊接成一個整體，以提高兩排鋼管樁的整體穩定性。冠梁施工完成后，開始蓋板混凝土的澆筑施工，蓋板尺寸為長18 m、寬3 m、高0.3 m，采用C20混凝土。蓋板混凝土的作用主要是增加灌漿蓋重。

(6)注 漿。

注漿材料：灌漿用的水泥采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，符合規定的質量標準；

施工記錄：灌漿過程中的計量采用人工計量；

灌漿水灰比：水灰比為0.5∶1，采用純水泥漿液進行灌注；

灌漿壓力：高程690 m以上的屏漿壓力為0.1～0.3 MPa，高程690 m以下的屏漿 壓 力 為0.3～0.5 MPa。

注漿方式及結束標準：錨筋束安裝后，通過與錨筋束捆綁在一起的φ20灌漿管，用SGB6-10型高壓灌漿泵進行固結灌漿。

特殊情況的處理：在灌漿過程中若出現坡體漏漿、吸漿量大、冒漿等，需采用間歇灌漿法或反復屏漿法進行灌注，并確保樁孔內的漿液飽滿。

3.3 高程693.8 m以下的邊坡施工

邊坡開挖：超前微型樁支護施工完成后并達到設計強度后再開始高程693.8～683.3 m層的開挖。由于該層基本為覆蓋層，開挖一層，及時支護一層，當開挖至適當高程時，在臨邊側鋼管微型樁中部設置腰梁，腰梁采用型鋼與鋼管微型樁進行焊接，使鋼管樁中部連接成一個整體以提高鋼管樁的穩定性。高程683.3 m以下的邊坡為粉砂質泥巖，遇水泥化，開挖采取鉤巖機配合破碎錘的開挖方式進行。

邊坡支護：高程 690～683.3 m的邊坡采用φ32自進式中空錨桿結合20 cm厚、C20噴混凝土聯合支護。高程683.3 m以下邊坡采用φ22系統錨桿結合20 cm厚、C20噴混凝土聯合支護。邊坡開挖及支護情況見圖2。

4 施工期的安全監測

通過安裝、埋設監測儀器，每天采用全站儀對監測點埋設的水平位移和高程位移進行觀測并記錄，長時間的監測數據表明：該邊坡未發現異常現象，邊坡整體穩定。

5 安全防護

為保證升壓站臨邊部位的施工與行走安全，沿升壓站邊坡開口線和高程693.8 m鋼管樁施工平臺各布設了一道1.2 m高鋼管架護欄防護，并掛設密目安全網及安全標識標牌；微型樁施工區域緊靠老升壓站，為防止施工過程中的粉塵及廢水進入老升壓站而影響其發電，在鋼管樁施工平臺四周布設防塵布并在鉆機四周安裝彩鋼擋護棚進行防護。

6 結 語

該項目通過采用“超前微型樁”對原升壓站邊坡實施預加固處理，從實際開挖情況看，“超前微型樁”灌漿效果較好，漿液填充密實且整體穩定，保證了新建尾水渠左側邊坡開挖的質量和施工安全。該方案既不破壞原升壓站原有結構，也能保證左側高邊坡開挖的穩定，取得了較好的效果。 “超前微型樁”方案的實施對業主而言，避免了原電站停機改造的損失，同時節約了投資；對施工方而言，在確保安全的前提下，保證了邊坡開挖的連續性，縮短了該段邊坡的開挖工期，為后續施工爭取了更多的時間，同時，相對來說亦降低了施工成本，值得類似環境條件工程施工借鑒。