楊柳灘電站閘壩砂卵礫石地基固結(jié)灌漿加固

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽(yáng)，618000)

1 閘壩概況

楊柳灘水電站攔河閘壩總長(zhǎng)130m，壩高30m，沿壩軸線由左至右依次布置為：3孔沖砂閘、5孔泄洪閘和調(diào)節(jié)閘。右岸重力壩與壩肩相接，左岸與主廠房進(jìn)水室相鄰。

沖砂泄洪閘段長(zhǎng)105m，壩頂高程344.00m，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度40m，基礎(chǔ)置于砂卵礫石層上。

調(diào)節(jié)閘布置于右岸，調(diào)節(jié)閘室凈寬9.0m，閘頂高程344.00m，基礎(chǔ)置于粉砂質(zhì)泥巖上。

圖1 楊柳灘電站上游立視圖

2 地質(zhì)情況

沖砂泄洪閘段樁號(hào)0+41.50～0+150.00為河床段，河床高程315.0m～322.0m，覆蓋層總厚度5m～19m，最大厚度位于河床中部，其中高程316m～320m以上為Q4s人工堆積砂礫石層(第①層)，以下為Q4al沖積砂卵礫石層(第②～第④層)；第②層松散，厚度1m～8m，底界高程310.5m～317m；第③層稍密，厚度0～6.2m，底界高程304.4m～314.2m；第④層中密～密實(shí)，厚度0～5m，設(shè)計(jì)建基高程為315m，位于第②層松散砂卵礫石層中，建基面以下第②、第③層承載能力不能滿足要求，且各層地基均勻性都較差，存在壓縮變形和不均勻變形問(wèn)題。閘基砂卵礫石層滲透系數(shù)K=1.9×10-2cm/s～2.78×10-1cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層，存在滲漏和滲透變形問(wèn)題。

河床砂卵礫石取樣試驗(yàn)成果資料(見(jiàn)表1、表2)：Q4al砂卵礫石層中<2mm粒徑含量14.1%～14.8%；2mm～60mm粒徑含量49.46%～70.43%；60mm～200mm粒徑含量32.61%～14.50%；>200mm粒徑含量3.10%～0.92%。天然密度2.21g/cm3，相對(duì)密度0.47～0.57，不均勻系數(shù)62.2～33.0，曲率系數(shù)5.7～10.8。

壩基覆蓋層以礫石(2mm～60mm)為主，次為卵石、砂，并含少量漂石，其滲透系數(shù)平均值上部為1.11×10-1cm/s，下部為2.23×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層。

表1 河床砂卵礫石層試驗(yàn)成果

表2 河床砂卵礫石層試驗(yàn)成果

從試驗(yàn)資料可知，該砂卵礫石地層是松散的，其空隙率大、滲透性強(qiáng)。

3 基礎(chǔ)處理方案

根據(jù)砂卵礫石試驗(yàn)成果，分析砂卵礫石地基的可灌性。其可灌性主要取決于地基的顆粒級(jí)配、灌漿材料的細(xì)度、漿液的稠度、灌漿壓力和施工工藝等因素。砂卵石地基的可灌性一般用以下幾種指標(biāo)衡量：

(1)可灌比：M=D15/d85

式中：D15為砂卵礫石層的顆粒級(jí)配曲線上含量為15%的粒徑(mm)；d85為灌注材料的顆粒級(jí)配曲線上含量為85%的粒徑(mm)。

可灌比值M≥15，故水泥漿將可順利灌入。

(2)砂卵礫石層中粒徑小于0.1mm的顆粒含量百分?jǐn)?shù)愈高，則可灌性愈差。當(dāng)其含量<5%時(shí)，可進(jìn)行水泥粘土漿的灌注，本工程粒徑小于0.1mm的顆粒含量為<1%。

用砂卵礫石層的有效粒徑D10或滲透系數(shù)K判斷其可灌性，一般認(rèn)為，滲透系數(shù)K>3×10-4m/s的地層具有可灌性。

(3)不均勻系數(shù)反映了砂卵礫石層中顆粒大小的均勻程度，可供研究地層可灌性時(shí)參考，本工程砂卵礫石層的不均勻系數(shù)為62.2～33.0，孔隙率22%左右。

通過(guò)上述分析結(jié)合考慮漿液配比、灌漿壓力及灌漿工藝等因素，再通過(guò)灌漿實(shí)驗(yàn)，確定本工程砂卵礫石具有良好的可灌性。

通過(guò)對(duì)全挖方案、振沖加固、高壓旋噴加固、固結(jié)灌漿等處理方案進(jìn)行了比較。綜合考慮各種處理方案的施工工藝、工期、投資及后續(xù)補(bǔ)強(qiáng)處理等因素，采用固結(jié)灌漿加固方案。

固結(jié)灌漿實(shí)施方案：清除1#、2#閘孔中間基礎(chǔ)(靠下游側(cè))中的崩坡積塊碎石夾土層并用砂卵礫石換填；固結(jié)灌漿采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)P.O32.5；灌漿孔采用梅花形布置，閘底板范圍排距2.4m，孔距2.4m～3.0m，孔底高程308.00m，孔深7.00m。在閘室底板上布置了120個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿長(zhǎng)度約1380m；在閘墩上布置了68個(gè)固結(jié)灌漿孔，灌漿長(zhǎng)度約2200m。

4 固結(jié)灌漿施工

固結(jié)灌漿施工按分序加密的原則，共分兩序進(jìn)行施工；采取先灌周邊，再灌中間，先邊排后中排的方式進(jìn)行，灌漿前進(jìn)行先導(dǎo)孔注水試驗(yàn)。

4.1 灌漿工藝

閘室基礎(chǔ)砂卵礫石層固結(jié)灌漿采用預(yù)埋花管自上而下灌漿法，固結(jié)灌漿孔使用鉆機(jī)鉆孔，套管護(hù)壁，一次連續(xù)鉆孔完成。

其施工工藝為：

鉆孔平臺(tái)固定——孔位確定——造孔(套管護(hù)壁)——清孔——下花管——下填料——起套管——卡塞——開(kāi)環(huán)——灌漿——終孔后封孔。

4.2 灌漿壓力

該工程砂卵礫石孔隙率較大，可灌比較高，上部有閘室底板作為蓋重，可采用較大的灌漿壓力，但砂卵礫石基礎(chǔ)加固的目的是提高基礎(chǔ)的承載力和抗變形能力，無(wú)必要讓漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)，通過(guò)試驗(yàn)確定首段采用0.2MPa的灌漿壓力，下部逐漸加大至0.6MPa。

4.3 水灰比

固結(jié)灌漿采用純水泥漿灌注，漿液水灰比(重量比)采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1四個(gè)比級(jí)。

4.4 灌漿效果

灌漿質(zhì)量檢查孔于灌漿施工結(jié)束14d后，檢查孔數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%。檢查孔的合格標(biāo)準(zhǔn)：注水試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求其滲透系數(shù)K≤3×10-4cm/s。孔段合格率不少于85%以上，不合格孔段滲透系數(shù)不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值的150%并不集中，灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格。閘室基礎(chǔ)固結(jié)灌漿灌漿質(zhì)量檢查孔共布置10個(gè)，最大透水率12.6Lu，孔段合格率為100%。

灌漿總平均單位注入量呈遞減趨勢(shì)，即一序孔985kg/m>二序孔541kg/m，符合一般灌漿規(guī)律，由注漿前注水試驗(yàn)成果和注漿后壓水試驗(yàn)成果可知，注漿后透水率明顯減小。

4.5 蓄水觀測(cè)

樞紐監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：水平位移、垂直位移、壩基揚(yáng)壓力、上下游水位等項(xiàng)目。

垂直位移觀測(cè)點(diǎn)布置在各閘墩上游水平位移觀測(cè)墩旁，觀測(cè)路線采用：右岸上游起測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)M-2至垂直位移點(diǎn)M-3、至M-16往返觀測(cè)，二等水準(zhǔn)觀測(cè)。

電站已竣工蓄水發(fā)電，蓄水運(yùn)行16個(gè)月后垂直位移觀測(cè)情況如表3。

表3 大壩上游垂直位移觀測(cè)成果

從上表可知，累計(jì)沉降量最大2.1mm，出現(xiàn)在2#、3#泄洪閘，也即是河床沙卵石層厚度最大段，但總沉降量較小。

5 結(jié)語(yǔ)

沖砂泄洪閘建基位于松散砂卵礫石層中，承載能力不能滿足要求，且各層地基均勻性較差，存在壓縮變形和不均勻變形問(wèn)題；閘基砂卵礫石層滲透系數(shù)K=1.9×10-2cm/s～2.78×10-1cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層，可灌性較好，可采用固結(jié)灌漿的方式加固地基；灌漿工藝采用預(yù)埋花管法灌漿，可一次性成孔，施工效率較高，但需埋入花管，成本較高；灌漿分序進(jìn)行，并采取先周邊孔后中間孔的施工順序，能減少漿液的無(wú)效流失；灌后基礎(chǔ)整體性得到加強(qiáng)，通過(guò)蓄水運(yùn)行觀測(cè)，其壩基沉陷較小。