孫 朝

(湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司,湖南 長沙 410007)

砂卵石地基綜合防滲加固施工技術(shù)的應(yīng)用

孫 朝

(湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司,湖南 長沙 410007)

諸多閘壩工程直接坐落在砂卵石地層上,由于基礎(chǔ)未處理或處理未達(dá)到理想效果,運(yùn)行過程中出現(xiàn)壩基礎(chǔ)滲漏、壩身沉降、開裂,嚴(yán)重時出現(xiàn)管涌、垮壩等事故。砂卵石基礎(chǔ)出現(xiàn)此類情況后,施工處理難度大,往往需要采用綜合防滲加固技術(shù),才能達(dá)到預(yù)期目的。以廣西某閘壩式水電站為例,介紹砂卵石基礎(chǔ)內(nèi)綜合防滲加固施工技術(shù)的應(yīng)用,供類似工程參考。

綜合防滲加固技術(shù);砂卵石基礎(chǔ);帷幕灌漿;高壓旋噴灌漿;雙液灌漿;固結(jié)灌漿

1 工程概況

廣西某閘壩式水電站,主體工程于2010年下閘蓄水運(yùn)行1年后,發(fā)現(xiàn)閘壩下游側(cè)砂卵石基礎(chǔ)內(nèi)有黃色泥水及氣泡冒出,交通橋通過載重車輛時,問題更加嚴(yán)重。經(jīng)全面觀測,閘壩主河床部位基礎(chǔ)出現(xiàn)了較嚴(yán)重滲漏,壩身局部出現(xiàn)沉降及裂縫。2011年先后經(jīng)兩家單位對滲水部位進(jìn)行了防滲加固處理,但效果均不理想。后經(jīng)綜合考慮,選擇壩前高壓旋噴灌漿接帷幕灌漿進(jìn)行防滲、壩后實(shí)行雙液灌漿固結(jié)綜合防滲加固技術(shù),考慮技術(shù)的難度,業(yè)主采用設(shè)計(jì)施工總承包方式確定由本公司承擔(dān)該閘壩加固處理施工。

2 工程地質(zhì)條件與處理對象

閘壩基礎(chǔ)上部為第四系沖積層與殘坡積層,該層主要為粒徑粗大的松散砂卵石、含碎石粘土,厚度6～9 m;下部基巖為硅質(zhì)巖、炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)灰?guī)r等。

閘壩共16個閘室,其中1#-7#閘室基礎(chǔ)坐落在砂卵石地層上,砂卵石厚度約為6～9 m。閘門前基礎(chǔ)砂卵石采用旋噴灌漿,下部為強(qiáng)風(fēng)化泥巖,厚度約為3～5 m,采用高噴墻下接帷幕灌漿;閘門后基礎(chǔ)砂卵石采用雙液灌漿進(jìn)行固結(jié)。

3 加固設(shè)計(jì)方案

本工程防滲加固處理范圍為1#-7#閘壩基礎(chǔ),采用的主要施工工藝為高壓旋噴灌漿、雙液灌漿、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿。

在閘壩基礎(chǔ)上游側(cè),采用雙排高壓旋噴灌漿形成有效的防滲墻體;閘壩中部及下游基礎(chǔ)采用雙液灌漿[1]固結(jié)基礎(chǔ),提高基礎(chǔ)的整體防滲和承載能力。閘門上游側(cè)基礎(chǔ)砂卵石地層采用雙排高壓旋噴灌漿[2](施工參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定),高壓旋噴防滲墻體以下基巖采用單排帷幕灌漿(帷幕灌漿軸線布置在上游排高壓旋噴軸線上);閘壩下游側(cè)基礎(chǔ)砂卵石層基礎(chǔ)布置四排固結(jié)灌漿和一排雙液帷幕灌漿。平面布置如圖1。

4 綜合防滲加固技術(shù)

4.1 施工順序

①上游鋼構(gòu)施工平臺搭設(shè);②高壓旋噴實(shí)驗(yàn);③上游高壓旋噴灌漿;④帷幕灌漿實(shí)驗(yàn);⑤上游帷幕灌漿;⑥下游平臺搭設(shè);⑦下游雙液灌漿;⑧固結(jié)灌漿實(shí)驗(yàn);⑨固結(jié)灌漿。

4.2 施工作業(yè)平臺

本工程施工部位在主河道上,河床寬度約370 m,最大水深9 m,結(jié)合施工方案中設(shè)備器材狀況,擬采用鋼管樁結(jié)合槽鋼金屬結(jié)構(gòu)搭建施工平臺的方案,保證防洪度汛和施工安全。

上游施工平臺規(guī)格為6 m(寬)×94 m(長)的總體平臺,共布置三排鋼管樁,第一排布置在距砼閘墩上游邊線3.7 m處;第二排布置在距砼閘墩上游1 m處;第三排布置在距砼閘墩下游1 m處;鋼結(jié)構(gòu)與砼閘墩連接處利用高強(qiáng)度螺桿與砼基礎(chǔ)固定施工平臺。所有鋼管樁縱向間距為3 m,鋼結(jié)構(gòu)連接全部采用焊接。

圖1 灌漿平面布置圖Fig.1 Plane arrangement chart of grouting

4.3 高壓旋噴灌漿施工

4.3.1 高壓旋噴灌漿試驗(yàn)參數(shù)

本工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求對高壓旋噴灌漿進(jìn)行了試驗(yàn)孔施工,試驗(yàn)孔分兩組試驗(yàn)區(qū),布置在三號閘壩和四號閘壩內(nèi),每組試驗(yàn)布置5個孔,上游排孔距分別為0.65和0.85 m,采用表1不同參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 高壓旋噴灌漿試驗(yàn)采用參數(shù)表

4.3.2 試驗(yàn)成果

(1) 試驗(yàn)檢查孔取芯及檢測。高壓旋噴灌漿試驗(yàn)完成15 d后,采用2臺鉆機(jī)對試驗(yàn)組進(jìn)行了取芯,并對芯樣進(jìn)行了對比分析和檢測:①肉眼觀察。芯樣膠結(jié)較完整,有明顯的水泥結(jié)石,且較為密實(shí);但鉆孔時,水泥凝期未到,膠結(jié)體松軟。4號試驗(yàn)組芯樣比3號試驗(yàn)組芯樣更完整,見大量水泥膠凝體芯柱。②鹽酸試驗(yàn)。對芯樣上水泥成分用鹽酸測試,所有芯樣滴鹽酸后,芯樣產(chǎn)生氣泡。③注水試驗(yàn)。在3號閘室65 cm孔距的取芯孔內(nèi)做注水試驗(yàn),試驗(yàn)段長5 m,通過現(xiàn)場計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果K=7.6×10-7cm/s。

(2) 試驗(yàn)結(jié)果。所有參加試驗(yàn)取芯的單位均一致認(rèn)同試驗(yàn)結(jié)果為成功,高壓旋噴灌漿能在壩基礎(chǔ)形成防滲墻體。由建設(shè)方主持召開高壓旋噴灌漿施工參數(shù)確定的會議,會議中經(jīng)過建設(shè)、監(jiān)理、施工等單位研究并制定高壓旋噴灌漿施工參數(shù):孔距85 cm、排距40 cm,其它參數(shù)如表2。

表2 高壓旋噴灌漿施工參數(shù)表

4.3.3 施工后檢查孔成果

按照試驗(yàn)確定的施工參數(shù)在施工后對該分部工程進(jìn)行質(zhì)量檢查,檢查孔位置布置在每閘墩正前方,位于高壓旋噴兩排中心軸線部位,檢查孔采用鉆機(jī)對防滲墻體進(jìn)行抽芯及注水試驗(yàn)檢查(表3)。

檢查孔檢查結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.0×10-5cm/s相比,滿足設(shè)計(jì)要求,處理效果優(yōu)良。

4.4 雙液帷幕灌漿施工

4.4.1 雙液灌漿施工總程序

雙液灌漿施工總程序:①施工準(zhǔn)備;②鉆孔放樣;③先導(dǎo)孔施工;④Ⅰ序孔施工;⑤Ⅱ序孔施工;⑥雙液質(zhì)量檢查;⑦資料整理;⑧工程質(zhì)量評定與驗(yàn)收。

表3 高壓旋噴灌漿檢查孔成果表

雙液灌漿單孔施工程序:①施工準(zhǔn)備;②鉆孔定位;③固定機(jī)具;④確定鉆孔(錘擊)方式;⑤自下而上灌漿;⑥封孔;⑦單孔資料整理提交。

4.4.2 灌漿漿液配合比

本工程屬于動水條件下砂卵石基礎(chǔ)灌漿。上下游水位差大,存在較大揚(yáng)壓力及涌水,在這種情況下,為控制漿液不致流失太遠(yuǎn),又能有效擴(kuò)散到搭接范圍,使?jié){液在合適的時間內(nèi)凝固。采用水泥—水玻璃雙液漿方法,膠凝時間在幾秒—幾十分鐘之間隨意調(diào)節(jié),結(jié)石率100%,結(jié)石體抗壓強(qiáng)度達(dá)10～20 MPa以上,在保證管路暢通、不堵塞孔的情況下,能使?jié){液在預(yù)期的時間內(nèi)凝固,并形成有效的防滲帷幕。

漿材配比試驗(yàn)根據(jù)該工程的特點(diǎn)選擇性進(jìn)行。根據(jù)已有試驗(yàn)成果和成功經(jīng)驗(yàn)選擇1∶1和0.8∶1的水灰比,分別摻加3%、5%、7%、10%的四種不同水玻璃摻量進(jìn)行漿液初、終凝時間,流動性,析水率的測定。使用的配合比見表4。

表4 雙液漿配比和性能表

施工過程中,采用5%的水玻璃摻量為基數(shù),適時根據(jù)鉆孔灌漿情況進(jìn)行調(diào)整。

4.4.3 效果檢查

檢查孔注水試驗(yàn)采用常水頭注水試驗(yàn)法進(jìn)行滲透系數(shù)檢查,檢查孔成果如表5。

檢查孔檢查結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.0×10-5cm/s相對比,滿足設(shè)計(jì)要求,質(zhì)量合格。

表5 雙液灌漿檢查孔成果表

4.5 壩體范圍內(nèi)砂卵石基礎(chǔ)固結(jié)灌漿施工

4.5.1 總體布置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,固結(jié)灌漿施工分四排,上、下游各兩排,每閘室4個孔。固結(jié)灌漿按兩序孔施工,采用自下而上灌漿方法?？咨顬閴位嫔奥咽瘜又粱鶐r面下1～2.0 m;固結(jié)灌漿施工壓力0.5 MPa。施工過程中根據(jù)可灌性程度、抬動壩基礎(chǔ)的最大值要求等進(jìn)行調(diào)整,在灌漿施工中壓力一般控制在0.5 MPa。

4.5.2 固結(jié)灌漿試驗(yàn)程序

①施工準(zhǔn)備;②按照設(shè)計(jì)圖紙放樣定孔位;③鉆機(jī)固定安裝(固排);④鉆壩體砼;⑤換內(nèi)絲鉆桿打吊錘(利用吊錘扎入設(shè)計(jì)孔深)鉆入砂卵石層;⑥分序進(jìn)行各固結(jié)灌漿孔的鉆灌施工;⑦效果檢測;⑧資料整理提交。

4.6 固結(jié)灌漿成果及效果檢查

固結(jié)灌漿施工孔數(shù)104個,施工過程中,對每孔灌漿情況進(jìn)行了記錄,并整理分析,固結(jié)灌漿共完成691 m,平均孔深6.6 m,水泥總耗量243 t,平均單耗水泥0.35 t。各排、序統(tǒng)計(jì)情況如表6。

該分部工程完成28 d后,對該分部工程進(jìn)行質(zhì)量檢查,檢查孔7個,布置在每單元各閘室中心第二排固結(jié)灌漿軸線上,檢查孔采用地質(zhì)鉆機(jī)對防滲墻體進(jìn)行鉆孔,采用降水頭注水試驗(yàn)檢查,檢查結(jié)果:檢查孔與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.0×10-5cm/s相對比,符合要求,質(zhì)量合格。

5 結(jié)語

本工程因壩基內(nèi)均為一定厚度的砂卵石基礎(chǔ),分布廣,在施工前閘壩基礎(chǔ)滲漏嚴(yán)重并伴隨有管涌發(fā)生,采用單一處理辦法難以滿足設(shè)計(jì)要求。采用綜合防滲加固施工技術(shù)對壩基下廣布的砂卵石強(qiáng)透水層進(jìn)行防滲加固處理,滲漏得到有效控制,壩后看不到閘壩基礎(chǔ)有滲水情況,并經(jīng)過業(yè)主委托的第三方檢查結(jié)果表明,此次閘壩基礎(chǔ)防滲灌漿符合設(shè)計(jì)要求,為工程及時排除了安全隱患。

表6 固結(jié)灌漿綜合統(tǒng)計(jì)表

表7 固結(jié)灌漿檢查孔成果表

[1] 周燦,路蒞楓.水泥水玻璃雙液灌漿在砂卵石圍堰中的運(yùn)用[J].湖南交通科技，2015，41(2):184-185.

[2] 李海軍,楊志軍,司天秀.高壓旋噴灌漿技術(shù)在處理壩基砂卵石透水層中的應(yīng)用[J].水利科技，2007(9):81-82.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Application of Comprehensive Reinforcement Technologyof Sandy Pebble Foundation

SUN Chao

(HunanHongyuWaterResourcesandHydropowerGeotechnicalEngineeringLtd.,Changsha,Hunan410007)

Many dam projects are located directly on the sand and cobble stratum.Due to the basis of untreated or treated not reached the desired effect,operations appear dam foundation seepage and settlement of dam body,dam body crack.After the occurrence of such cases,the construction process is difficult,often need to use the comprehensive reinforcement technology,in order to achieve the desired objectives.Taking a dam type hydropower station in Guangxi as an example,this paper introduces the application of the construction technology of the comprehensive seepage prevention and reinforcement,which provides reference for similar projects.

comprehensive reinforcement technology; sandy pebble foundation; curtain grouting; high pressure jet grouting; double liquid grouting; consolidation grouting

2016-04-29;改回日期:2016-05-23

孫朝(1986-),男,助理工程師,水利建筑工程專業(yè),從事水利水電巖土工程勘察工作。E-mail:303509480@qq.com

TV543

A

1671-1211(2016)03-0344-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.023

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.010.html 數(shù)字出版日期:2016-05-11 15:36