砂卵石地基綜合防滲加固施工技術的應用

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的應用

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,由于基礎未處理或處理未達到理想效果,運行過程中出現壩基礎滲漏、壩身沉降、開裂,嚴重時出現管涌、垮壩等事故。砂卵石基礎出現此類情況后,施工處理難度大,往往需要采用綜合防滲加固技術,才能達到預期目的。以廣西某閘壩式水電站為例,介紹砂卵石基礎內綜合防滲加固施工技術的應用,供類似工程參考。

綜合防滲加固技術;砂卵石基礎;帷幕灌漿;高壓旋噴灌漿;雙液灌漿;固結灌漿

1 工程概況

廣西某閘壩式水電站,主體工程于2010年下閘蓄水運行1年后,發現閘壩下游側砂卵石基礎內有黃色泥水及氣泡冒出,交通橋通過載重車輛時,問題更加嚴重。經全面觀測,閘壩主河床部位基礎出現了較嚴重滲漏,壩身局部出現沉降及裂縫。2011年先后經兩家單位對滲水部位進行了防滲加固處理,但效果均不理想。后經綜合考慮,選擇壩前高壓旋噴灌漿接帷幕灌漿進行防滲、壩后實行雙液灌漿固結綜合防滲加固技術,考慮技術的難度,業主采用設計施工總承包方式確定由本公司承擔該閘壩加固處理施工。

2 工程地質條件與處理對象

閘壩基礎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;下部基巖為硅質巖、炭質泥巖、炭質灰巖等。

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

3 加固設計方案

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

在閘壩基礎上游側,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采用雙液灌漿[1]固結基礎,提高基礎的整體防滲和承載能力。閘門上游側基礎砂卵石地層采用雙排高壓旋噴灌漿[2](施工參數根據現場試驗確定),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);閘壩下游側基礎砂卵石層基礎布置四排固結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

4.1 施工順序

①上游鋼構施工平臺搭設;②高壓旋噴實驗;③上游高壓旋噴灌漿;④帷幕灌漿實驗;⑤上游帷幕灌漿;⑥下游平臺搭設;⑦下游雙液灌漿;⑧固結灌漿實驗;⑨固結灌漿。

4.2 施工作業平臺

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,結合施工方案中設備器材狀況,擬采用鋼管樁結合槽鋼金屬結構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;鋼結構與砼閘墩連接處利用高強度螺桿與砼基礎固定施工平臺。所有鋼管樁縱向間距為3 m,鋼結構連接全部采用焊接。

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 高壓旋噴灌漿試驗參數

本工程根據設計要求對高壓旋噴灌漿進行了試驗孔施工,試驗孔分兩組試驗區,布置在三號閘壩和四號閘壩內,每組試驗布置5個孔,上游排孔距分別為0.65和0.85 m,采用表1不同參數進行試驗。

表1 高壓旋噴灌漿試驗采用參數表

4.3.2 試驗成果

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

(2) 試驗結果。所有參加試驗取芯的單位均一致認同試驗結果為成功,高壓旋噴灌漿能在壩基礎形成防滲墻體。由建設方主持召開高壓旋噴灌漿施工參數確定的會議,會議中經過建設、監理、施工等單位研究并制定高壓旋噴灌漿施工參數:孔距85 cm、排距40 cm,其它參數如表2。

表2 高壓旋噴灌漿施工參數表

4.3.3 施工后檢查孔成果

按照試驗確定的施工參數在施工后對該分部工程進行質量檢查,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,檢查孔采用鉆機對防滲墻體進行抽芯及注水試驗檢查(表3)。

檢查孔檢查結果與設計標準1.0×10-5cm/s相比,滿足設計要求,處理效果優良。

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施工準備;②鉆孔放樣;③先導孔施工;④Ⅰ序孔施工;⑤Ⅱ序孔施工;⑥雙液質量檢查;⑦資料整理;⑧工程質量評定與驗收。

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施工準備;②鉆孔定位;③固定機具;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灌漿。上下游水位差大,存在較大揚壓力及涌水,在這種情況下,為控制漿液不致流失太遠,又能有效擴散到搭接范圍,使漿液在合適的時間內凝固。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節,結石率100%,結石體抗壓強度達10～20 MPa以上,在保證管路暢通、不堵塞孔的情況下,能使漿液在預期的時間內凝固,并形成有效的防滲帷幕。

漿材配比試驗根據該工程的特點選擇性進行。根據已有試驗成果和成功經驗選擇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,適時根據鉆孔灌漿情況進行調整。

4.4.3 效果檢查

檢查孔注水試驗采用常水頭注水試驗法進行滲透系數檢查,檢查孔成果如表5。

檢查孔檢查結果與設計標準1.0×10-5cm/s相對比,滿足設計要求,質量合格。

表5 雙液灌漿檢查孔成果表

4.5 壩體范圍內砂卵石基礎固結灌漿施工

4.5.1 總體布置

根據設計要求,固結灌漿施工分四排,上、下游各兩排,每閘室4個孔。固結灌漿按兩序孔施工,采用自下而上灌漿方法。孔深為壩基面砂卵石層至基巖面下1～2.0 m;固結灌漿施工壓力0.5 MPa。施工過程中根據可灌性程度、抬動壩基礎的最大值要求等進行調整,在灌漿施工中壓力一般控制在0.5 MPa。

4.5.2 固結灌漿試驗程序

①施工準備;②按照設計圖紙放樣定孔位;③鉆機固定安裝(固排);④鉆壩體砼;⑤換內絲鉆桿打吊錘(利用吊錘扎入設計孔深)鉆入砂卵石層;⑥分序進行各固結灌漿孔的鉆灌施工;⑦效果檢測;⑧資料整理提交。

4.6 固結灌漿成果及效果檢查

固結灌漿施工孔數104個,施工過程中,對每孔灌漿情況進行了記錄,并整理分析,固結灌漿共完成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、序統計情況如表6。

該分部工程完成28 d后,對該分部工程進行質量檢查,檢查孔7個,布置在每單元各閘室中心第二排固結灌漿軸線上,檢查孔采用地質鉆機對防滲墻體進行鉆孔,采用降水頭注水試驗檢查,檢查結果:檢查孔與設計標準1.0×10-5cm/s相對比,符合要求,質量合格。

5 結語

本工程因壩基內均為一定厚度的砂卵石基礎,分布廣,在施工前閘壩基礎滲漏嚴重并伴隨有管涌發生,采用單一處理辦法難以滿足設計要求。采用綜合防滲加固施工技術對壩基下廣布的砂卵石強透水層進行防滲加固處理,滲漏得到有效控制,壩后看不到閘壩基礎有滲水情況,并經過業主委托的第三方檢查結果表明,此次閘壩基礎防滲灌漿符合設計要求,為工程及時排除了安全隱患。

表6 固結灌漿綜合統計表

表7 固結灌漿檢查孔成果表

[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.高壓旋噴灌漿技術在處理壩基砂卵石透水層中的應用[J].水利科技，2007(9):81-82.

(責任編輯：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,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

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.010.html 數字出版日期:2016-05-11 15:36