高進水塔復雜地基處理綜合施工技術(shù)

熊波

中國葛洲壩集團基礎工程有限公司 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)，開發(fā)任務以發(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，各塔之間均設永久縫。塔體建基面高程為731.00m，進水口底板高程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)

進水塔基礎主要地層為：C5層間錯動帶及其影響帶，Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2類巖體，F(xiàn)16斷層及其影響帶，P2β61層柱狀節(jié)理。C5錯動帶為泥夾巖屑型，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層間錯動帶、F16斷層及其影響帶是地基處理的重點，柱狀節(jié)理區(qū)表層裂隙是加固的主要對象[2]。高進水塔復雜地基處理需要運用綜合技術(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層間錯動帶及影響帶采用“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錯動帶及影響帶采用“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。

開挖基巖面淺表層裂隙采用固結(jié)灌漿的方式進行處理，其中：錯動帶固結(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

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

（1）摳槽開挖。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施工。摳槽及水平爆破采用分層爆破開挖，每層進深控制在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，其施工程序為：施工準備→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C9025W10F100二級配混凝土盡快進行置換施工，并沿開挖輪廓線布置一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋保護層為5cm。澆筑采用平澆法，布料機端口處連接皮筒，保證均勻布料。混凝土澆筑前需保持倉面潔凈和濕潤，及時覆蓋老混凝土面，混凝土每層下料厚度不超過50cm。混凝土澆筑完成以后，考慮后續(xù)還有底板混凝土，及時對混凝土面進行鑿毛處理，鑿毛標準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

基礎錨筋（束）施工須在開挖之后、底板混凝土澆筑之前完成。其施工程序為：孔位放樣→造孔→洗孔→錨筋（束）制作和安裝→注漿→結(jié)束。

（1）鉆孔：采用ROC40PC風動鉆機進行，鉆孔孔徑φ130mm。鉆孔施工時，孔位按設計圖紙進行測量定點，注意控制孔軸垂直偏斜角度、孔深誤差、孔距誤差等在設計允許的范圍內(nèi)。終孔深度為入巖4.5m，保持外露1.5m。

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

（3）錨筋（束）制作和安裝：3C32錨筋束的制作是用3根等長的C32錨筋捆成一束，中心綁一根1寸的鋼管，用作固定鋼筋及進漿管作用。每兩根之間用電焊間隔焊接，焊縫長度5cm，間隔1.0m。鋼筋（束）深入基巖4.5m，鋼筋的連接必須采用機械連接，不允許對接焊。

鋼筋（束）制作完成后采用吊車進行吊裝入孔，鋼筋（束）應下到孔底，并保留外露長度1.5m。

（4）注漿：采用強度等級M25的砂漿進行注漿施工，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

通過在塔體基礎布置系統(tǒng)固結(jié)灌漿孔，采用灌漿的方式對開挖后的表層裂隙進行補強處理。固結(jié)灌漿施工順序為：施工放樣→抬動觀測孔→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→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的方式進行。

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

壓水試驗在裂隙沖洗后灌漿施工前進行，壓水壓力采用該段灌漿壓力的80%，并不大于1MPa且滿足抬動要求。壓水試驗結(jié)合裂隙沖洗進行，即：裂隙沖洗20分鐘后再繼續(xù)采用壓力水沖洗10min結(jié)束。壓水試驗結(jié)果采用公式q＝Q/PL計算，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 五級水灰比，開灌水灰比采用3：1。灌漿孔段長劃分及壓力控制見表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，升壓中因巖體抬動或發(fā)生劈裂等不能達到規(guī)定設計壓力時，以不發(fā)生抬動或巖體劈裂的最大壓力灌漿結(jié)束[4]。

表1 灌漿孔段段長劃分及壓力控制表

灌漿段結(jié)束標準：在最大設計壓力下，當注入率不大于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)驗收合格后方可進行封孔。封孔采用“全孔灌漿封孔法”，具體方法為：先采用導管注漿法將孔內(nèi)余漿置換為0.5：1的濃漿，若灌漿以0.5：1濃漿結(jié)束，無需再置換孔內(nèi)漿液；若以其它比級稀漿結(jié)束，則需先對全孔采用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。預埋導向管部位采用導管注漿法進行補封。

（4）柱狀節(jié)理區(qū)施工：針對柱狀節(jié)理區(qū)普通水泥可灌性差的特點，創(chuàng)新提出采用濕磨漿液進行灌注。濕磨漿液由0.5：1的普通水泥漿液經(jīng)濕磨機制備而成，必須采用3臺濕磨機串聯(lián)使用，濕磨機應逐臺安裝檢測合格，呈“一”字型擺開。對于裂縫寬度為0.1-0.5mm的巖體濕磨細水泥漿液具有較好的灌漿效果[5]。

4.3.5 抬動控制：灌漿施工的各個環(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，應嚴格控制以下幾個方面。①灌漿方式必須采用“自上而下分段法”進行。②F16斷層、C5層間錯動帶等地質(zhì)缺陷部位禁止兩孔同時灌漿，其它區(qū)域同時灌漿的孔間距不應小于10m。③第1段應阻塞在混凝土與基巖接觸面進行。④嚴格執(zhí)行限流灌注的措施，所有灌漿孔段注入率應控制在20L/min以下，如有抬動趨勢應及時調(diào)整流量為10-15L/min。⑤抬動裝置按照15m的間距范圍布置，控制半徑按8m考慮，加密觀測。

5 結(jié)語

高進水塔地基基礎應能夠保證均勻沉降和基礎強度，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，10天內(nèi)完成底板混凝土覆蓋；斷層F16、層間錯動帶C5摳槽后應在3天內(nèi)完成混凝土置換，以免暴露時間過長或遇水對結(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]。

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