布侖口—公格爾水電站廠房基礎灌漿試驗研究

孫紅麗

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

布侖口—公格爾水電站廠房基礎灌漿試驗研究

孫紅麗

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

基礎灌漿是地基處理中比較常用的工程措施,在工程中廣泛應用。布侖口—公格爾水電站廠房基礎完全處于沖積含漂石砂卵礫石碎石層上,設計采用充填灌漿的方式,降低因開挖后基礎反彈引起的空隙比變化,提高其密實度,控制基礎的變形。本文詳細介紹了灌漿試驗方案和工藝措施,通過現(xiàn)場灌漿試驗獲得相關灌漿參數(shù),結論及建議用于指導基礎灌漿設計與施工。同時對灌漿試驗中的一些技術性問題進行了研究,并結合實際應用情況對基礎灌漿技術做進一步分析。

水電站;主廠房;基礎灌漿;泥漿固壁;不均勻沉降

1 工程概況

布侖口—公格爾水電站位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶境內的蓋孜河上游，為大(2)型二等工程。主要建筑物由攔河壩、泄洪沖砂兼導流洞、溢洪道、引水發(fā)電洞、電站廠房等組成。水電站內裝3臺67MW沖擊式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為200MW，發(fā)電流量38.22m3/s，毛水頭約636m。電站廠房由主廠房(包括主機間和安裝間)、副廠房、開關站和尾水箱涵等組成，建筑物級別為3級，廠房基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.26g。

主機間與安裝間之間設變形縫，主機間建基面高程2 621.79m，安裝間建基面高程2 630.34m，主機間底板尺寸:46.70m×20.70m(長×寬)，安裝間底板尺寸:22.05m×20.70m(長×寬)，廠區(qū)地面高程2 640.24m。

2 廠房基礎地質情況

廠房基礎完全置于I I I級階地第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵石碎石層上，約20m以下為下更新統(tǒng)冰磧含塊碎石砂壤土層，該地層物理力學性質較好，密實。所在區(qū)域地震基本烈度為Ⅷ度。根據地質資料廠房基礎允許承載力為0.4MP a，基礎土層基本物理指標如下:基礎粒徑＞200m m的漂石含量為14.0%～26.5%、200～60m m的卵石含量為22.0%～32.5%、60～2m m的礫石含量為30.0% ～46.5%、2～0.075m m的砂礫含量為10.5%～14.5%、＜0.075m m的細粒組含量為1.5%～2.0%，天然干密度為2.18～2.21g/c m3，天然含水率為0.5%～1.4%。最小干密度為1.84～1.87g/c m3，最大干密度為2.28～2.29g/c m3，相對密度為0.83～0.85，可灌比為96.8～122.8。直剪試驗飽和狀態(tài)下粘聚力為25.0～45.0MP a，內摩擦角為38°～40°。滲透系數(shù)為4.3×10-3～1.3×10-2c m/s，為中等強透水層。

3 廠房基礎處理的必要性和方式

廠房位于高地震區(qū)，其基礎為軟弱地層，在地震荷載、結構自重等外荷載作用下軟弱地基易產生不均勻變形，按照《水電站廠房規(guī)范》要求，需采用合理的基礎處理方式以適應廠房的不均勻沉降、控制總沉降量及提高抗震性，保證軟基上的水電站建筑物的安全。

廠房沉降變形計算結果表明:基礎存在不均勻沉降，其值不滿足規(guī)范要求。當遭遇地震時，地震首先引起的場地變形會加劇建筑物的破壞。為此對廠房的軟基必須慎重處理。

國內坐落在強地震區(qū)、深覆蓋層基礎上的水電站廠房是極少的，沒有現(xiàn)成的工程經驗可以借鑒，因此本工程基礎處理顯得特別重要。在水利工程建設中基礎灌漿是應用比較多的技術，其對地基的處理能夠取得很好的效果。

本工程基礎處理方式為充填灌漿。充填灌漿可降低因開挖后基礎反彈引起的空隙比變化，提高其密實度，控制基礎變形?；A灌漿可將松散的地基固結成整體，形成持力層，對提高地基承載力、防止地基沉降、減小不均勻沉降量及抵御地震破壞都有很好的作用。廠房開挖時基礎開挖高程比底板結構底面低0.5m，用C 20砼澆筑0.5m厚蓋板，并在蓋板上預埋灌漿管，待砼達到設計強度后，通過灌漿管對廠房基礎進行充填灌漿。

4 廠房基礎灌漿試驗

4.1 試驗目的

通過現(xiàn)場灌漿試驗復核地層的可灌性、確定灌漿材料及漿液配比、獲得地層灌漿參數(shù)，并通過試驗確定灌漿結束標準及質量檢查標準，保證廠房基礎地層充填灌漿施工的順利進行。

4.2 試驗區(qū)位置

結合現(xiàn)場條件，灌漿試驗區(qū)選在廠房左岸2640m高程平臺以外，試驗地層與主廠房地層相近，試驗區(qū)尺寸為14m×11m，按分序加密原則進行，同排分兩序施工。灌漿孔布置如圖1所示(圖中尺寸單位:m)。

圖1 灌漿孔布置

4.3 灌漿施工工藝及施工準備

試驗區(qū)灌漿孔間、排距為2m，鉆孔采用泥漿固壁鉆進施工方法，采用“孔口封閉、孔內循環(huán)、自上而下灌漿”的施工工藝。

施工準備:①試驗區(qū)混凝土蓋板厚度0.5m，采取灑水進行養(yǎng)護。②灌漿孔平行布置4排，間、排距為2m，梅花型布置，灌漿深度為深入地層10m。③灌漿孔用色漆標明在已澆筑好的混凝土蓋板上，統(tǒng)一編號，為試驗鉆孔灌漿提供準確的位置。④在灌漿孔正式施工前，必須預先用純水泥濃漿鑲鑄孔口套管(長度60c m，孔口出露10c m并帶絲扣)，套管內徑不小于80m m，套管鑲鑄待凝48h后可以進行鉆孔灌漿施工。⑤灌漿質量檢查采用灌前、灌后聲波檢測對比。因此在灌漿施工前，現(xiàn)場確定9個部位鉆孔，孔深0.4m，作為聲波物探檢測孔進行聲波測試并做好記錄。聲波物探檢測孔布置如圖2所示(圖中尺寸單位:m)。⑥在聲波檢測完成后，利用聲波物探檢測孔安裝抬動觀測裝置，抬動孔比灌漿孔應深1～2m。本灌漿試驗抬動觀測采用千分表，抬動觀測值應滿足設計要求。

圖2 聲波物探檢測孔布置

4.4 鉆孔施工

鉆孔孔位偏差控制在10c m以內，利用鈉化膨潤土固壁、φ 75金剛石鉆頭自上而下分段循環(huán)鉆進。鉆前保證鉆機水平并固定，立軸鉛直;鉆孔時盡可能使用較長鉆具，以保證鉆孔孔斜。為防止孔壁坍塌，鉆后、灌前進行鉆孔和裂隙沖洗時間宜短，一般應控制在10m i n左右。

4.5 ４灌漿實施過程

4.5.1 制漿

(1)灌漿水泥采用42.5R復合硅酸鹽水泥，細度滿足通過80μ m標準篩的篩余量不大于5%的要求。制漿材料按規(guī)定的漿液配比計量，計量誤差應小于5%，水泥采用質量(重量)稱量法計量。

(2)本工程采用2臺高速立式攪拌機(1200r/ m i n)，純水泥漿液攪拌時間控制在30s以上。漿液溫度控制在5～40。C。漿液自制備到用完不大于4h。

(3)漿液開灌水灰比為2∶1，共采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 4個比級。水泥漿液密度與水灰比關系(單位:g/c m3)見表1，配置100L水泥漿材料用量見表2。

表1 水泥漿液密度與水灰比關系

表2 配制水泥漿用料量

4.5.2 灌漿壓力、段長劃分

灌漿分段數(shù)為3段，自上而下段長分別為2、3、5m，灌漿段長度及各段灌漿壓力見表3。

表3 灌漿段長及灌漿升壓試驗壓力值

4.5.3 灌漿結束后待凝標準

根據水泥漿液凝固(初凝≥45m i n)時間試驗，現(xiàn)試驗區(qū)在每段灌漿結束后待凝時間均為3～5h，42.5R早強水泥即為速凝水泥，故為添加速凝劑。

4.5.4 灌漿設備及記錄儀器

灌漿設備按“一機一泵一槽一記錄”配置，即每臺鉆機配置1臺3SN S泥漿泵、1個Y J—340型雙筒攪拌槽、1臺N W2005型灌漿自動記錄儀及其配套的數(shù)據采集系統(tǒng)。其中，自動記錄儀各項指標如下:壓力范圍 0～9.99MP A，流量范圍 0～99.9L/m i n，數(shù)據采樣頻率4次/s，打印時間間隔5m i n，工作電壓22V、50H z。當每段灌漿結束后，其水泥注入量和單位注入量都會通過電腦自動計算，同時打印在每段的灌漿記錄后。

4.5.5 灌漿漿液變化原則

根據經驗，在砂礫石層內進行灌漿，其單耗很大，而且漿液的漏失量也比較大。因此，本次試驗采用下述漿液變換原則:①當灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或當注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比;②當某一比級的漿液注入量已達300L以上，而灌漿壓力和注入率無改變或改變不明顯時，應改濃一級;③當注入率大于30L/ m i n時，可根據具體情況越級變濃;④當灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應立即查明原因，采取相應處理措施。

4.5.6 灌漿結束標準

①在規(guī)定壓力下，單位注入率小于1L/m i n時持續(xù)灌注30m i n結束;②當單位注入率大于300L/ m i n時，延續(xù)灌注1h結束。

根據試驗區(qū)灌漿情況，最大單位注入率為69.45L/m i n，不滿足第②條結束標準。因此，采用在規(guī)定壓力下，單位注入率小于1L/m i n時持續(xù)灌注30m i n結束。

4.5.7 封孔

本工程采用“導管注漿封孔法”，即灌漿完成后采用水泥砂漿封孔并在待凝3h后人工進行二次封填。

試驗區(qū)封孔抽樣檢查結果表明:水泥砂漿分布良好，膠結均勻，斷口吻合，表面光滑度高。該封孔方法滿足設計及施工需要。

4.5.8 抬動

在灌漿開始前安裝抬動觀測裝置千分表，抬動觀測布置示意圖如圖3所示。

圖3 抬動觀測布置示意圖

在廠房基礎灌漿試驗區(qū)灌漿實施過程中，安排專人進行抬動觀測。每10m i n記錄1次千分表讀數(shù)，分析在灌漿壓力作用下地表是否抬動。4.6 灌漿試驗的效果分析及評價

4.6.1 試驗區(qū)鉆孔分析

4.6.2 試驗區(qū)抬動分析

試驗區(qū)抬動觀測數(shù)據表明，在最大灌漿壓力(0.45MP a)作用下，地表未抬動，灌漿壓力滿足觀測抬動值小于0.2m m要求。

4.6.3 灌漿統(tǒng)計分析

單位注入量最終統(tǒng)計見表4。

表4 單位注入量最終統(tǒng)計

從表4可看出，I序、I I序各次序孔總注入量和平均單位注入量呈遞減趨勢，遞減率為68.4%?；痉瞎酀{逐序加密、單位注入量遞減的規(guī)律。

4.6.4 試驗區(qū)灌前灌后聲波測試分析

由試驗區(qū)灌前、灌后7d和灌后30d聲波測速結果可以看出，試驗區(qū)灌前平均波速為410.6V s (m/s)，灌后7d平均波速為518.8V s(m/s)，波速提高率為31.2%。灌后30d平均波速為617.32V s (m/s)，波速提高率為 59.3%，滿足設計提高10%～20%的要求。

4.6.5 灌漿效果評價

經I序、I I序灌漿對比，各次序孔單位注入量逐漸減小。灌前、灌后聲波測試結果表明，波速提高率滿足設計要求。說明試驗區(qū)灌漿效果明顯。

4.6.6 結論與建議

(1)結論。試驗區(qū)的地質條件較差，可灌性好，漿液串通明顯;灌漿后的效果較好，地基承載力有所提高，可以滿足設計需要。

(2)建議。①建議砼蓋板厚度為0.5m，經養(yǎng)護72h后開始鉆孔施工。②建議灌漿孔間、排距為2m，梅花型布置，灌漿深度為深入地層10m。求，建議采用。⑥通過灌漿試驗分析，在灌漿壓力作用下，漿液可以滲透地層以下2～3m，因此建議采用灌漿段長為第1段2m，第2段3m，第3段5m。I序孔灌漿結束壓力為第1段0.2MP a，第2段0.3MP a，第3段0.4MP a;I I序孔灌漿結束壓力為第1段 0.25MP a，第 2段 0.35MP a，第 3段0.45MP a。⑦建議單位注入率小于1L/m i n時，持續(xù)灌注30m i n結束灌漿。⑧建議采用“導管注漿封孔法”，即灌漿完成后采用水泥砂漿封孔并在待凝3h后人工進行二次封填。⑨建議灌后質量檢查主要以物探聲波測試為主，合格標準為灌后較灌前提高10%～20%。

5 結語

本文介紹的布侖口—公格爾水電站廠房基礎灌漿試驗方案和工藝措施，可供類似工程參考。通過現(xiàn)場灌漿試驗獲得的灌漿參數(shù)，結論及建議成為廠房基礎地層充填灌漿施工的直接依據。

對于建在軟弱地層上的水電站建筑物，地基地質條件通常不適合，而建筑物功能上的需求決定了其對地基的要求是非常嚴格的，因此必須選擇合適的地基處理方案，使地基處理后達到設計要求。經統(tǒng)計分析，基礎灌漿是軟弱地基處理的首選方案。

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T V 543+.15

B

1008-1305(2016)05-0098-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.034

2016-03-21

孫紅麗(1973年—)，女，高級工程師。