高寒地區(qū)廠房基礎(chǔ)無蓋重固結(jié)灌漿施工技術(shù)

楊大鴻，翁 銳，陳立成

(1.中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130；2.華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南 856000)

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

DG水電站廠房為右岸壩后式地面廠房，布置于11～14號(hào)壩段的下游，共布置4臺(tái)機(jī)組，機(jī)組安裝間為半窯洞式，位于右岸岸坡內(nèi)。

1.2 工程地質(zhì)條件

廠房1、2號(hào)機(jī)組、安裝間明段位于右岸岸坡，建基巖體為無卸荷、弱風(fēng)化下段或微風(fēng)化黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，屬Ⅲ1或Ⅱ類巖體。廠房3、4號(hào)機(jī)組位于主河床偏右岸，沖洪積漂卵石覆蓋，下伏基巖為無卸荷、弱風(fēng)化下段黑云母花崗閃長(zhǎng)巖。屬Ⅲ1類巖體。

2 本工程施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)根據(jù)原設(shè)計(jì)施工要求，本工程廠房基礎(chǔ)固結(jié)灌漿為有蓋重固結(jié)灌漿，但受前期開挖進(jìn)度滯后影響，廠房建基面3 340 m高程開挖到位較原計(jì)劃滯后約1年，而為了保證整個(gè)工程的施工進(jìn)度，保障首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露的廠房基礎(chǔ)實(shí)際地質(zhì)情況，由參建各方研究決定，廠房基礎(chǔ)擬采取無蓋重固結(jié)灌漿以保障廠房主體混凝土施工不受固結(jié)灌漿影響。由此，無蓋重固結(jié)灌漿施工時(shí)段為冬季。由于本工程冬季歷史最低氣溫達(dá)零下-20℃，如何保證漿液不結(jié)冰、保證漿液溫度及對(duì)灌漿后的作業(yè)面的保溫是工程的難點(diǎn)。

2)灌漿部位地質(zhì)較差，且有沖洪積漂卵石覆蓋層，采用常規(guī)地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔困難，施工進(jìn)度緩慢，不能滿足施工計(jì)劃要求；

3)灌漿過程中，射漿管易被漿液凝住，栓塞起拔困難，易造成孔故。

3 無蓋重灌漿試驗(yàn)

3.1 灌漿試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次灌漿試驗(yàn)擬結(jié)合生產(chǎn)同步實(shí)施，其試驗(yàn)的主要目的如下：

1)以設(shè)計(jì)要求的漿液配比參數(shù)為依托，通過試驗(yàn)選定合適的漿液配比。

2)獲得合適的灌漿程序，高效的灌漿工藝，合理的灌漿參數(shù)以及適宜的灌漿設(shè)備。

3)盡早的了解實(shí)際施工中可能出現(xiàn)的問題，為后續(xù)灌漿工作可能出現(xiàn)的類似問題尋找解決方案，為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，從而確保工期與灌漿質(zhì)量。

4)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)及解決可能遇到的其它施工問題。

3.2 位置選擇

廠房固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)選在4號(hào)機(jī)組3單元(壩下0+137.75至壩下0+128.75；壩右0+000.00至壩右0+006.5)區(qū)域，該區(qū)域基礎(chǔ)巖性為黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，弱風(fēng)化，弱卸荷，發(fā)育斷層計(jì)四條，走向以NW向?yàn)橹?，?.2～0.4 m，帶內(nèi)充填碎裂巖，碎塊巖及巖屑，局部夾泥，陡傾角節(jié)理發(fā)育，緩傾角節(jié)理局部發(fā)育。

3.3 孔位布置

試驗(yàn)區(qū)共3排9個(gè)灌漿孔，按照間排距為3.0 m，梅花形布置，孔深均為入巖8 m，見圖1所示。

3.4 溫控措施

根據(jù)氣象站實(shí)測(cè)氣溫資料，最低氣溫達(dá)到-13℃，為防止施工供水管不凍結(jié)，水溫達(dá)到規(guī)定要求，保證灌漿的正常進(jìn)行，采用以下方式進(jìn)行防凍處理：

1)為確保低溫季節(jié)漿液不結(jié)冰，對(duì)拌合水采取加溫措施，使其溫度處于20℃左右，主要采用合格的加溫?zé)崴?，并?duì)蓄水池采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料包裹。

2)灌漿過程中，利用配備的溫度計(jì)，8:00～22:00時(shí)段1 h測(cè)試一次水溫，22:00～8:00時(shí)段20 min測(cè)試一次水溫，要求保證水溫保持在5℃左右，同時(shí)做好記錄，若水溫低于5℃以下，應(yīng)停止制漿。待水溫至5℃及以上時(shí)恢復(fù)制漿。

3)灌漿水管及水泵進(jìn)行保溫保護(hù)，具體方法：在水管及水泵周圍纏繞發(fā)熱管，外采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料包裹，包裹結(jié)束后再在泡沫塑料外包裹一層1高密度聚乙烯或玻璃鋼進(jìn)行防凍保護(hù)。

4)鉆孔、灌漿過程中應(yīng)盡量保持連續(xù)，遇見特殊情況可根據(jù)以往工程灌漿經(jīng)驗(yàn)判斷，若中斷時(shí)間大于1 h以上時(shí)，即利用空壓機(jī)提供的風(fēng)將灌漿設(shè)備與灌漿管路吹洗干凈。

3.5 抬動(dòng)觀測(cè)分析及評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)區(qū)共布置1個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)孔，過程中安排專人進(jìn)行抬動(dòng)變形觀測(cè)，根據(jù)抬動(dòng)觀測(cè)資料顯示，從灌前測(cè)試孔施工開始直至檢查孔施工結(jié)束為止未發(fā)生抬動(dòng)現(xiàn)象。

3.6 物探測(cè)試

在該區(qū)域布置了CGJ-W1、CGJ-W2、CGJ-W3、CGJ-W4、CGJ-JC-3、CGJ-P共6個(gè)灌前灌后單孔聲波和鉆孔全景圖像檢測(cè)孔，通過物探測(cè)試，灌前灌后波速整體提高率在1.7%～4.1%，灌后本試驗(yàn)區(qū)巖體整體密實(shí)性有明顯提高，灌漿效果明顯。

表1 廠房基礎(chǔ)固結(jié)灌漿試驗(yàn)區(qū)灌前灌后波速特征值表

4 廠房無蓋重固結(jié)灌漿施工

4.1 固結(jié)灌漿施工程序

施工準(zhǔn)備→孔位放樣→抬動(dòng)孔施工→灌前測(cè)試孔(壓水試驗(yàn)、聲波、孔內(nèi)電視、變模)→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→灌后檢查孔施工(壓水試驗(yàn)、聲波、孔內(nèi)電視、變模)/灌前測(cè)試孔原孔對(duì)比(聲波、孔內(nèi)電視、變模)→質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)。

4.2 固結(jié)灌漿施工工藝

固結(jié)灌漿施工方法采用找平層固結(jié)灌漿，自上而下分段卡塞循環(huán)灌漿方法，灌漿施工分兩序進(jìn)行施工，見圖2。

圖2 灌漿施工工序圖

4.2.1 鉆孔

鉆孔次序同灌漿次序，為保證鉆機(jī)穩(wěn)定，孔斜達(dá)到規(guī)定要求，需在鉆機(jī)周圍安裝地錨螺栓將鉆機(jī)四個(gè)方向固定，地錨安裝完成后由技術(shù)質(zhì)檢人員驗(yàn)收，合格后及其他準(zhǔn)備工作就緒后經(jīng)監(jiān)理人同意開孔后按照孔位布置圖所示位置進(jìn)行鉆孔施工。鉆孔孔深偏差不大于設(shè)計(jì)孔深的1/40～1/20，方位角偏差不大于50。鉆孔過程中，如遇到斷層、破碎影響帶、掉塊塌孔等特殊情況時(shí)，由記錄員在鉆孔班報(bào)上進(jìn)行詳細(xì)記錄，作為分析鉆孔情況的依據(jù)。

4.2.2 裂隙沖洗、壓水

1)裂隙沖洗。用高壓水連續(xù)沖洗5～10 min，再將孔口壓力在極短時(shí)間內(nèi)突然降到零，形成反向脈沖流，當(dāng)回水由混變清后，再升到原來的沖洗壓力，持續(xù)5～10 min后，再次突然降到零，如此一升一降，一壓一放，反復(fù)沖洗，直至回水潔凈后，再延續(xù)10～20 min。有壓?jiǎn)慰讻_洗壓力宜控制在灌漿壓力的80%，壓力超過1 MPa時(shí)，宜采用1 MPa，但還必須滿足混凝土不抬動(dòng)。

2)壓水。采用簡(jiǎn)易壓水，可結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行，簡(jiǎn)易壓水壓力為設(shè)計(jì)灌漿壓力的80%，并不大于1MPa。壓入流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：在標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的壓力下每5 min測(cè)讀一次壓水流量，連續(xù)四次讀數(shù)中其最大值與最小值之差小于最終值的10%或1 L/min，該孔壓水試驗(yàn)即可結(jié)束，取最后的流量值作為計(jì)算流量，其成果以透水率表示。

4.2.3 灌漿

1)材料。各次序孔均采用42.5級(jí)普通水泥漿液灌注。

為提高漿液的凝結(jié)速度，通過分析對(duì)比，在水泥漿液中添加AJ速凝劑，按照3%水泥用量的摻量能夠?qū)⒊Ｒ?guī)的漿液初凝時(shí)間由常規(guī)12～15 h縮短至6～8 h，加快掃孔復(fù)灌進(jìn)度，確保施工效率。

2)壓力。灌漿壓力均按要求盡快達(dá)到設(shè)計(jì)值，1、2序孔第一段(0～3 m)灌漿壓力為0.1～0.2 MPa，1、2序孔第二段(3～8 m)灌壓力為0.3～0.5 MPa，在遇到特殊情況適時(shí)可適當(dāng)降低壓力，但不小于該段灌漿壓力下限值。

3)漿液比級(jí)。灌漿采用純水泥漿液，共分為2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1(重量比)4個(gè)比級(jí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況由稀到濃變換。

現(xiàn)場(chǎng)漿液控制：灌漿前、漿液變換時(shí)、灌漿結(jié)束時(shí)均應(yīng)測(cè)量漿液密度，灌漿過程中亦應(yīng)每隔15～30 min測(cè)量一次漿液密度，并測(cè)量漿液溫度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)單位注入率不大于1.0 L/min，繼續(xù)灌注60 min，即可結(jié)束灌漿。

5)封孔。采用“全孔灌漿封孔法”進(jìn)行灌漿封孔，即最末一段灌漿結(jié)束后，采用0.5∶1原漿置換整個(gè)孔段，最后把灌漿塞卡在孔口進(jìn)行純壓式封孔。封孔壓力為該孔最大壓力，時(shí)間不小于1 h，最后對(duì)孔口卡塞部位，采用水泥砂漿人工回填密實(shí)。

5 無蓋重灌漿數(shù)據(jù)及成果分析

5.1 灌漿數(shù)據(jù)分析

1)廠房基礎(chǔ)無蓋重固結(jié)灌漿各序灌漿孔單耗：1序孔平均單耗為301.13 kg/m，2序孔平均單耗為114.22 kg/m。

2)廠房基礎(chǔ)無蓋重固結(jié)灌漿灌前壓水試驗(yàn)共34段，透水率平均值為66.29 Lu，單孔透水率最大值為205.23 Lu，單孔透水率最小值為5.88 Lu；灌后檢查孔壓水試驗(yàn)共32段，透水率平均值為1.72 Lu，單孔透水率最大值為2.85 Lu，單孔透水率最小值為0.38 Lu。

3)物探孔共計(jì)15個(gè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值，每個(gè)孔全孔平均波速值均大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值4 500 m/s。

5.2 取得成果分析

在雅魯藏布江流域這樣的高寒地區(qū)地質(zhì)條件下，采取無蓋重灌漿施工的經(jīng)驗(yàn)基本沒有，本次無蓋重灌漿施工借這次高寒地區(qū)的地質(zhì)條件下，主要取得了以下效果，為以后該類環(huán)境和地質(zhì)條件下進(jìn)行無蓋重灌漿施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)：

1)解決了固結(jié)灌漿與混凝土澆筑相互干擾的矛盾，加快了施工進(jìn)度；

2)避免了有蓋重固結(jié)灌漿蓋板的抬動(dòng)與處理困難；

3)易于觀察巖石表面的串、冒漿問題，便于及時(shí)處理；

4)避免鉆壞混凝土內(nèi)埋設(shè)的冷卻水管、受力鋼筋、測(cè)試儀器等構(gòu)件；

5)節(jié)省了直接鉆混凝土或預(yù)埋導(dǎo)管的費(fèi)用。

6 結(jié) 語

廠房基礎(chǔ)無蓋重固結(jié)灌漿檢查孔巖芯采取率達(dá)到90%以上，物探測(cè)試均滿足設(shè)計(jì)要求。通過各種方式進(jìn)行檢查，灌漿活動(dòng)對(duì)巖體的整體密實(shí)性有明顯改善，灌漿效果是明顯的，所得數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值。

采用無蓋重灌漿能夠滿足本廠房基礎(chǔ)部位的施工要求，對(duì)保證廠房主體混凝土工程后續(xù)施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)起到了積極作用。同時(shí)對(duì)類似工程具有借鑒指導(dǎo)意義。