沐若水電站基礎處理施工的技術管理應用

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410000）

沐若水電站工程地處馬來西亞婆羅洲島的砂撈越州，壩址位于拉讓（Rajang）河流域源頭沐若河上，沐若水電站工程總體布置由碾壓混凝土重力壩、壩身無閘控表孔泄洪、左岸布置兩條導流洞、壩后生態(tài)電站以及下游12 km 處右岸地面式廠房、右岸引水系統(tǒng)等建筑物組成。工程主要任務是發(fā)電，水庫正常蓄水位540 m，死水位515 m，總庫容120.43 億m3，調節(jié)庫容54.75億m3。右岸引水發(fā)電廠房裝機4 臺，單機容量為236 MW，電站總裝機容量為944 MW。在沐若水電站的基礎處理中，通過對各項技術工作的管理，施工進度、施工質量及工程效益等方面均取得了良好的效果。

1 合理改進錨筋樁結構，廠房后邊坡?lián)岆U加固順利實施

根據(jù)沐若水電站基礎的實際情況，通過調整錨筋樁結構，改變灌漿材料，合理安排施工程序，廠房后邊坡?lián)岆U加固施工得以順利實施。廠房后邊坡位于廠房邊坡后緣，EL.230.8 m 以上馬道均可見位移裂縫，具有垮塌風險，嚴重威脅廠房施工進度與安全。為了防止邊坡變形進一步擴大，保證電站發(fā)電整體工期以及運行期安全，需要盡快組織施工。由于初期設計圖紙的技術要求無法在當時的施工環(huán)境下實施，經與各方溝通，對鉆孔孔徑、錨筋樁結構等技術要求以及施工工序進行調整，順利地組織了搶險加固施工。

從前期支護看，設計的排水孔孔深較淺，主要用于淺層排水，且孔內保護只有孔口1 m，因此山體深層潛水無法及時排出，地下水的積累導致裂隙加速發(fā)展。根據(jù)現(xiàn)場開裂部位及程度，確定了施工程序。第一階段首先在EL.250 m 馬道施工布置排水孔1 排，盡快將邊坡水壓釋放，其次在進入雨季前在250、260 馬道附近施工布置1～2 排錨筋樁孔，將位移較大部位進行前期錨固，減少邊坡變形，并調整該部位錨筋樁孔距為1.5 m，鉆孔孔徑為Ф120 mm，錨筋樁采用焊接連接。243.5 m高程錨筋樁同時進行施工。然后第二階段投入3～4 臺潛孔鉆進行施工，從243.5 m 高程從下至上分排全面展開施工，并將設計要求的排水孔在錨筋樁施工完后施工完成，全孔孔內保護。經過改進與組織施工，達到如下效果：

1）錨筋樁結構改進（典型剖面見圖1），使現(xiàn)場具備施工條件，縮短了施工準備期。同時避免在該地質情況下孔徑過大的塌孔風險。

圖1 修改后錨筋樁典型剖面圖

2）將灌注砂漿改為灌注純水泥漿，使對土層或強風化裂縫充填更有效，同時避免堵管（由于進漿管采用的Ф20 mm 的PVC 管）。

3）將大型承重排架改為小型施工平臺施工，減少了滿坡排架輔助工序搭設難度，加快了施工進度。

4）根據(jù)規(guī)范，改進搭接工藝，減少焊接工程量，同時也確保了質量與進度。

5）分析裂縫成因，合理劃分施工階段以及施工順序，化解垮塌風險。

后期通過拉拔試驗對質量進行檢查，試驗結果滿足設計要求。錨筋樁的設計荷載為600 kN，最大張拉荷載按照150%進行控制，拉拔試驗實際最大荷載為900 kN。錨筋樁張拉檢查情況詳見下表1。

表1 錨筋樁拉拔試驗統(tǒng)計表

通過邊坡布置的多點位移計觀測成果分析，從監(jiān)測曲線可以看出加固前后的效果，施工邊坡位移變形量（ΣX、ΣY、ΣH）急劇陡增（其中ΣX 陡增約200 mm，ΣY 陡增約35 mm，ΣH 陡增約99 mm），邊坡有失穩(wěn)滑坡的危險。錨筋樁錨固施工開始1 個月后，邊坡的位移變形值開始縮小，上升曲線很微弱。施工完成錨筋樁1～13 排時邊坡位移變形值就已趨于穩(wěn)定，沒有明顯的上升和下降的趨勢，始終恒定在一個范圍內，稍有波動，位移變形值基本很?。ㄆ渲锌赡苡幸矶幢崎_挖振動的影響），并一直隨時間延續(xù)，維持在一個相對穩(wěn)定的狀況，加固效果十分明顯。廠房后側邊坡典型監(jiān)測點變形位移趨勢詳見圖1、圖2。

圖1 廠房后邊坡監(jiān)測點C01 孔變形位移趨勢圖

圖2 廠房后邊坡監(jiān)測點C16 孔變形位移趨勢圖

2 結合國內外灌漿理論進行固結灌漿試驗

由于沐若水電站業(yè)主聘請了西方獨立評審團，對固結灌漿提出了多種理論觀點，無法完全按照國內的規(guī)范進行施工，因此通過5 個試驗區(qū)的試驗，分別對高壓濃漿理念、GIM 工法、開灌水灰比、單一與多級水灰比對比等理念進行對比試驗，選擇符合沐若水電站工程地質條件的施工參數(shù)。試驗結論如下：

1）可充分發(fā)揮現(xiàn)場管理者的經驗特長，靈活采用各種灌漿施工工藝，具體由現(xiàn)場確定，即灌漿工藝可以采用“自上而下”、“自下而上”、“綜合灌漿”方法。

2）綜合GIN 與國內灌漿方法，通過漿液試驗確定采用1.5∶1 水灰比進行開灌，采用1.5∶1、1∶1、0.5∶1 三級水灰比。

為了檢測水泥漿性能以及觀測泌水性變化，首先對3∶1 等7 個水灰比級進行了漿液試驗，并對水灰比為2∶1、1.5∶1、1∶1 等3 個比級的純水泥漿液進行了摻入膨潤土的試驗，試驗檢測數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)表2 可知，漿液加入4%膨潤土之后其泌水率得到很大的改善，但是抗壓強度也隨之大幅度降低。而固結灌漿主要是提高壩基基礎的整體性能，因此為了保證水泥結石強度，固結灌漿漿液不摻入膨潤土。

表2 沐若水電站大壩基礎固結灌漿漿液試驗檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

固結灌漿試驗的灌注漿液選擇了以下4 組漿液配比，具體見表3。

表3 大壩固結灌漿漿液初步選定表

第一組與第二組試驗對比結果：無論是頁巖區(qū)域還是砂巖部位，以1.5∶1 和2∶1 開灌的區(qū)域，透水率均能滿足設計要求（透水率≤3 Lu）。聲波檢測結果顯示，水灰比1.5∶1 開灌與水灰比2∶1 開灌的區(qū)域灌后聲波平均值增長雖有差異，但不明顯，其中水灰比2∶1 開灌的區(qū)域灌后聲波平均值比灌前增長10.02%，1.5∶1 開灌的區(qū)域灌前比灌后增長11.66%，灌后聲波的均勻性1.5∶1 開灌區(qū)比2∶1 開灌區(qū)好。因此后期選擇了1.5∶1、1∶1、0.5∶1 等三級水灰比進行灌注。

采用第三組漿液進行試驗的目的是將固結灌漿試驗的三級水灰比簡化為兩級，灌注試驗區(qū)I 序孔灌漿384 m，平均單耗為139.5 kg/m，II 序孔灌漿384 m，平均單耗為58.2 kg/m，I 序與II 序孔比較，單位注入率遞減明顯。試驗區(qū)共布置6 個灌后檢查孔，壓水試驗12段，其中透水率最小值為1.53 Lu，最大值為5.27 Lu（已超過設計標準3 Lu 的150%），透水率超過設計標準的有6 段，占總段數(shù)的50%。試驗區(qū)灌后聲波值比灌前聲波值平均提高8.02%，小于第一、二組聲波提高值。根據(jù)壓水試驗結果以及聲波檢測結果，生產中不采用該組水灰比漿液。

第四組水灰比試驗目的是研究該組水灰比及布孔型式對大壩基巖裂隙發(fā)育程度、斷層和軟弱夾層（夾泥層）影響部位的灌漿效果，因此選擇裂隙發(fā)育且連通率較好的砂巖區(qū)域進行試驗，水灰比采用1∶1、0.5∶1 的水泥漿液，加密灌漿孔孔排距為2.0 m×2.0 m。試驗區(qū)共布置5 個灌后檢查孔，壓水試驗總段數(shù)10 段，透水率均小于設計標準（3 Lu）。灌后布置了3 個孔內錄像孔，從孔內錄像資料分析可知，基巖內裂隙內水泥結石充填率較高，充填飽滿與密實。因此，第四組水灰比漿液選擇用于裂隙發(fā)育、斷層和軟弱夾層這類影響較大的缺陷部位，根據(jù)第三組的檢測結果，其他部位不予采用。

3）采用純壓式灌漿，可提高施工工效、降低水泥損耗。

4）采用回轉鉆與沖擊鉆成孔，固結灌漿采用CM351 進行沖擊鉆孔，減少設備投入，人工成本也大大降低。

3 多階段試驗，優(yōu)選帷幕灌漿施工參數(shù)

由于受庫區(qū)地形影響，該水電站EL.480 m 以下蓄水上升極快，1～2 個月即可達到EL.480 m 高程，而受混凝土蓋重的影響，帷幕灌漿必須在較短的工期內完成，因此為了尋求帷幕灌漿合適的施工參數(shù)，沐若水電站共選擇了4 個區(qū)，分3 階段進行帷幕灌漿試驗。帷幕灌漿試驗均達到了試驗預期。

3.1 第一階段試驗成果

1）確定了合理的間排距，可采用孔口封閉法或綜合灌漿法。目的是在頁巖部位采用孔口封閉，保證鉆進及灌漿效果；在砂巖部位可采用自下而上灌漿，減輕灌漿進度壓力。

2）確定了灌漿壓力及分序原則。

3）可合理加長灌漿段長。帷幕灌漿規(guī)范要求灌漿段長一般為5 m，經過試驗砂巖段可采用10 m 段長，頁巖可采用7.5 m 段長。

4）優(yōu)化帷幕布置方式，采用懸掛式帷幕布置與雙排封閉式相結合布置。目的是既要保證底層廊道的防滲效果，又可控制整體的灌漿工程量在EPC 合同工程量偏差范圍之內。沐若水電站帷幕灌漿孔通過多次試驗驗證優(yōu)化后，實際施工工程量比最初設計工程量減少了14 000 m，約為最初設計工程量的30%，且通過優(yōu)化灌漿漿液配比和變漿條件，減少水泥損耗量約15%，直接經濟效益約5 191 萬元。

5）減少混凝土蓋重對帷幕灌漿的施工約束。在保證安全的情況下，盡量降低兩岸混凝土蓋重的約束，部分壩段混凝土蓋重達到20 m 后即開始灌漿，為帷幕灌漿盡早鋪開創(chuàng)造條件。

3.2 第二階段試驗

獨立評審團提出采用0.67∶1 單一水灰比漿液進行灌注，水泥結石強度高，耐久性較好，并可以減少水泥消耗，節(jié)約投資。第二階段帷幕灌漿試驗主要驗證獨立陪審團提出的觀點。該試驗采用單一水灰比0.67∶1 漿液進行灌注，其余試驗參數(shù)參照第一階段試驗成果。灌后進行鉆孔壓水檢查，共壓水檢查57 段，其中透水率大于1 Lu 的有36 段，占總段數(shù)的63.2%，透水率大于3 Lu 的有8 段，占總段數(shù)的14.0%，不符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》（DL/T 5148-2001）中的相關規(guī)定，同時不能滿足設計要求。

3.3 第三階段試驗

通過第一、二階段試驗，設計確定帷幕灌漿質量檢查標準為質量檢查孔壓水透水率不大于3 Lu。根據(jù)前期灌漿試驗資料分析，帷幕灌漿施工參數(shù)仍有較大的調整和優(yōu)化空間，因此第三階段帷幕灌漿試驗主要對灌漿漿液配比和變漿原則進行優(yōu)化。優(yōu)化內容為：

1）將帷幕灌漿漿液水灰比比級由2∶1、1∶1、0.5∶1調整為1.5∶1、1∶1、0.5∶1 等3 個比級，因為水灰比1.5∶1的水泥漿液析水率和結石強度都優(yōu)于2∶1 的水泥漿液，有利于帷幕的耐久性。

2）漿液變換條件中的第三條調整為“當某一級水灰比漿液注入量已達300 L 以上，或持續(xù)灌注時間已達30 min，而灌漿壓力或注入率變化不顯著（小于10%時），變濃一級水灰比灌注”。修改的目的是盡快達到變漿條件，從而減少稀漿的灌入量，避免漿液過度擴散而損耗，并且可提高帷幕線附近水泥結石的強度。

4 合理安排工序，利用混凝土澆筑銜接空隙進行壩體排水孔施工，減少廊道內施工難度

由于該壩為碾壓混凝土壩，因此在上游面廊道布置有大量的排水孔，孔距為2 m，設計孔徑為Φ110 mm，施工廊道為2.0 m×2.5 m，且排水孔大部分為斜孔，若后期施工需采用地質鉆進行施工，施工難度較大，工效低。但由于壩體排水孔為下閘蓄水前必須完成的項目，這就面臨工程量大，施工工期短的壓力。為了保證施工進度，項目部首先在底部排水廊道選擇較深的孔，試驗CM351 最深鉆進孔深能力，鉆孔孔深可達到50 m。其次利用混凝土澆筑間歇期，將壩體排水孔施工高程調整至排水廊道底板澆筑前一倉工作面施工，然后利用預埋PVC 花管將排水孔引到排水廊道底。經調整，成功解決了壩體排水孔對大壩蓄水節(jié)點的制約，同時在沒有增加設備與人員的前提下，高效完成了15 000多米的排水孔施工任務。

綜上所述，在施工管理過程中，在滿足施工質量與安全的前提下，加強技術工作管理，可優(yōu)選施工參數(shù)，提高工效，降低成本，為項目創(chuàng)造可觀的利潤。