基礎處理在泄洪沖砂閘施工中的應用

滕家星，金仁強

(1.南昌市水利電力建設公司，江西 南昌 330025；2.中鐵水利水電規(guī)劃設計集團有限公司，江西 南昌 330025)

1 工程概況

該電站裝機容量為480 MW，其額定水頭為24.5 m，正常蓄水位432.0 m，設計引用流量為2203.2 m3/s，保證出力為151 MW，年利用小時數(shù)為5015 h，年發(fā)電量24.07億kW·h。水庫總容量4867萬m3，其正常蓄水量為4554萬m3。電站所采用的是一級混合開發(fā)方式，也就是即建壩壅水高15.5 m，連接銅街子尾水，經河床式廠房，在廠后有長達9015 m的尾水渠，該尾水渠利用落差約為14.5 m。該電站發(fā)電水頭大概有一半之多需要由尾水渠來提供。GIS樓基礎處理共2個單元，完成鉆孔859.60 m，灌漿782.05 m，灌注水泥556.01 t。平均單位注入量710.96 kg/m。

2 施工方案

本工程基礎灌漿處理采用“預設花管模袋式分段阻塞灌漿法”工藝進行施工[1]。其工藝流程為：跟管鉆進至孔底→鉆孔測斜→下入花管→膨脹阻塞模袋→最底部一段卡塞灌漿→上提栓塞進行下一灌漿→…→至孔口。

2.1 鉆 孔

GIS樓基礎采用哈邁YXZ-90A型全液壓錨固鉆機與XY-2型回轉式地質鉆機相結合的方式進行施工，配備相應規(guī)格的鉆頭、巖芯管、套管等進行鉆進。采用 “預埋花管模袋式分段阻塞灌漿法”鉆孔工藝，采用克萊姆鉆機、哈邁鉆機使用偏心跟管鉆進，跟管為Ф140 mm導管(材質為無縫鋼管)。跟管鉆進至孔底，下入預制綁扎好的花管，起拔套管。鉆機就位后，開孔偏差≤10 cm，鉆孔施工過程中，采取各種糾偏措施嚴格控制孔斜，當孔深>60 m時，孔底最大允許偏差值不大于孔距。

孔斜的預防：(1)無論是機械的就位安裝還是開孔工作，每個環(huán)節(jié)步驟都要認真完成。(2)開孔的粗徑鉆具長度要隨著鉆孔進行加長。(3)保證鉆進技術參數(shù)的合理性，將孔壁之間的縫隙減到最小。(4)巖芯管要選擇剛性好、長而直的。(5)為了使鉆具穩(wěn)定性更強，可采用鉆鋌空地加壓的方式。(6)當鉆至溶洞底層或軟硬互層時，應選擇長巖芯管以較低的轉速、緩慢鉆進。

在鉆進過程中要嚴格按照要求對孔斜進行測量，并且時刻關注孔內的情況，當發(fā)現(xiàn)問題時要第一時間進行糾正，一般常用的鉆孔糾偏方式如下：(1)導向板的糾偏。(2)空地埋管糾偏。(3)對鉆機立軸的方向進行調整，從而達到糾偏的作用。采用“重錘式”測斜儀對孔斜進行測量，具體偏差參考值詳見表1。

表1 灌漿孔孔底偏差值

2.2 鉆孔沖洗及注水試驗

(1)鉆孔沖洗。根據(jù)地質資料顯示，由于該部位覆蓋層成分復雜，透水性強，成孔難度大，孔壁穩(wěn)定性差，不進行鉆孔沖洗。

(2)注水試驗。通常檢查孔所采用的試驗方法為常水頭鉆孔注水或壓水試驗。本研究中檢查孔所采用的為常水頭鉆孔注水試驗法。所使用的注水試驗裝置詳見圖1。常水頭鉆孔注水試驗準備工作包括供水設備以及所需要的儀表等。在注水試驗之前，要先將鉆孔中的巖粉進行清除。在進行注水試驗之前，要先對地下水位進行觀測，水位觀測每次之間要間隔5 min，如連續(xù)兩次檢測所得到的數(shù)據(jù)之差<10 cm時，便可以結束水位觀測，最后一次的觀測值就是地下水位計算值，反之要繼續(xù)進行觀測。注水試驗要按照從上到下進行分段灌注，試驗段的長度在2～5 m，當?shù)貙颖容^復雜時要將分段設置短一點，要保證一個時段不能在滲透性懸殊較大的兩種地層中跨越。如果注水試驗孔的鉆進和試段隔離采用灌漿護壁法進行，要在上面試段注水試驗完成之后馬上進行灌漿，等待凝固后進行掃孔直至原孔深度，然后采用相同的水頭再對注入量進行測量，如果注入量過大就需要再次進行灌漿掃孔等操作，待注入量降低至足夠小時便可以繼續(xù)下一段的操作。如果注水試驗所使用的是套管護壁，那么在上面試段注水試驗完成之后要對套管、止水進行跟進，并繼續(xù)進行下一段注水試驗。

圖1 鉆孔注水試驗裝置

本工程質量檢查以注水試驗檢測及鉆孔聲波檢測成果為主，并結合鉆孔取芯情況、鉆灌成果等資料進行綜合評定。根據(jù)監(jiān)理中心指示，GIS樓基礎處理共布置2個檢查孔，通過灌漿后，孔段采取的巖芯含水泥結石，且水泥膠結質量良好。檢查孔巖芯分析得出：水泥膠結質量良好，水泥漿脈清晰可見，灌漿效果顯著。

經灌漿處理后，滲透系數(shù)最小為3.92×10-5cm/s，最大為9.21×10-4cm/s。檢查孔滲透系數(shù)<1×10-4cm/s的孔段主要分布在混凝土與覆蓋層接觸段，而滲透系數(shù)≥5×10-4cm/s的孔段主要分布在終孔段。滲透系數(shù)分布區(qū)間見表2。

表2 檢查孔滲透系數(shù)區(qū)間段和頻率

由表2可得出檢查孔注水試驗滲透系數(shù)<1×10-4cm/s的孔段占0%～20%；滲透系數(shù)<5×10-4cm/s的孔段占60%，且均<1×10-3cm/s。

2.3 灌 漿

由于地質情況的不同，周圍灌漿孔會受到水流沖刷等因素的影響，加上人工回填砂卵石層中比較細小的顆粒會被水沖走，地層會發(fā)生明顯的沉降等，因此，應根據(jù)實際情況選擇純水泥漿液、水泥砂漿以及水泥-水玻璃漿液完成灌漿[2]。在實際施工中按照先外圍后中央的原則，先施工Ⅰ期周邊孔再進行Ⅱ期中間部位孔施工。由于本工程地質條件異常復雜，庫區(qū)水位與作業(yè)部位相比其水頭高差大，Ⅰ期周邊孔雖對灌漿地層中的大部分動水進行了封堵，但在Ⅱ期中間部位孔施工時仍存在涌水現(xiàn)象(涌水流量及壓力較Ⅰ期周邊孔大幅度減小)，在動水地層采用水泥砂漿進行灌注時，出現(xiàn)了漿液稀釋、不易凝固、涌水難以封堵等情況，且被動水分離的砂子會對漿液在被灌地層的正常擴散造成影響。鑒此情況，經參建各方研究決定：Ⅱ期中間部位孔灌漿采用純水泥漿液灌注，漿液水灰比為2.0∶1、1.0∶1、0.8∶1、0.6∶1四個比級；遇涌水孔段時，先使用水泥-水玻璃漿液對涌水地層進行灌注，待涌水被封堵后，再采用純水泥漿液進行正常灌注，直至灌漿結束。

灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，其性能滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)的技術要求。根據(jù)實際情況，漿液可加入質地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于2 mm。采用抽取的大渡河水。根據(jù)灌漿試驗需要并經監(jiān)理工程師批準，在水泥漿液中摻入外加劑，以適應不同的地質條件和工程要求。各種外加劑的質量按《水工混凝土外加劑技術規(guī)程》(DL/T 5100—2014)的有關規(guī)定執(zhí)行，外加劑品種的選用和摻入量通過試驗確定，并將試驗成果報監(jiān)理工程師審批[3]。本工程中，速凝劑采用水玻璃。

采用“預埋花管模袋式分段阻塞灌漿法”進行1#～2#泄洪沖砂閘基礎灌漿處理。第一段段長為2.0 m，第二段為3.0 m，以下各段為5.0 m。為了減少抬動變形，并提高灌漿壓力，可采用分級升壓或間歇升壓法灌注，并使灌漿壓力與注入率相適應，達到逐步升至較大壓力，以保證灌漿質量。本工程Ⅰ期、Ⅱ期孔各序各段灌漿壓力見表3、表4。

表3 Ⅰ期(周邊)孔灌漿壓力 MPa

表4 Ⅱ期(中間)孔灌漿壓力 MPa

灌漿壓力以回漿管壓力表讀數(shù)為準。本工程灌漿使用灌漿自動記錄儀。灌漿孔有涌水時，先測定其涌水壓力，并以涌水壓力與表3和表4中設計壓力之和做為此灌漿孔灌漿壓力。

GIS樓基礎處理各次序單位注入量區(qū)間段和頻率見表5，單位注入量與灌漿次序關系見表6。

表5 GIS樓基礎處理各次序單位注入量區(qū)間段和頻率

表6 GIS樓基礎處理單位注入量與灌漿次序關系

根據(jù)表5、表6統(tǒng)計分析，各次序孔水泥單位注入量情況為：

(1)Ⅰ序孔單位注入量為950.52 kg/m，Ⅱ序孔單位注入量為411.32 kg/m；單位注入量：Ⅰ序孔>Ⅱ序孔；Ⅱ序孔與Ⅰ序孔比較，遞減率56.73%。

(2)單位注入量<200 kg/m的孔段，Ⅰ序孔占9.91%，Ⅱ序孔占38.20%；單位注入量≥500 kg/m的孔段，Ⅰ序孔占63.96%，Ⅱ序孔占31.46%。

從上述數(shù)據(jù)可以看出：各次序孔水泥單位注入量隨孔序的遞增呈現(xiàn)依次遞減的變化規(guī)律，且遞減速率快，符合正常的灌漿變化規(guī)律，說明灌漿效果明顯。

現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)資料，經相關計算、分析和整理，得出測試成果。見表7。

表7 聲波孔檢測成果統(tǒng)計情況

檢測成果簡要分析如下：(1)灌前波速最大值2.03 km/s，最小值1.54 km/s，平均值1.77 km/s，灌后波速最大值2.25 km/s，最小值1.96 km/s，平均值2.11 km/s。灌后波速大于2.0 km/s的測點平均比例為91.80%，無低于1.90 km/s的波速測點。(2)通過灌漿前后數(shù)據(jù)對比，灌漿后波速總體提高明顯，平均值提高幅度為0.35 km/s，提高率為19.58%。灌漿后，灌前低速測點的提高率總體較高。對比灌前灌后聲波值可以得出：灌后聲波值均有明顯提高，灌漿效果顯著。

2.4 封 孔

(1)灌漿孔、檢查孔施工結束后，經施工單位申請、監(jiān)理人應會同設計單位和業(yè)主代表及時進行驗收，驗收合格后的灌漿孔、檢查孔方可封孔。(2)閘室部位灌漿孔、檢查孔、聲波孔和抬動孔封孔采用全孔灌漿封孔法進行封孔，混凝土體內鉆孔采用M30砂漿填充(對于溢流面孔體，其表面10 cm采用環(huán)氧樹脂砂漿填充)。(3)閘墩部位灌漿孔、檢查孔封孔直接采用全孔灌漿封孔法進行封孔至閘墩頂部。

2.5 特殊情況處理

在施工過程中，遇特殊情況及時通知現(xiàn)場監(jiān)理工程師，并根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師的指令對特殊情況進行處理。

2.5.1 灌漿中斷

(1)因機械、管路、儀表、停水、停電等故障而造成灌漿中斷時，盡快排除故障，立即恢復灌漿。否則沖洗鉆孔，重新灌漿。當無法沖洗或沖洗無效時，掃孔后復灌。(2)恢復灌漿時，使用開灌比級的水泥漿灌注。如注入率與中斷前相近(注入率達中斷前注入率90%以上)，即采用中斷前水泥漿的比級繼續(xù)灌注；如注入率較中斷前減少較多(注入率為中斷前注入率70%～90%)，逐級加濃漿液繼續(xù)灌注；如注入率較中斷前減少很多(注入率為中斷前注入率70%以下)，且在短時間內停止吸漿，及時采取補救措施。

2.5.2 串漿

(1)當被串孔正在鉆進時，立即起鉆，停止鉆進，并對串漿孔進行堵塞，待灌漿孔灌漿完畢后，再對被串孔進行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進。(2)如被串孔具備灌漿條件，且串漿量不大，在灌漿的同時，在被串孔內通入水流，使水泥漿液不致充填孔內；串漿量大時，對被串孔同時進行灌漿，灌漿時一泵灌一孔，當相互串漿，采用群孔并聯(lián)灌注，并聯(lián)孔數(shù)不多于3個，并控制灌漿壓力。

2.5.3 冒漿

(1)地表裂縫處冒漿，暫停灌漿，用棉紗嵌縫堵塞或用水玻璃砂漿表面封堵。(2)采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝等方法進行處理。

每個灌漿單元灌漿完畢后，按規(guī)定時間進行灌漿質量檢查。質量檢查以鉆孔注水試驗檢查和鉆孔聲波檢查成果為主，并結合鉆孔取芯情況、鉆灌成果等資料進行綜合評定，對泄洪沖砂閘的安全運行提供可靠保障[4]。

3 結 論

在泄洪沖砂閘施工中，基礎處理是非常重要的一環(huán)。通過對地基進行加固處理，可以有效地提高閘門的穩(wěn)定性和安全性，保證閘門在泄洪和沖砂時的正常使用。同時，基礎處理也能夠減少施工過程中的不良影響，保障周邊環(huán)境的安全。基礎處理在泄洪沖砂閘施工中具有重要的應用價值，可以有效地提高閘門的使用效率和安全性。因此，在今后的泄洪沖砂閘施工中，應加強對基礎處理的重視，注重施工過程中的質量控制，最大限度地發(fā)揮基礎處理的作用。