长河坝水电站坝基覆盖层固结灌浆施工工艺试验

张 希 孟，　吕 清 岚

(中国水利水电第五工程局有限公司基础处理分局，四川 成都　610225)

长河坝水电站坝基覆盖层固结灌浆施工工艺试验

张 希 孟，吕 清 岚

(中国水利水电第五工程局有限公司基础处理分局，四川 成都610225)

摘要：长河坝水电站工程坝基覆盖层采用固结灌浆方式加固以提高其承载力，所加固的地层为漂(块)卵(碎)砂砾石层。前期开挖和防渗墙施工揭示地层结构复杂，漂石直径达10余m，局部砂层为纯粉细砂层，覆盖层固结灌浆施工成孔工艺需满足复杂地层，要求较高。施工前选择了三种不同工艺方法进行试验，最终确定了具有快速、高效质量保证的沉管法工艺施工。介绍了不同工艺试验成果，可供类似工程参考。

关键词：长河坝水电站；覆盖层固结灌浆；工艺；研究

1工程概述

长河坝水电站大坝为砾石土直心墙堆石坝，最大坝高240 m, 坝区河床覆盖层厚度为60～70 m，局部达79.3 m。根据河床覆盖层成层结构特征和工程地质特征，自下而上(由老至新)可分为3层：第①层为漂(块)卵(碎)砾石层(fglQ3),第②层为含泥漂(块)卵(碎)砂砾石层(alQ41),第③层为漂(块)卵砂砾石层(alQ42),其中第②层中有透镜状砂层分布。组成物质以粗颗粒为主且基本构成骨架，结构稍密～中密，具有较高的承载力和低、中压缩性，但其渗透性强，多具强透水性，渗透破坏形式为管涌且局部架空明显，除上、下游砂层为中等透水外，粗粒层各层均具强透水性，局部架空部位透水性极不均一。为提高地基承载力，减小坝基不均匀沉降，设计要求采用固结灌浆方式加固坝基。 大坝基础覆盖层固结灌浆盖重厚度设计为3 m。主副防渗墙两墙间及主墙下游部分区域(第一施工阶段)间排距为2 m等边三角形布置；主防渗墙上下游区域(第二施工阶段)间排距为2.5 m等边三角形布置；其中灌浆孔深为5 m和8 m两种情况。根据设计要求，覆盖层固结灌浆施工时预留了3 m盖重，在灌浆结束后挖除。

设计要求覆盖层灌浆施工质量检查标准为：灌后渗透系数K≤5×10-4cm∕s,灌后声波测试要求纵波和横波分别较灌前(业主提供灌前声波测试数据)平均提高程度不低于40%和60%,且纵波波速不低于1 600 m/s，横波波速不低于500 m/s。

2工艺性试验方法

根据实际地质条件，结合设备情况，主要选择了三种施工工艺作现场比对试验工作，并在工艺试验的基础上对设备工效也进行了对比。

(1)循环钻进，预埋孔口管、孔口封闭法灌浆施工工艺。

该工艺是采用地质钻机钻孔，预埋孔口管后采用清水或泥浆耦合固壁分段循环钻进，灌浆采用孔口封闭法、自上而下分段灌浆。

(2)沉管法(埋管灌浆法)施工工艺。

该工艺采用全液压步履式钻机全孔一次成孔，在孔内预埋薄壁钢管或PVC花管。拔出套管后在预埋管外侧回填低塑性水泥黏土浆液，在预埋管内用卡塞自下而上分段灌浆。

(3)沉管法(套管灌浆法)施工工艺。

该工艺采用全液压步履式钻机全孔一次成孔，利用套管护壁，在套管内下入射浆管自下而上分段进行灌浆施工。

根据试验成果选择高效的施工工艺，以保证其施工质量和进度。

3孔口封闭法灌浆试验

试验钻孔设备采用XY-2型回旋地质钻机循环钻进造孔。灌浆采用孔口封闭法。具体工艺流程见图1、2。灌浆采用孔口封闭法，自上而下分段灌浆施工。

试验采用HM-70型钻机进行非灌段造孔埋管，XY-2型回转式钻机结合冲击回转钻进及金刚石钻头清水钻进。灌浆采用孔口封闭，自上而下分段灌浆。

试验区共分两组，具体试验工程量及施工历时见表1。

试验区灌后注水检查成果见表2。

图1　覆盖层预埋孔口管法灌浆施工流程图

图2　覆盖层预埋孔口管法灌浆施工工艺示意图

灌后声波检测成果见表3。

表1　孔口封闭法灌浆试验工程量及施工历时表

表2　检查孔注水试验成果统计表

表3　灌后地震波测试成果对比表

通过对试验数据进行统计分析得知：

① 该成孔工艺在钻进覆盖层时进尺较慢且极易塌孔，为确保灌浆花管能顺利扫至段底，需反复进行风力排渣或浆液冲洗固壁，导致工效降低，进尺较慢。但总体来说，该成孔工艺基本上能满足设计钻孔的要求，但需投入较多的钻孔设备。

② 预埋孔口管分别采用了8 h、12 h、24 h和72 h 4个待凝时段后进行钻灌施工，得到的结论是：采用8～12 h待凝处理后进行钻灌施工，未对孔口管产生松动破坏，对灌浆质量未产生不良影响，且在最大灌浆压力条件下未出现孔口管松动或自孔口管周围冒浆的情况，说明孔口管的埋设能满足灌浆施工的要求。

③ 试验采用了预埋孔口管自上而下分段循环灌浆法，试验证明：该灌浆方法是可行的，使用孔口封闭自上而下分段循环灌浆，既可以利用地质钻机带动花管扫至段底以利于提高灌浆质量，又可以使上一灌段得到较高压力的重复灌浆，有利于灌浆质量的进一步提高。

4沉管法(埋管灌浆法)试验

钻孔采用THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液压钻机冲击回转套管全孔段一次性钻进成孔，套管直径为146 mm。沉管采用φ90聚乙烯PVC(PE)管或薄壁钢管制作，在预埋管上每隔30 cm钻4～5个直径为12 mm的出浆孔，管节之间用套管连接并用胶带封缠牢实，管脚采用聚乙烯塑胶膜绑扎封闭，然后用胶带封缠密实。将沉管下至孔底后起拔外侧套管后在沉管外侧回填低塑性水泥粘土浆液，防止灌浆浆液回窜。沉管制作与埋设情况见图3。

灌浆采用自下而上分段卡塞灌浆施工。沉管法施工工艺流程见图4、5。

图3　沉管(埋管灌浆法)制作与埋管示意图

图4　沉管法(埋管灌浆法)施工流程图

图5　沉管法(埋管灌浆法)灌浆施工工艺流程图

试验钻孔由THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液压钻机带φ146套管全孔段一次跟进成孔。灌浆采用孔内卡塞，自下而上分段灌浆施工。

具体试验工程量及施工历时情况见表5。

灌后注水检查成果见表6。

灌后声波检测成果见表7。

通过对试验数据进行统计分析得知：

①成孔工艺在钻进覆盖层时进尺很快，由于采用了预埋管，因此不存在塌孔现象，不需要采用固壁措施且不产生重复扫孔，施工功效非常高且成孔工艺满足设计成孔要求。

②沉管下设回填孔壁后在灌浆过程中未出现沿管壁外侧冒浆现象，但出现了部分相邻I序孔之间窜浆现象。预埋管灌后无法取出，造成成本增加且中途不能采取待凝措施，否则需重新造孔。

③采用孔内卡塞、自下而上分段灌浆工艺进行施工的试验区经质量检测，其结果满足设计要求。

该施工工艺适应本工程地质条件，施工质量满足设计要求。

5沉管法(套管灌浆法)试验

试验钻孔采用THCD-650C型或阿特拉斯A66CBT多功能全液压钻机冲击回转套管全孔段一次性钻进成孔，套管直径为146 mmm。将套管深度下至设计深度后将套管内壁冲洗干净，起拔套管后下入射浆管和栓塞进行灌浆。具体工艺流程见图6、7，试验工程量见表8。

表5　沉管(埋管灌浆法)试验工程量表

表6　检查孔注水试验成果统计表

表7　灌后声波检测成果表

注水检查成果见表9。

声波检测成果见表10。

表8　沉管法(套管灌浆法)试验工程量表

表9　检查孔注水试验成果统计表

表10　灌后声波检测成果表

图6　沉管法(套管灌浆法)灌浆施工流程图

通过对试验数据进行统计分析得知：

①成孔工艺满足设计成孔要求，成孔工效快，不需预埋其他材料。

② 灌浆过程中部分孔出现沿管壁外侧冒浆现象且部分相邻I序孔之间出现窜浆现象，灌浆过程中易出现堵管现象而导致部分套管无法起拔出来。

③ 灌浆过程采用单一比级进行灌浆，浆液稳定、易于控制。对于大耗浆量孔采用限量法进行灌浆，限量单耗要根据部分试验以及工程地质条件确定。

④ 本试验通过质量检测得知，其指标结果均满足设计要求。

6造孔工效

通过试验得知，不同设备造孔工效见表11。

采用多功能全液压钻机钻孔后，单台钻机钻孔工效为地质钻机钻孔工效的10倍，说明采用多功能全液压钻机钻孔能较大程度地提高钻孔的施工效率。

7建议及结论

7.1灌浆压力

各次灌浆试验均采用表12中的压力值，灌后注水试验检查以及灌后声波检测均满足设计要求，建议施工采用表12中的压力值。

图7　沉管法(套管灌浆法)灌浆施工工艺流程图

表11　试验区与试生产区钻孔工效对比分析表

表12　长河坝水电站覆盖层固结灌浆试验压力值表

7.2浆液比级

采用孔口封闭法和预埋管灌浆法施工采用的浆液比级为2∶1、1∶1、0.8∶1和0.5∶1四个比级；采用单一比级稠浆灌注，水灰比为0.5∶1。试验结果表明：采用四个比级的浆液灌浆延长了灌浆时间，降低了功效且拔管法灌浆极易造成套管筑死造成套管损失。采用0.5∶1的浓浆限量灌浆同样能满足设计要求，因此，笔者建议后续施工采用0.5∶1的浓浆限量法灌浆。

7.3设备选型

通过试验比对分析得知，采用以上三种工艺进行覆盖层固结灌浆的质量均能满足设计要求。采用地质钻机钻孔，孔口封闭法进行灌浆钻孔工效低，施工时需投入的设备资源以及人力资源较多，而且现场施工管线较多、安全隐患亦较多；采用沉管法(埋管灌浆法)工效比较高，设备资源以及人力资源投入少，但预埋管增加了施工成本且在大型工程中应用比较少。采用沉管法(套管灌浆法)工效比较高，设备资源以及人力资源投入少，但灌浆过程中容易产生堵管而造成材料浪费。通过几种试验的综合比对分析，结合施工现场情况，笔者建议：在本工程中采用沉管法(套管灌浆法)进行覆盖层灌浆施工。

7.4结语

试验结果表明：采用沉管法(套管灌浆法)进行覆盖层灌浆施工，能有效提高造孔功效，采用0.5∶1的浓浆限量灌浆能达到本工程的设计要求。后续施工采用此工艺施工，圆满地完成了覆盖层的固结灌浆施工。

张希孟(1977-)，男，湖南益阳人，主任工程师，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作;

吕清岚(1986-)，男，山东郓城人，工程部副主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

Overburden Consolidation Grouting Construction Technology Test at Changheba Hydropower Station

ZHANG Ximeng LU Qinglan

(Foundation Treatment Branch of Sinohydro Engineering Bureau 5 Corporation,

Chengdu , Sichuan , 610225, China)

Abstract:At Changheba hydropower station project , dam foundation overburden is reinforced by consolidation grouting to improve bearing capacity. The reinforced formation consists of boulder and sand gravel. Early excavation and diaphragm wall construction revealed that the formation structure is complicated , boulder diameter is over 10m and local sand layers are composed of pure fine silt . Therefore , overburden consolidation grouting construction technology requirements are high to meet complicated formation . Tests were performed with three different technology methods before construction . Finally , sinking pile method is selected to ensure rapid and effective quality . The different technology test results are presented in this paper to give references to the similar projects.

Key words:Changheba hydropower station ; overburden consolidation grouting ; technology ; study

收稿日期:2015-05-05

文章编号:1001-2184(2015)03-0052-06

文献标识码:B

中图分类号:TV7;TV543;TV52

作者简介: