砂卵石地基综合防渗加固施工技术的应用

孙 朝

(湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司,湖南 长沙 410007)

砂卵石地基综合防渗加固施工技术的应用

孙 朝

(湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司,湖南 长沙 410007)

诸多闸坝工程直接坐落在砂卵石地层上,由于基础未处理或处理未达到理想效果,运行过程中出现坝基础渗漏、坝身沉降、开裂,严重时出现管涌、垮坝等事故。砂卵石基础出现此类情况后,施工处理难度大,往往需要采用综合防渗加固技术,才能达到预期目的。以广西某闸坝式水电站为例,介绍砂卵石基础内综合防渗加固施工技术的应用,供类似工程参考。

综合防渗加固技术;砂卵石基础;帷幕灌浆;高压旋喷灌浆;双液灌浆;固结灌浆

1 工程概况

广西某闸坝式水电站,主体工程于2010年下闸蓄水运行1年后,发现闸坝下游侧砂卵石基础内有黄色泥水及气泡冒出,交通桥通过载重车辆时,问题更加严重。经全面观测,闸坝主河床部位基础出现了较严重渗漏,坝身局部出现沉降及裂缝。2011年先后经两家单位对渗水部位进行了防渗加固处理,但效果均不理想。后经综合考虑,选择坝前高压旋喷灌浆接帷幕灌浆进行防渗、坝后实行双液灌浆固结综合防渗加固技术,考虑技术的难度,业主采用设计施工总承包方式确定由本公司承担该闸坝加固处理施工。

2 工程地质条件与处理对象

闸坝基础上部为第四系冲积层与残坡积层,该层主要为粒径粗大的松散砂卵石、含碎石粘土,厚度6～9 m;下部基岩为硅质岩、炭质泥岩、炭质灰岩等。

闸坝共16个闸室,其中1#-7#闸室基础坐落在砂卵石地层上,砂卵石厚度约为6～9 m。闸门前基础砂卵石采用旋喷灌浆,下部为强风化泥岩,厚度约为3～5 m,采用高喷墙下接帷幕灌浆;闸门后基础砂卵石采用双液灌浆进行固结。

3 加固设计方案

本工程防渗加固处理范围为1#-7#闸坝基础,采用的主要施工工艺为高压旋喷灌浆、双液灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆。

在闸坝基础上游侧,采用双排高压旋喷灌浆形成有效的防渗墙体;闸坝中部及下游基础采用双液灌浆[1]固结基础,提高基础的整体防渗和承载能力。闸门上游侧基础砂卵石地层采用双排高压旋喷灌浆[2](施工参数根据现场试验确定),高压旋喷防渗墙体以下基岩采用单排帷幕灌浆(帷幕灌浆轴线布置在上游排高压旋喷轴线上);闸坝下游侧基础砂卵石层基础布置四排固结灌浆和一排双液帷幕灌浆。平面布置如图1。

4 综合防渗加固技术

4.1 施工顺序

①上游钢构施工平台搭设;②高压旋喷实验;③上游高压旋喷灌浆;④帷幕灌浆实验;⑤上游帷幕灌浆;⑥下游平台搭设;⑦下游双液灌浆;⑧固结灌浆实验;⑨固结灌浆。

4.2 施工作业平台

本工程施工部位在主河道上,河床宽度约370 m,最大水深9 m,结合施工方案中设备器材状况,拟采用钢管桩结合槽钢金属结构搭建施工平台的方案,保证防洪度汛和施工安全。

上游施工平台规格为6 m(宽)×94 m(长)的总体平台,共布置三排钢管桩,第一排布置在距砼闸墩上游边线3.7 m处;第二排布置在距砼闸墩上游1 m处;第三排布置在距砼闸墩下游1 m处;钢结构与砼闸墩连接处利用高强度螺杆与砼基础固定施工平台。所有钢管桩纵向间距为3 m,钢结构连接全部采用焊接。

图1 灌浆平面布置图Fig.1 Plane arrangement chart of grouting

4.3 高压旋喷灌浆施工

4.3.1 高压旋喷灌浆试验参数

本工程根据设计要求对高压旋喷灌浆进行了试验孔施工,试验孔分两组试验区,布置在三号闸坝和四号闸坝内,每组试验布置5个孔,上游排孔距分别为0.65和0.85 m,采用表1不同参数进行试验。

表1 高压旋喷灌浆试验采用参数表

4.3.2 试验成果

(1) 试验检查孔取芯及检测。高压旋喷灌浆试验完成15 d后,采用2台钻机对试验组进行了取芯,并对芯样进行了对比分析和检测:①肉眼观察。芯样胶结较完整,有明显的水泥结石,且较为密实;但钻孔时,水泥凝期未到,胶结体松软。4号试验组芯样比3号试验组芯样更完整,见大量水泥胶凝体芯柱。②盐酸试验。对芯样上水泥成分用盐酸测试,所有芯样滴盐酸后,芯样产生气泡。③注水试验。在3号闸室65 cm孔距的取芯孔内做注水试验,试验段长5 m,通过现场计算,试验结果K=7.6×10-7cm/s。

(2) 试验结果。所有参加试验取芯的单位均一致认同试验结果为成功,高压旋喷灌浆能在坝基础形成防渗墙体。由建设方主持召开高压旋喷灌浆施工参数确定的会议,会议中经过建设、监理、施工等单位研究并制定高压旋喷灌浆施工参数:孔距85 cm、排距40 cm,其它参数如表2。

表2 高压旋喷灌浆施工参数表

4.3.3 施工后检查孔成果

按照试验确定的施工参数在施工后对该分部工程进行质量检查,检查孔位置布置在每闸墩正前方,位于高压旋喷两排中心轴线部位,检查孔采用钻机对防渗墙体进行抽芯及注水试验检查(表3)。

检查孔检查结果与设计标准1.0×10-5cm/s相比,满足设计要求,处理效果优良。

4.4 双液帷幕灌浆施工

4.4.1 双液灌浆施工总程序

双液灌浆施工总程序:①施工准备;②钻孔放样;③先导孔施工;④Ⅰ序孔施工;⑤Ⅱ序孔施工;⑥双液质量检查;⑦资料整理;⑧工程质量评定与验收。

表3 高压旋喷灌浆检查孔成果表

双液灌浆单孔施工程序:①施工准备;②钻孔定位;③固定机具;④确定钻孔(锤击)方式;⑤自下而上灌浆;⑥封孔;⑦单孔资料整理提交。

4.4.2 灌浆浆液配合比

本工程属于动水条件下砂卵石基础灌浆。上下游水位差大,存在较大扬压力及涌水,在这种情况下,为控制浆液不致流失太远,又能有效扩散到搭接范围,使浆液在合适的时间内凝固。采用水泥—水玻璃双液浆方法,胶凝时间在几秒—几十分钟之间随意调节,结石率100%,结石体抗压强度达10～20 MPa以上,在保证管路畅通、不堵塞孔的情况下,能使浆液在预期的时间内凝固,并形成有效的防渗帷幕。

浆材配比试验根据该工程的特点选择性进行。根据已有试验成果和成功经验选择1∶1和0.8∶1的水灰比,分别掺加3%、5%、7%、10%的四种不同水玻璃掺量进行浆液初、终凝时间,流动性,析水率的测定。使用的配合比见表4。

表4 双液浆配比和性能表

施工过程中,采用5%的水玻璃掺量为基数,适时根据钻孔灌浆情况进行调整。

4.4.3 效果检查

检查孔注水试验采用常水头注水试验法进行渗透系数检查,检查孔成果如表5。

检查孔检查结果与设计标准1.0×10-5cm/s相对比,满足设计要求,质量合格。

表5 双液灌浆检查孔成果表

4.5 坝体范围内砂卵石基础固结灌浆施工

4.5.1 总体布置

根据设计要求,固结灌浆施工分四排,上、下游各两排,每闸室4个孔。固结灌浆按两序孔施工,采用自下而上灌浆方法。孔深为坝基面砂卵石层至基岩面下1～2.0 m;固结灌浆施工压力0.5 MPa。施工过程中根据可灌性程度、抬动坝基础的最大值要求等进行调整,在灌浆施工中压力一般控制在0.5 MPa。

4.5.2 固结灌浆试验程序

①施工准备;②按照设计图纸放样定孔位;③钻机固定安装(固排);④钻坝体砼;⑤换内丝钻杆打吊锤(利用吊锤扎入设计孔深)钻入砂卵石层;⑥分序进行各固结灌浆孔的钻灌施工;⑦效果检测;⑧资料整理提交。

4.6 固结灌浆成果及效果检查

固结灌浆施工孔数104个,施工过程中,对每孔灌浆情况进行了记录,并整理分析,固结灌浆共完成691 m,平均孔深6.6 m,水泥总耗量243 t,平均单耗水泥0.35 t。各排、序统计情况如表6。

该分部工程完成28 d后,对该分部工程进行质量检查,检查孔7个,布置在每单元各闸室中心第二排固结灌浆轴线上,检查孔采用地质钻机对防渗墙体进行钻孔,采用降水头注水试验检查,检查结果:检查孔与设计标准1.0×10-5cm/s相对比,符合要求,质量合格。

5 结语

本工程因坝基内均为一定厚度的砂卵石基础,分布广,在施工前闸坝基础渗漏严重并伴随有管涌发生,采用单一处理办法难以满足设计要求。采用综合防渗加固施工技术对坝基下广布的砂卵石强透水层进行防渗加固处理,渗漏得到有效控制,坝后看不到闸坝基础有渗水情况,并经过业主委托的第三方检查结果表明,此次闸坝基础防渗灌浆符合设计要求,为工程及时排除了安全隐患。

表6 固结灌浆综合统计表

表7 固结灌浆检查孔成果表

[1] 周灿,路莅枫.水泥水玻璃双液灌浆在砂卵石围堰中的运用[J].湖南交通科技，2015，41(2):184-185.

[2] 李海军,杨志军,司天秀.高压旋喷灌浆技术在处理坝基砂卵石透水层中的应用[J].水利科技，2007(9):81-82.

(责任编辑：陈文宝)

Application of Comprehensive Reinforcement Technologyof Sandy Pebble Foundation

SUN Chao

(HunanHongyuWaterResourcesandHydropowerGeotechnicalEngineeringLtd.,Changsha,Hunan410007)

Many dam projects are located directly on the sand and cobble stratum.Due to the basis of untreated or treated not reached the desired effect,operations appear dam foundation seepage and settlement of dam body,dam body crack.After the occurrence of such cases,the construction process is difficult,often need to use the comprehensive reinforcement technology,in order to achieve the desired objectives.Taking a dam type hydropower station in Guangxi as an example,this paper introduces the application of the construction technology of the comprehensive seepage prevention and reinforcement,which provides reference for similar projects.

comprehensive reinforcement technology; sandy pebble foundation; curtain grouting; high pressure jet grouting; double liquid grouting; consolidation grouting

2016-04-29;改回日期:2016-05-23

孙朝(1986-),男,助理工程师,水利建筑工程专业,从事水利水电岩土工程勘察工作。E-mail:303509480@qq.com

TV543

A

1671-1211(2016)03-0344-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.023

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.010.html 数字出版日期:2016-05-11 15:36