高进水塔复杂地基处理综合施工技术

熊波

中国葛洲坝集团基础工程有限公司 湖北宜昌 443002

1 工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，开发任务以发电为主。枢纽工程主要由混凝土双曲拱坝、二道坝及水垫塘、泄洪洞、引水发电系统等建筑物组成[1]。右岸引水发电系统进水塔采用墩墙式钢筋混凝土结构，前沿宽度为265.60m，分八段布置，单塔宽为33.20m，各塔之间均设永久缝。塔体建基面高程为731.00m，进水口底板高程736.00m，塔顶高程为834.00m，塔高为103m。塔体地基处理的好坏直接关系塔体的安全稳定。

2 工程地质

进水塔基础主要地层为：C5层间错动带及其影响带，Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2类岩体，F16断层及其影响带，P2β61层柱状节理。C5错动带为泥夹岩屑型，位于凝灰岩层中上部，厚一般10-30cm，主要由角砾化构造岩组成，中部一般有1-5cm的断层泥。F16断层带产状 N60e?70°W，NE(SW)∠80e?90°，宽约8.5m，主要为构造角砾岩和碎裂岩，局部有少量断层泥，主要为节理化构造岩夹碎裂岩，以岩块岩屑型为主。

3 方案选择

C5层间错动带、F16断层及其影响带是地基处理的重点，柱状节理区表层裂隙是加固的主要对象[2]。高进水塔复杂地基处理需要运用综合技术，防止不均匀沉降。

不同地层采取不同的方案进行加固，具体方案为：（1）Ⅱ、Ⅲ1、Ⅲ2类完整岩体，P2β61层柱状节理采用“系统锚筋”的方式处理，锚筋规格为C32，L=6m@2h2m，外露基岩面1.5m，梅花形布置。（2）C5层间错动带及影响带采用“抠槽置换+系统锚筋束”处理，采用C25混凝土置换，锚筋束规格为3C32，L=12m@3h2m，锚筋规格为C32，L=6m@3h2m，外露基岩面1.5m，梅花形布置。（3）F16错动带及影响带采用“抠槽置换+系统锚筋”处理，采用C25混凝土置换，锚筋规格为C32，L=6m@2h2m，外露基岩面1.5m，梅花形布置。

开挖基岩面浅表层裂隙采用固结灌浆的方式进行处理，其中：错动带固结灌浆孔深8m，断层及其影响带孔深15m，一般区孔深6m。灌浆孔间排距均按2m布置。

4 主要施工技术

4.1 抠槽置换施工

先进行抠槽边缘的3排系统锚筋施工，然后进行断层及层间错动带抠槽施工，再进行抠槽侧面的插筋施工，完成后进行混凝土回填施工[3]。

（1）抠槽开挖。抠槽采用气腿钻造爆破孔，首先采用竖向、斜向钻孔爆破形成临空面，后续采用水平钻孔爆破的方式推进施工。抠槽及水平爆破采用分层爆破开挖，每层进深控制在1m以内，并遵循先中间后两边的的起爆方式，周边孔孔距0.5m，线装药密度为180g/m。爆破孔采用Φ32乳化炸药连续装药，光爆孔采用Φ25乳化炸药间隔装药，施工过程中根据爆破效果不断优化爆破参数。

（2）插筋施工．抠槽侧墙插筋参数为C25@1.5m，L=3m，入岩2m。插筋采用“先注浆、后插杆”的方法施工，其施工程序为：施工准备→钻孔→孔道清洗→孔道注浆→插筋制安。

（3）混凝土施工。抠槽完成后，采用C9025W10F100二级配混凝土尽快进行置换施工，并沿开挖轮廓线布置一层钢筋网，钢筋保护层为5cm。浇筑采用平浇法，布料机端口处连接皮筒，保证均匀布料。混凝土浇筑前需保持仓面洁净和湿润，及时覆盖老混凝土面，混凝土每层下料厚度不超过50cm。混凝土浇筑完成以后，考虑后续还有底板混凝土，及时对混凝土面进行凿毛处理，凿毛标准为凿除混凝土表面浮浆，露出混凝土内石子。

4.2 锚筋（束）施工

基础锚筋（束）施工须在开挖之后、底板混凝土浇筑之前完成。其施工程序为：孔位放样→造孔→洗孔→锚筋（束）制作和安装→注浆→结束。

（1）钻孔：采用ROC40PC风动钻机进行，钻孔孔径φ130mm。钻孔施工时，孔位按设计图纸进行测量定点，注意控制孔轴垂直偏斜角度、孔深误差、孔距误差等在设计允许的范围内。终孔深度为入岩4.5m，保持外露1.5m。

（2）洗孔：钻孔终孔后，下设钻杆至孔底，利用风压吹净孔内钻渣，再用大流量水冲洗至返水干净时止。

（3）锚筋（束）制作和安装：3C32锚筋束的制作是用3根等长的C32锚筋捆成一束，中心绑一根1寸的钢管，用作固定钢筋及进浆管作用。每两根之间用电焊间隔焊接，焊缝长度5cm，间隔1.0m。钢筋（束）深入基岩4.5m，钢筋的连接必须采用机械连接，不允许对接焊。

钢筋（束）制作完成后采用吊车进行吊装入孔，钢筋（束）应下到孔底，并保留外露长度1.5m。

（4）注浆：采用强度等级M25的砂浆进行注浆施工，灌浆管必须伸入孔底，以保证锚筋（束）的全孔充填饱满。

（5）结束：锚筋（束）注浆完成后，立即在孔口加楔固定，并在孔口作临时性堵塞确保钢筋（束）插在孔内居中。施工完成后3天内严禁敲击、碰撞、拉拔锚筋（束）和悬挂重物。

4.3 固结灌浆施工

通过在塔体基础布置系统固结灌浆孔，采用灌浆的方式对开挖后的表层裂隙进行补强处理。固结灌浆施工顺序为：施工放样→抬动观测孔→Ⅰ序孔钻灌→Ⅱ序孔钻灌→检查孔→封孔。单孔施工流程：钻孔→钻孔冲孔→裂隙冲洗→压水试验→灌浆→循环至终孔段→封孔。

（1）钻孔：灌浆孔采用100B型快速钻机造孔，孔径为φ56mm，物探孔、检查孔孔径为φ76mm。所有固结灌浆孔均采用自上而下分段钻进的方式进行。

（2）洗缝、压水：所有孔段均应进行钻孔冲洗，钻孔冲洗后孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。灌浆前应采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗压力采用该段灌浆压力的80%，并不大于1MPa且满足抬动要求。具体冲洗方法为：在孔壁冲洗完成后，采用栓塞进行阻塞后，首先用高压水连续冲洗5min，再将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流，当回水由浑变清后，再升到原来的冲洗压力，持续5min后，再次突然降到零，如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净，或不大于20min。

压水试验在裂隙冲洗后灌浆施工前进行，压水压力采用该段灌浆压力的80%，并不大于1MPa且满足抬动要求。压水试验结合裂隙冲洗进行，即：裂隙冲洗20分钟后再继续采用压力水冲洗10min结束。压水试验结果采用公式q＝Q/PL计算，其中：q为试段透水率（Lu），Q为压入流量（L/min），P为作用于试段内的全压力（MPa），

L为试段长度（m）。

（3）灌浆：浆液水灰比采用 3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1 五级水灰比，开灌水灰比采用3：1。灌浆孔段长划分及压力控制见表1，所有带压作业工序的压力控制，均按回浆管上压力值控制，升压中因岩体抬动或发生劈裂等不能达到规定设计压力时，以不发生抬动或岩体劈裂的最大压力灌浆结束[4]。

表1 灌浆孔段段长划分及压力控制表

灌浆段结束标准：在最大设计压力下，当注入率不大于1.0L/min，继续灌注30min，结束灌浆。

固结灌浆孔灌浆结束后，经验收合格后方可进行封孔。封孔采用“全孔灌浆封孔法”，具体方法为：先采用导管注浆法将孔内余浆置换为0.5：1的浓浆，若灌浆以0.5：1浓浆结束，无需再置换孔内浆液；若以其它比级稀浆结束，则需先对全孔采用0.5：1浆液置换，而后将灌浆塞塞在基岩面以下50cm继续使用这种浆液进行纯压式灌浆封孔，封孔压力采用0.2-0.3MPa继续灌注30min结束。预埋导向管部位采用导管注浆法进行补封。

（4）柱状节理区施工：针对柱状节理区普通水泥可灌性差的特点，创新提出采用湿磨浆液进行灌注。湿磨浆液由0.5：1的普通水泥浆液经湿磨机制备而成，必须采用3台湿磨机串联使用，湿磨机应逐台安装检测合格，呈“一”字型摆开。对于裂缝宽度为0.1-0.5mm的岩体湿磨细水泥浆液具有较好的灌浆效果[5]。

4.3.5 抬动控制：灌浆施工的各个环节均由压力作用于混凝土，为了确保不发生破坏性抬动，应严格控制以下几个方面。①灌浆方式必须采用“自上而下分段法”进行。②F16断层、C5层间错动带等地质缺陷部位禁止两孔同时灌浆，其它区域同时灌浆的孔间距不应小于10m。③第1段应阻塞在混凝土与基岩接触面进行。④严格执行限流灌注的措施，所有灌浆孔段注入率应控制在20L/min以下，如有抬动趋势应及时调整流量为10-15L/min。⑤抬动装置按照15m的间距范围布置，控制半径按8m考虑，加密观测。

5 结语

高进水塔地基基础应能够保证均匀沉降和基础强度，地基需要综合处理才能满足要求。P2β61层柱状节理出露部位3天内完成锚筋支护，10天内完成底板混凝土覆盖；断层F16、层间错动带C5抠槽后应在3天内完成混凝土置换，以免暴露时间过长或遇水对结构面性状造成恶化。快速施工能够有效保证结构面的原始性状[6]。

基础固结灌浆必须保证柱状节理区灌浆质量，且抬动控制应在合理范围内。应在分析抬动发生的原因基础上采取针对性的解决措施，主要有：（1）调整浆液细度，采用湿磨浆液增强柱状节理区的可灌性；（2）调整施工工艺参数来控制抬动。灌浆施工完成后，经过检查发现质量满足要求。各工序环节有序衔接，为复杂地层下的基础处理积累了施工经验，对其他类似工程具有一定的参考借鉴作用。