0、簡述
進水塔塔基通過深孔固結灌漿和鉆孔灌注樁綜合加固后,改善了塔基巖體的物理力學性質,提高了下部巖體的整體穩定性,有效地充填了受煤洞開采及隧洞開挖引起的低密度區,防止了進水塔運行中的不均勻沉陷及向庫區發生傾倒變形,從而保證了進水塔的穩定和安全。在水塔施工中運用合理的資源配置和科學的水塔施工工藝,有效地縮短了施工時段,解決了水塔施工工序繁多、場地狹窄、工期壓力大等矛盾,使整個進水塔基礎處理施工時間只用了60d,平均到每個塔機基礎只有15d,從而確保了進水塔的施工總工期。同時,亦為類似地質條件及施工特征的泄洪洞進水塔基礎加固提供了設計依據和施工經驗。
1、工程概況
紫坪鋪水利樞紐引水發電洞進水塔位于岷江上游映秀至都江堰市沙金壩右岸條形山脊上,進水塔塔高91.4m,長90m、寬33m,塔內設有9道閘門和8道攔污柵,是四條引水發電洞及一條沖沙放空洞的進水開關中樞,為重要水工建筑物,且塔體高大、結構復雜、施工干擾大、工期緊。
2、進水塔基礎地質條件
塔基礎以含煤含礫中細砂巖為主,裂隙發育,巖層反傾,且存在L10、L9剪切破碎帶及受Lc等小型軟弱夾層的影響,對底板基礎的承載能力影響極大。此外,下部沖沙放空洞的爆破開挖也對底板基礎巖石物理力學強度指標有較大的削弱。運行中進水塔若發生不均勻沉陷及向庫區發生傾覆變形,后果將不堪設想。由于上述原因,決定了需要進行進水塔基礎加固,以提高基巖的整體性。進水塔基礎典型地質剖面見圖1。
3、綜合加固技術的產生
為改善塔基巖體的物理力學性質,提高下部巖體的整體穩定性,有效充填受煤洞開采及隧洞開挖引起的低密度區,防止進水塔運行中的不均勻沉陷及向庫區發生傾倒變形,保證進水塔的穩定和安全,設計征求各方意見并進行方案對比后作出以下處理方案:
①原設計4m×2m的717m淺孔固結灌漿改為4m×2m的3040m深孔固結灌漿,在1號、2號塔基底板L10剪切破碎帶出露部位加密到2m×1m; ②增加4m×2m,U220mm,L=20m的鉆孔灌注樁,平面布置見圖2。
4、綜合加固處理施工
因進水塔部位施工工序較多,相互干擾、相互制約情況明顯,且地質情況復雜,施工場地狹窄,工期壓力較大。為了能最大限度地減少塔基綜合加固處理給直線工期帶來的影響,我們在施工工序安排上,把固結灌漿和鉆孔灌注樁放在同一高程上進行施工,按照基礎面開挖墊層混凝土澆筑等強固結灌漿施工鉆孔灌注樁施工的順序安排生產,減少了工序之間的銜接、縮短了施工直線工期;在資源配置上選用2~3臺AtlasA66型全液壓履帶式鉆機進行高效鉆孔,使固結灌漿達到250m/臺·日,鉆孔灌注樁達到200m/臺·日,從而提高了制約施工的關鍵工序——造孔的工效,極大地縮短了工期、減少了鉆進設備的投入,解決了水塔施工場地狹窄的問題;在固結灌漿施工工藝上采用自下而上分段施工,充分配置灌漿泵數量,使鉆孔與灌漿脫離,從而減少了水塔施工工序的交叉,縮短了工期,同時也確保了施工質量。
4.1深孔固結灌漿施工
4.1.1灌漿試驗
為推薦合理的施工順序和施工工藝及方法,提供設計和施工所需的技術參數,確保灌漿施工的正常進行,在正式灌漿施工之前進行了生產性固結灌漿試驗。為體現灌漿試驗的全面性、代表性,盡量節約試驗時間,試驗段選在1號塔基L10剪切破碎帶出露部位A類及B類灌漿孔連接處,A類固結孔孔深30m,B類固結孔孔深40m,間、排距為4m×2m;梅花型布置;試驗孔選取3個Ñ序孔進行試驗,布置在第1排,2個Ⅱ序孔布于第二排。為保證灌漿試驗順利進行,做好混凝土蓋重抬動觀測,確定合適的施工參數,在灌漿之前先進行了混凝土抬動觀測儀器的安裝,具體布置見圖3。
固結灌漿試驗分段自下而上進行,漿液水灰比選為5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1,分段形式及對應試驗灌漿壓力見表1。
試驗效果分析見表2、表3。
從表中可以看出,透水率(Lu)和單位注入量(kg/m)均按序呈遞減趨勢,表明符合灌漿規律,也說明固結灌漿所采用的單排孔為Ñ序灌漿孔,雙排孔、加密孔為Ò序灌漿孔逐漸加密的分序原則是合理的,底板固結灌漿孔灌段由下自上進行灌注的灌漿工藝是切實可行、符合要求的。水塔施工時混凝土墊層基本未出現抬動情況,只有1-1-3號孔在第三段進行灌漿時,混凝土墊層出現了極小的抬動,但在規范允許范圍內。檢查孔各段壓水呂榮值均滿足<5Lu的設計要求,說明孔位布置及其灌漿參數(灌漿段長、灌漿壓力等)和施工工藝均符合要求。
4.1.2固結灌漿施工
鉆孔:固結灌漿鉆孔采用Atlas液壓鉆機造孔,按排間分序、排內加密的原則分序施工。先鉆深5m、U150mm口徑的孔,采用孔口卡塞孔內循環法對第一段進行固結灌漿(壓力0.15MPa)結束后,鑲注U127mm鐵管作為孔口管,在鑲注孔口管強度達到后,再采用Atlas液壓鉆機一次鉆至設計孔深,鉆孔孔徑為U114mm。在鉆孔過程中,要仔細觀察孔內返渣情況,并將鉆孔進尺快慢、返渣顏色詳細記錄,特別要將鉆孔中遇到的特殊情況如煤洞、采空區、軟弱夾層等詳盡記錄并及時匯報給監理工程師,以確定具體的施工方案,終孔后要做好鉆孔驗收工作并做好孔口保護。
灌漿分段:施工段每段段長控制在8m以內,可視地質情況決定,如成孔效果不好,可適當縮短段長。自下而上灌漿具體分段與壓力見表1。
壓水試驗:采用單點法進行壓水試驗,當灌漿壓力大于1MPa,壓水試驗壓力也采用1MPa;當灌漿壓力小于1MPa,則壓水試驗壓力采用灌漿壓力的80%。
灌漿:取水灰比級相同于試驗情況,開灌水灰比為5:1,壓水呂榮值較大時,可從2:1開灌。對于大的裂隙及煤洞等注入量較大的情況,也可采用0.6:1:0.3的沙漿進行灌注。記錄采用LHGY-2000灌漿自動記錄儀,分序奇數排為Ñ序,偶數排及加密排為Ⅱ序。排內優先對奇數孔施灌。漿液變化、結束標準、特殊情況處理與封孔參照相關規范執行。
4.2鉆孔灌注樁施工
4.2.1灌注樁鉆孔
孔位確定后,利用Atlas鉆機進行造孔,為保證大梁垂直度,以羅盤進行測量控制。鉆孔孔徑為U220mm,COP84沖擊器鉆進成孔。對于地質條件差而難以裸鉆成孔的情況,則采用/ODEX0工法進行偏心跟套管鉆進,以利于成孔。鉆孔過程中要仔細觀察孔內返渣情況,并將鉆孔進尺快慢、返渣顏色詳細記錄,特別要將鉆孔中遇到的特殊情況如煤洞、采空區、軟弱夾層等詳盡記錄并及時匯報給監理工程師,以便于確定灌注樁的埋深,確保樁體端部位于相對堅硬、完整的巖石之上。終孔后,做好鉆孔的沖洗與驗收并做好孔口保護工作。
4.2.2樁體鋼筋籠的制作與安裝
鋼筋籠制作選擇在較為寬闊的場地進行。按設計要求,用U80mm鋼管作為連接管(隔離對中支架),將5U32mm螺紋鋼筋均布于內、外部箍筋或鋼管之外,采用點焊方式牢固連接,鋼管(隔離對中支架)每1米分布1個。U32mm螺紋鋼筋則采用L=12m及L=9m長度進行加工,螺紋鋼之間采用直螺紋套筒連接,并按要求抽樣送檢,以便進行力學試驗,均滿足要求,鋼筋籠加工見圖4。
利用圓筒門機將鋼筋籠整體吊裝就位。距孔口處設置對中裝置,保持鋼筋籠基本處于鉆孔中心位置。保證鋼筋適當外露,以滿足樁體錨固長度的要求。
4.2.3灌注M30沙漿
灌漿水泥為“峨嵋山”牌普通硅酸鹽水泥,標號為P.O42.5R,摻和用水為岷江河水,砂為岷江麻溪一帶的天然河沙。
制漿站制備水泥沙漿,其配合比為水:水泥:沙子=0.45:1:0.3,外摻5%微膨脹早強劑(質量比),其標號滿足M30沙漿的要求。灌注過程中隨機取樣并送檢。中轉站泵送入樁,灌注導管伸入樁底,邊灌注邊起拔,直到孔口沙漿外溢為止。待凝48h后再對樁內收縮部位進行回填。
對于遇到塌陷的煤洞及采空區造成成樁及灌注異常時,要采用間歇灌注、調濃加沙等有效方法,以保證樁體及影響帶灌注密實。對于采用“ODEX”工法跟套管鉆進成樁,下鋼筋籠后邊灌注邊起拔套管。
5、施工效果檢查和評價
發電洞進水塔基礎處理完成固結灌漿15425m、灌漿水泥980376kg、鉆孔灌注樁7743.9m。塔基基礎固結灌漿共布置24個灌后壓水孔,試驗結果表明透水率均小于5Lu的設計控制指標;該部位布置了2個取芯和聲波、彈模測試孔,所完成的取芯、聲波和彈模測試孔的測試結果均滿足設計要求。
