泸定水电站3号消力池直立边坡管桩加固施工技术

王行仁，赵龙飞，李 越

（中国葛洲坝集团三峡分公司泸定水电站施工项目部，四川 泸定 626100）

1 工程概况

泸定水电站3号泄洪洞消力池长103.4 m、宽30 m、深27 m，所在位置的左右侧山体边坡裂隙发育，完整性差，岩体主要为弱风化、弱～强卸荷。其中，1 317.5 m高程以上是坡比为1∶0.5的30 m分级边坡，1 317.5～1 290 m高程为垂直边坡。受地质条件的影响，前期在1 317.5～1 430 m高程的边坡开挖过程中曾先后发生11次不同程度的塌方，最大单次塌方量约1.6万m3；加之受2010年汛期2号泄洪洞过流期间洪水对消力池开挖边坡的浸泡的影响，汛后开挖期间边坡稳定性非常差。综上，为确保3号消力池开挖期间及成形后的27 m直立边坡的安全和稳定，确保2011年度汛节点工期的顺利完成，在直立边坡开挖前采取了预加固处理。

2 预加固处理

根据围岩特性及结构要求，预加固处理主要包括：直立边坡岩体的预固结灌浆和钢管灌注桩施工。其通过进一步增加岩体的完整性及通过钢管灌注桩形成的连续幕墙，避免因开挖掉块等形成垮塌；从而在确保安全的同时加快工程的建设进度。

2.1 预固结灌浆

2.1.1 工艺流程

边坡预固结灌浆工艺流程为：测量放样，钻机就位，造孔，钻孔冲洗，封堵孔口，浆液制备，灌浆，封口。

2.1.2 施工方法

（1）钻孔。3号消力池右边坡受设计马道宽度尺寸限制，在实际方案比选中只沿水流方向布置了2排斜孔，排距100 cm，间距200 cm。其中，第一排向山体内侧倾斜5°，孔深29.12 m；第二排孔向山体内侧倾斜10°，孔深26.41 m。另外，由于3号消力池左侧边坡结构尺寸富余较多，因此布置了2排垂直孔，排距150 cm，间距200 cm，孔深29 m，两排孔均伸入消力池底板1 290高程以下3 m。预固结灌浆孔采用100型快速钻造孔，孔径φ90 mm。造孔过程中要求孔位偏差不大于10 cm，孔斜不大于2%。

（2）钻孔冲洗。考虑到本次预固结灌浆涉及边坡岩石裂隙较为发育，且呈碎裂～镶嵌结构，若采用压力水冲洗钻孔，不利于边坡稳定。因此，在固结灌浆钻孔结束后，拟采用压力风敞开孔口的方式对钻孔孔壁进行简易冲洗。

（3）灌浆。预固结灌浆按排间分序、孔内分段原则进行。即先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔的顺序施工，相邻Ⅰ序孔灌浆完成后方可进行Ⅱ序孔的钻灌；由于工期极为紧迫，Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆均分两段进行，每段长度按各孔实际深度等分划分。预固结灌浆采用孔外循环方式进行灌注。考虑到3号消力池水位回水较深，造孔后孔内可能集水较多，为保证灌浆时能将孔内水挤出孔外，一段灌浆压力定为2 MPa，二段定为2.5 MPa。灌浆采用P.O42.5R水泥，水灰比采用 2∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1 四个比级， 开灌水灰比为2∶1。预固结灌浆按规定水灰比由稀至浓逐级变换，当某一级浆液的注入量大于300 L或灌注时间达1 h而灌浆压力或注入率均无显著改变时，应改浓一级灌注；当某一级浆液的注入率大于30 L/min时，可越级变浓。灌浆过程采用自动记录仪进行注入率测记，在设计压力下，当注入率不大于1 L/min时，连续灌30 min即可结束。

2.2 钻孔灌注桩

2.2.1 工艺流程

钻孔灌注桩工艺流程为：测量放样，钻机就位，造孔，安装钢管，浆液制备，注浆，锁定梁施工，分层开挖。

2.2.2 施工准备

钢管桩施工准备工作主要包括：钻机准备，钢管钻孔及钢管接头丝口加工等工作。

（1）钢管桩加工。钢管选用外径φ140mm、壁厚5 mm的无缝钢管。钢管分节制作，每节长度约4～6 m，钢管之间采用丝口连接接长，孔口内增设3根直径25 mm、长100 cm的加强螺纹钢筋，丝扣长度不小于8 cm。管壁用电钻或机床钻沿钢管轴向每隔50 cm四周对称开4个孔径为20 mm的小孔形成花管。

（2）钻机选择。考虑到地质条件的特殊性，钢管桩造孔主要选用YGL-80A全液压履带式锚固钻机，同时配置3台YG-80锚固钻机。

2.2.3 施工方法

（1）钻孔布置。3号消力池右边坡设计马道宽度仅为2m，同时考虑到造孔过程中孔斜等情况，拟在 马道中心布置1排钢管桩。桩间距定为1.0 m，此外每隔3 m按 “丁”形布置1组钢管桩，从而形成由3根钢管桩组成的加强柱。钢管桩钻孔孔径为φ168 mm， 孔深 27～31 m。

（2）测量放样。施工前，首先安排人员对钢管桩施工区域进行清理，而后由测量队根据钢管桩施工孔位布置图，逐点放出钢管桩孔位，并用油漆做好标志。

（3）造孔。钢管桩孔径为168 mm，孔深27～31 m，造孔过程中要求孔位偏差不大于10 cm，孔斜不大于0.5%。3号消力池边坡岩体破碎，为了防止钻灌施工过程中对边坡造成较大集中扰动，钢管桩施工按分序加密原则进行。即，先进行Ⅰ序孔钻灌施工，再进行Ⅱ序孔钻灌施工。

（4）钢管桩安装。钻孔验收符合要求后，即可安装钢花管。钢管安装采用人工配合用反铲进行。即先由人工将第一节钢管一端下入孔内，另一端采用四方形马凳固定在孔口上方；而后用反铲挂可转动吊钩将第二节钢管的一端吊起，由工人用钢管钳与第一节钢管外漏端扭紧连接在一起。循环上述工作，直至最后一节钢管安装完毕。为了确保下步工序锁定梁的施工，要求钢管桩孔口以上外露部分不小于1.5 m。

（5）注浆。钢管桩灌注采用P.042.5级纯水泥浆。在钢管内下入注浆管，注浆管管口距离孔底50 cm，在钢管顶部10 cm处安装灌浆塞，采用水灰比0.8∶1的水泥浆开灌，灌浆压力0.2 MPa。在设计压力下，当灌浆注入率不大于1.0 L/min、延续灌注10 min后即结束。

（6）锚定梁施工。为了增强灌注桩的整体刚度，同时考虑最大限度减少对后续开挖的影响，分别在1 313.0～1 317.5、 1 306.0、 1 299.0 m 高程设置 3道锁定梁并结合锚索和锚筋束对钢管桩进行锚固。1 313.0 m高程锁定梁断面为宽140 cm、高100 cm的矩形结构，梁内主筋采用φ25螺纹钢，间距20 cm；箍筋采用φ12圆钢，间距20 cm。考虑到此梁布置在垂直边坡的上口，直接关系着开挖后边坡的稳定，故考虑采用2 000 kN、长45 m的锚索进行锚固，间距5 m。1 306.0、1 299.0 m高程两道锁定梁断面为50 cm×50 cm，因锚索施工所需周期较长，所以两梁采用2根φ28锚筋束进行锚固，间距2 m、长18 m，锚筋束采用螺纹套筒连接；同时，将两根锚杆焊接成一个整体，以增强锚筋束抗拉拔能力，锚筋束注浆采用P.042.5R级水泥浆。为确保锚固效果，注浆时轻微加压，压力不超过0.1 MPa。

3 结语

泸定水电站3号消力池直立边坡由于开挖前采取了预固结灌浆和钢管桩两项加固措施，在后续的开挖过程中，边坡再未发生一起塌方事故，为3号消力池混凝土浇筑按期过流度汛赢得了宝贵工期。同时，本工程可供后续同类工程施工提供了借鉴。