布仑口—公格尔水电站厂房基础灌浆试验研究

孙红丽

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

布仑口—公格尔水电站厂房基础灌浆试验研究

孙红丽

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

基础灌浆是地基处理中比较常用的工程措施,在工程中广泛应用。布仑口—公格尔水电站厂房基础完全处于冲积含漂石砂卵砾石碎石层上,设计采用充填灌浆的方式,降低因开挖后基础反弹引起的空隙比变化,提高其密实度,控制基础的变形。本文详细介绍了灌浆试验方案和工艺措施,通过现场灌浆试验获得相关灌浆参数,结论及建议用于指导基础灌浆设计与施工。同时对灌浆试验中的一些技术性问题进行了研究,并结合实际应用情况对基础灌浆技术做进一步分析。

水电站;主厂房;基础灌浆;泥浆固壁;不均匀沉降

1 工程概况

布仑口—公格尔水电站位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶境内的盖孜河上游，为大(2)型二等工程。主要建筑物由拦河坝、泄洪冲砂兼导流洞、溢洪道、引水发电洞、电站厂房等组成。水电站内装3台67MW冲击式水轮发电机组，总装机容量为200MW，发电流量38.22m3/s，毛水头约636m。电站厂房由主厂房(包括主机间和安装间)、副厂房、开关站和尾水箱涵等组成，建筑物级别为3级，厂房基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.26g。

主机间与安装间之间设变形缝，主机间建基面高程2 621.79m，安装间建基面高程2 630.34m，主机间底板尺寸:46.70m×20.70m(长×宽)，安装间底板尺寸:22.05m×20.70m(长×宽)，厂区地面高程2 640.24m。

2 厂房基础地质情况

厂房基础完全置于I I I级阶地第四系上更新统冲积含漂石砂卵石碎石层上，约20m以下为下更新统冰碛含块碎石砂壤土层，该地层物理力学性质较好，密实。所在区域地震基本烈度为Ⅷ度。根据地质资料厂房基础允许承载力为0.4MP a，基础土层基本物理指标如下:基础粒径＞200m m的漂石含量为14.0%～26.5%、200～60m m的卵石含量为22.0%～32.5%、60～2m m的砾石含量为30.0% ～46.5%、2～0.075m m的砂砾含量为10.5%～14.5%、＜0.075m m的细粒组含量为1.5%～2.0%，天然干密度为2.18～2.21g/c m3，天然含水率为0.5%～1.4%。最小干密度为1.84～1.87g/c m3，最大干密度为2.28～2.29g/c m3，相对密度为0.83～0.85，可灌比为96.8～122.8。直剪试验饱和状态下粘聚力为25.0～45.0MP a，内摩擦角为38°～40°。渗透系数为4.3×10-3～1.3×10-2c m/s，为中等强透水层。

3 厂房基础处理的必要性和方式

厂房位于高地震区，其基础为软弱地层，在地震荷载、结构自重等外荷载作用下软弱地基易产生不均匀变形，按照《水电站厂房规范》要求，需采用合理的基础处理方式以适应厂房的不均匀沉降、控制总沉降量及提高抗震性，保证软基上的水电站建筑物的安全。

厂房沉降变形计算结果表明:基础存在不均匀沉降，其值不满足规范要求。当遭遇地震时，地震首先引起的场地变形会加剧建筑物的破坏。为此对厂房的软基必须慎重处理。

国内坐落在强地震区、深覆盖层基础上的水电站厂房是极少的，没有现成的工程经验可以借鉴，因此本工程基础处理显得特别重要。在水利工程建设中基础灌浆是应用比较多的技术，其对地基的处理能够取得很好的效果。

本工程基础处理方式为充填灌浆。充填灌浆可降低因开挖后基础反弹引起的空隙比变化，提高其密实度，控制基础变形。基础灌浆可将松散的地基固结成整体，形成持力层，对提高地基承载力、防止地基沉降、减小不均匀沉降量及抵御地震破坏都有很好的作用。厂房开挖时基础开挖高程比底板结构底面低0.5m，用C 20砼浇筑0.5m厚盖板，并在盖板上预埋灌浆管，待砼达到设计强度后，通过灌浆管对厂房基础进行充填灌浆。

4 厂房基础灌浆试验

4.1 试验目的

通过现场灌浆试验复核地层的可灌性、确定灌浆材料及浆液配比、获得地层灌浆参数，并通过试验确定灌浆结束标准及质量检查标准，保证厂房基础地层充填灌浆施工的顺利进行。

4.2 试验区位置

结合现场条件，灌浆试验区选在厂房左岸2640m高程平台以外，试验地层与主厂房地层相近，试验区尺寸为14m×11m，按分序加密原则进行，同排分两序施工。灌浆孔布置如图1所示(图中尺寸单位:m)。

图1 灌浆孔布置

4.3 灌浆施工工艺及施工准备

试验区灌浆孔间、排距为2m，钻孔采用泥浆固壁钻进施工方法，采用“孔口封闭、孔内循环、自上而下灌浆”的施工工艺。

施工准备:①试验区混凝土盖板厚度0.5m，采取洒水进行养护。②灌浆孔平行布置4排，间、排距为2m，梅花型布置，灌浆深度为深入地层10m。③灌浆孔用色漆标明在已浇筑好的混凝土盖板上，统一编号，为试验钻孔灌浆提供准确的位置。④在灌浆孔正式施工前，必须预先用纯水泥浓浆镶铸孔口套管(长度60c m，孔口出露10c m并带丝扣)，套管内径不小于80m m，套管镶铸待凝48h后可以进行钻孔灌浆施工。⑤灌浆质量检查采用灌前、灌后声波检测对比。因此在灌浆施工前，现场确定9个部位钻孔，孔深0.4m，作为声波物探检测孔进行声波测试并做好记录。声波物探检测孔布置如图2所示(图中尺寸单位:m)。⑥在声波检测完成后，利用声波物探检测孔安装抬动观测装置，抬动孔比灌浆孔应深1～2m。本灌浆试验抬动观测采用千分表，抬动观测值应满足设计要求。

图2 声波物探检测孔布置

4.4 钻孔施工

钻孔孔位偏差控制在10c m以内，利用钠化膨润土固壁、φ 75金刚石钻头自上而下分段循环钻进。钻前保证钻机水平并固定，立轴铅直;钻孔时尽可能使用较长钻具，以保证钻孔孔斜。为防止孔壁坍塌，钻后、灌前进行钻孔和裂隙冲洗时间宜短，一般应控制在10m i n左右。

4.5 ４灌浆实施过程

4.5.1 制浆

(1)灌浆水泥采用42.5R复合硅酸盐水泥，细度满足通过80μ m标准筛的筛余量不大于5%的要求。制浆材料按规定的浆液配比计量，计量误差应小于5%，水泥采用质量(重量)称量法计量。

(2)本工程采用2台高速立式搅拌机(1200r/ m i n)，纯水泥浆液搅拌时间控制在30s以上。浆液温度控制在5～40。C。浆液自制备到用完不大于4h。

(3)浆液开灌水灰比为2∶1，共采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 4个比级。水泥浆液密度与水灰比关系(单位:g/c m3)见表1，配置100L水泥浆材料用量见表2。

表1 水泥浆液密度与水灰比关系

表2 配制水泥浆用料量

4.5.2 灌浆压力、段长划分

灌浆分段数为3段，自上而下段长分别为2、3、5m，灌浆段长度及各段灌浆压力见表3。

表3 灌浆段长及灌浆升压试验压力值

4.5.3 灌浆结束后待凝标准

根据水泥浆液凝固(初凝≥45m i n)时间试验，现试验区在每段灌浆结束后待凝时间均为3～5h，42.5R早强水泥即为速凝水泥，故为添加速凝剂。

4.5.4 灌浆设备及记录仪器

灌浆设备按“一机一泵一槽一记录”配置，即每台钻机配置1台3SN S泥浆泵、1个Y J—340型双筒搅拌槽、1台N W2005型灌浆自动记录仪及其配套的数据采集系统。其中，自动记录仪各项指标如下:压力范围 0～9.99MP A，流量范围 0～99.9L/m i n，数据采样频率4次/s，打印时间间隔5m i n，工作电压22V、50H z。当每段灌浆结束后，其水泥注入量和单位注入量都会通过电脑自动计算，同时打印在每段的灌浆记录后。

4.5.5 灌浆浆液变化原则

根据经验，在砂砾石层内进行灌浆，其单耗很大，而且浆液的漏失量也比较大。因此，本次试验采用下述浆液变换原则:①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比;②当某一比级的浆液注入量已达300L以上，而灌浆压力和注入率无改变或改变不明显时，应改浓一级;③当注入率大于30L/ m i n时，可根据具体情况越级变浓;④当灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应处理措施。

4.5.6 灌浆结束标准

①在规定压力下，单位注入率小于1L/m i n时持续灌注30m i n结束;②当单位注入率大于300L/ m i n时，延续灌注1h结束。

根据试验区灌浆情况，最大单位注入率为69.45L/m i n，不满足第②条结束标准。因此，采用在规定压力下，单位注入率小于1L/m i n时持续灌注30m i n结束。

4.5.7 封孔

本工程采用“导管注浆封孔法”，即灌浆完成后采用水泥砂浆封孔并在待凝3h后人工进行二次封填。

试验区封孔抽样检查结果表明:水泥砂浆分布良好，胶结均匀，断口吻合，表面光滑度高。该封孔方法满足设计及施工需要。

4.5.8 抬动

在灌浆开始前安装抬动观测装置千分表，抬动观测布置示意图如图3所示。

图3 抬动观测布置示意图

在厂房基础灌浆试验区灌浆实施过程中，安排专人进行抬动观测。每10m i n记录1次千分表读数，分析在灌浆压力作用下地表是否抬动。4.6 灌浆试验的效果分析及评价

4.6.1 试验区钻孔分析

4.6.2 试验区抬动分析

试验区抬动观测数据表明，在最大灌浆压力(0.45MP a)作用下，地表未抬动，灌浆压力满足观测抬动值小于0.2m m要求。

4.6.3 灌浆统计分析

单位注入量最终统计见表4。

表4 单位注入量最终统计

从表4可看出，I序、I I序各次序孔总注入量和平均单位注入量呈递减趋势，递减率为68.4%。基本符合灌浆逐序加密、单位注入量递减的规律。

4.6.4 试验区灌前灌后声波测试分析

由试验区灌前、灌后7d和灌后30d声波测速结果可以看出，试验区灌前平均波速为410.6V s (m/s)，灌后7d平均波速为518.8V s(m/s)，波速提高率为31.2%。灌后30d平均波速为617.32V s (m/s)，波速提高率为 59.3%，满足设计提高10%～20%的要求。

4.6.5 灌浆效果评价

经I序、I I序灌浆对比，各次序孔单位注入量逐渐减小。灌前、灌后声波测试结果表明，波速提高率满足设计要求。说明试验区灌浆效果明显。

4.6.6 结论与建议

(1)结论。试验区的地质条件较差，可灌性好，浆液串通明显;灌浆后的效果较好，地基承载力有所提高，可以满足设计需要。

(2)建议。①建议砼盖板厚度为0.5m，经养护72h后开始钻孔施工。②建议灌浆孔间、排距为2m，梅花型布置，灌浆深度为深入地层10m。求，建议采用。⑥通过灌浆试验分析，在灌浆压力作用下，浆液可以渗透地层以下2～3m，因此建议采用灌浆段长为第1段2m，第2段3m，第3段5m。I序孔灌浆结束压力为第1段0.2MP a，第2段0.3MP a，第3段0.4MP a;I I序孔灌浆结束压力为第1段 0.25MP a，第 2段 0.35MP a，第 3段0.45MP a。⑦建议单位注入率小于1L/m i n时，持续灌注30m i n结束灌浆。⑧建议采用“导管注浆封孔法”，即灌浆完成后采用水泥砂浆封孔并在待凝3h后人工进行二次封填。⑨建议灌后质量检查主要以物探声波测试为主，合格标准为灌后较灌前提高10%～20%。

5 结语

本文介绍的布仑口—公格尔水电站厂房基础灌浆试验方案和工艺措施，可供类似工程参考。通过现场灌浆试验获得的灌浆参数，结论及建议成为厂房基础地层充填灌浆施工的直接依据。

对于建在软弱地层上的水电站建筑物，地基地质条件通常不适合，而建筑物功能上的需求决定了其对地基的要求是非常严格的，因此必须选择合适的地基处理方案，使地基处理后达到设计要求。经统计分析，基础灌浆是软弱地基处理的首选方案。

［1］D L/T 5148-2012.《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》［S］.

［2］SL266-2014.水电站厂房设计规范［S］.

［3］石涛，杜念文，郑煌.江河水电站基础灌浆试验［J］.水电与新能源，2010(04).

［4］许厚材.水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆方法［J］.水利发电，2005(09).

［5］王利，李荣祖，程少荣，等.彭水水电站基础灌浆关键技术问题研究［J］.人民长江，2006(01).

［6］蒋硕忠.灌浆材料与灌浆工艺研究［J］.水利水电技术，2001 (09).

［7］汪峰.试论水利工程施工中的基础灌浆技术的应用［J］.中国新技术新产品，2013(08).

［8］钱军刚.小石峡水电站扩机安装间基础处理设计［J］.小水电，2014(03).

［9］王辉，黄小春，胡伟.软基上的水电站厂房设计与施工［J］.中国农村水利水电，2005(12).

［10］曹志宇，吕仕龙，廖洋波.水布垭水电站高面板坝趾板灌浆试验研究［J］.水力发电，2002(10).

［11］韩爱萍，孙红丽.布仑口-公格尔水电站厂址及厂房布置设计［J］.水利规划与设计，2010(05).

T V 543+.15

B

1008-1305(2016)05-0098-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.034

2016-03-21

孙红丽(1973年—)，女，高级工程师。