基础处理在泄洪冲砂闸施工中的应用

滕家星，金仁强

(1.南昌市水利电力建设公司，江西 南昌 330025；2.中铁水利水电规划设计集团有限公司，江西 南昌 330025)

1 工程概况

该电站装机容量为480 MW，其额定水头为24.5 m，正常蓄水位432.0 m，设计引用流量为2203.2 m3/s，保证出力为151 MW，年利用小时数为5015 h，年发电量24.07亿kW·h。水库总容量4867万m3，其正常蓄水量为4554万m3。电站所采用的是一级混合开发方式，也就是即建坝壅水高15.5 m，连接铜街子尾水，经河床式厂房，在厂后有长达9015 m的尾水渠，该尾水渠利用落差约为14.5 m。该电站发电水头大概有一半之多需要由尾水渠来提供。GIS楼基础处理共2个单元，完成钻孔859.60 m，灌浆782.05 m，灌注水泥556.01 t。平均单位注入量710.96 kg/m。

2 施工方案

本工程基础灌浆处理采用“预设花管模袋式分段阻塞灌浆法”工艺进行施工[1]。其工艺流程为：跟管钻进至孔底→钻孔测斜→下入花管→膨胀阻塞模袋→最底部一段卡塞灌浆→上提栓塞进行下一灌浆→…→至孔口。

2.1 钻 孔

GIS楼基础采用哈迈YXZ-90A型全液压锚固钻机与XY-2型回转式地质钻机相结合的方式进行施工，配备相应规格的钻头、岩芯管、套管等进行钻进。采用 “预埋花管模袋式分段阻塞灌浆法”钻孔工艺，采用克莱姆钻机、哈迈钻机使用偏心跟管钻进，跟管为Ф140 mm导管(材质为无缝钢管)。跟管钻进至孔底，下入预制绑扎好的花管，起拔套管。钻机就位后，开孔偏差≤10 cm，钻孔施工过程中，采取各种纠偏措施严格控制孔斜，当孔深>60 m时，孔底最大允许偏差值不大于孔距。

孔斜的预防：(1)无论是机械的就位安装还是开孔工作，每个环节步骤都要认真完成。(2)开孔的粗径钻具长度要随着钻孔进行加长。(3)保证钻进技术参数的合理性，将孔壁之间的缝隙减到最小。(4)岩芯管要选择刚性好、长而直的。(5)为了使钻具稳定性更强，可采用钻铤空地加压的方式。(6)当钻至溶洞底层或软硬互层时，应选择长岩芯管以较低的转速、缓慢钻进。

在钻进过程中要严格按照要求对孔斜进行测量，并且时刻关注孔内的情况，当发现问题时要第一时间进行纠正，一般常用的钻孔纠偏方式如下：(1)导向板的纠偏。(2)空地埋管纠偏。(3)对钻机立轴的方向进行调整，从而达到纠偏的作用。采用“重锤式”测斜仪对孔斜进行测量，具体偏差参考值详见表1。

表1 灌浆孔孔底偏差值

2.2 钻孔冲洗及注水试验

(1)钻孔冲洗。根据地质资料显示，由于该部位覆盖层成分复杂，透水性强，成孔难度大，孔壁稳定性差，不进行钻孔冲洗。

(2)注水试验。通常检查孔所采用的试验方法为常水头钻孔注水或压水试验。本研究中检查孔所采用的为常水头钻孔注水试验法。所使用的注水试验装置详见图1。常水头钻孔注水试验准备工作包括供水设备以及所需要的仪表等。在注水试验之前，要先将钻孔中的岩粉进行清除。在进行注水试验之前，要先对地下水位进行观测，水位观测每次之间要间隔5 min，如连续两次检测所得到的数据之差<10 cm时，便可以结束水位观测，最后一次的观测值就是地下水位计算值，反之要继续进行观测。注水试验要按照从上到下进行分段灌注，试验段的长度在2～5 m，当地层比较复杂时要将分段设置短一点，要保证一个时段不能在渗透性悬殊较大的两种地层中跨越。如果注水试验孔的钻进和试段隔离采用灌浆护壁法进行，要在上面试段注水试验完成之后马上进行灌浆，等待凝固后进行扫孔直至原孔深度，然后采用相同的水头再对注入量进行测量，如果注入量过大就需要再次进行灌浆扫孔等操作，待注入量降低至足够小时便可以继续下一段的操作。如果注水试验所使用的是套管护壁，那么在上面试段注水试验完成之后要对套管、止水进行跟进，并继续进行下一段注水试验。

图1 钻孔注水试验装置

本工程质量检查以注水试验检测及钻孔声波检测成果为主，并结合钻孔取芯情况、钻灌成果等资料进行综合评定。根据监理中心指示，GIS楼基础处理共布置2个检查孔，通过灌浆后，孔段采取的岩芯含水泥结石，且水泥胶结质量良好。检查孔岩芯分析得出：水泥胶结质量良好，水泥浆脉清晰可见，灌浆效果显著。

经灌浆处理后，渗透系数最小为3.92×10-5cm/s，最大为9.21×10-4cm/s。检查孔渗透系数<1×10-4cm/s的孔段主要分布在混凝土与覆盖层接触段，而渗透系数≥5×10-4cm/s的孔段主要分布在终孔段。渗透系数分布区间见表2。

表2 检查孔渗透系数区间段和频率

由表2可得出检查孔注水试验渗透系数<1×10-4cm/s的孔段占0%～20%；渗透系数<5×10-4cm/s的孔段占60%，且均<1×10-3cm/s。

2.3 灌 浆

由于地质情况的不同，周围灌浆孔会受到水流冲刷等因素的影响，加上人工回填砂卵石层中比较细小的颗粒会被水冲走，地层会发生明显的沉降等，因此，应根据实际情况选择纯水泥浆液、水泥砂浆以及水泥-水玻璃浆液完成灌浆[2]。在实际施工中按照先外围后中央的原则，先施工Ⅰ期周边孔再进行Ⅱ期中间部位孔施工。由于本工程地质条件异常复杂，库区水位与作业部位相比其水头高差大，Ⅰ期周边孔虽对灌浆地层中的大部分动水进行了封堵，但在Ⅱ期中间部位孔施工时仍存在涌水现象(涌水流量及压力较Ⅰ期周边孔大幅度减小)，在动水地层采用水泥砂浆进行灌注时，出现了浆液稀释、不易凝固、涌水难以封堵等情况，且被动水分离的砂子会对浆液在被灌地层的正常扩散造成影响。鉴此情况，经参建各方研究决定：Ⅱ期中间部位孔灌浆采用纯水泥浆液灌注，浆液水灰比为2.0∶1、1.0∶1、0.8∶1、0.6∶1四个比级；遇涌水孔段时，先使用水泥-水玻璃浆液对涌水地层进行灌注，待涌水被封堵后，再采用纯水泥浆液进行正常灌注，直至灌浆结束。

灌浆水泥采用普通硅酸盐水泥，其性能满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)的技术要求。根据实际情况，浆液可加入质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于2 mm。采用抽取的大渡河水。根据灌浆试验需要并经监理工程师批准，在水泥浆液中掺入外加剂，以适应不同的地质条件和工程要求。各种外加剂的质量按《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T 5100—2014)的有关规定执行，外加剂品种的选用和掺入量通过试验确定，并将试验成果报监理工程师审批[3]。本工程中，速凝剂采用水玻璃。

采用“预埋花管模袋式分段阻塞灌浆法”进行1#～2#泄洪冲砂闸基础灌浆处理。第一段段长为2.0 m，第二段为3.0 m，以下各段为5.0 m。为了减少抬动变形，并提高灌浆压力，可采用分级升压或间歇升压法灌注，并使灌浆压力与注入率相适应，达到逐步升至较大压力，以保证灌浆质量。本工程Ⅰ期、Ⅱ期孔各序各段灌浆压力见表3、表4。

表3 Ⅰ期(周边)孔灌浆压力 MPa

表4 Ⅱ期(中间)孔灌浆压力 MPa

灌浆压力以回浆管压力表读数为准。本工程灌浆使用灌浆自动记录仪。灌浆孔有涌水时，先测定其涌水压力，并以涌水压力与表3和表4中设计压力之和做为此灌浆孔灌浆压力。

GIS楼基础处理各次序单位注入量区间段和频率见表5，单位注入量与灌浆次序关系见表6。

表5 GIS楼基础处理各次序单位注入量区间段和频率

表6 GIS楼基础处理单位注入量与灌浆次序关系

根据表5、表6统计分析，各次序孔水泥单位注入量情况为：

(1)Ⅰ序孔单位注入量为950.52 kg/m，Ⅱ序孔单位注入量为411.32 kg/m；单位注入量：Ⅰ序孔>Ⅱ序孔；Ⅱ序孔与Ⅰ序孔比较，递减率56.73%。

(2)单位注入量<200 kg/m的孔段，Ⅰ序孔占9.91%，Ⅱ序孔占38.20%；单位注入量≥500 kg/m的孔段，Ⅰ序孔占63.96%，Ⅱ序孔占31.46%。

从上述数据可以看出：各次序孔水泥单位注入量随孔序的递增呈现依次递减的变化规律，且递减速率快，符合正常的灌浆变化规律，说明灌浆效果明显。

现场检测的数据资料，经相关计算、分析和整理，得出测试成果。见表7。

表7 声波孔检测成果统计情况

检测成果简要分析如下：(1)灌前波速最大值2.03 km/s，最小值1.54 km/s，平均值1.77 km/s，灌后波速最大值2.25 km/s，最小值1.96 km/s，平均值2.11 km/s。灌后波速大于2.0 km/s的测点平均比例为91.80%，无低于1.90 km/s的波速测点。(2)通过灌浆前后数据对比，灌浆后波速总体提高明显，平均值提高幅度为0.35 km/s，提高率为19.58%。灌浆后，灌前低速测点的提高率总体较高。对比灌前灌后声波值可以得出：灌后声波值均有明显提高，灌浆效果显著。

2.4 封 孔

(1)灌浆孔、检查孔施工结束后，经施工单位申请、监理人应会同设计单位和业主代表及时进行验收，验收合格后的灌浆孔、检查孔方可封孔。(2)闸室部位灌浆孔、检查孔、声波孔和抬动孔封孔采用全孔灌浆封孔法进行封孔，混凝土体内钻孔采用M30砂浆填充(对于溢流面孔体，其表面10 cm采用环氧树脂砂浆填充)。(3)闸墩部位灌浆孔、检查孔封孔直接采用全孔灌浆封孔法进行封孔至闸墩顶部。

2.5 特殊情况处理

在施工过程中，遇特殊情况及时通知现场监理工程师，并根据现场监理工程师的指令对特殊情况进行处理。

2.5.1 灌浆中断

(1)因机械、管路、仪表、停水、停电等故障而造成灌浆中断时，尽快排除故障，立即恢复灌浆。否则冲洗钻孔，重新灌浆。当无法冲洗或冲洗无效时，扫孔后复灌。(2)恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆灌注。如注入率与中断前相近(注入率达中断前注入率90%以上)，即采用中断前水泥浆的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多(注入率为中断前注入率70%～90%)，逐级加浓浆液继续灌注；如注入率较中断前减少很多(注入率为中断前注入率70%以下)，且在短时间内停止吸浆，及时采取补救措施。

2.5.2 串浆

(1)当被串孔正在钻进时，立即起钻，停止钻进，并对串浆孔进行堵塞，待灌浆孔灌浆完毕后，再对被串孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进。(2)如被串孔具备灌浆条件，且串浆量不大，在灌浆的同时，在被串孔内通入水流，使水泥浆液不致充填孔内；串浆量大时，对被串孔同时进行灌浆，灌浆时一泵灌一孔，当相互串浆，采用群孔并联灌注，并联孔数不多于3个，并控制灌浆压力。

2.5.3 冒浆

(1)地表裂缝处冒浆，暂停灌浆，用棉纱嵌缝堵塞或用水玻璃砂浆表面封堵。(2)采用低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。

每个灌浆单元灌浆完毕后，按规定时间进行灌浆质量检查。质量检查以钻孔注水试验检查和钻孔声波检查成果为主，并结合钻孔取芯情况、钻灌成果等资料进行综合评定，对泄洪冲砂闸的安全运行提供可靠保障[4]。

3 结 论

在泄洪冲砂闸施工中，基础处理是非常重要的一环。通过对地基进行加固处理，可以有效地提高闸门的稳定性和安全性，保证闸门在泄洪和冲砂时的正常使用。同时，基础处理也能够减少施工过程中的不良影响，保障周边环境的安全。基础处理在泄洪冲砂闸施工中具有重要的应用价值，可以有效地提高闸门的使用效率和安全性。因此，在今后的泄洪冲砂闸施工中，应加强对基础处理的重视，注重施工过程中的质量控制，最大限度地发挥基础处理的作用。