陶旭東

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原 030002)

1 工程概況

某引水泵站位于黃河中游峽谷內(nèi)，1997年因一水電站庫區(qū)淹沒在原址新建，沿黃河右岸依次布置一級斜坡式取水泵站、二級取水泵站及斜板沉沙池等，場區(qū)高程982 m，長度300 m，頂部寬度60 m。各建筑物基礎(chǔ)至開挖新鮮巖石，場區(qū)碾壓回填10 m～27 m碎石土層，迎水面采用無紡布加漿砌石護(hù)坡。水庫蓄水后正常水位977 m，最高水位980 m，最低水位952 m。水庫蓄水后泵站場區(qū)背靠山體三面環(huán)水。1998年秋季水庫開始蓄水、1999年春季因黃河凌汛庫水位下降，回填場區(qū)發(fā)生不均勻沉降導(dǎo)致場區(qū)內(nèi)敷設(shè)輸水管路發(fā)生滲漏。

2 沉降原因分析

水電站運(yùn)行方式:為防止庫區(qū)高水位對黃河上游包頭、河套地區(qū)產(chǎn)生影響，每年在春季凌汛和夏季防汛期間采用低水位運(yùn)行，且水位下降速度快，短期內(nèi)(3 d)可降低20 m。

泵站基礎(chǔ)基巖為寒武系灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀平緩，走向NE，傾向NW，傾角2°～3°?；A(chǔ)大部分巖體飽和抗壓強(qiáng)度為88.4 MPa～176.9 MPa，相對軟弱的泥灰?guī)r、頁巖在新鮮狀況下的飽和抗壓強(qiáng)度平均值大于80 MPa。經(jīng)觀測所建建筑物未發(fā)生明顯沉降。

經(jīng)分析，回填場區(qū)沉降原因:因水庫正常水位時(shí)，回填場區(qū)處于黃河水浸泡，在水位快速下降過程中，回填碎石土細(xì)顆粒流失。

3 灌漿試驗(yàn)

經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核，回填區(qū)基礎(chǔ)處理采用灌漿形式加固。沿場區(qū)外側(cè)布置防滲帷幕封閉，場區(qū)內(nèi)采用回填灌漿補(bǔ)強(qiáng)加固。為了選擇相適應(yīng)的灌漿材料和灌漿方法，確定合理的帷幕深度、灌漿段長、灌漿壓力以及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不均勻沉降部位不同，分別選取了地下巖體完整性相對較好、滲透性較弱、回填高度較小、沉降較小的二級泵站上游側(cè)及回填高度較大、沉降較大的二級泵站下游側(cè)進(jìn)行水泥灌漿對比試驗(yàn)。

試驗(yàn)孔布置形式:各設(shè)置3個(gè)孔，直線排列，間距3 m，防滲標(biāo)準(zhǔn)為3 Lu，采用自上而下的純壓式灌漿工藝，分段施工，每段為6 m，最大灌漿壓力0.50 MPa。采用32.5級425普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比采用 3∶1，2∶1，1.5∶1，0.8∶1，0.5∶1 五個(gè)比級。兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的灌漿情況見表1。

由表1可知，灌漿試驗(yàn)Ⅰ序孔、Ⅱ序孔單位注入量比較接近，Ⅲ序孔單位注入量比Ⅰ序孔、Ⅱ序孔都小，檢查孔水泥注入量明顯減小，透水率滿足設(shè)計(jì)要求。

灌漿試驗(yàn)說明單排孔、孔距3 m的布置形式，以及采取的灌漿壓力、漿液和配比是基本合理的，可以形成有效的防滲帷幕。實(shí)驗(yàn)測得擴(kuò)散半徑與孔深及壓力關(guān)系見表2。

表1 帷幕灌漿試驗(yàn)各序孔單位注入量表

表2 擴(kuò)散半徑與孔深及壓力關(guān)系表

4 灌漿施工

4.1 帷幕灌漿

灌漿工藝為小口徑鉆孔、自上而下的純壓式灌漿工藝。工藝流程為:定孔位→固定鉆機(jī)→鉆進(jìn)孔口段→鑲筑孔口管→待凝72 h→下一段鉆孔→壓水試驗(yàn)→灌漿→再下一段鉆灌→……→封孔。

灌漿孔鉆進(jìn)采用XY－Ⅱ地質(zhì)鉆機(jī)，金剛石鉆頭，開孔孔徑為90 mm，孔口管以下改為直徑75 mm。先導(dǎo)孔和檢查孔孔徑為90 mm。為使?jié){液滲透均勻，注漿分段不宜太長，一般采用5 m段長，孔口附近段長2 m～4 m。灌漿段劃分按表3執(zhí)行。

表3 分段鉆孔長度表 m

帷幕先導(dǎo)孔、Ⅰ序孔和檢查孔，自上而下分段進(jìn)行五點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，其他各次序孔在灌漿前進(jìn)行簡易壓水。

灌漿采用HS－3灰漿泵。灌漿自動(dòng)記錄儀對灌漿壓力、流量實(shí)行全過程監(jiān)控。每段灌漿結(jié)束后除特殊情況外均不待凝即進(jìn)行下一段鉆孔灌漿。為避免壓力過大對結(jié)構(gòu)層破壞，根據(jù)灌漿實(shí)驗(yàn)各段灌漿壓力按表4執(zhí)行。

表4 各孔段灌漿壓力表

灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀變濃，逐級變換。漿液采用3∶1，2∶1，1∶1，0.5∶1 四個(gè)比級。施工初期采用 3∶1 漿液開灌，后開灌比全部改為 2∶1。

當(dāng)灌漿壓力不變，注入量持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入量不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不改變水灰比。當(dāng)某一比級漿液的注入量已達(dá)500 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)1 h，而灌漿壓力和注入量均無改變或不明顯時(shí)，可改濃一級。當(dāng)注入率大于30 L/min時(shí)，可根據(jù)具體情況越級變濃。

結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):灌漿應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件后，方可結(jié)束:

1)在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.5 L/min時(shí)，延續(xù)灌漿時(shí)間不少于90 min。

2)灌漿全過程中，在設(shè)計(jì)壓力下的灌漿時(shí)間不少于120 min，注入率不大于0.5 L/min，延續(xù)灌漿時(shí)間不少于30 min。

采用水灰比0.5∶1的水泥漿按“置換和壓力灌漿封孔法”進(jìn)行封孔。最后在孔口進(jìn)行純壓封孔灌漿30 min，閉漿24 h。如封孔不密實(shí)產(chǎn)生滲水，須掃孔重新封孔。

4.2 回填灌漿

工藝流程:造孔→埋設(shè)導(dǎo)管→灌漿→下一段鉆孔→再下一段鉆灌→……→封孔→檢查孔。

回填灌漿使用制漿機(jī)SHJ150、注漿泵 YZB－50/70分段施工(同帷幕分段)，采用32.5級325普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比采用2∶1，1.5∶1，1∶1，0.5∶1 四個(gè)比級。Ⅰ序孔灌注 0.5∶1 水泥漿液、Ⅱ序孔根據(jù)實(shí)際情況選用1.5∶1，1∶1的水泥漿液。當(dāng)注入量較大時(shí)使用水泥砂(黃泥)漿，摻砂(泥)量與水泥量比為1∶1或2∶1。

根據(jù)取樣現(xiàn)場實(shí)測回填碎石土壓實(shí)系數(shù)在0.96～0.97間，在0.10 MPa～0.15 MPa的漿壓下開始注入漿液，在達(dá)到0.25 MPa～0.30 MPa的灌漿壓力下漿液注入開始加快，在 0.35 MPa ～0.50 MPa達(dá)到最高值。灌漿壓力設(shè)計(jì)值確定為0.30 MPa。

灌漿孔在設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于0.5 L/min時(shí)，延續(xù)灌漿時(shí)間不少于5 min即可結(jié)束。

孔位布置:沿泵站場區(qū)外側(cè)迎水面布置Ⅰ序孔，孔距5 m，梅花形，灌注水泥(砂)漿;場區(qū)內(nèi)部田字格內(nèi)部布設(shè)Ⅱ序孔，采用水泥砂漿和黃泥漿灌注，孔距3 m，梅花形布置。

4.3 灌漿效果檢驗(yàn)

利用XY－Ⅱ地質(zhì)鉆機(jī)對檢測孔全斷面取芯，可以看到碎石土已由加固前松散狀態(tài)完全凝固成短柱狀或長柱狀，對每個(gè)檢測點(diǎn)的水泥膠結(jié)體現(xiàn)場取樣進(jìn)行飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示本工程經(jīng)加固后的碎石土泥膠結(jié)體飽和抗壓強(qiáng)度平均值達(dá)到2.25 MPa，根據(jù)試驗(yàn)成果計(jì)算經(jīng)加固后碎石土回填區(qū)地基承載力特征值，計(jì)算公式如下:

其中，fa為地基承載力特征值，kPa;frk為單體飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;φr為折減系數(shù)，本處取0.2;frm為單體飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值;φ為統(tǒng)計(jì)修正系數(shù);n為試樣個(gè)數(shù);δ為變異系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，加固后的碎石土(碎石土水泥膠結(jié)體)承載力特征值為422.5 kPa＞350 kPa。由此可見:基礎(chǔ)主要受力層范圍內(nèi)(基底下5.0 m深度范圍內(nèi))分布的碎石土(基底下第一下臥層)加固后的承載力特征值均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 特殊情況處理

1)冒漿、漏漿處理。灌漿過程中冒漿、漏漿主要發(fā)生在二級泵站下游側(cè)，根據(jù)具體情況采取了表面封堵、降低壓力、加濃漿液、限流、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。

2)回漿變濃。灌漿過程中回漿變濃的情況較少出現(xiàn)，一般采用換用相同水灰比的新漿進(jìn)行灌注，如效果不明顯，延續(xù)30 min結(jié)束灌漿。也有少數(shù)即將灌漿結(jié)束的孔段維持達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

3)串漿現(xiàn)象。由于回填場區(qū)局部松散，使灌漿孔與鄰近孔之間直接或間接相通，常會(huì)造成漿液通路，引發(fā)串漿現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致灌漿路堵塞、壓力表失靈，判斷不準(zhǔn)確;需要根據(jù)個(gè)體情況分別采取封堵、降壓、濃漿、限流等措施進(jìn)行處理。

4)吃漿量較大的現(xiàn)象。灌漿過程中遇吃漿量大難以結(jié)束。一般的灌漿在2 d～3 d內(nèi)可結(jié)束，若出現(xiàn)大量吃漿不止、長時(shí)間灌而不結(jié)束的現(xiàn)象，主要是由于靠近山體側(cè)溶洞回填碾壓不實(shí)及下游側(cè)地層細(xì)顆粒流失的特殊結(jié)構(gòu)條件導(dǎo)致漿液從下游冒出，此時(shí)選用下列措施處理:低壓、濃漿、限流、間歇、待凝、掃孔、漿液中添加細(xì)砂料、復(fù)灌等;若通過以上幾種方法處理后，吃漿量仍然較大，可在漿液中添加玻璃膠處理，待凝一段時(shí)間后再將孔掃開，進(jìn)行復(fù)灌一次。

5)孔壁坍塌、卡鉆、掉鉆頭。在碎石土層鉆進(jìn)施工，常遇到局部松散、大塊石，使孔壁坍塌、卡鉆、掉鉆頭現(xiàn)象較為普遍，采取主要措施是停鉆并灌黃泥漿護(hù)壁，減少段長，待凝固后復(fù)灌。

6 結(jié)語

二級泵站上下游兩側(cè)設(shè)置水位觀測點(diǎn)2個(gè)，各建筑物沉降觀測點(diǎn)8個(gè)，場區(qū)沉降觀測點(diǎn)6個(gè)，在灌漿前，由于水位的變化，場基被水浸泡，短期內(nèi)場地基礎(chǔ)出現(xiàn)大幅沉降，在采取注漿加固場基后，對建筑物及場地每2周進(jìn)行一次沉降觀察，連續(xù)觀察6個(gè)月后，比對注漿后沉降數(shù)值，在注漿4周后建筑物及場區(qū)沉降數(shù)值已穩(wěn)定，未再出現(xiàn)場區(qū)地基大幅沉降現(xiàn)象。

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