周延國, 吳祖國, 閆長斌

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司,河南 鄭州　450003)

0　引言

高壓噴射灌漿法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定深度,以高壓噴射流使水泥漿液與土體混合,凝固硬化加固地基的方法。主要適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土和碎石土等地基。但地下水流速過大和已涌水的地基工程,地下水具有侵蝕性,應(yīng)慎重使用。

1　工程概況

某水電站位于四川省雅礱江支流上,電站采用低閘引水式發(fā)電,電站裝機(jī)4臺,單機(jī)容量60 MW,總裝機(jī)容量240 MW。主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地面廠房系統(tǒng)等建筑物組成。

1.1　廠區(qū)地質(zhì)條件

水電站廠房布置于Ⅰ級階地上游側(cè)及后緣緩坡地帶,長約100 m,寬約80 m,高出河水面11～20 m。據(jù)前期鉆孔揭露,廠房覆蓋層的厚度為37～43 m,自下而上可分為四層。

第Ⅲ層沖積含砂卵(碎)礫石層(Q4al):頂板埋深6.10～11.45 m,厚約3.15～10.05 m,該層一般在靠近河床部位厚度較大。密實(shí)度一般為稍密—中密,該層承載力為0.20～0.65 MPa,滲透系數(shù)K=6.34×10-2cm/s,具強(qiáng)透水性。

基巖為全、強(qiáng)風(fēng)化的三疊系下統(tǒng)領(lǐng)麥溝組(T1l)的薄層狀板巖、千枚巖,其承載能力與覆蓋層第Ⅰ層差異不大,屬于弱透水層。廠房覆蓋層的分層地質(zhì)剖面示意圖見圖1。

圖1　廠基工程地質(zhì)剖面示意圖

廠基處地下水水位為2 313.5～2 316.0 m,埋深一般9.99～21.2 m,枯水期略高于木里河河水位(枯水期的河水位在2 312.5～2 314.5 m)。

鑒于第Ⅱ?qū)臃弁恋某休d力及抗變形能力均較差,且可能存在砂土液化問題,需采取相應(yīng)的工程處理措施。設(shè)計方案為高壓旋噴灌漿結(jié)合換填級配碎石的處理方式,其中旋噴樁直徑1.2 m,間排距2.5 m,梅花型布置,設(shè)計壓縮模量≥30 MPa;地基承載力設(shè)計值≥0.5 MPa。

1.2　高噴灌漿施工過程中遇到的問題

2007年5月、10月,分別完成臨河側(cè)、上游側(cè)、下游側(cè)的高噴防滲墻施工和廠房后邊坡的支護(hù)工作后,2007年11月開始進(jìn)行尾水渠和廠基的基坑開挖及基礎(chǔ)處理施工?；A(chǔ)處理方式采用設(shè)計的高噴灌漿,首先對下游一區(qū)尾水擋墻基礎(chǔ)進(jìn)行施工,高噴造孔平臺高程為2 308.5 m,孔號分別為8-2、8-4、8-6、2-2、2-6,當(dāng)高噴孔鉆至14.5～15 m時,各孔口相繼出現(xiàn)大量涌水,間斷性的水柱噴出孔外,水柱噴射最高高度可高出施工平臺7 m左右,經(jīng)過約一天的噴射,水柱基本穩(wěn)定在5 m左右(照片1)。根據(jù)有關(guān)地基與基礎(chǔ)規(guī)范的一般規(guī)定[1],高噴灌漿在地下水流速過大和已涌水的工程中應(yīng)慎重使用,為保證成樁質(zhì)量需進(jìn)行降水以使基礎(chǔ)面以下為靜水的灌漿環(huán)境。

照片1　承壓水噴出場景

2　技術(shù)方案比選

2.1　水源分析及水量計算

從孔口噴出的水為承壓水。根據(jù)廠區(qū)施工情況,當(dāng)鉆孔鉆至14.5～15 m時,出現(xiàn)了涌水現(xiàn)象,從基本地質(zhì)條件和鉆孔返渣情況判斷,此深度剛剛穿透具有弱透水性的粉土(砂)層而進(jìn)入了中等透水—強(qiáng)透水冰水堆積的砂卵礫石層,而砂卵礫石層的下臥層為具有弱透水性的全、強(qiáng)風(fēng)化板巖、千枚巖。所以,可視上面的堰塞粉土層和下面的全、強(qiáng)風(fēng)化板巖、千枚巖為相對隔水層,故砂卵礫石層所賦存的地下水具有一定的承壓性。

基坑開挖、基礎(chǔ)處理之前,在廠房的臨河側(cè)、上游側(cè)和下游側(cè)均作了高壓旋噴圍堰防滲墻,圍堰防滲基本達(dá)到了設(shè)計要求的滲透系數(shù)在10-4～10-5量級間的微—弱透水,防滲效果比較理想,滲水量較小,廠區(qū)的水源補(bǔ)給主要來自后坡側(cè)向徑流補(bǔ)給(由于正值旱季,所以基本無雨水補(bǔ)給)。后坡側(cè)向徑流的補(bǔ)給量可用如下公式[2-3]進(jìn)行計算:

Q=KIBC

(1)

式中:Q為徑流補(bǔ)給水量;K為含水層滲透系數(shù);I為水力坡度;B為過水?dāng)嗝鎸挾?C為含水層的厚度。

水力坡度I=S/R

(2)

式中:I為水力坡度;S為水位降深;R為含水層影響半徑。

(3)

式中:R為含水層影響半徑;S為水位降深;K為含水層滲透系數(shù)。

將滲透系數(shù)K=9.331 2 m/d(取第Ⅰ層滲透系數(shù)大值)、斷面寬度B=100 m、含水層平均厚度C=15.13 m、水位降深S=5 m等參數(shù)代入上述三個公式，計算得：影響半徑R=152.74 m;水力坡度I=0.112;后緣側(cè)向補(bǔ)給量Q后側(cè)=1 314.97 m3/d。

實(shí)測從基坑的涌水量Q=1 600 m3/d。以此推斷臨河側(cè)、上游側(cè)和下游側(cè)有一定的滲透量,但是補(bǔ)給量很小。所以,水源主要來自后緣山體的側(cè)向徑流補(bǔ)給,防滲墻的補(bǔ)給量為285.03 m3/d。

2.2　聯(lián)合作業(yè)技術(shù)方案

為保證高噴平臺以下為靜水,提出以下三種方案：①方案一?；靥钔练健⑻Ц呤┕て脚_高程的回填方案;②方案二?；觾?nèi)或坑外打抽水孔(井)的降水方案;③方案三?；觾?nèi)集水明排的降水措施與回填土方、抬高施工平臺高程聯(lián)合作業(yè)方案。

采取回填方案,回填高度至少要5 m高,施工完成后還要開挖,工程造價相對要高一些,施工難度較大。

采取降水方案,降水深度S至少為5 m,同時涉及到工期、材料以及降水方案的設(shè)計問題,工期受到一定限制。

通過工程造價、工期以及施工難度等方面的綜合考慮,最終采取了方案三打排水降壓孔和回填土方聯(lián)合作業(yè)的方式。經(jīng)過施工,完成10排水降壓孔后,水位已經(jīng)降落3～2 310.5 m高程,排水降壓效果比較明顯,從施工場地、材料等方面考慮,最終決定回填2 m高土方抬高高噴平臺高程。

3　聯(lián)合技術(shù)方案實(shí)施

(1)降水在一區(qū)施工平臺范圍5 m外上游側(cè),方向是尾水渠的順流方向,用挖機(jī)開挖出一個寬7 m、長15 m低于施工平臺2.5 m深的集水槽(設(shè)計施工平臺高程2 308.5 m,水槽底部高程2 306 m),集水槽靠近主廠房位置高程2 306 m鉆6個降壓排水孔,8- 7孔外側(cè)高程2 306 m鉆4個降排水孔,每個降排水孔深22.5 m,成孔后孔內(nèi)放置PVC管把水引到孔外。且在尾水擋墻及主機(jī)間旋噴施工平臺原設(shè)計高程2 308.5基礎(chǔ)上墊高施工平臺2 m,來降低水的壓力。布置圖見圖2。

圖2　降排水施工平面布置圖

(2)排水靠尾水齒槽處設(shè)集水坑,用相配套大功率的水泵把集水坑的水排至河中。此工程的施工平臺是砂層,在排水過程中經(jīng)常出現(xiàn)集水坑中水泵被砂淤滿的現(xiàn)象。為了解決此問題,結(jié)合實(shí)際情況,用鋼管做水泵架子,架子四周固定四個浮筒把水泵懸空于水坑中。

4　高壓旋噴樁效果分析評價

4.1　高壓旋噴樁樁身完整性檢測

采用低應(yīng)變反射波法對高壓旋噴樁完整性進(jìn)行檢測,反射波法可用于無損檢測樁身的完整性,判斷缺陷類型及缺陷在樁身的位置和校對樁長,從場地9根高壓旋噴樁的低應(yīng)變檢測結(jié)果看,樁身完整的6根,其樁類別均為Ⅰ類樁,樁身存在缺陷的樁2根,其樁類別均為Ⅱ類樁。1根斷裂,其樁類別均為Ⅳ類樁。從9根高壓旋噴樁的低應(yīng)變檢測結(jié)果看,樁身完整的樁占檢測總樁數(shù)的67%,存在缺陷與斷樁占總檢測樁數(shù)的33%。

4.2　地基變形模量(E0)、壓縮模量(Es)及地基豎向承載力

由于場地地下水豐富,后將旋噴樁上部截去,開挖3.0 m,用級配碎石進(jìn)行換填。從場地3個點(diǎn)的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果曲線上得出,該場地?fù)Q填層的變形模量為34.7～37.9 MPa,壓縮模量為46.7～51.0 MPa;該換填層單點(diǎn)的承載力特征值均為525(kPa),因而所作換填砂卵石層單點(diǎn)承載力特征值滿足設(shè)計要求(設(shè)計壓縮模量≥30 MPa;地基承載力設(shè)計值≥0.5 MPa)。

5　結(jié)論

總之,從經(jīng)濟(jì)技術(shù)及施工工期的角度,基坑內(nèi)打排水降壓孔與回填土方聯(lián)合作業(yè)對保證高噴灌漿的靜水環(huán)境是一行之有效的技術(shù)措施,成樁質(zhì)量基本達(dá)到了設(shè)計要求。目前,該水電站廠房已經(jīng)運(yùn)行發(fā)電2年,運(yùn)行狀態(tài)良好,所以,該技術(shù)處理方案可在類似工程中借鑒應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T5200—2004，水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[2]王大純，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，2000：37-40.

[3]彭土標(biāo)，袁建新，王惠明.水利發(fā)電工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011：40-49.