浅谈沙湾电站冲砂闸基础固结灌浆施工工艺
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[摘要]沙湾电站冲砂闸基础固结灌浆生产性试验，分两个试验区，8个试验孔，采用了三种施工工艺：自上而下循环灌浆法、液压跟管潜孔钻机钻孔跟管钻进自下而上灌浆法工艺、砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法。
试验孔单孔孔深达到61m，混凝土盖板24m,回填卵石层约37m。由于回填层卵石层长期受到地下水影响，个别部位有架空现象，施工过程中成孔难度大。但通过现场试验，克服了回填卵石层成孔难的情况，大大提高了施工效率。
[关键词] 沙湾电站冲砂闸基础深厚回填卵石层成孔难
中图分类号：TV5文献标识码： A 文章编号：
工程概况：
沙湾水电站枢纽工程位于四川省乐山市葫芦镇河段，距葫芦镇上游约1.0km，为大渡河干流下游梯级开发中的第一级，枢纽区距乐山市城区44.5km,坝址区有省道103线通过，交通条件方便，地理位置优越。该电站装机容量480MW,额定水头24.5m,正常蓄水位432.0m,设计引用流量2203.2m3/s,年发电量24.07KW·h,总库容4867万m3，采用一级混合开发方式。
冲砂闸平台高程435m,混凝土层厚24m,混凝土层下回填卵石层最深处37m,单孔孔深达到61m.本次冲砂闸基础处理生产性试验施工共分为两个试验区，一个为3m×3m试验区，一个为4m×4m试验区，两个试验区共8个试验孔，详见孔位布置图：
试验目的：
通过试验，寻求适合沙湾水电站冲砂闸基础回填砂卵石地质条件下的基础处理参数，验证基础回填灌浆初拟设计参数孔排距和布置方式的合理性。通过试验，确定安全、经济的施工程序、方法和浆液材料及其配合比，提出技术可行、经济合理、快速施工的灌浆参数和施工工艺。
施工工艺：
针对这两个试验区，本次施工共采用了三种施工工艺：
（1）固结灌浆试验1区（3.0m×3.0m）的G-S1-I-1、G-S1-I-3号灌浆孔钻孔均采用XY-2型地质钻机、金钢石钻头、清水钻进。灌浆孔段钻进完成后进行钻孔冲洗，钻孔冲洗后孔底淤积不得超过20cm。开孔直径91mm钻进3m后镶孔口管，砂卵石孔径为76mm，灌浆段长都为2m，采用自上而下分段循环灌浆法。
（2）固结灌浆试验1区（3.0m×3.0m）的G-S1-I-2、G-S1-I-4号灌浆孔混凝土层钻孔采用XY-2地质钻机，钻孔直径173mm。回填砂卵石层采用液压跟管潜孔钻机钻孔跟管钻进工艺，钻孔直径150mm，跟管直径146mm，花管直径89mm,灌浆段长都为2m，砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法。如下图：
（3）固结灌浆试验2区（4.0m×4.0m）灌浆孔混凝土层钻孔采用XY-2地质钻机，钻孔直径173mm。回填砂卵石层采用液压跟管潜孔钻机钻孔跟管钻进工艺，钻孔直径150mm, 灌浆段长都为2m，采用自下而上分段循环灌浆法。如下图：
施工中存在的问题：
（1）在灌浆试验过程中，最大的问题是成孔难，在造孔过程中，经常出现孔坍塌、抱钻等造成孔故。地层结构极其复杂，透镜体沙层呈不规则分布，碎石与块石毫无规律的架空结构。在灌浆成孔过程中，常出现一提钻就塌孔，下钻下不到孔底的现象。更有甚者出现钻孔越钻越浅。针对严重塌孔现象，采用跟管钻进自下而上分段灌浆施工及砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法；针对冒浆、漏浆、串浆的现象，采用封堵、低压、浓浆、间歇、水玻璃、膨润土等措施。
（2）在试验1区（3.0m×3.0m）中采用原设计的孔口封闭、自上而下，钻一段提钻，再下射浆管的工艺，由于从钻到灌要多次下钻、提钻，频繁出现孔壁坍塌，成孔效率低，灌浆时间长，尤其是低压浓浆液，固管事故频繁发生，钻灌效率很低。后来改变成孔工艺，采用砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法，即快速成孔后，灌浆连续，使塌孔、固管等孔内事故不再发生，后期使灌浆施工效率大大提高。
（3）2#泄洪冲砂闸基础处理灌浆试验区域较大，相对试验区域而言布置试验孔数少，孔、排距较大，仅用8个试验孔来对整个闸墩进行灌浆试验，浆液扩撒范围较大，且单耗较高。灌浆试验的压水及取芯质量检测效果不是很明显，主要依靠声波对穿检测效果来判断灌浆试验的整体效果。
施工工艺及功效分析：
（1）固结灌浆试验1区（3.0m×3.0m）水泥灌浆单位注入量随灌序的增进明显递减，符合灌浆的一般规律，也进一步证明了灌浆过程所采用的工艺技术、灌注材料、浆液配比具有合理性。
固结灌浆试验2区（4.0m×4.0m）水泥灌浆单位注入量虽然随灌序的增进而递减，但是由于单耗按5t控制，灌浆在无回浆无压力的情况结束，浆液在覆盖层内并没有完全充填，而且充填的浆液因无压力与覆盖层结合不密实。
（2）现场钻孔情况揭示：试验1区（3.0m×3.0m）、试验2区（4.0m×4.0m）钻进过程中成孔困难，容易塌孔。各试验区由于地层有差异，试验区单耗与孔、排距并没有明显的对应关系。试验1区（3.0m×3.0m）合计单位耗灰量4508.21 kg/m ，回填覆盖层钻进128m ， I序单耗4778.91kg/m ，II序单耗4237.45 kg/m，II序比I序降低了11.3%。试验2区（4.0m×4.0m）合计单位耗灰量4178.66 kg/m ，回填覆盖层钻进133m ， I序单耗4380.89kg/m ，II序单耗3960.63kg/m，II序比I序降低了10%。从数据上分析试验1区（3.0m×3.0m）灌注效果更明显。
（3）试验1区（3.0m×3.0m）覆盖层固结灌浆灌前平均的对穿波速为1222m/s，波速范围在1100-1300m/s，灌后平均的对穿波速为1442 m /s，波速范围在1350-1550m/s；试验2区（4.0m×4.0m）覆盖层固结灌浆灌前平均的对穿波速为1246m/s，波速范围在1100-1300m/s，灌后平均的跨孔波速为1390 m /s，波速范围在1250-1450m/s，通过灌前、灌后声波对穿测试成果表明试验1区（3.0m×3.0m）灌浆效果更明显。
（4）两个试验区功效分析对比。试验1区（3.0m×3.0m）灌浆采用自上而下分段循环灌浆法，回填覆盖层9月1日开始灌浆，截止10月9日灌浆完成灌浆51m，而后采用砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法，10月10日开始灌浆，截止10月19日完成灌浆77m；试验2区（4.0m×4.0m）采用自下而上分段循环灌浆法，回填覆盖层9月26日开始灌浆，10月5日全部封孔，完成灌浆133m。从功效分析对比来看试验2区 （4.0m×4.0m）采用自下而上分段循环灌浆法功效最高，其次为试验1区（3.0m×3.0m）采用砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法，功效最低的为试验1区（3.0m×3.0m）灌浆采用自上而下分段循环灌浆法。
如上可见，在保证施工质量的前提下采用砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法综合考虑效果最佳。
最佳施工工艺介绍：
下面我就砂卵石层全孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法施工工艺进行详细说明：
(1)砂卵石层全孔成孔一次跟进花管填砂自上而下灌浆法，先用地质回转钻机钻进混凝土层，然后在砂卵石层采用跟管钻机跟进套管直至终孔，下设花管后拔出套管，全孔回填粒砂（在花管内填细砂，花管外与混凝土壁之间填粗砂），然后采用地质回转钻机自上而下逐段进行扫孔钻进，各段钻完后，进行高压水冲洗不大于20分钟或冲至回水基本返清为止，采用孔口封闭的纯压式灌浆方法。
(2) 施工工艺流程：
.详见施工工艺流程图：
(3)工艺说明或注意事项：（a）孔口管外露10～20厘米为佳；（b）花管的最顶部一节为约5米长的实体密封钢管（非花管），作为孔口管之用；(c)建议灌浆时按每米2～3吨水泥灌注量限量进行待凝，且各段初次灌浆时先不要急于采用降压、限流、间歇等措施，因为卵石层内渗漏量较大，灌量太少就限量，会影响质量同时会大大降低灌浆的工效；若待凝后，第二次灌浆仍无结束趋势时可考虑采取上述措施进行灌浆，第三次灌浆仍不能结束时，建议采用灌注砂浆的方法结合上述方法将其灌至结束；（d）最后不要加入速凝剂，因此法对灌浆质量影响较大；（e）填砂时一定要将其填密实，填到位，孔口管一定要密封好，以防灌浆时漏浆不起压，造成灌浆不能结束；（f）备好粗砂和花管孔口管，花管采用普通钢管按要求加工即可，因此管不能进行重复利用；（g）注意孔斜的精确控制，同时要严格控制花管下设时花管的垂直度校正后及时固定；（h）终孔后应先进行地下水位、孔深、沉淀、孔斜及声波等的测量和检测工作，再进行灌浆施工；（i）灌浆时要考虑水位和地面或孔口高程差并进行压力校核计算。
通过本工程的施工我有一些感想和大家分享，砂卵石(含回填砂砾石)固结灌浆施工方法，一般有打管灌浆法、套管灌浆法、循环钻灌法和预埋花管法四种。前三种钻灌设备不能分开作业，施工效率较低，不利于统筹安排。而预埋花管法可以使钻灌设备分开施工。由于本工程灌浆现场工作面狭小，钻孔间距小，回填砂卵石地层串浆、冒浆现象严重，将钻灌工序分开也最大限度地减少了串浆、冒浆对成孔的影响，可避免埋钻等孔内事故的发生。在保证质量的前提下，解决了灌浆待凝时，设备停工造成的时间浪费问题，提高了整体施工效率，满足了工期要求，也节约了成本。
回填砂砾石地层经固结灌浆后，虽然其中架空或大孔结构及大部分连通性较好的孔隙被水泥结石充填，但细砂及粘性土等细颗粒区域的灌浆效果远不如粗颗粒区域好。灌后其整体性虽然进一步得到加强，但强度仍在增长过程中，从施工技术和经济效益上看这仍是一个值得探讨的课题。
希望各位施工同仁在卵石层固结灌浆方面要是有好的施工工艺和方法的，能够共同分享，为我们以后的施工提供更好的更可靠的依据，也为灌浆工作更规范、更标准化尽自己的一份力量。