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我国紫坪铺水利工程进水塔加固施工技术

时间:2017-02-21    点击量:3

0、简述
进水塔塔基通过深孔固结灌浆和钻孔灌注桩综合加固后,改善了塔基岩体的物理力学性质,提高了下部岩体的整体稳定性,有效地充填了受煤洞开采及隧洞开挖引起的低密度区,防止了进水塔运行中的不均匀沉陷及向库区发生倾倒变形,从而保证了进水塔的稳定和安全。在水塔施工中运用合理的资源配置和科学的水塔施工工艺,有效地缩短了施工时段,解决了水塔施工工序繁多、场地狭窄、工期压力大等矛盾,使整个进水塔基础处理施工时间只用了60d,平均到每个塔机基础只有15d,从而确保了进水塔的施工总工期。同时,亦为类似地质条件及施工特征的泄洪洞进水塔基础加固提供了设计依据和施工经验。
1工程概况
紫坪铺水利枢纽引水发电洞进水塔位于岷江上游映秀至都江堰市沙金坝右岸条形山脊上,进水塔塔高91.4m,90m、宽33m,塔内设有9道闸门和8道拦污栅,是四条引水发电洞及一条冲沙放空洞的进水开关中枢,为重要水工建筑物,且塔体高大、结构复杂、施工干扰大、工期紧。
2进水塔基础地质条件
塔基础以含煤含砾中细砂岩为主,裂隙发育,岩层反倾,且存在L10L9剪切破碎带及受Lc等小型软弱夹层的影响,对底板基础的承载能力影响极大。此外,下部冲沙放空洞的爆破开挖也对底板基础岩石物理力学强度指标有较大的削弱。运行中进水塔若发生不均匀沉陷及向库区发生倾覆变形,后果将不堪设想。由于上述原因,决定了需要进行进水塔基础加固,以提高基岩的整体性。进水塔基础典型地质剖面见图1

 
3综合加固技术的产生
为改善塔基岩体的物理力学性质,提高下部岩体的整体稳定性,有效充填受煤洞开采及隧洞开挖引起的低密度区,防止进水塔运行中的不均匀沉陷及向库区发生倾倒变形,保证进水塔的稳定和安全,设计征求各方意见并进行方案对比后作出以下处理方案:
①原设计4m×2m717m浅孔固结灌浆改为4m×2m3040m深孔固结灌浆,1号、2号塔基底板L10剪切破碎带出露部位加密到2m×1m; ②增加4m×2m,U220mm,L=20m的钻孔灌注桩,平面布置见图2

 
4综合加固处理施工
因进水塔部位施工工序较多,相互干扰、相互制约情况明显,且地质情况复杂,施工场地狭窄,工期压力较大。为了能最大限度地减少塔基综合加固处理给直线工期带来的影响,我们在施工工序安排上,把固结灌浆和钻孔灌注桩放在同一高程上进行施工,按照基础面开挖垫层混凝土浇筑等强固结灌浆施工钻孔灌注桩施工的顺序安排生产,减少了工序之间的衔接、缩短了施工直线工期;在资源配置上选用2~3AtlasA66型全液压履带式钻机进行高效钻孔,使固结灌浆达到250m/·,钻孔灌注桩达到200m/·,从而提高了制约施工的关键工序——造孔的工效,极大地缩短了工期、减少了钻进设备的投入,解决了水塔施工场地狭窄的问题;在固结灌浆施工工艺上采用自下而上分段施工,充分配置灌浆泵数量,使钻孔与灌浆脱离,从而减少了水塔施工工序的交叉,缩短了工期,同时也确保了施工质量。
4.1深孔固结灌浆施工
4.1.1灌浆试验
为推荐合理的施工顺序和施工工艺及方法,提供设计和施工所需的技术参数,确保灌浆施工的正常进行,在正式灌浆施工之前进行了生产性固结灌浆试验。为体现灌浆试验的全面性、代表性,尽量节约试验时间,试验段选在1号塔基L10剪切破碎带出露部位A类及B类灌浆孔连接处,A类固结孔孔深30m,B类固结孔孔深40m,间、排距为4m×2m;梅花型布置;试验孔选取3Ñ序孔进行试验,布置在第1,2序孔布于第二排。为保证灌浆试验顺利进行,做好混凝土盖重抬动观测,确定合适的施工参数,在灌浆之前先进行了混凝土抬动观测仪器的安装,具体布置见图3
固结灌浆试验分段自下而上进行,浆液水灰比选为5:13:12:11:10.8:10.6:10.5:1,分段形式及对应试验灌浆压力见表1
试验效果分析见表2、表3


 
从表中可以看出,透水率(Lu)和单位注入量(kg/m)均按序呈递减趋势,表明符合灌浆规律,也说明固结灌浆所采用的单排孔为Ñ序灌浆孔,双排孔、加密孔为Ò序灌浆孔逐渐加密的分序原则是合理的,底板固结灌浆孔灌段由下自上进行灌注的灌浆工艺是切实可行、符合要求的。水塔施工时混凝土垫层基本未出现抬动情况,只有1-1-3号孔在第三段进行灌浆时,混凝土垫层出现了极小的抬动,但在规范允许范围内。检查孔各段压水吕荣值均满足<5Lu的设计要求,说明孔位布置及其灌浆参数(灌浆段长、灌浆压力等)和施工工艺均符合要求。
4.1.2固结灌浆施工
钻孔:固结灌浆钻孔采用Atlas液压钻机造孔,按排间分序、排内加密的原则分序施工。先钻深5mU150mm口径的孔,采用孔口卡塞孔内循环法对第一段进行固结灌浆(压力0.15MPa)结束后,镶注U127mm铁管作为孔口管,在镶注孔口管强度达到后,再采用Atlas液压钻机一次钻至设计孔深,钻孔孔径为U114mm。在钻孔过程中,要仔细观察孔内返渣情况,并将钻孔进尺快慢、返渣颜色详细记录,特别要将钻孔中遇到的特殊情况如煤洞、采空区、软弱夹层等详尽记录并及时汇报给监理工程师,以确定具体的施工方案,终孔后要做好钻孔验收工作并做好孔口保护。
灌浆分段:施工段每段段长控制在8m以内,可视地质情况决定,如成孔效果不好,可适当缩短段长。自下而上灌浆具体分段与压力见表1
压水试验:采用单点法进行压水试验,当灌浆压力大于1MPa,压水试验压力也采用1MPa;当灌浆压力小于1MPa,则压水试验压力采用灌浆压力的80%
灌浆:取水灰比级相同于试验情况,开灌水灰比为5:1,压水吕荣值较大时,可从2:1开灌。对于大的裂隙及煤洞等注入量较大的情况,也可采用0.6:1:0.3的沙浆进行灌注。记录采用LHGY-2000灌浆自动记录仪,分序奇数排为Ñ,偶数排及加密排为序。排内优先对奇数孔施灌。浆液变化、结束标准、特殊情况处理与封孔参照相关规范执行。
4.2钻孔灌注桩施工
4.2.1灌注桩钻孔
孔位确定后,利用Atlas钻机进行造孔,为保证大梁垂直度,以罗盘进行测量控制。钻孔孔径为U220mm,COP84冲击器钻进成孔。对于地质条件差而难以裸钻成孔的情况,则采用/ODEX0工法进行偏心跟套管钻进,以利于成孔。钻孔过程中要仔细观察孔内返渣情况,并将钻孔进尺快慢、返渣颜色详细记录,特别要将钻孔中遇到的特殊情况如煤洞、采空区、软弱夹层等详尽记录并及时汇报给监理工程师,以便于确定灌注桩的埋深,确保桩体端部位于相对坚硬、完整的岩石之上。终孔后,做好钻孔的冲洗与验收并做好孔口保护工作。
4.2.2桩体钢筋笼的制作与安装
钢筋笼制作选择在较为宽阔的场地进行。按设计要求,U80mm钢管作为连接管(隔离对中支架),5U32mm螺纹钢筋均布于内、外部箍筋或钢管之外,采用点焊方式牢固连接,钢管(隔离对中支架)1米分布1个。U32mm螺纹钢筋则采用L=12mL=9m长度进行加工,螺纹钢之间采用直螺纹套筒连接,并按要求抽样送检,以便进行力学试验,均满足要求,钢筋笼加工见图4
利用圆筒门机将钢筋笼整体吊装就位。距孔口处设置对中装置,保持钢筋笼基本处于钻孔中心位置。保证钢筋适当外露,以满足桩体锚固长度的要求。
4.2.3灌注M30沙浆
灌浆水泥为峨嵋山牌普通硅酸盐水泥,标号为P.O42.5R,掺和用水为岷江河水,砂为岷江麻溪一带的天然河沙。
制浆站制备水泥沙浆,其配合比为水:水泥:沙子=0.45:1:0.3,外掺5%微膨胀早强剂(质量比),其标号满足M30沙浆的要求。灌注过程中随机取样并送检。中转站泵送入桩,灌注导管伸入桩底,边灌注边起拔,直到孔口沙浆外溢为止。待凝48h后再对桩内收缩部位进行回填。
对于遇到塌陷的煤洞及采空区造成成桩及灌注异常时,要采用间歇灌注、调浓加沙等有效方法,以保证桩体及影响带灌注密实。对于采用ODEX工法跟套管钻进成桩,下钢筋笼后边灌注边起拔套管。
5施工效果检查和评价
发电洞进水塔基础处理完成固结灌浆15425m、灌浆水泥980376kg、钻孔灌注桩7743.9m。塔基基础固结灌浆共布置24个灌后压水孔,试验结果表明透水率均小于5Lu的设计控制指标;该部位布置了2个取芯和声波、弹模测试孔,所完成的取芯、声波和弹模测试孔的测试结果均满足设计要求。
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