广西长洲水利枢纽工程地基处理施工综述.pdf

'地基与基础工程广西长洲水利枢纽工程地基处理施工综述黪巩平福陈双溪张学磊／(中国水利水电第四工程局有限公司)|1‘瓶善1§l捧舞、枢毫田Li程魁琅条件复架|，缝各南方l轶基地质螽译、施工难葭寝失魄甍标乳，柱不鼠部位lI|誊§毪皋飘不lR处理嫱巍；：经过优牝设请亩案．’：皋硪范进施工{朱，l艮祷雨理怒诵效果a-苯叉熏最夼镰芥部i§薯。鼍|诬地基处理诫设诗和j：c-萋}tl。≯羲毒霉鬈强缮鬻t蘩凌鬻囊囊毒鼍薯|誊—t≯}镶强甓薯薯毽淑尜飘枢纽鬈地基处理鬟i苡靖与施工警萋蠹≥饕％警羹|毫i§誊i摹il蠹l||0警誊再造，小型塌岸较为普遍，以泗化洲两侧及长洲岛右侧1概况岸坡段较为突出，目前长洲岛右侧岸坡大部分已设置护坡，但在水流冲蚀作用下局部已被损坏。1．1工程概述广西长洲水利枢纽位于西江水系干流浔江下游河段，2基础处理设计其坝址坐落在梧州市上游121un处的长洲岛端部，坝址下因坝区地质条件较差，除坝体运用固结、帷幕灌浆游约1．5km为苍梧县县城。枢纽坝轴线横跨三江两岛外，为加强地基承载能力、防渗处理效果，还运用水下(内江、中江、外江、长洲岛和泗化洲岛)，河段地势开阔，附近地区人烟稠密，对外交通十分方便。混凝土灌注桩、人工挖孔桩、高压摆喷、旋喷灌浆、粉喷桩等基础处理措施。该工程为低水头径流式水利枢纽，属一等工程，以发电为主，兼有航运、灌溉和养殖等综合利用效益。电2．1地基固结灌浆站总装机容量630M"W，保证出力247．OMW，年发电量由于风化基岩破碎，节理裂隙发育，为提高基岩的30．143亿kW·h，采用15台灯泡贯流式发电机，转轮直整体性、承载力和防渗能力，对船闸、泄水闸和厂房范径7．5m。电站正常蓄水位20．6m，汛期限制水位围内的强风化地基基岩进行有盖重固结灌浆低堰闸坝18．6m，最大坝高49．8m，总库容56亿rn3，正常蓄水位固结灌浆孔间距一般控制在3m×3m，孔深8m；消力池时库容J8．6亿m。。固结灌浆孔间距为4m×4m，孔深5．5m，孔径60mm，1．2工程地质概述灌浆压力为0．4～O．8MPa。断层破碎带固结灌浆孔距加坝址区为侵蚀～剥蚀低山丘陵地貌，浔江流向自西密为(1．5m~2m)×(1．5m~2m)。向东，河床宽阔。坝区地层主要为第四系地层大面积覆固结灌浆在混凝土浇筑达到5O的强度后进行，总盖，按其成因分为人工堆积、冲积和残积；下伏基岩全体施工程序：放点一钻机对位一钻进第一段(钻孔冲洗、为燕山早期侵入的花岗岩，沿河出露面积很小。压水)一灌浆(按照监理工程师指示待凝或不待凝，待凝根据岩土工程勘察有关资料，场地岩土自上而下大时间根据地质情况报监理工程师批准)一钻进第二段(钻致如下：①素填土(Qs)筑坝黏性土；②含泥粉细砂；孔冲洗、压水)一灌浆一依次循环直至全孔结束封孔。灌③黄褐色粉质黏土；④褐黄色黏土；⑤褐黄色粉质黏土；浆过程中发现冒浆、漏浆时，根据具体情况采用嵌缝、⑥深灰色粉质黏土；⑦深灰色粉土；⑧含泥质砂卵砾石；表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方⑨强风化花岗岩层。法进行处理。灌浆过程中发生串浆时，若串浆孔具备灌坝址附近不良物理地质作用主要表现为：近岸一级浆条件，需一泵一孑L同时进行灌浆；否则，塞住串浆孔，阶地前缘在浪蚀、水流冲刷等作用下，岸坡已普遍发生待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而·61· 水利水电施工2010·第1期,9,gg118期后继续钻进或灌浆。土一筑坝黏性土)。下伏基岩为燕山早期花岗岩，场地岩2．2帷幕灌浆土自上而下大致如下：素填土(Qs)筑坝黏性土、含泥粉细砂，土石围堰采用高压摆喷板墙形成防渗帷幕。灌为提高基岩防渗性，在挡水线前沿设防渗帷幕线一浆采用三管法摆喷形式，摆喷孔距1．6m，摆喷角度3O。，道，孔深11～2Om，孔径76mm，孔距3m，灌浆压力表灌浆后形成微折形连续板式防渗墙。板墙要求上界为相层段0．2～0．3MPa，底层为0．4～O．6MPa，分三序孔施工。施工中对比较严重的断层破碎带加深了帷幕孔，并对隔水的人工填筑的防渗土层1．0m，下界为进入强风化花岗岩层1．0m。由于各段上部相对隔水层层位及埋深不曾设一道帷幕线。帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法，同，下伏基岩面埋深标高也相差较大，其板墙高度约灌浆孔封孔采用“分段压力灌浆封孔法”；采用自下而上7～16m。分段灌浆时，应采用“置换和压力灌浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”。对于全孔一段灌浆的孔采用全孔一次灌2．7人工挖孔桩浆法灌浆，射浆管距孔底小于0．5m；分段灌浆的孔采用右岸重力坝前期由于征地原因，基础开挖滞后且又自上而下、循环分段灌浆法，灌浆塞置于该段段顶0．5m临近汛期，为加快工程进度，确保工程的安全度汛，采处，射浆管距孔底不大于0．5m。灌浆孔灌浆前要进行孔用人工挖孔桩对重力坝基础进行加固处理，挖孔桩桩径壁冲洗和裂隙冲洗，孔壁冲洗采用风水联合冲洗或用导1．2m，共48根，桩长最短6．5m，最大19．3m。各坝段管通人大流量水从孔底向孔外冲洗的方法。裂隙冲洗采分别开挖至基础面高程，场地平整后进行人工挖孔桩施用水压为8O的灌浆压力，压力超过1MPa时采用工，采用边护壁边施工的方法逐步施工，依次穿过土层、1MPa。冲洗风压采用5O灌浆压力。砂砾石层、全风化及强风化层，挖孔至弱风化花岗岩持2．3厂坝交界处边坡处理力层，桩端承载力为4．O～6．0MPa。厂房与泄水闸13号闸墩的交界处，两基坑开挖高2．8高压旋喷灌浆差达14m，边坡较陡，且岩石破碎。因13号闸墩作用左右岸重力坝及副坝基础处理采用高压旋喷板墙形有很大的侧向水压力，为避免贴坡混凝土在侧向水平成防渗帷幕，高压喷射灌浆采用三管法旋喷形式，灌浆力作用下与坡面基岩脱开，采用了坡面锚杆的加强措后形成重叠连续搭接板式防渗墙，设计孔距横向为施，泄水闸段范围交错布置3~32mrn锚束4排，深1．2m，纵向为1．3m，旋转角度为360。。高压旋喷板墙穿10m，锚束的仰角为55。，锚杆孔径为150mm，共计68过强透水层含泥质砂卵砾石，进入强风化花岗岩层lm。束。消力池及其下游范围坡高不大，且无侧向水平力作由于各段上部相对隔水层层位及埋深不同，下伏基岩面用，故锚杆采用单根~28mm钢筋，伸入基岩2m，孔埋深标高也相差较大，其板墙高度分别在11~39m之间。距×排距为1．5mX1．5m。锚杆垂直于坡面布置，锚孔2．9水下混凝土灌注桩孔径为76mm。拌和楼属于左岸施工临时工程，位于坝轴线上游回2．4锚筋桩填土场地上，主要负责工程的混凝土供应，其基础由92为平稳泄水闸与厂房水流紊动，在其间增设混凝土根灌注桩组成。场地自上而下多层分布：素填土、褐灰围堰，围堰体形为L形。为确保围堰稳定，在靠近泄水色黏土、灰黑色粉质黏土、含泥质砂卵砾石，下伏弱风闸底板侧布置三排锚筋桩，其型式为4根~36mm钢筋，化花岗岩。孔径150mm，用M30水泥砂浆灌注固结。在临近坝轴侧灌注桩桩径lm，平均深度23m，桩身入岩2m，根混凝土段锚筋桩长9m，深入基岩7m；其余锚筋桩长据钻孔结构要求，采用SPE一500型冲击钻。7m，深入基岩为5m，间排距1．0m×0．9m，梅花形2．10粉体喷射搅拌桩布置。工程左右岸边坡，由于基础位于河床内，上部覆盖2．5抗浮钢筋锚杆层2m范围为淤泥质土，下部2．5m为河沙层，地下水丰低堰消力池顺水流向长32m，底板上布置有C30混富，若采用传统工艺护坡，坡脚无法施工至持力层，适凝土的消力墩及齿槽尾坎，板厚1．4～2．0m。因底板本用粉体喷射搅拌法。粉体喷射搅拌法利用桩头搅拌力及身的抗浮力远远不足，故需要在消力池底板下设锚杆抗压入压力，将石灰、水泥等粉体固化材料与地基土强制、浮。锚杆采用~32rnm钢筋，孔径65mm，入岩深度6m，均匀搅拌，形成土和掺合料的混合物，从而产生一系列间距为(2．5~3m)×(2．5~3m)。的物理一化学反应，形成柱状加固体，增大了桩体与桩2．6高压摆喷灌浆问土的摩擦力，提高了土的稳定性能和力学性能，并与施工导截流工程土石围堰基岩覆盖土层均为第四系桩问土共同形成良好的复合地基。一般在掺入15水泥全新统河流冲积层，围堰填筑时须抛石、填土(素填的情况下，90d龄期的无侧限抗压强度可达20MPa。该·62· 地基与基础工程工程属软地基处理工程，设计桩直径为0．8m，桩圆心距3．3高压摆喷、旋喷灌浆1．3m，重叠成桩，桩持力层砂砾石层lm，搅拌水泥浆以3．3．1高压摆喷灌浆增加地基承载力。施工导流与水流控制工程土石围堰防渗采用高压摆喷板墙，设计孔距1．6m，摆喷角30。，采用三管法摆喷3基础处理施工及其效果形式。本工程施工分为两个作业区，一区在上游围堰由左岸向右岸进行，二区在下游围堰由左岸向右岸进行，3．1固结、帷幕灌浆工程最后在右岸纵向围堰汇合。高喷灌浆的施工步骤为先成固结灌浆和帷幕灌浆均采用~50mm金刚石钻头或合孔，后将灌浆管插至孔底，由下而上进行喷射灌浆。钻金钻头，灌浆材料以纯水泥浆液为主，标号为超细机采用地质钻机(SGZ一11]型)，在经检查孔号、桩位正P．O42．5水泥。先进行试验调整相关参数再进行全面施确后开孔，开孔段采用慢速成孔，待进行一定深度后正工，上覆盖重的抬动值小于0．1mm，灌浆后的质量检查常作业。摆喷作业前将摆喷方位及角度调整到设计要求均以压水试验为主，压水试验的压力采用灌浆压力的值，将三重管下至设计孔深，将配制好的水泥浆液、水、8O，且不大于1MPa。固结灌浆采用栓塞式孔内循环全空气通过浆泵、高压水泵、空气压缩机输入水、气、浆孔一次灌浆工艺；帷幕灌浆采用孔口封闭自上而下灌浆管，待泵压、水压、气压均达到设计参数且孔口返浆相工艺。对密度达到不小于1：3后，按要求的提升速度作业。浆电站厂房固结灌浆分二序施工，灌浆压力为0．4～液材料采用P．O42．5水泥，水灰比为0．8：1～O．6：1。0．8MPa，一序孔单位水泥注入量为45．32kg／m，二序孔严格控制提升速度，并随时观察浆压和流量的变化。为单位水泥注入量为39．84kg／m，平均单位水泥注入量为了保证搭接良好，不形成渗漏通道，在河床砂砾石层与42．58kg／m，检查孔单位水泥注入量为2．63kg／m，减少基层接触面、砂砾石层与黏土层接触面均进行复喷，复94．4。灌前透水率为45．5Lu，检查孔透水率仅为喷时间为2rain。0．5Lu，岩石波速从1700m／s上升到3500m／s。泄水闸灌施工结束后，采用围井注水法对摆喷灌浆进行质量浆压力为0．45MPa，单位水泥注入量为36．23kg／m，检检查，检查结果表明，防渗墙的垂直度、连续性、均匀查孔单位水泥注入量16．17kg／m，灌前透水率为性和搭接程度、浆体固结体强度均满足设计要求。10．58Lu，检查孑L透水率仅为1．7Lu。灌浆效果显著。帷幕灌浆压力为0．3～0．7MPa。电站厂房帷幕孔平3．3．2高压旋喷灌浆左右岸重力坝与土坝相接部位防渗灌浆采用高压旋均单位水泥注入量为43．08kg／m，检查孔单位水泥注入量为1．95kg／m，减少95．5。灌前透水率为7．06Lu，喷灌浆，灌浆孔孔距横向为1．2m，纵向为1．3m，旋转检查孔透水率仅为0．7Lu。泄水闸帷幕孑L分三序施工，平角度360。。水泥浆液采用P．O42．5硅酸盐水泥，浆液相均单位水泥注入量为18．93kg／m，检查孔单位水泥注入对密度1．6～1．7。采用三管法旋喷形式，灌浆后形成重量lkg／m，各序孔灌前透水率为2．54～1．98Lu，检查孔叠连续搭接板式防渗墙。在经检查孔号、桩位正确后，透水率仅为0．95Lu。帷幕灌浆防渗效果良好。钻机就位一调平、垫稳钻机一成孔。引孔施工达到要求移机后，高压旋喷应及时跟进。地面高程较高、成孔较3．2锚筋桩深的部位采用三排成墙，地面高程较低、成孔较浅的部锚筋桩分布在厂房混凝土围堰1～4结构段，其中1位采用两排成墙。旋喷作业前将高喷台车的水平度及喷段桩长9m，人岩7m，三排共60根；2～4结构段桩长管的垂直度调整到要求值。提升时先将三重管下至设计7m，入岩5m，三排共180根。锚筋桩利用4根~36mm孔深，将配制好的水泥浆液、水、空气通过浆泵、高压钢筋捆绑焊接，~12mm的定位钢筋与主筋焊接，~20mm钢管固定在钢筋上，通至孔底加注M30水泥砂浆。采用水泵、空气压缩机输入水、气、浆管，待泵压、水压、气压均达到设计参数方可提升喷管进行旋喷施工。对于锚固钻机钻孔，孔径为150mm。施工工序如下：施工准备一布孑L一钻孔一清孔一注水泥砂浆一插锚筋桩一孔口不同土层可以根据勘察资料和试喷结果合理调整提升速封堵一注浆一验收。锚筋桩在后方加工厂下料制作，加度，在深部含泥砂卵砾石层中为确保帷幕形成可考虑提工时将进回浆管一起放人锚桩中，加工完成后整体运至升速度略慢，在上部淤泥质土层中可考虑提升速度施工区。锚筋桩安装采用机械配合人工安插。封孔采用略快。水泥掺加水玻璃进行，掺加量为水泥用量的3，水灰比施工结束后，采用钻孔压水检查法进行质量检查，采用(O．38～0．45)：1。施工完在混凝土围堰第一结构检查结果表明，防渗墙的连续性、均匀性、浆体固结体段选择3根锚筋桩进行拉拔试验，结果满足设计要求，强度，均满足设计要求，渗透系数小于1×10cm／s。效施工效果优良。果良好。·63· 水利水电施工2010·第1期总第118期3．4人工挖孔桩混凝土施工时，采用强度C25，坍落度18～22cm，第一罐混凝土量为1．5m。，开始后的量约为1．2m。。开内江右岸重力坝3～4号基础处理需采用人工挖孑L始浇筑前，先检查孔底沉渣厚度，不合要求时重新清桩，桩径为1．2m，桩端挖至弱风化基岩，单桩设计承载孔；浇筑时，保证导管底部距孔底0．3～O．5m，且保证力为6400kN，设计强度等级为C20。混凝土的储备量，使导管底第一次埋入混凝土面以下坝段开挖至设计高程，场地平整后进行人工挖孔桩1．5m以上。当导管内混凝土面不满时徐徐灌入混凝土，施工，采用边护壁边施工的方法逐步施工，依次穿过土层、砂砾石层、全风化及强风化层，挖孔至弱风化花岗以防止桩体内混凝土疏松；当混凝土面上升顶托钢筋笼岩持力层。覆盖层土方由人工从上到下逐节用镐、锹进行时，放慢灌注速度，适当控制导管埋深，防止钢筋笼上浮。挖掘，挖土次序为先挖中心部分后挖周边。每个孔口安灌注桩施工结束后28d，对成桩项目进行检验和检装辘轳一台，作为垂直运输手段，每节挖孔深度为0．9～lm。第一节护壁要高出地面0．1～O．15m，防止杂物掉入测，灌注桩的每根取一组混凝土样，每组3块，强度和井内。在安装提升设备时，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔密度均达到设计要求；采用RS一1616K基桩动测仪、高中心大体上一致，以便用于挖土时的粗略中心线。挖孔阻尼速度传感器等设备，利用反射波法原理检测桩身完桩护壁采用钢筋混凝土，混凝土强度等级为C20。护壁厚整性和承载力，检验证明18根桩身完整性较好，桩基承度上口为0．15m，下口为0．1m。终孔时，应清除护壁污载力满足设计要求。泥、孔底残渣、浮土、杂物和积水，对孔底形状、尺寸、3．6粉喷桩施工土质、岩性、人岩深度等进行检验。检验合格后，迅速喷粉桩加固地基的机理，是利用粉体喷射桩机在钻吊放钢筋笼，灌注混凝土。桩身混凝土采用串筒连续灌孔过程中用高压空气将粉状固化剂以雾状喷入被加固的注，混凝土自由下落高度不超过2m，分层振捣密实，坍软土中，凭借机械上特制的钻头叶片的旋转，使固化剂落度8～10cm。与原位软土就地强制搅拌混合；固化剂吸水后进行一系施工结束后，按照设计要求进行质量检查验收工列物理化学反应，使桩位原土由软变硬，形成整体性好、作。人工挖孔桩质量检查采用承载试验的方法，检查孔水稳性强和承载力高的新桩体；这种桩体与桩间土相互的数量为总桩数的1，选择12号、29号、40号共计作用，形成比天然软土地基承载力有大幅度提高的复合3根挖孔桩进行承载试验鉴定，鉴定结果发现3根试验地基。桩承载能力均在8000kN以上，桩基稳定，承载能力施工工序流程如下：桩机就位一预搅下沉一喷浆提较好。升一复搅下沉一搅拌提升一桩机移位。在经检查桩位正3．5水下灌注桩施工确后，搅拌机就位、调平，回转搅拌钻进。钻进过程中，拌和楼灌注桩钻孑L平台安设在200mm×300mm的仔细观察下沉速度，如出现异常情况，及时分析原因并枕木上，钻孔平台用水平仪校平，确保施工过程中不发采取相应措施，终孔深度达到设计桩底要求。预搅下沉生倾斜、移动等现象。泥浆池分段就地开挖，容积约为(至设计标高)，原位搅拌喷灰(浆)30s；搅拌均匀后提桩体积的1．5～2倍，钻孔护壁泥浆以原土造浆为主，升，控制好提升速度；同时喷干水泥粉或水泥浆搅拌人工造浆为辅，人工造浆材料采取高塑性黏土或膨润(依试桩情况确定各项参数)，停灰(浆)面高于桩顶设土，制浆时先浸水再机械搅拌成浆。注入干净泥浆的相计标高0．3～O．5m；重复搅拌提升，直到停灰(浆)面，对密度控制在1．2～1．45左右，排出泥浆的相对密度控上部回填5灰土(或水泥土)并压实；关闭搅拌机械移制在1．3～1．6之间。成孔过程中定期测量泥浆的相对密位至下一桩位。度，测定泥浆的黏度20~22s，含砂率小于8。土层钻该工程共施工粉喷桩17600m，有效地提高了边坡坡进可适当提高转速，增加压力。钻进表面不平整的岩脚承载力。层时，降低转速，停止施加压力，必要时提钻钻进或安装导向筒，待钻入全断面基岩后再恢复正常钻进。4结束语正常钻进时泥浆相对密度保持在1．2～1．4左右，不宜过低，避免岩渣浮不上来，掏渣困难。清孔时将管头长洲水利枢纽工程的厂房、船闸、泄水闸已投入运提离孔底2O～50cm，维持冲洗液正循环流动，直至孔行。虽然工程地质条件复杂，但基础处理针对不同情况，底沉渣最大厚度小于设计要求为止，清孔后，控制孔采用了多种方法，制定了一整套有效的施工计划，优化口泥浆的相对密度为1．05～1．20，黏度为12～20s，了施工工艺，确保工程项目的顺利进行。运行结果表明含砂率小于4。钢筋制安均按照设计图纸及有关要基础处理是成功的，效果良好，可为其他类似工程提供求进行。成功经验。·64·'