水电站溢洪道泄槽段底板断层及其影响带锚固处理施工方案

水电站溢洪道泄槽段底板断层及其影响带锚固处理施工方案关键词：水电站；溢洪道；泄槽底板；断层；锚固处理摘要：水电站溢洪道泄槽段底板断层及其影响带锚固处理工程量大、工序复杂、质量要求高、工期紧。采用固结灌浆与锚筋桩相结合的综合处理方式进行施工，固结灌浆与盖重混凝土浇筑交叉施工，锚筋桩与底板抗冲耐磨混凝土浇筑交叉施，工增加了施工难度。通过合理设备选型，钻孔采用CM351潜孔钻机配高风压空压机提高钻孔效率，确保锚固成孔质量；灌浆采用3SNS高压注浆泵配北京中大华瑞的HT-II型高精度自动记录议。同时制定严密的施工措施及详细操作流程，从而保证了固结灌浆成孔、灌浆及锚筋桩成孔、焊接加工、注浆等工序质量，赢得了工期。积累了复杂地质结构条件下高强度锚固处理施工经验。水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。该工程由心墙堆石坝、左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水发电系统及导流工程等建筑物组成。开敞式溢洪道布置于左岸平台靠岸边侧（电站进水口左侧）部位，由进水渠段、闸室控制段、泄槽段、挑流鼻坎段及出口消力塘段组成。溢洪道水平总长1442.4.183m（渠首端至消力塘末端宽151.5m，泄槽段最大底坡为23％。溢洪道地段分布的主要断层有：F1、F35、F33条Ⅱ级结构面和F7、F8、F22、F10、F30、F36、F42、F44等多条Ⅲ级结构面，F1、F3、F35断层大致以40°~50°交角穿过泄槽段，除以上断层外，沉积岩地层内层间挤压带、挤压面等Ⅲ、Ⅳ级结构面较发育，且多夹泥，宽度一般为0.5cm～80cm不等。层间挤压带多数发育在紧邻角砾岩、砂砾岩部位的泥岩夹层内。以及开挖卸荷和爆破亦可能使原有裂隙扩张和产生新的裂隙，为了提高泄槽段底板岩石的整体性、承载力和抗变形能力以确保溢洪道安全运行，溢洪道泄槽段底板断层及其影响带采用了固结灌浆与锚筋桩相结合的综合锚固处理方式。根据F1、F3、F35断层分布将固结灌浆范围分为灌浆一区、灌浆二区、灌浆三区。固结灌浆与锚筋桩孔间排距为1.5m×1.5m，孔深分别为：灌浆一区入岩7.4m，灌浆二区和三区入岩7.2m。主要工程量：基岩钻灌120000延米，混凝土钻孔16000延米，锚筋桩16000根。固结灌浆施工在断层及其影响带下挖1m并浇筑完盖重混凝土后进行施工，锚筋桩施工在底板抗冲耐磨混凝土浇筑前与固结灌浆孔同孔位进行施工。溢洪道泄槽段底板断层及其影响带固结灌浆与锚筋桩是保证溢洪道安全运行的关键工序，是一项地质条件复杂、工序繁多、技术性强、质量要求高的隐蔽工作。针对这些特点与困难，施工技术人员在固结灌浆与锚筋桩施工前就建立了技术攻关小组，从设计技术上、施工工艺上进行了深入细致的研究，并积极与设计、监理工程师沟通联系，在施工前形成了一套完整的施工工作细则。该细则以确保底板锚固施工质量要求为根本目标，按照全面质量管理的要求对其施工工艺、程序、关键的质量控制点和技术标准作了具体的规定，起到了操作规程的作用。2.1现场施工布置2.1.1锚筋桩制作车间锚筋桩制作车间布置在闸室段左游侧821.5m平台，采用Φ48钢管和彩钢瓦搭设。2.1.2制浆站根据现场实际情况在溢洪道两侧分别布置两个集中制浆站为固结灌浆及锚筋桩施工提供浆液。制浆站为长×宽×高(12×6×1.6)m，采用钢管框架结构、彩钢瓦顶棚，制浆站布设制浆搅拌机、储浆桶、输浆泵等，并在制浆站旁设置一间值班房（4m×6m）。。2.1.3风、水、电布置施工所用水、电用管线和电缆从就近的系统供水、供电接口搭接并铺设至工作面。施工用风采用移动式空压机独立供风，根据场地条件，空压机可布置在工作面上或就近部位布置。2.1.4排污系统在制浆站及灌浆区周围设置排污沟及排污池，先将污水及废浆排放到排污池，达标后排放到指定的地点。2.2固结灌浆施工2.2.1一般规定2.2.1.1固结灌浆采用有盖重灌浆，盖重砼厚度1.0m，同时必须满足底部盖重砼达到50%设计强度后才能进行钻灌施工。2.2.1.2固结灌浆施工工艺流程：原材料、计量器具的检定!场地清理→孔位放样→抬动观测孔钻孔、埋件安装→分序钻孔、自上而下分段灌浆→质量检查验收→资料提交。2.2.1.3施工分序：固结灌浆根据灌浆区实际情况划分相应单元工程，每个单元工程内按分序加密的原则并采取先周边后中间的顺序进行施工。施工分两序进行，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，最后施工检查孔。2.2.1.4钻孔灌浆的计量器具，包括流量计、压力计、密度计、自动记录仪、压力表等，在进行检定或校验合格后使用，以保证量值准确。2.2.1.5灌浆完成3d内或正在灌浆的部位，其附近30m以内不得进行爆破作业，在其以外进行时，需经监理人的批准并采取减振措施。2.2.1.6钻孔过程和灌浆过程的各项施工记录随施工作业在现场及时、准确、真实、齐全、整洁地进行记录，并及时进行整理。在灌浆过程中记录仪出现故障时以人工记录为准，其余以记录仪记录为准。2.2.2灌浆材料和制浆2.2.2.1固结灌浆采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5级，其品质必须符合GB175-2007标准的规定，进场水泥在抽检合格后使用。在灌浆施工过程中，对每批次水泥进行取样检测。检测取样以200t为一个取样单位，不足200t时也应作为一个取样单位。检测的项目如下：a）水泥细度、密度；b）浆液的稳定性、流动性或粘度；c）浆液的凝结时间和结石强度。2.2.2.2灌浆用水采用满足拌制水工混凝土的系统供水。2.2.2.3对于其它外加剂，其品种和使用均按监理工程师的指示进行，其掺量由试验确定，并得到监理工程师的批准。2.2.2.3制浆，采用集中制浆站用高速搅拌机配制0.5：1的水泥浆液，搅拌时间不少于30s，待搅拌均匀后通过管路和输浆中转站输送到施工作业点，由作业机组根据需要进行调配使用。浆液自制备至用完时间不得超过4小时，温度应在5～40℃。对拌制好的浆液均测量其密度，浆液在使用前过筛，以防止粗颗粒堵塞磨损灌浆机具。2.2.3钻孔2.2.3.1严格按照设计图纸给定的孔位进行埋管和钻孔，实际孔位偏差不大于10cm。钻孔遇到结构缝及基面排水管时，局部孔位可进行适当调整。2.2.3.2灌浆孔编号：根据施工图单元号进行编号，样式为：“A-b-c”，其中A表示单元号，b表示排号（从左向右依次递增编排c表示排内孔号（从上游向下游依次递增编排）。2.2.3.3固结灌浆钻孔采用风动冲击潜孔钻钻孔，钻机包括CM351、QZJ-100B等风动钻机。2.2.3.4布孔方式：固结灌浆孔按梅花形布孔，间排距为1.5m×1.5m。2.2.3.5钻孔孔径：固结灌浆钻孔直径φ90mm。2.2.3.6钻孔孔深：固结灌浆孔孔深分别为：灌浆一区缓流段内8.4m，灌浆一区急流段内、灌浆二区和三区8.2m。孔深偏差不大于0.2m。2.2.3.7钻孔孔向：固结灌浆孔孔向为垂直于泄槽底板建基面，孔底偏差不大于孔深的1/40。2.2.3.8灌浆孔钻孔结束后对钻孔进行风、水联合冲洗，孔底沉积厚度不大于20cm。2.2.3.9钻孔过程中，若遇岩层、岩性变化，发生掉块、塌孔、钻速变化、涌水等异常情况，应详细记录。钻孔遇有掉块、塌孔难以钻进或漏风、涌水时，先进行灌浆处理，再行钻进。2.2.4抬动观测2.2.4.1抬动观测孔孔深深入基岩1m，采用潜孔钻机造孔（孔径不小于φ76mm）。钻孔完后向孔内下入φ1″铁管，长度比孔深长0.3m，然后向孔内注入0.5m深的水泥砂浆，将内管与岩石镶铸在一起，再向其与孔壁的间隙填入0.7m厚的粉细砂，然后再下入φ2″铁管，长度应高出砼面0.1m，与孔壁的间隙用粉细砂充填，填至距孔口0.3m时，用水泥砂浆将外管与表层砼铸在一起。2.2.4.2抬动观测允许变形值为100μm。2.2.4.3压水试验和灌浆时均进行抬动观测，抬动观测安排专人进行观测、记录，一般情况下可每10min测记一次，变形值上升较快时加密测记，当变形值接近允许值时及时报告各工序操作人员采取降压措施，防止发生破坏性抬动。如施工中发生抬动破坏立即停止施工，并做好详细记录，报告监理工程师等共同研究处理方案。2.2.4.4抬动观测使用的千分表经校验或检定合格后方能投入使用，确保灵敏度和准确性。在进行抬动观测时严格防止碰撞、震动，保证测试成果的真实性，在非观测期间妥善保护，防止损坏。2.2.5裂隙冲洗和压水试验2.2.2.4.1裂隙冲洗：灌浆孔在灌浆前进行岩层裂隙冲洗，可结合简易压水试验一道进行。冲洗压力为灌浆压力的80%并不大于1Mpa，冲洗时间20min。对于地质条件复杂地段，是否进行裂隙冲洗或采用何种冲洗方式，按施工图要求或监理工程师指示进行。2.2.2.4.2简易压水：灌前简易压水结合裂隙冲洗进行，压力为灌浆压力的80%并不大于1Mpa，压水时间20min，取最后的流量作为计算流量，其成果用透水率表示。2.2.2.4.3压水试验：灌前压水试验孔数为总孔数的5%。压水试验在裂隙冲洗后进行，压力为灌浆压力的80%并不大于1Mpa，试验采用单点法（按DL/T5148附录A执行）。压水试验压入流量稳定标准：在稳定的压力下每5min测读一次压入流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1.0L/min时，可结束本段试验，取最终值作为计算值。压水试验成果用透水率q表示，计算公式如下：q=Q/p*L式中：q—试验透水率，LuQ—压入流量，L/minp—作用于试验段内的全压力，MPaL—试段长度，m。2.2.6灌浆2.2.6.1固结灌浆采用自上而下分段循环式灌浆。射浆管距孔底的距离不大于50cm，止浆塞阻塞在灌浆段顶以上0.5m处。2.2.6.2为防止岩石面或混凝土面抬动，固结灌浆原则上一泵灌一孔，当相互串浆时，采用群孔并联灌注，并联孔数不宜多于3个，并控制灌浆压力。2.2.6.3灌浆段划分：固结灌浆孔分2段灌浆，第1段为0～3m，第2段为3m～孔底段。2.2.6.4灌浆压力：固结灌浆压力第1段0.5~0.8MPa，第2段1.5MPa。要求灌浆尽快达到设计压力，但对于注入率大的灌浆孔可以采取分级升压，控制注入率不大于30L/min，以防止发生破坏性的抬动变形。2.2.6.5浆液比级浆液水灰比采用0.75:1一个比级。2.2.6.6回浆返浓灌浆过程中，随时测量进浆和回浆比重，当回浆失水变浓时，换用与进浆相同比级的新浆液进行灌注。若效果不明显，延续灌注30min，即可停止灌注，不再进行复灌。2.2.6.7灌浆待凝，遇断层破碎带或灌前涌水灌后返浆时待凝，待凝时间根据具体情况确定。2.2.6.8灌浆结束标准固结灌浆结束条件为：单孔灌浆，在设计压力下，注入率不大于1L/min时，继续灌注30min，结束灌浆；群孔灌浆，在设计压力下，群孔注入率不大于1.5L/min时，继续灌注30min，结束灌浆。2.2.6.9封孔检查孔灌浆结束后以及抬动观测孔在施工项目完成后，采用“导管注浆封孔法”，进行封孔。对于孔内浆液凝固后在灌浆孔上部的空腔，采用干硬性水泥砂浆或浓稠水泥浆封填密实。2.2.7钻孔和灌浆过程中特殊情况处理（1）钻孔穿过断裂构造发育带，发生掉块、塌孔、漏风严重或涌水时，立即停钻，查明原因，进行灌浆处理后再向下进行钻孔。（2）灌浆过程中如发生地表冒（漏）浆时，根据冒（漏）浆量的大小采取以下措施处理：a、如冒浆量较小，则可不作专门处理，仅将灌浆压力适当降低，按正常灌浆灌注至达到结束标准结束灌浆；b、如冒浆量较大时，在冒出浓浆后，采取低压、浓浆、限流、限量、间隙灌注、嵌缝、表面封堵等到措施处理；c、加强抬动变形观测，防止超过变形允许范围。（3）灌浆过程必须连续进行，因故发生中断时，根据具体情况采取下述措施处理：a、如果能够尽块恢复灌浆（30min以内可不作特殊处理，否则立即冲洗钻孔，若冲洗无效时，进行扫孔后，再恢复灌浆；b、恢复灌浆时，使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率与中断前相近，则可采用中断前的水泥浆比级继续灌注。（4）灌浆过程中发生串浆时，如具备条件，可一泵一孔同时进行灌注（也可群孔并联灌浆，但孔数不得多于3个）。串浆后不能同时进行灌注时，用栓塞塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗和灌浆。当抬动观测孔串浆时，需进行冲洗后重新埋设。（5）孔口有涌水的孔段，灌浆前测记涌水压力和流量，采取以下措施进行处理：a、提高灌浆压力，当涌水高度小于5m时灌浆压力提高0.05Mpa，当涌水高度5～10m时，灌浆压力提高0.1Mpa，当涌水高度为10～20m时，灌浆压力提高0.2Mpa，并依此类推；b、进行纯压式灌浆；c、灌注速凝浆液，可掺加2～3%的水玻璃；（6）灌浆段注入量大时，由于固结灌浆属于大面积灌浆，灌浆范围较广，因此对于吸浆量大的灌浆孔段，只要不是位于边排或出现漏冒浆，采取连续灌浆不得随意中断，为防止产生抬动破坏，可采取降低压力、限流、灌注速凝浆液等措施。（7）灌浆过程中，压力或注入率突然变化较大时，及时查明原因进行处理，如果是改浓浆液水灰比造成，及时改为原水灰比进行灌注。2.3锚筋桩施工2.3.1材料2.3.1.1锚筋桩杆体材料：选用Ⅱ级或Ⅲ级螺纹钢筋。每批钢筋均应附有生产厂的质量证明书，并按材质标准以及监理工程师指示的抽检数量检验钢筋性。2.3.1.2水泥：锚筋桩注浆用水泥砂浆中的水泥采用标号42.5级的普通硅酸盐水泥。2.3.1.3水：锚筋桩施工用水须符合DL/T5144要求。2.3.1.4砂：采用最大粒径小于2.5mm的中细砂。2.3.1.5水泥砂浆：锚筋桩注浆水泥砂浆的抗压强度等级为M25。2.3.1.6外加剂：施工过程中如有必要添加外加剂时，其品质不得含有对锚筋桩产生腐蚀作用的成分，掺量通过试验确定。2.3.2锚筋桩孔的钻孔2.3.2.1严格按照施工图纸给定的孔位进行钻孔，实际孔位偏差不大于10cm。2.3.2.2锚筋桩孔编号：根据施工图纸单元号进行，样式为：“MA-b-c”，其中M表示锚筋桩工程，A表示单元号，b表示排号（从左向右依次递增编排c表示排内孔号（从上游向下游依次递增编排）。2.3.2.3锚筋桩孔的钻孔采用风动冲击潜孔钻钻孔，钻机包括CM351、QZJ-100B等风动钻机。2.3.2.4布孔方式：锚筋桩孔按梅花形布孔。固结灌浆区内锚筋桩间排距为1.5m×1.5m。2.3.2.5钻孔孔径：锚筋桩孔的钻孔直径为φ90mm。2.3.2.6钻孔孔深：在固结灌浆结束后扫孔钻进至设计入岩深度。泄槽缓流段锚筋桩孔孔深8.4m，泄槽急流段锚筋桩孔孔深8.2m