1、固结灌浆结合锚筋桩技术在水电站地基处理中的应用【摘要】在埃塞俄比亚 Finchaa 水电站项目中，为了应对局部地基裂隙扩张的情况，提高主厂房地基的整体稳定性和均一性，同时为了加强厂房结构和压力钢管混凝土埋入段的抗滑能力，项目采用固结灌浆结合锚筋桩技术对厂房和压力钢管基础分别进行了处理，取得了良好的效果，为今后类似应用提供了有益借鉴。 【关键词】水电站；地基处理；固结灌浆；锚筋桩 中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号： 绪言 固结灌浆是加固水工建筑物岩石地基的重要手段,它是用适当的压力,将水泥浆或其它化学材料灌注到岩体的裂隙、断层破碎带、软弱夹层或洞穴去；待浆液固化后，增强岩体的完整性和
2、均一性，提高基岩中软弱岩体的密实度，增加它的变形模量，从而减少水工建筑物基础的变形和不均匀沉陷，同时也可弥补因爆破松动和应力松弛造成的岩体损伤，提高岩体的抗渗能力。固结灌浆的特点是灌浆作业与混凝土作业交叉进行，施工干扰大；只要应用于建基面前表层岩体，孔深较浅，灌浆压力较低。岩石锚筋桩作为重要的抗滑稳定措施用于混凝土大坝等水工建筑物不良基础的处理，其工作原理是：当电站厂房地基受结构水平推力作用时，由于锚筋抗拔力的水平分力、附加剪面摩擦力、及锚筋前部岩体抗力等综合的力学效应，使厂房地基间的承载和抗剪能力有较大的提高。尤其是当施工开始后，若基坑开挖发现实际地质条件比勘探预测的要差，而扩大断面、深挖、
3、固结灌浆等措旋的作用有限时，岩石锚杆处理方案的优越性就比较显著。在埃塞俄比亚某水电站项目的厂房基础处理实践中，固结灌浆和锚筋桩技术的综合应用，为水电站地基处理提供了有益的借鉴。 项目概况 埃塞俄比亚 Finchaa 水电站为引水式电站，扩建项目是在原有三台机组基础上扩建一台机组。该项目内容包括厂房、变电站、压力钢管和围水渠，发电机组为冲击式水轮机，装机容量 34MW。 厂房基坑及边坡覆盖层较厚，以粉质粘砂及粉质砂为主，基础岩石为砂岩及砂质页岩，岩性及结构为中性偏软硬度和粒状结构, 属于沉积岩，岩石坚固系数 f=8，抗压强度 70MPa。 电站厂房地基采用水泥固结灌浆方式处理风化软弱岩体，同时采
4、取了锚筋桩加固措施，有效提高了基岩完整性和加强厂房基础的抗滑稳定性能。 固结灌浆和锚筋桩孔位布置和参数选择 电站厂房基岩经过开挖处理后，岩体质量普遍得到改善，但建基面浅层岩体受开挖卸荷和爆破的影响，出现局部岩体表面裂隙扩张现象；另外，厂房上游副厂房一侧依山坡而建，山体岩石裂隙丰富，导致岩隙渗水严重；加之基岩本身的构造特点和提高厂房基础的抗滑稳定性，采用固结灌浆并结合锚筋桩加固地基时适当和必要的。 3.1 固结灌浆 本项目采用有盖重固结灌浆，即在第一层基础混凝土浇筑完毕后实施灌浆作业，盖层混凝土厚度 1.5m，灌浆孔分布在位于主厂房对应水平基岩范围。 固结灌浆参数包括布孔参数和施工控制参数两方面
5、。布控参数主要指布孔方式、布孔密度（即孔距与排间距）及孔深等；施工控制参数主要指灌浆孔分段段长和采用的灌浆压力。 灌浆孔的布置和孔深设定与水工建筑物对基础的要求和地质条件有关。固结灌浆按深度一般分为三类：浅孔固结灌浆，孔深小于 5m；中孔固结灌浆，孔深 5-15m；深孔固结灌浆，孔深 15m 以上。根据扩建电站厂房结构物的承载力和基础抗渗要求，和基岩地质状况，我们采用了中孔固结灌浆方案，灌浆孔按照梅花型布置，孔间距 2m*2m，灌浆孔数 31 个，孔深设定为 8m，入岩深度 6.5m，孔径：76mm，灌浆压力：5 kgf/cm2，压水试验压力：3 kgf/cm2。 附图 1：灌浆和锚筋桩布置示
6、意图 3.2 锚筋桩 为了提高厂房结构抗滑能力，锚筋桩的布置范围分别为主副厂房和压力钢管混凝土埋置区域对应基岩范围，其中厂房部位的锚筋布置参数为：桩位按照梅花型布置，桩间距 2m*2m，每个锚筋桩由 3 根直径 24mm钢筋构成，钻孔孔径 110mm；压力钢管基岩区域，每个锚筋桩由 1 根直径22mm 钢筋构成，钻孔孔径 47mm。所有锚筋锚固均为深度 4m，露出基岩30cm。质量要求：锚筋桩采用拉拔试验的方式测定灌浆后的锚筋桩与基岩的粘接应力，当锚筋桩与基岩的粘接应力达到钢筋强度的 80%后，视为质量合格，质量检验数量需要达到总安装数量的 2%。 附图 2：锚筋桩布置图 4 固结灌浆施工要点
7、 4.1 施工材料和设备 4.1.1 材料: 波特兰，型水泥 4.1.2 设备列表 7 往复式灌浆泵 6 台 运行要求： 灌浆泵应能与浆液类型、浓度相适应，容许工作压力应大于最大灌浆压力的 1.5 倍，并有足够的排浆量和稳定的工作性能。灌浆管路应保证浆液流动畅通，并承受 1.5 倍的最大灌浆压力。灌浆泵和灌浆孔口处安设压力表。 4.2 施工控制要点 为了获得最佳灌浆效果，待盖层混凝土浇筑后 7 天（强度达到 50%设计强度）后方可进行灌浆作业。在施工中要遵循总流程：灌前声波测试孔，抬动观测孔下游排（I 序孔II 序孔）上游排（I 序孔II 序孔）中间排（I 序孔II 序孔） 。 单个造孔施工典
8、型工艺流程： 定孔位浇筑盖层混凝土(埋设灌浆套管)钻孔灌浆孔冲洗压水试验灌浆作业固结灌浆检查孔钻孔压水试验。 5. 锚筋桩施工要点 采用先注浆后下锚筋桩的方式。在布置锚筋时，孔中先部分灌入灰浆，灰浆的水/灰比（体积比）小于 0.9，砂/灰比（重量比）3：1。 6. 效果检查 6.1 固结灌浆 厂房基础固结灌浆共施工 31 个孔，共灌注水泥量 4250kg，最大单孔耗量 550kg/m，注入率平均值为 17.14kg/m，注入率最大值为68.75kg/m，最小值为 6.25kg/m。导致部分灌浆孔注入率过大的原因是局部地下岩层裂隙丰富，造成孔内水泥浆流失，增大了注入量。总体上符合“随着灌浆次序的
9、增加，单位注入率逐渐减小”递减规律。 采用单点压水试验的方法检查固结灌浆的质量，灌浆结束后 3 天进行压水试验检查。压水试验压力采用 1MPa，压水试验成果按公式(A1)计算。 固结灌浆质量检查孔共布设 3 个，重点布置在耗灰量较大、串冒浆现象较多、灌浆过程不正常以及地质条件较差的地方。在灌前进行压水试验时，3 个孔的吕容值均大于 10Lu，而灌后进行质量检查孔的压水试验时，透水率均小于 0.5Lu。对照 80%以上孔段灌浆孔的透水率 q3Lu 的验收标准，本项目固结灌浆质量符合质量要求。从以上数据的对比结果可以看出，在厂房进行的基础固结灌浆的效果良好，起到了加固基岩稳定性的目的，且具备堵漏防
10、渗的作用。 6.2 锚筋桩 通过抗拔试验检查锚筋桩施工质量，采用 YC60 穿心式千斤顶和A640C 型高压油泵在锚杆外加荷的方式实施试验，分别进行了性能试验和验收试验，性能试验在灌浆达到 70%强度之后进行。试验数量为 9 个锚筋桩，分为 3 组进行。验收试验绘制的荷载变位图与性能试验的结果对照，结果显示验收试验锚杆的总变位量不超过性能试验的总变位量，即锚杆施工质量合格。 7. 结论及建议 本项目基础处理通过运用有盖重固结灌浆技术的应用，显著提高了地基的整体性和均一性，有效改善了原基岩的承载能力，同时结合锚筋桩的应用，更加增加了厂房地基的抗剪强度。本工程厂房基础处理的实践，对其他工程具有借鉴意义。但由于电站厂房基础处理的锚筋桩设计和施工目前无规程规范可循，且经验积累不足，今后应用时仍应谨慎，除了类比成功项目案例外，现场试验是必不可少的。 参考文献： 1 Finchaa 电站扩建项目技术规范 2 水利水电工程施工组织设计手册 3 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL62-94 4Finchaa 电站扩建项目地基处理施工图纸
