杨柳滩电站闸坝砂卵砾石地基固结灌浆加固

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)

1 闸坝概况

杨柳滩水电站拦河闸坝总长130m，坝高30m，沿坝轴线由左至右依次布置为：3孔冲砂闸、5孔泄洪闸和调节闸。右岸重力坝与坝肩相接，左岸与主厂房进水室相邻。

冲砂泄洪闸段长105m，坝顶高程344.00m，闸室顺水流方向长度40m，基础置于砂卵砾石层上。

调节闸布置于右岸，调节闸室净宽9.0m，闸顶高程344.00m，基础置于粉砂质泥岩上。

图1 杨柳滩电站上游立视图

2 地质情况

冲砂泄洪闸段桩号0+41.50～0+150.00为河床段，河床高程315.0m～322.0m，覆盖层总厚度5m～19m，最大厚度位于河床中部，其中高程316m～320m以上为Q4s人工堆积砂砾石层(第①层)，以下为Q4al冲积砂卵砾石层(第②～第④层)；第②层松散，厚度1m～8m，底界高程310.5m～317m；第③层稍密，厚度0～6.2m，底界高程304.4m～314.2m；第④层中密～密实，厚度0～5m，设计建基高程为315m，位于第②层松散砂卵砾石层中，建基面以下第②、第③层承载能力不能满足要求，且各层地基均匀性都较差，存在压缩变形和不均匀变形问题。闸基砂卵砾石层渗透系数K=1.9×10-2cm/s～2.78×10-1cm/s，属强透水层，存在渗漏和渗透变形问题。

河床砂卵砾石取样试验成果资料(见表1、表2)：Q4al砂卵砾石层中<2mm粒径含量14.1%～14.8%；2mm～60mm粒径含量49.46%～70.43%；60mm～200mm粒径含量32.61%～14.50%；>200mm粒径含量3.10%～0.92%。天然密度2.21g/cm3，相对密度0.47～0.57，不均匀系数62.2～33.0，曲率系数5.7～10.8。

坝基覆盖层以砾石(2mm～60mm)为主，次为卵石、砂，并含少量漂石，其渗透系数平均值上部为1.11×10-1cm/s，下部为2.23×10-2cm/s，属强透水层。

表1 河床砂卵砾石层试验成果

表2 河床砂卵砾石层试验成果

从试验资料可知，该砂卵砾石地层是松散的，其空隙率大、渗透性强。

3 基础处理方案

根据砂卵砾石试验成果，分析砂卵砾石地基的可灌性。其可灌性主要取决于地基的颗粒级配、灌浆材料的细度、浆液的稠度、灌浆压力和施工工艺等因素。砂卵石地基的可灌性一般用以下几种指标衡量：

(1)可灌比：M=D15/d85

式中：D15为砂卵砾石层的颗粒级配曲线上含量为15%的粒径(mm)；d85为灌注材料的颗粒级配曲线上含量为85%的粒径(mm)。

可灌比值M≥15，故水泥浆将可顺利灌入。

(2)砂卵砾石层中粒径小于0.1mm的颗粒含量百分数愈高，则可灌性愈差。当其含量<5%时，可进行水泥粘土浆的灌注，本工程粒径小于0.1mm的颗粒含量为<1%。

用砂卵砾石层的有效粒径D10或渗透系数K判断其可灌性，一般认为，渗透系数K>3×10-4m/s的地层具有可灌性。

(3)不均匀系数反映了砂卵砾石层中颗粒大小的均匀程度，可供研究地层可灌性时参考，本工程砂卵砾石层的不均匀系数为62.2～33.0，孔隙率22%左右。

通过上述分析结合考虑浆液配比、灌浆压力及灌浆工艺等因素，再通过灌浆实验，确定本工程砂卵砾石具有良好的可灌性。

通过对全挖方案、振冲加固、高压旋喷加固、固结灌浆等处理方案进行了比较。综合考虑各种处理方案的施工工艺、工期、投资及后续补强处理等因素，采用固结灌浆加固方案。

固结灌浆实施方案：清除1#、2#闸孔中间基础(靠下游侧)中的崩坡积块碎石夹土层并用砂卵砾石换填；固结灌浆采用普通硅酸盐水泥，标号P.O32.5；灌浆孔采用梅花形布置，闸底板范围排距2.4m，孔距2.4m～3.0m，孔底高程308.00m，孔深7.00m。在闸室底板上布置了120个固结灌浆孔，灌浆长度约1380m；在闸墩上布置了68个固结灌浆孔，灌浆长度约2200m。

4 固结灌浆施工

固结灌浆施工按分序加密的原则，共分两序进行施工；采取先灌周边，再灌中间，先边排后中排的方式进行，灌浆前进行先导孔注水试验。

4.1 灌浆工艺

闸室基础砂卵砾石层固结灌浆采用预埋花管自上而下灌浆法，固结灌浆孔使用钻机钻孔，套管护壁，一次连续钻孔完成。

其施工工艺为：

钻孔平台固定——孔位确定——造孔(套管护壁)——清孔——下花管——下填料——起套管——卡塞——开环——灌浆——终孔后封孔。

4.2 灌浆压力

该工程砂卵砾石孔隙率较大，可灌比较高，上部有闸室底板作为盖重，可采用较大的灌浆压力，但砂卵砾石基础加固的目的是提高基础的承载力和抗变形能力，无必要让浆液扩散过远，通过试验确定首段采用0.2MPa的灌浆压力，下部逐渐加大至0.6MPa。

4.3 水灰比

固结灌浆采用纯水泥浆灌注，浆液水灰比(重量比)采用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6(或0.5)∶1四个比级。

4.4 灌浆效果

灌浆质量检查孔于灌浆施工结束14d后，检查孔数量为灌浆孔总数的5%。检查孔的合格标准：注水试验设计要求其渗透系数K≤3×10-4cm/s。孔段合格率不少于85%以上，不合格孔段渗透系数不超过设计规定值的150%并不集中，灌浆质量可认为合格。闸室基础固结灌浆灌浆质量检查孔共布置10个，最大透水率12.6Lu，孔段合格率为100%。

灌浆总平均单位注入量呈递减趋势，即一序孔985kg/m>二序孔541kg/m，符合一般灌浆规律，由注浆前注水试验成果和注浆后压水试验成果可知，注浆后透水率明显减小。

4.5 蓄水观测

枢纽监测的主要内容有：水平位移、垂直位移、坝基扬压力、上下游水位等项目。

垂直位移观测点布置在各闸墩上游水平位移观测墩旁，观测路线采用：右岸上游起测水准基点M-2至垂直位移点M-3、至M-16往返观测，二等水准观测。

电站已竣工蓄水发电，蓄水运行16个月后垂直位移观测情况如表3。

表3 大坝上游垂直位移观测成果

从上表可知，累计沉降量最大2.1mm，出现在2#、3#泄洪闸，也即是河床沙卵石层厚度最大段，但总沉降量较小。

5 结语

冲砂泄洪闸建基位于松散砂卵砾石层中，承载能力不能满足要求，且各层地基均匀性较差，存在压缩变形和不均匀变形问题；闸基砂卵砾石层渗透系数K=1.9×10-2cm/s～2.78×10-1cm/s，属强透水层，可灌性较好，可采用固结灌浆的方式加固地基；灌浆工艺采用预埋花管法灌浆，可一次性成孔，施工效率较高，但需埋入花管，成本较高；灌浆分序进行，并采取先周边孔后中间孔的施工顺序，能减少浆液的无效流失；灌后基础整体性得到加强，通过蓄水运行观测，其坝基沉陷较小。