CN102720176A - 一种地基加固处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地基加固处理方法。包括钻孔、冲洗、回填、高压补充灌浆和质量检查步骤，钻孔包括主冲洗孔和/或辅助冲洗孔钻孔，冲洗包括在规定条件下的冲洗及回填、高压补充灌浆。本发明可以有效地解决由于无法开挖的地质缺陷部位的加固处理问题，解决防渗处理工程，甚至可以替代开挖，解决在类似复杂工程中的相关工程技术难度题，缩短工期，提高工程质量，降低工程成本，节省水电站建设投资，保障电站施工期及营运期的安全，对依托工程有重要的现实指导意义，还将为类似工程和相关工程积累资料和提供参考，在我国西部水电开发建设中具有广阔的应用前景。

Description

一种地基加固处理方法

技术领域

本发明属于建筑基础加固技术领域，尤其属于水利水电大坝地质基础加固技术领域，特别涉及一种采用混凝土加固处理技术。

背景技术

水利水电建设施工中常常需要对建筑基础进行加固处理。断层处理是大型水电水利工程地基处理中的一大难题，随着中国经济建设的持续快速发展，特别是中国西部大开发战略的不断推进，水电站的建设大部分处于深山峡谷中，地质条件越来越复杂，开发难度愈来愈大。由于拱坝优良的力学性能和造价的经济性，在建、拟建的重大水电工程中有很大一批是高拱坝，势必遇到一系列高拱坝坝肩抗力体或软弱夹层等地质缺陷部位的补强加固处理技术难题。如何采用合适的施工方法处理这些地质缺陷，来达到加固处理的效果和目的，使其具有防渗、承载和抗滑等功能，是目前业界关注和研究的重点。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种地基加固处理方法。本发明要解决的问题是提供一种水利水电基础加固处理方法技术，本发明可以有效解决由于无法开挖的地质缺陷部位的加固处理问题，解决防渗处理工程，甚至可以替代开挖，解决在类似复杂工程中的相关工程技术难度题，缩短工期，提高工程质量，降低工程成本，节省水电站建设投资，保障电站施工期及营运期的安全。

本发明通过以下技术方案实现：

地基加固处理技术，包括钻孔、冲洗、回填、高压补充灌浆和质量检查步骤，其特征在于：

所述钻孔包括主冲洗孔钻孔和/或辅助冲洗孔钻孔；主冲洗孔孔径不小于300mm，由高高程廊道向低高程廊道钻进或由低高程廊道向高高程廊道钻进形成对穿孔，孔向随断层走向设置；当断层较宽主冲洗孔难以完全覆盖断层时，在断层两侧辐射布置辅助冲洗孔；

所述冲洗是包括：

①冲洗参数：冲洗水压力20～35Mpa，风压0.8～1.5Mpa，提升速度为5cm～20cm/min，旋转速度8～15r/min；

②冲洗方法：采用双管法进行冲洗，先自上而下冲洗，再自下而上冲洗，即完成一次冲洗循环；

③关水浸泡：第一次冲洗完成后关水浸泡，使断层内松散物质软化；

④反复循环冲洗，重复上述①和②或③步骤，单孔冲洗次数不低于3次；

⑤低高程反向钻机扫孔：从主冲洗孔对穿孔下孔口沿孔向向上扫孔，采用钻机反掏的方式进行疏通孔道内的松散混合体；

⑥冲洗完成后，进行孔内电视录像，检测冲洗效果和内部空腔尺寸；

辅助冲洗孔冲洗时间在相邻主冲洗孔完成冲洗形成排渣通道再进行冲洗，钻孔冲洗时利用主冲洗孔对穿孔孔道出渣；

所述回填是采用自密实高强度混凝土从低处向高处回填；

所述高压补充灌浆是在混凝土回填结束3天后进行辅助灌浆孔钻孔，在混凝土回填结束7天后、主冲洗孔混凝土达到70%强度后，对断层两侧辐射布置的辅助灌浆孔进行固结灌浆，使回填混凝土与断层两侧及孔底基岩有效粘结。

进一步所述主冲洗孔孔距为1m～2m，主冲洗孔排距为1m～1.5m。

进一步所述断层两侧辐射布置的辅助灌浆孔孔距为3m～4m，排距为1m～1.5m，孔深辐射穿过断层。

进一步所述回填采用的自密实高强度混凝土组成的重量份数是水170份、水泥412份、煤灰103份、砂子876份、小石809份、减水剂3.091份和引气剂0.0258份。

所述回填前先封堵对穿孔下孔口，待孔内积水排干，回填之前先采用水:水泥=0.5:1的水泥浆液在孔底垫层，使孔底与混凝土有效接触。

进一步所述质量检查包括钻孔取芯、压水试验和物探检测。

进一步所述双管法冲洗是分别将高压冲洗水和高压风通过双通道高压喷具同时送至喷嘴部位对钻孔进行冲洗的方法。

本发明从高高程专设施工处理廊道内顺断层或软弱夹层走向钻大口径孔至低高程专设施工处理廊道，形成串通通道，从高高程向低高程进行对穿孔高压冲洗。采用高压风、水冲洗断层软弱带内充填的断层泥、泥化的糜棱岩及砂层等松散物质，利用高压风、水上下往返反复切割、破坏和扰动断层组成结构，使断层及软弱带内松散物质液化，将液化后的泥浆、砂石、松散物质等混合体在风水联动作用下，利用其自重和水流沿孔道冲出低高程廊道，在断层或软弱夹层中形成条带状的空腔或空洞，然后采用自密实高强度细石混凝土进行回填，最后在断层上下盘或软弱夹层两侧进行高压灌浆处理，使回填混凝土与基岩有效、紧密结合，增强其整体稳定性和抗变形能力，在断层或软弱带内形成具有防渗、承载、传力、抗滑等作用的结构体，从而提高断层或软弱夹层的物理力学性能，提高抗变形能力，最终达到补强加固处理的目的。

本发明有益性：本发明可以有效地解决由于无法开挖的地质缺陷部位的加固处理问题，解决防渗处理工程，甚至可以替代开挖，解决在类似复杂工程中的相关工程技术难度题，缩短工期，提高工程质量，降低工程成本，节省水电站建设投资，保障电站施工期及营运期的安全，对依托工程有重要的现实指导意义，还将为类似工程和相关工程积累资料和提供参考，在我国西部水电开发建设中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明方法工艺流程。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

结合图1，图1是本发明方法工艺流程。地基加固处理技术，包括钻孔、冲洗、回填、高压补充灌浆和质量检查步骤。

（1）钻孔

主冲洗孔钻孔孔径不小于φ300mm，冲洗通道的形成可由低高程向高高程钻孔形成对穿孔，也可由高高程向低高程钻孔形成对穿孔，孔向可参考地质勘察资料或钻孔实际返渣情况确定，钻孔方位角及顶角设计时需随断层走向布置；当断层较宽、或受施工空间限制、或受施工设备原因时，主冲洗对穿孔难以完成覆盖时，可在断层两侧辐射布置辅助冲洗孔，辅助冲洗孔造孔时间可与主孔同时进行，但冲洗时间需在相邻主冲洗孔完成冲洗形成较大排渣通道，不存在排渣困难时再进行冲洗。

（2）冲洗

①冲洗参数：冲洗水压力20～35Mpa，风压0.8～1.5Mpa，提升速度为5cm～20cm/min，旋转速度8～15r/min，。

②冲洗方法：采用双管法进行冲洗。先自上而下冲洗，再自下而上冲洗，即完成一次冲洗循环，所谓双管法是分别将高压冲洗水及高压风通过双通道高压喷具内外通道送至喷嘴部位，高压水通过喷嘴后形成高射流切割或冲洗岩面，高压风从另一通道喷出加剧射流水的速度，同时在射流周围形成喷射气流，提高冲洗效果。

③关水浸泡：第一次冲洗完成后宜关水浸泡，使断层内松散物质软化。

④反复循环冲洗：为满足冲洗效果，扩大冲洗范围，增大空腔尺寸，宜进行反复冲洗，单孔冲洗次数不低于3次。

⑤低高程反向钻机扫孔：为避免断层内较大的碎石堵塞孔道，宜从在对穿孔下孔口沿孔向向上扫孔，采用钻机反掏的方式进行疏通孔道内的松散混合体。

⑥冲洗完成后，进行孔内电视录像，检测冲洗效果和内部空腔尺寸。

冲洗时利用对穿孔孔道出渣。

（3）回填

冲洗效果达到要求后，采用自密实高强度混凝土进行回填，自密实高强度混凝土组成的重量份数是水170份、水泥412份、煤灰103份、砂子876份、小石809份、减水剂3.091份和引气剂0.0258份。回填前应先封堵对穿孔下孔口，待孔内积水排干后进行。回填之前先采用0.5:1水泥浆液在孔底垫层，用以孔底与混凝土有效接触。回填时根据孔底沉渣情况，从低处向高处回填。

（4）高压补充灌浆

待回填混凝土达到70%强度后，在断层两侧和对穿孔之间辐射布置补充灌浆孔，使回填混凝土与断层两侧及孔底基岩有效粘结，进一步加强处理效果。补充灌浆孔间距应根据实际情况确定，一般为3m～4m，排距为1m～1.5m，孔深为辐射穿过断层为宜，按固结灌浆要求进行灌浆施工，高压补充灌浆孔钻孔时间可在混凝土回填结束3天后进行，灌浆需在混凝土回填结束7天后进行。灌浆采用水泥根据所在地质化学性质选择，如地质为酸性岩体采用普通硫酸盐水泥，若地质为普通岩体或碱性岩体则选择普通硅酸盐水泥。

（5）质量检查

质量检查主要采用钻孔取芯、压水试验和物探检测，特殊要求时，可对芯样进行相应的物理力学检测。

具体施工例

（1）依托工程基本概况

国内某一级水电站大坝坝高305m，是世界第一高拱坝。大坝左岸抗力体地质条件复杂，煌斑岩脉，深部裂缝、裂隙卸荷带及其他软弱带等在坝肩抗力体内的不规则间隔分布，岩体具有声波值小、变模值低等特点，直接影响到抗力体的变形状态和稳定状态。其中以f5断层最为典型，成份较为复杂，贯穿整个左岸抗力体，在断层裂隙之间夹杂有大量的风化岩体，堆积体（砂层），遇水断层物易软化、泥化，主要特征有：①地质性状较差，f5断层主要由角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、碳化的泥质片状岩及断层泥组成，遇水易软化泥化，属Ⅴ1级岩体；②f5断层位于拱坝主要受力区，正常工况下，拱端合力顺河向拱端力沿上1/3、中1/3、下1/3高段分配比例是11.7%、33.5%、54.9%，相应水荷载分配比例是15.3%、40.5%、44.2%，说明中下部高程为拱坝主要受力区域；③f5断层是左岸坝肩抗滑稳定控制性结构面，根据坝肩抗滑稳定计算分析，左岸以f2断层及层间挤压带为底滑面、以f5断层为侧滑面的滑动块体为左岸坝肩抗滑稳定控制性滑块，其稳定安全裕度不大。因此，f5断层是左岸坝肩抗滑稳定滑块的控制性结构面，为左岸抗力体地质缺陷处理中关键中的关键，其处理效果直接关系到大坝左岸抗力体的稳定，关系着电站安全运营及电站投运效益。

（2）施工工艺探索

设计对f5断层采取高程1730以上挖除并置换混凝土垫座，垫座基础下部及抗力体采用混凝土网格置换、普通水泥加密固结灌浆及部分部位水泥-化学复合灌浆补强、防渗斜井等综合加固处理方案。

但普通水泥加密固结灌浆对f5断层尤其是高程1670～1730m，2#～3#置换斜井（2#～3#置换斜井布置在专门的施工及灌浆廊道内）之间难以成孔，部位效果不显著，钻孔时塌孔现象普遍较严重，孔内主要为较密实细砂，钻孔时返水呈米黄色、灰黄色和黑色细砂，局部为断层泥，压水试验过程中透水率较小，注灰量较低，现有的施工工艺难以取得良好灌浆效果。为此，针对f5断层项目部先后采用了“高压风冲洗”、“风水联合冲洗”、“湿磨细水泥灌浆”及其它处理措施，但都不能有效解决f5断层发育带塌孔和砂层难以灌注的问题，难以有效的提高断层发育带的声波值及变模值。由于f5断层处于近坝区及垫座基础下部，处于抗力体主要受力部位，根据设计要求，亦无灌后相关检测和评价指标，若不进行有针对性地加固处理，可能会对整个左岸抗力体和大坝安全运行带来隐患。

为此，根据f5断层研究结果，结合现场实际情况，从施工质量和工程安全出发，采用本发明提出的加固处理技术对f5断层加固处理，即从1730高程廊道顺断层钻大口径孔至1670高程廊道，形成串通通道，使用高压水冲洗的方法，将液化后的泥浆、砂石、松散物质等混合体在风水联动作用下，利用其自重和水流沿钻孔形成的孔道，由1730高程廊道冲向低高程1670高程廊道出口，在断层或软弱夹层中形成条带状的空腔或空洞，然后采用自密实高强度细石混凝土进行回填，最后在断层两侧进行高压灌浆处理，从而提高断层或软弱夹层的物理力学性能，提高抗变形能力，最终达到补强加固处理的目的。

从高高程专设施工处理廊道内顺断层或软弱夹层走向钻大口径孔至低高程专设施工处理廊道，形成串通通道，从高高程向低高程进行“对穿孔高压冲洗”。采用高压风、水冲洗断层软弱带内充填的断层泥、泥化的糜棱岩及砂层等松散物质，利用高压风、水上下往返反复切割、破坏和扰动断层组成结构，使断层及软弱带内松散物质液化，将液化后的泥浆、砂石、松散物质等混合体在风水联动作用下，利用其自重和水流沿孔道冲出低高程廊道，在断层或软弱夹层中形成条带状的空腔或空洞，然后采用“自密实高强度细石混凝土”进行回填，最后在断层上下盘或软弱夹层两侧进行高压灌浆处理，使回填混凝土与基岩有效、紧密结合，增强其整体稳定性和抗变形能力，在断层或软弱带内形成具有防渗、承载、传力、抗滑等作用的结构体，从而提高断层或软弱夹层的物理力学性能，提高抗变形能力，最终达到补强加固处理的目的。

采用本发明方法在国内某一级水电站大坝施工中应用，取得了较好效果。

施工应用设备包括：

（1）钻孔设备

对穿孔钻孔设备采用阿特拉斯A66CB进口多功能全液压履带式钻机钻孔；低高程出渣孔疏通（反掏）和部分高压冲洗辅孔钻孔采用YXZ-90A型潜孔钻机；补充灌浆孔钻孔采用XY-2型地质钻机。

（2）冲洗及灌浆设备

高压对穿冲洗采用XL-50型旋喷台车和ZJB(BP)-50型高喷灌浆泵进行施工。高压补充灌浆采用3SNS高压灌浆泵。

（3）供风设备

供风设备采用21m³XRHS366CD电动移动式高风压空压机。

施工结果如下：

某一级水电站左岸f5断层位于拱坝主要受力区，是左岸坝肩抗滑稳定滑块的控制性结构面。因此，1730m高程f5断层置换洞2#-3#斜井间采用了本发明方法的软弱夹层高压冲洗回填混凝土加固处理技术，孔距、排距为1m×1m，钻孔孔径为φ320mm，孔深为58m，钻孔角度（沿断层）为19°（顶角），冲洗水压35MPa，风压0.8MPa，提升速度为5cm～8cm/min，转速不大于15r/min，单孔冲洗次数不低于3次。冲洗后在断层破碎带之间形成宽2.2m～4.8m、深25.5m～31.6m、长16m的不规则条带状槽沟，冲洗出的废渣量约1300m3，回填自密实混凝土（一级配）1200m3。高压补充灌浆孔距3.0m，排距1.0m，孔深30m。质量检查压水试验透水率均小于3.0Lu，合格率100%，声波波速提高8%，平均声波波速达4500m/s，钻孔变模提高10%，平均钻孔变模值为5.8Gpa。达到了预期效果，各项参数符合要求。

Claims (7)

1.一种地基加固处理技术，包括钻孔、冲洗、回填、高压补充灌浆和质量检查步骤，其特征在于：

所述钻孔包括主冲洗孔钻孔和/或辅助冲洗孔钻孔；主冲洗孔孔径不小于300mm，由高高程廊道向低高程廊道钻进或由低高程廊道向高高程廊道钻进形成对穿孔，孔向随断层走向设置；当断层较宽主冲洗孔难以完全覆盖断层时，在断层两侧辐射布置辅助冲洗孔；

所述冲洗是包括：

①冲洗参数：冲洗水压力20～35Mpa，风压0.8～1.5Mpa，提升速度为5cm～20cm/min，旋转速度8～15r/min；

②冲洗方法：采用双管法进行冲洗，先自上而下冲洗，再自下而上冲洗，即完成一次冲洗循环；

③关水浸泡：第一次冲洗完成后关水浸泡，使断层内松散物质软化；

④反复循环冲洗，重复上述①和②或③步骤，单孔冲洗次数不低于3次；

⑤低高程反向钻机扫孔：从主冲洗孔对穿孔下孔口沿孔向向上扫孔，采用钻机反掏的方式进行疏通孔道内的松散混合体；

⑥冲洗完成后，进行孔内电视录像，检测冲洗效果和内部空腔尺寸；

辅助冲洗孔冲洗时间在相邻主冲洗孔完成冲洗形成排渣通道再进行冲洗，钻孔冲洗时利用主冲洗孔对穿孔孔道出渣；

所述回填是采用自密实高强度混凝土从低处向高处回填；

所述高压补充灌浆是在混凝土回填结束3天后进行辅助灌浆孔钻孔，在混凝土回填结束7天后、主冲洗孔混凝土达到70%强度后，对断层两侧辐射布置的辅助灌浆孔进行固结灌浆，使回填混凝土与断层两侧及孔底基岩有效粘结。

2.根据权利要求1所述的地基加固处理技术，其特征在于：所述主冲洗孔孔距为1m～2m，主冲洗孔排距为1m～1.5m。

3.根据权利要求1所述的地基加固处理技术，其特征在于：所述断层两侧辐射布置的辅助灌浆孔孔距为3m～4m，排距为1m～1.5m，孔深辐射穿过断层。

4.根据权利要求1所述的地基加固处理技术，其特征在于：所述回填采用的自密实高强度混凝土组成的重量份数是水170份、水泥412份、煤灰103份、砂子876份、小石809份、减水剂3.091份和引气剂0.0258份。

5.根据权利要求4所述的地基加固处理技术，其特征在于：所述回填前先封堵对穿孔下孔口，待孔内积水排干，回填之前先采用水:水泥=0.5:1的水泥浆液在孔底垫层，使孔底与混凝土有效接触。

6.根据权利要求1所述的地基加固处理技术，其特征在于：所述质量检查包括钻孔取芯、压水试验和物探检测。

7.根据权利要求1所述的地基加固处理技术，其特征在于：所述双管法冲洗是分别将高压冲洗水和高压风通过双通道高压喷具同时送至喷嘴部位对钻孔进行冲洗的方法。

Images