一種地基加固處理方法

2023-06-24 16:54:51

專利名稱：一種地基加固處理方法
技術領域：
本發明屬於建築基礎加固技術領域，尤其屬於水利水電大壩地質基礎加固技術領域，特別涉及一種採用混凝土加固處理技術。
背景技術：
水利水電建設施工中常常需要對建築基礎進行加固處理。斷層處理是大型水電水利工程地基處理中的一大難題，隨著中國經濟建設的持續快速發展，特別是中國西部大開發戰略的不斷推進，水電站的建設大部·分處於深山峽谷中，地質條件越來越複雜，開發難度愈來愈大。由於拱壩優良的力學性能和造價的經濟性，在建、擬建的重大水電工程中有很大一批是高拱壩，勢必遇到一系列高拱壩壩肩抗力體或軟弱夾層等地質缺陷部位的補強加固處理技術難題。如何採用合適的施工方法處理這些地質缺陷，來達到加固處理的效果和目的，使其具有防滲、承載和抗滑等功能，是目前業界關注和研究的重點。·

發明內容
本發明根據現有技術的不足公開了一種地基加固處理方法。本發明要解決的問題是提供一種水利水電基礎加固處理方法技術，本發明可以有效解決由於無法開挖的地質缺陷部位的加固處理問題，解決防滲處理工程，甚至可以替代開挖，解決在類似複雜工程中的相關工程技術難度題，縮短工期，提高工程質量，降低工程成本，節省水電站建設投資，保障電站施工期及營運期的安全。本發明通過以下技術方案實現地基加固處理技術，包括鑽孔、衝洗、回填、高壓補充灌漿和質量檢查步驟，其特徵在於所述鑽孔包括主衝洗孔鑽孔和/或輔助衝洗孔鑽孔；主衝洗孔孔徑不小於300mm，由高高程廊道向低高程廊道鑽進或由低高程廊道向高高程廊道鑽進形成對穿孔，孔向隨斷層走向設置；當斷層較寬主衝洗孔難以完全覆蓋斷層時，在斷層兩側輻射布置輔助衝洗孑L ；所述衝洗是包括①衝洗參數衝洗水壓力20 35Mpa，風壓0. 8 I. 5Mpa，提升速度為5cm 20cm/min，方定轉速度8 15r/min ；②衝洗方法採用雙管法進行衝洗，先自上而下衝洗，再自下而上衝洗，即完成一次衝洗循環；③關水浸泡第一次衝洗完成後關水浸泡，使斷層內鬆散物質軟化；④反覆循環衝洗，重複上述①和②或③步驟，單孔衝洗次數不低於3次；⑤低高程反向鑽機掃孔從主衝洗孔對穿孔下孔口沿孔向向上掃孔，採用鑽機反掏的方式進行疏通孔道內的鬆散混合體；⑥衝洗完成後，進行孔內電視錄像，檢測衝洗效果和內部空腔尺寸；
輔助衝洗孔衝洗時間在相鄰主衝洗孔完成衝洗形成排渣通道再進行衝洗，鑽孔衝洗時利用主衝洗孔對穿孔孔道出渣；所述回填是採用自密實高強度混凝土從低處向高處回填；所述高壓補充灌漿是在混凝土回填結束3天後進行輔助灌漿孔鑽孔，在混凝土回填結束7天後、主衝洗孔混凝土達到70%強度後，對斷層兩側輻射布置的輔助灌漿孔進行固結灌漿，使回填混凝土與斷層兩側及孔底基巖有效粘結。進一步所述主衝洗孔孔距為Im 2m，主衝洗孔排距為Im I. 5m。進一步所述斷層兩側輻射布置的輔助灌漿孔孔距為3m 4m，排距為Im I. 5m,孔深輻射穿過斷層。 進一步所述回填採用的自密實高強度混凝土組成的重量份數是水170份、水泥412份、煤灰103份、砂子876份、小石809份、減水劑3. 091份和引氣劑0. 0258份。所述回填前先封堵對穿孔下孔口，待孔內積水排乾，回填之前先採用水水泥=0. 5:1的水泥漿液在孔底墊層，使孔底與混凝土有效接觸。 進一步所述質量檢查包括鑽孔取芯、壓水試驗和物探檢測。進一步所述雙管法衝洗是分別將高壓衝洗水和高壓風通過雙通道高壓噴具同時送至噴嘴部位對鑽孔進行衝洗的方法。本發明從高高程專設施工處理廊道內順斷層或軟弱夾層走向鑽大口徑孔至低高程專設施工處理廊道，形成串通通道，從高高程向低高程進行對穿孔高壓衝洗。採用高壓風、水衝洗斷層軟弱帶內充填的斷層泥、泥化的糜稜巖及砂層等鬆散物質，利用高壓風、水上下往返反覆切割、破壞和擾動斷層組成結構，使斷層及軟弱帶內鬆散物質液化，將液化後的泥漿、砂石、鬆散物質等混合體在風水聯動作用下，利用其自重和水流沿孔道衝出低高程廊道，在斷層或軟弱夾層中形成條帶狀的空腔或空洞，然後採用自密實高強度細石混凝土進行回填，最後在斷層上下盤或軟弱夾層兩側進行高壓灌漿處理，使回填混凝土與基巖有效、緊密結合，增強其整體穩定性和抗變形能力，在斷層或軟弱帶內形成具有防滲、承載、傳力、抗滑等作用的結構體，從而提高斷層或軟弱夾層的物理力學性能，提高抗變形能力，最終達到補強加固處理的目的。本發明有益性本發明可以有效地解決由於無法開挖的地質缺陷部位的加固處理問題，解決防滲處理工程，甚至可以替代開挖，解決在類似複雜工程中的相關工程技術難度題，縮短工期，提高工程質量，降低工程成本，節省水電站建設投資，保障電站施工期及營運期的安全，對依託工程有重要的現實指導意義，還將為類似工程和相關工程積累資料和提供參考，在我國西部水電開發建設中具有廣闊的應用前景。


圖I是本發明方法工藝流程。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行進一步的描述，本實施例只用於對本發明進行進一步的說明，但不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員可以根據上述本發明的內容作出一些非本質的改進和調整屬於本發明保護的範圍。
結合圖1，圖I是本發明方法工藝流程。地基加固處理技術，包括鑽孔、衝洗、回填、高壓補充灌漿和質量檢查步驟。( I)鑽孔主衝洗孔鑽孔孔徑不小於小300mm，衝洗通道的形成可由低高程向高高程鑽孔形成對穿孔，也可由高高程向低高程鑽孔形成對穿孔，孔向可參考地質勘察資料或鑽孔實際返渣情況確定，鑽孔方位角及頂角設計時需隨斷層走向布置；當斷層較寬、或受施工空間限制、或受施工設備原因時，主 衝洗對穿孔難以完成覆蓋時，可在斷層兩側輻射布置輔助衝洗孔，輔助衝洗孔造孔時間可與主孔同時進行，但衝洗時間需在相鄰主衝洗孔完成衝洗形成較大排渣通道，不存在排渣困難時再進行衝洗。(2)衝洗①衝洗參數衝洗水壓力20 35Mpa，風壓0. 8 I. 5Mpa，提升速度為5cm 20cm/min，方定轉速度 8 15r/min,。②衝洗方法採用雙管法進行衝洗。先自上而下衝洗，再自下而上衝洗，即完成一次衝洗循環，所謂雙管法是分別將高壓衝洗水及高壓風通過雙通道高壓噴具內外通道送至噴嘴部位，高壓水通過噴嘴後形成高射流切割或衝洗巖面，高壓風從另一通道噴出加劇射流水的速度，同時在射流周圍形成噴射氣流，提高衝洗效果。③關水浸泡第一次衝洗完成後宜關水浸泡，使斷層內鬆散物質軟化。④反覆循環衝洗為滿足衝洗效果，擴大衝洗範圍，增大空腔尺寸，宜進行反覆衝洗，單孔衝洗次數不低於3次。⑤低高程反向鑽機掃孔為避免斷層內較大的碎石堵塞孔道，宜從在對穿孔下孔口沿孔向向上掃孔，採用鑽機反掏的方式進行疏通孔道內的鬆散混合體。⑥衝洗完成後，進行孔內電視錄像，檢測衝洗效果和內部空腔尺寸。衝洗時利用對穿孔孔道出渣。(3)回填衝洗效果達到要求後，採用自密實高強度混凝土進行回填，自密實高強度混凝土組成的重量份數是水170份、水泥412份、煤灰103份、砂子876份、小石809份、減水劑
3.091份和引氣劑0.0258份。回填前應先封堵對穿孔下孔口，待孔內積水排乾後進行。回填之前先採用0. 5:1水泥漿液在孔底墊層，用以孔底與混凝土有效接觸。回填時根據孔底沉渣情況，從低處向高處回填。(4)高壓補充灌漿待回填混凝土達到70%強度後，在斷層兩側和對穿孔之間輻射布置補充灌漿孔，使回填混凝土與斷層兩側及孔底基巖有效粘結，進一步加強處理效果。補充灌漿孔間距應根據實際情況確定，一般為3m 4m，排距為Im I. 5m，孔深為輻射穿過斷層為宜，按固結灌漿要求進行灌漿施工，高壓補充灌漿孔鑽孔時間可在混凝土回填結束3天後進行，灌漿需在混凝土回填結束7天後進行。灌漿採用水泥根據所在地質化學性質選擇，如地質為酸性巖體採用普通硫酸鹽水泥，若地質為普通巖體或鹼性巖體則選擇普通矽酸鹽水泥。(5)質量檢查質量檢查主要採用鑽孔取芯、壓水試驗和物探檢測，特殊要求時，可對芯樣進行相應的物理力學檢測。
具體施工例( I)依託工程基本概況國內某一級水電站大壩壩高305m，是世界第一高拱壩。大壩左岸抗力體地質條件複雜，煌斑巖脈，深部裂縫、裂隙卸荷帶及其他軟弱帶等在壩肩抗力體內的不規則間隔分布，巖體具有聲波值小、變模值低等特點，直接影響到抗力體的變形狀態和穩定狀態。其中以f5斷層最為典型，成份較為複雜，貫穿整個左岸抗力體，在斷層裂隙之間夾雜有大量的風化巖體，堆積體(砂層)，遇水斷層物易軟化、泥化，主要特徵有①地質性狀較差，f5斷層主要由角礫巖、碎裂巖、糜稜巖、碳化的泥質片狀巖及斷層泥組成，遇水易軟化泥化，屬V I級巖體斷層位於拱壩主要受力區，正常工況下，拱端合力順河向拱端力沿上1/3、中 1/3、下1/3高段分配比例是11. 7%,33. 5%,54. 9%，相應水荷載分配比例是15. 3%,40. 5%、44. 2%，說明中下部高程為拱壩主要受力區域f5斷層是左岸壩肩抗滑穩定控制性結構面，根據壩肩抗滑穩定計算分析，左岸以f2斷層及層間擠壓帶為底滑面、以f5斷層為側滑 面的滑動塊體為左岸壩肩抗滑穩定控制性滑塊，其穩定安全裕度不大。因此，f5斷層是左岸壩肩抗滑穩定滑塊的控制性結構面，為左岸抗力體地質缺陷處理中關鍵中的關鍵，其處理效果直接關係到大壩左岸抗力體的穩定，關係著電站安全運營及電站投運效益。(2)施工工藝探索設計對f5斷層採取高程1730以上挖除並置換混凝土墊座，墊座基礎下部及抗力體採用混凝土網格置換、普通水泥加密固結灌漿及部分部位水泥-化學複合灌漿補強、防滲斜井等綜合加固處理方案。 但普通水泥加密固結灌漿對f5斷層尤其是高程1670 1730m，2# 3#置換斜井(2# 3#置換斜井布置在專門的施工及灌漿廊道內)之間難以成孔，部位效果不顯著，鑽孔時塌孔現象普遍較嚴重，孔內主要為較密實細砂，鑽孔時返水呈米黃色、灰黃色和黑色細砂，局部為斷層泥，壓水試驗過程中透水率較小，注灰量較低，現有的施工工藝難以取得良好灌漿效果。為此，針對f5斷層項目部先後採用了「高壓風衝洗」、「風水聯合衝洗」、「溼磨細水泥灌漿」及其它處理措施，但都不能有效解決f5斷層發育帶塌孔和砂層難以灌注的問題，難以有效的提高斷層發育帶的聲波值及變模值。由於f5斷層處於近壩區及墊座基礎下部，處於抗力體主要受力部位，根據設計要求，亦無灌後相關檢測和評價指標，若不進行有針對性地加固處理，可能會對整個左岸抗力體和大壩安全運行帶來隱患。為此，根據f5斷層研究結果，結合現場實際情況，從施工質量和工程安全出發，採用本發明提出的加固處理技術對f5斷層加固處理，即從1730高程廊道順斷層鑽大口徑孔至1670高程廊道，形成串通通道，使用高壓水衝洗的方法，將液化後的泥漿、砂石、鬆散物質等混合體在風水聯動作用下，利用其自重和水流沿鑽孔形成的孔道，由1730高程廊道衝向低高程1670高程廊道出口，在斷層或軟弱夾層中形成條帶狀的空腔或空洞，然後採用自密實高強度細石混凝土進行回填，最後在斷層兩側進行高壓灌漿處理，從而提高斷層或軟弱夾層的物理力學性能，提高抗變形能力，最終達到補強加固處理的目的。從高高程專設施工處理廊道內順斷層或軟弱夾層走向鑽大口徑孔至低高程專設施工處理廊道，形成串通通道，從高高程向低高程進行「對穿孔高壓衝洗」。採用高壓風、水衝洗斷層軟弱帶內充填的斷層泥、泥化的糜稜巖及砂層等鬆散物質，利用高壓風、水上下往返反覆切割、破壞和擾動斷層組成結構，使斷層及軟弱帶內鬆散物質液化，將液化後的泥漿、砂石、鬆散物質等混合體在風水聯動作用下，利用其自重和水流沿孔道衝出低高程廊道，在斷層或軟弱夾層中形成條帶狀的空腔或空洞，然後採用「自密實高強度細石混凝土」進行回填，最後在斷層上下盤或軟弱夾層兩側進行高壓灌漿處理，使回填混凝土與基巖有效、緊密結合，增強其整體穩定性和抗變形能力，在斷層或軟弱帶內形成具有防滲、承載、傳力、抗滑等作用的結構體，從而提高斷層或軟弱夾層的物理力學性能，提高抗變形能力，最終達到補強加固處理的目的。採用本發明方法在國內某一級水電站大壩施工中應用，取得了較好效果。施工應用設備包括(I)鑽孔設備對穿孔鑽孔設備採用阿特拉斯A66CB進口多功能全液壓履帶式鑽機鑽孔；低高程出渣孔疏通(反掏)和部分高壓衝洗輔孔鑽孔採用YXZ-90A型潛孔鑽機；補充灌漿孔鑽孔採用XY-2型地質鑽機。 (2)衝洗及灌漿設備高壓對穿衝洗採用XL-50型旋噴臺車和ZJB (BP) -50型高噴灌漿泵進行施工。高壓補充灌漿採用3SNS高壓灌漿泵。(3)供風設備供風設備採用21m3XRHS366⑶電動移動式高風壓空壓機。施工結果如下某一級水電站左岸f5斷層位於拱壩主要受力區，是左岸壩肩抗滑穩定滑塊的控制性結構面。因此，1730m高程f5斷層置換洞2#-3#斜井間採用了本發明方法的軟弱夾層高壓衝洗回填混凝土加固處理技術，孔距、排距為ImX lm，鑽孔孔徑為320mm，孔深為58m，鑽孔角度(沿斷層)為19° (頂角)，衝洗水壓35MPa，風壓0.8MPa，提升速度為5cm 8cm/min,轉速不大於15r/min,單孔衝洗次數不低於3次。衝洗後在斷層破碎帶之間形成寬
2.2m 4. 8m、深25. 5m 31. 6m、長16m的不規則條帶狀槽溝，衝洗出的廢渣量約1300m3，回填自密實混凝土 (一級配)1200m3。高壓補充灌眾孔距3. Om,排距I. Om,孔深30m。質量檢查壓水試驗透水率均小於3. OLu,合格率100%，聲波波速提高8%，平均聲波波速達4500m/s，鑽孔變模提高10%，平均鑽孔變模值為5. 8Gpa。達到了預期效果，各項參數符合要求。
權利要求
1.一種地基加固處理技術，包括鑽孔、衝洗、回填、高壓補充灌漿和質量檢查步驟，其特徵在於 所述鑽孔包括主衝洗孔鑽孔和/或輔助衝洗孔鑽孔；主衝洗孔孔徑不小於300mm，由高高程廊道向低高程廊道鑽進或由低高程廊道向高高程廊道鑽進形成對穿孔，孔向隨斷層走向設置；當斷層較寬主衝洗孔難以完全覆蓋斷層時，在斷層兩側輻射布置輔助衝洗孔； 所述衝洗是包括 ①衝洗參數衝洗水壓力20 35Mpa，風壓0.8 I. 5Mpa，提升速度為5cm 20cm/min,旋轉速度8 15r/min ； ②衝洗方法採用雙管法進行衝洗，先自上而下衝洗，再自下而上衝洗，即完成一次衝 洗循環； ③關水浸泡第一次衝洗完成後關水浸泡，使斷層內鬆散物質軟化； ④反覆循環衝洗，重複上述①和②或③步驟，單孔衝洗次數不低於3次； ⑤低高程反向鑽機掃孔從主衝洗孔對穿孔下孔口沿孔向向上掃孔，採用鑽機反掏的方式進行疏通孔道內的鬆散混合體； ⑥衝洗完成後，進行孔內電視錄像，檢測衝洗效果和內部空腔尺寸； 輔助衝洗孔衝洗時間在相鄰主衝洗孔完成衝洗形成排渣通道再進行衝洗，鑽孔衝洗時利用主衝洗孔對穿孔孔道出渣； 所述回填是採用自密實高強度混凝土從低處向高處回填； 所述高壓補充灌漿是在混凝土回填結束3天後進行輔助灌漿孔鑽孔，在混凝土回填結束7天後、主衝洗孔混凝土達到70%強度後，對斷層兩側輻射布置的輔助灌漿孔進行固結灌漿，使回填混凝土與斷層兩側及孔底基巖有效粘結。
2.根據權利要求I所述的地基加固處理技術，其特徵在於所述主衝洗孔孔距為Im 2 m,主衝洗孔排距為Im I. 5m。
3.根據權利要求I所述的地基加固處理技術，其特徵在於所述斷層兩側輻射布置的輔助灌漿孔孔距為3m 4m，排距為Im I. 5m，孔深輻射穿過斷層。
4.根據權利要求I所述的地基加固處理技術，其特徵在於所述回填採用的自密實高強度混凝土組成的重量份數是水170份、水泥412份、煤灰103份、砂子876份、小石809份、減水劑3. 091份和引氣劑0. 0258份。
5.根據權利要求4所述的地基加固處理技術，其特徵在於所述回填前先封堵對穿孔下孔口，待孔內積水排乾，回填之前先採用水水泥=0. 5:1的水泥漿液在孔底墊層，使孔底與混凝土有效接觸。
6.根據權利要求I所述的地基加固處理技術，其特徵在於所述質量檢查包括鑽孔取芯、壓水試驗和物探檢測。
7.根據權利要求I所述的地基加固處理技術，其特徵在於所述雙管法衝洗是分別將高壓衝洗水和高壓風通過雙通道高壓噴具同時送至噴嘴部位對鑽孔進行衝洗的方法。
全文摘要
本發明公開了一種地基加固處理方法。包括鑽孔、衝洗、回填、高壓補充灌漿和質量檢查步驟，鑽孔包括主衝洗孔和/或輔助衝洗孔鑽孔，衝洗包括在規定條件下的衝洗及回填、高壓補充灌漿。本發明可以有效地解決由於無法開挖的地質缺陷部位的加固處理問題，解決防滲處理工程，甚至可以替代開挖，解決在類似複雜工程中的相關工程技術難度題，縮短工期，提高工程質量，降低工程成本，節省水電站建設投資，保障電站施工期及營運期的安全，對依託工程有重要的現實指導意義，還將為類似工程和相關工程積累資料和提供參考，在我國西部水電開發建設中具有廣闊的應用前景。
文檔編號E02D3/12GK102720176SQ20121021819
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者任躍勤, 廖軍, 李正兵, 李紅福, 楊軍, 楊富平, 焦瑞鋒, 鄒剛, 陳旭東 申請人:中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司