張建均

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

水下厚層大塊度卵漂石基礎(chǔ)圍堰施工技術(shù)研究

張建均

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

本文主要介紹水下厚層大塊度卵漂石基礎(chǔ)圍堰施工方法，首先利用反鏟開挖水上、水下部分基礎(chǔ)，并澆筑水上、水下混凝土，利用該混凝土作為蓋重進(jìn)行圍堰基礎(chǔ)塑性固結(jié)灌漿，然后進(jìn)行圍堰外部堆塊石防護(hù)、圍堰內(nèi)部鋼筋混凝土貼坡?lián)鯄庸?、圍堰局部補(bǔ)灌，最后拆除圍堰。

厚層大塊度卵漂石基礎(chǔ) 圍堰 施工技術(shù) 水下

圍堰是保護(hù)大壩或廠房等水工建筑物干地施工的必要擋水建筑物，一般屬臨時性工程，但也常與主體工程結(jié)合而成為永久工程的一部分。圍堰工程直接關(guān)系主體工程的施工安全、工期和工程投資。隨著水電站深度開發(fā)，電站的地質(zhì)及地形、地貌條件越來越復(fù)雜，江面狹窄，采用常規(guī)土石圍堰會造成水位雍高，從而加大安全隱患和工程投資。

1 施工準(zhǔn)備

施工前查閱圍堰相關(guān)設(shè)計(jì)圖和地質(zhì)資料，對圍堰區(qū)的地質(zhì)、地形、地貌進(jìn)行充分的了解，必要時提前進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)鉆探工作，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，有針對性地設(shè)計(jì)圍堰，堰頂高程較枯期最高水位高0.5m～0.7m，并制定切實(shí)可行的圍堰設(shè)計(jì)、施工方案，同時進(jìn)行施工作業(yè)人員、設(shè)備、機(jī)具、作業(yè)平臺材料、勞保安全器材等各項(xiàng)材料的準(zhǔn)備。

圍堰結(jié)構(gòu)尺寸的確定要分別進(jìn)行抗剪強(qiáng)度和抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算。

1.1 抗剪強(qiáng)度計(jì)算

抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式為：

K=f∑W/∑P≥[K]

K——按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f——堰體底板混凝土與基礎(chǔ)接觸面的抗剪摩擦系數(shù)；

∑W——作用于基礎(chǔ)截面的總垂直力，kN；

∑P——作用于基礎(chǔ)截面以上的總水平力，kN。

1.2 抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算

抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算公式為：

K′=(f′∑W+CA)/∑P≥[K′]

K′——按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f′——堰體底板混凝土與基礎(chǔ)接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；

C——堰體底板混凝土與基礎(chǔ)接觸面的粘結(jié)力，kPa；

A——堰體底板與基礎(chǔ)截面的接觸面積，m2。

圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 圍堰基礎(chǔ)開挖

(1)沿混凝土圍堰軸線外側(cè)開挖一條施工道路，道路頂高稍高于枯期最高水位線，防止?jié)q水時淹沒道路，此施工道路作為圍堰混凝土澆筑的施工通道；

(2)對混凝土圍堰軸線測量放樣后，從上游向下游方向進(jìn)行基礎(chǔ)開挖。開挖時，使用反鏟沿混凝土圍堰軸線開挖一條底寬約4.5m的水下深槽，開挖時向外翻碴，形成一條不止漏臨時土石圍墻，以盡量減小水流速度，形成靜水施工，為圍堰水下混凝土澆筑提供有利條件；

(3)基礎(chǔ)開挖采用長臂反鏟盡可能開挖，開挖完成后用高壓風(fēng)管插入基礎(chǔ)面將碎石、淤泥等沖洗干凈。

3 圍堰水下混凝土澆筑

3.1 配合比試驗(yàn)

水下混凝土的關(guān)鍵是防止混凝土中的砂在水中擴(kuò)散、溶解。水下混凝土摻入的外加劑有高效減水劑和水下不分散劑等。通過試驗(yàn)確定外加劑的使用種類、摻入量和摻入程序?；炷恋呐浜媳缺仨毰c導(dǎo)管灌注水下混凝土相適應(yīng)。合適的配合比應(yīng)使混凝土具有足夠的可塑性和黏聚性，易于在導(dǎo)管中流動而又不易離析。水下混凝土坍落度控制在180mm～220mm之間。

3.2 鋼管+鋼絲密織網(wǎng)模板制作

3.2.1 鋼骨架制作

主骨架焊接之前，使用標(biāo)尺在相應(yīng)位置測出水下深度，然后根據(jù)水深確定主骨架豎向鋼管高度，標(biāo)尺測點(diǎn)每米一個。由于每倉水下深度不同，模板制作完成后，上表面為水平，下底面高度根據(jù)實(shí)測水下地形高程確定。

鋼骨架使用φ48鋼管或型鋼和φ16鋼筋焊接而成，鋼管或型鋼骨架為主骨架，然后使用鋼筋加密，鋼筋水平間距20cm～25cm，垂直間距30cm～40cm，縱向主骨架之間使用φ6.5拉筋內(nèi)拉，拉筋設(shè)置在模板頂部、中部和底部，縱向間距1.5m～2.0m。水下混凝土鋼骨架模板分倉長度6m～9m。

3.2.2 鋼絲密織網(wǎng)安裝

鋼骨架制作后在內(nèi)側(cè)安裝雙層鋼絲密織網(wǎng)，并使用扎絲綁扎固定。鋼絲密織網(wǎng)安裝時，模板底部的安裝長度要比豎直骨架長約50cm以上，模板下水后鋼絲密織網(wǎng)可以基巖凹槽面充分接觸。

3.2.3 鋼骨架模板吊裝

鋼骨架模板制作完成后為顛倒放置，先將模板側(cè)翻90°，然后用鋼絲繩拴牢焊接吊環(huán)，用25t吊車起吊將模板緩慢再翻轉(zhuǎn)90°，最后將模板吊裝就位。

3.2.4 模板加固、堵漏

模板就位后使用鋼管在模板上表面與施工平臺扣件連接加固，在模板背水面和迎水面放置石渣編織袋露出水面，側(cè)面采用塊石壓腳。

3.3 水下混凝土澆筑

3.3.1 入倉方式

混凝土由拌和站集中拌制，采用6m3攪拌車運(yùn)輸，圍堰混凝土采用C20混凝土，泵機(jī)泵送入倉，導(dǎo)管法施工，導(dǎo)管伸入圍堰底部。

3.3.2 施工方法

圍堰水下混凝土采用導(dǎo)管法施工，導(dǎo)管的直徑選用φ250mm鋼管，插入水中接近基巖面。導(dǎo)管的間距控制在4m之內(nèi)，施工時控制澆筑速度，使混凝土面上升速度不小于2m/h。導(dǎo)管下口埋在混凝土內(nèi)1.5m以上，混凝土有足夠的流動度，使其從導(dǎo)管下口流出順利并把表層混凝土水平地向上推動而避免與泥漿接觸。澆出水面前，禁止振搗，澆出水面后待凝2h，再澆水上部分混凝土。

4 圍堰水上混凝土澆筑

4.1 混凝土分倉

水上混凝土分倉長度與水下混凝土分倉長度相同，施工縫設(shè)置橡膠止水。

4.2 縫面處理

基巖面處理由人工按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求對基巖面進(jìn)行鑿毛、整修、清理、沖洗，人工配合清渣。在開倉澆筑前，用高壓水進(jìn)行清洗并保持濕潤。

4.3 模板安裝

使用組合鋼模板立模。模板加固采用內(nèi)拉、內(nèi)外撐相結(jié)合方法施工。

4.4 混凝土澆筑

混凝土由混凝土拌和站集中拌制，采用攪拌車運(yùn)輸，圍堰混凝土采用泵機(jī)泵送或吊罐入倉，使用軟管振動器振搗。

4.5 養(yǎng)護(hù)

混凝土收倉12h～18h后及時灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于7d～14d。

5 圍堰基礎(chǔ)塑性固結(jié)灌漿

水下混凝土澆筑完成后，沿混凝土圍堰軸線進(jìn)行圍堰堰基固結(jié)灌漿處理，達(dá)到灌漿止水的目的。圍堰基礎(chǔ)防滲固結(jié)按單位漏水率<10Lu標(biāo)準(zhǔn)控制。

5.1 鉆孔

鉆孔前，在圍堰巖坎地質(zhì)條件較差的地段布置先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的10%，孔距15m～20m，先導(dǎo)孔作簡易壓水試驗(yàn)，并保留巖芯。鉆孔深度控制滿足單位漏水率小于10Lu要求。依據(jù)先導(dǎo)孔獲取的壓水資料，對單位漏水率大于10Lu的巖坎軸線地段進(jìn)行防滲處理。

固結(jié)灌漿孔采用地質(zhì)鉆機(jī)、金剛石鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔徑φ73mm，孔間距2.0m，沿圍堰軸線單排布置。

5.2 灌漿

灌前進(jìn)行鉆孔沖洗和壓水試驗(yàn)，通過先導(dǎo)孔施灌確定基巖底線，先導(dǎo)孔采用自上而下灌漿法施工，生產(chǎn)孔采用自下而上純壓灌漿法施工。一般作單孔灌注，當(dāng)待灌孔相互串通，且吸漿量較小時，在條件允許情況下，也可采用并聯(lián)灌注，但并聯(lián)孔數(shù)不多于2個。

圍堰基礎(chǔ)防滲工程采用的漿液配比為：

(1)穩(wěn)定漿液：水灰比0.5∶1；

(2)混合漿液：配合比為水∶水泥∶巖粉=0.5∶1∶0.2，巖粉亦可用細(xì)粉砂代替。對集中滲漏部位，應(yīng)摻入水泥重量3%～4%的水玻璃；

(3)灌漿壓力為0.2MPa～0.4MPa；

(4)壓水及灌漿采用SGB6-10型灌漿泵，封孔采用分段壓力灌漿封孔法進(jìn)行。灌漿施工采用自動記錄儀進(jìn)行全過程自動記錄；

(5)灌漿結(jié)束后進(jìn)行鉆孔壓水檢查，檢查孔壓水合格標(biāo)準(zhǔn)為單位漏水率<10Lu。

該方法具有施工簡便和效率高等特點(diǎn)，可以為實(shí)現(xiàn)圍堰早日閉氣和基坑排水創(chuàng)造有利條件，有利于施工總進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

6 圍堰外部堆塊石防護(hù)

水下混凝土澆筑結(jié)束后，使用反鏟將土石圍堰大塊石內(nèi)翻至混凝土圍堰迎水面堰腳處，汛期保護(hù)圍堰迎水面和圍堰基礎(chǔ)不受洪水沖刷。

7 圍堰內(nèi)部鋼筋混凝土貼坡?lián)鯄庸?/h2>

由于圍堰下部基礎(chǔ)卵漂石層厚度較大，隨著尾水出口下挖，圍堰內(nèi)外側(cè)水位差增大，內(nèi)外水壓力增加，卵漂石在高水頭壓力的作用下，水從薄弱段滲進(jìn)尾水開挖面，由于圍堰基礎(chǔ)堆積在一起的碎石沙層膠結(jié)性差，透水性良好，隨長時間的滲水，滲流通道日益擴(kuò)大。故根據(jù)上個汛期圍堰涌水揭示情況，為了保證尾水出口圍堰安全，加快出口施工進(jìn)度，需增加貼坡?lián)鯄庸?，避免潰堰風(fēng)險(xiǎn)，并對尾水出口圍堰滲水處進(jìn)行補(bǔ)漏灌漿。

尾水出口圍堰加固擋墻安排在出口開挖約至基巖處或設(shè)計(jì)高程時開始澆筑施工。為加快施工進(jìn)度，確保圍堰的安全性，加固擋墻混凝土施工在枯水季節(jié)采用跳倉澆筑，以“先挖先澆，分段澆筑，從下往上”的原則控制。防護(hù)擋墻施工前，先對基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)處理，以保證防護(hù)擋墻的穩(wěn)定性。

8 圍堰局部補(bǔ)灌

8.1 補(bǔ)漏灌漿施工程序及方法

(1)首先對涌水處及滲水點(diǎn)采用沙包堵漏，在涌水位置采用φ100橡膠軟管將涌水引出，減少涌水壓力；

(2)其次進(jìn)行圍堰基礎(chǔ)與砂層接觸面的處理，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔至砂層接觸面，鉆孔深度超過混凝土2m，灌注0.5∶1水泥漿，壓力0.5MPa；

(3)然后進(jìn)行圍堰基礎(chǔ)補(bǔ)漏灌漿，采用地質(zhì)鉆孔至入基巖1m，利用鉆桿自孔底往上提升灌漿，每次提升高度0.5m，孔距0.5m，壓力0.5MPa。

8.2 鉆孔

(1)補(bǔ)漏灌漿孔采用全斷面金剛石鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔采用XY-2PC地質(zhì)鉆機(jī)；

(2)鉆孔孔位嚴(yán)格按施工圖紙的要求進(jìn)行施工，開孔孔位偏差不大于10cm，鉆孔方向?yàn)榇怪苯ɑ娣较?，在鉆孔過程中，應(yīng)將鉆具調(diào)整與建基面垂直，并將鉆機(jī)穩(wěn)定牢固；

(3)鉆孔施工中，應(yīng)對本班施工情況、孔內(nèi)特殊情況(如鉆孔漏水、涌水、塌孔、掉塊掉鉆回水顏色等)及材料消耗情況詳細(xì)記錄在鉆孔記錄報(bào)表上。

8.3 灌漿

鉆孔一次造孔到底，鉆孔達(dá)到要求并檢查合格后，然后自下而上分段純壓施灌，無法一次鉆孔結(jié)束時也可先行固壁灌漿處理，待凝后24h后掃孔繼續(xù)造孔。采用自下而上分段、純壓式灌漿工藝時，灌漿結(jié)束后，將鉆孔回填密實(shí)。防止鉆孔上部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，確保防滲固結(jié)與上部結(jié)構(gòu)物的連接及防滲效果。

灌漿水灰比0.5∶1，灌漿過程中摻入50%～100%的石粉，灌漿量大時，摻速凝劑、干海帶絲、黃豆、麻絲、干料砂漿等，摻量按照現(xiàn)場實(shí)際情況控制。

8.4 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。

9 拆除圍堰

尾水圍堰一次全部拆除，在圍堰內(nèi)鉆水平爆破孔，拆除底部采用光面爆破，采用氣腿鉆鉆孔，移動空壓機(jī)供風(fēng)，孔徑φ42mm。為控制爆破塊度，便于長臂反鏟裝車，適當(dāng)加密鉆孔間、排距，主爆破孔間、排距為0.8m×1.0m，光爆孔間距為0.5m。采用2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為φ32mm，光爆孔線裝藥密度為200kg/m，爆破孔單耗為0.45kg/m3，炮孔堵塞長度不小于0.6m。采用毫秒延時導(dǎo)爆管分段起爆。爆破后采用長臂反鏟液壓反鏟給10t～20t自卸車裝車，運(yùn)至指定渣場。

10 結(jié)語

本方法適用于江面狹窄，厚層卵漂石基礎(chǔ)，臨時土石圍堰無法施工情況下，采用水下混凝土和水上混凝土圍堰為壓重，對圍堰基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，最后在圍堰內(nèi)部采用鋼筋混凝土加固，其施工速度快，保證施工質(zhì)量和安全，對環(huán)境影響較小，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益。

張建均(1975.07-)，男，重慶人，大學(xué)本科，教授級高級工程師，區(qū)域公司總工程師，主要從事技術(shù)管理工作。

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