楊大明，張玉平，劉 瑜，吳冬明，李先付

(1.中國葛洲壩集團市政工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.湖北能源集團溇水水電有限公司，湖北 恩施 445801)

1 工程概況

1.1 消能防沖工程

江坪河水電站下游河道消能防沖工程采用“大口徑防沖板(樁)+邊坡面板”措施，防護軸線左右岸各600 m。防沖板(樁)形式：①Ⅰ型。板樁聯(lián)合結(jié)構(gòu)，上部板厚2 m，深12～28 m，下部樁徑2.0 m，樁長7～23 m，布置在沖刷重點防護區(qū)；②Ⅱ型。樁徑1.5 m，樁長12～20 m；③Ⅲ型。防沖板厚1.5 m，板深7～16 m。防沖樁作用為保證邊坡整體穩(wěn)定，防沖板防護表層覆蓋層、強風(fēng)化巖體被沖(淘)刷；防沖樁基礎(chǔ)深入沖坑底部1/3樁身長，防沖板深入弱風(fēng)化巖體3～5 m，板(樁)頂布置混凝土連梁連接，使防沖設(shè)施具有較好的整體性。連梁間隔布置1 000 kN級長30～45 m預(yù)應(yīng)力錨索，上接厚1.0 m護坡混凝土，防護上部邊坡坡面。消能防沖結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

圖1 消能防沖結(jié)構(gòu)斷面示意

1.2 工程地質(zhì)

下游河道防護區(qū)范圍內(nèi)，河流流向為S73°E～S90°E，枯水期河水位約295 m，河面寬40～70 m，水深0.5～3 m。防護區(qū)兩岸地形坡度左岸為40°～50°，右岸為35°～45°。根據(jù)物探地震波測試，覆蓋層厚度為3～32 m，地震波波速為1 650～2 100 m/s，可分為2層，下部為堰塞湖沉積相灰黑色粘土夾砂或為砂礫石、塊石夾黑色腐植質(zhì)砂質(zhì)粘土，上部為現(xiàn)代河流沖積物或堆積物，由砂礫石、棄渣及漂石組成，下伏基巖為強風(fēng)化的灰綠色薄層鈣質(zhì)粉砂巖、板巖夾灰?guī)r條帶。左岸為斜交順向坡，發(fā)育斷層F134、F271等，邊坡強風(fēng)化及以上巖體內(nèi)發(fā)育1組NE向的順坡向中傾角節(jié)理面，還發(fā)育1組NW向的陡傾角節(jié)理面。這2組節(jié)理面在弱風(fēng)化及以下巖體中發(fā)育少，連續(xù)性差。斷層F134、F271等與層面、2組節(jié)理面切割形成的塊體對邊坡穩(wěn)定不利，可能會出現(xiàn)小型楔體崩塌和滑動失穩(wěn)。

1.3 工程水文

溇水流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，氣候溫和，四季分明，是長江流域著名的暴雨區(qū)之一。本流域年內(nèi)降雨分配很不均勻，主要集中在4月～8月，此間降水量可占全年降水量的70%左右。降雨受山區(qū)地形變化的影響，分布不均，一般隨地勢增高雨量增加，陡漲陡落，防洪度汛風(fēng)險高，壓力大。

2 施工工藝

2.1 防滲方案選擇

防沖樁板緊靠河床左右兩側(cè)施工，常年枯水位高程為293～295 m，左右岸人工挖孔樁板深達35 m，底部高程左岸為275 m，常水位以下施工深達20 m。覆蓋層深厚，多為塊石、礫石等棄渣堆積松散體，結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象明顯，易塌方、透水、涌水；下部基巖完整性較差，斷層、夾層、破碎帶較多，裂隙、節(jié)理發(fā)育，滲水同樣很大。采用抽排方式排水難以滿足開挖作業(yè)要求，需防滲處理后才能保證挖孔樁板順利進行。同時，還要保證邊坡穩(wěn)定，道路暢通安全，防洪度汛安全，作業(yè)人員人身安全和施工進度。因此，做好防滲處理是本工程樁板施工能否順利進行的關(guān)鍵。

現(xiàn)場條件是河道狹窄(40～70 m)，邊坡高陡，且施工部位上部左岸有電站1號交通要道，右岸有2號交通要道，結(jié)構(gòu)不能內(nèi)移，向外的施工平臺不得影響防洪度汛安全，平臺修建寬度極為有限。防滲施工為臨時工程，必須盡快完成，以滿足主體進度要求。防滲方案及其施工工藝必須滿足現(xiàn)場條件和工期要求，保證樁板施工順利進行。通過對防滲墻、固結(jié)灌漿、高壓旋噴灌漿3種方案的對比分析(見表1)，最終確定本工程的防滲處理選采用“上部覆蓋層高壓旋噴灌漿[1]+下部基巖帷幕灌漿”相結(jié)合的方式。

2.2 高噴與帷幕灌漿結(jié)合施工

2.2.1布置方式

結(jié)合現(xiàn)場條件，采用“覆蓋層內(nèi)高壓旋噴灌漿[2]+(樁下)基巖帷幕灌漿[3]”組合的形式。防滲處理斷面見圖2。高壓旋噴灌漿和帷幕灌漿均為水泥漿灌注，布置方式為：

(1)靠河側(cè)。在距樁板軸線2.3、3.05 m處覆蓋層內(nèi)布置2排高壓旋噴灌漿，孔間距0.8 m，排距0.75 m，起噴高程305 m，深入弱風(fēng)化巖層1 m。距>樁板軸線外側(cè)3.05 m處的基巖內(nèi)，沿高壓旋噴灌漿孔下部布置1排帷幕灌漿孔，間距1.6 m，終孔深度比防沖樁深1.0 m。

表1 覆蓋層3種防滲方式選擇對比

圖2 防滲處理斷面(單位：m)

(2)靠山側(cè)。利用高噴樁對內(nèi)側(cè)邊坡覆蓋層起到一定的固結(jié)作用，防止挖樁過程中井壁覆蓋層發(fā)生坍塌而引起邊坡不穩(wěn)定。在距樁板軸線2.0 m處覆蓋層內(nèi)布置1排高壓旋噴灌漿，孔間距0.8 m，起噴高程右岸為310 m，左岸為305 m，深入弱風(fēng)化巖層1 m；基巖內(nèi)沿高壓旋噴灌漿孔下部布置1排帷幕灌漿孔，間距1.6 m，終孔深度比防沖樁深1.0 m，高壓旋噴灌漿孔和其下部的帷幕灌漿孔鉆孔角度外傾3°。

(3)橫向設(shè)置。為使防滲結(jié)構(gòu)形成一個封閉體，需在左、右岸樁板防滲部位的上、下游設(shè)置“覆蓋層內(nèi)高壓旋噴灌漿+(樁下)基巖帷幕灌漿”，布置方式同靠山側(cè)。

2.2.2覆蓋層內(nèi)高壓旋噴灌漿

采用跟管鉆機鉆孔Φ150，孔內(nèi)下Φ110PVC套管護壁，然后鉆噴機下入高噴管進行高壓旋噴施工。分2個工序進行施工。

(1)參數(shù)。旋轉(zhuǎn)速度20～30 r/min，提升速度5～10 cm/min，噴嘴2.0～3.2 mm，壓縮空氣壓力0.6～0.8 Mpa，噴漿壓力25～40 MPa，高噴漿量70～100 L/min，高噴漿液密度1.4～1.5 g/cm3，回漿密度≥1.3 g/cm3。

(2)施工工藝流程。測量定位→鉆機就位造孔→高噴機就位→制漿供漿→噴漿成樁→機具清洗→移機至下一孔位。

(3)質(zhì)量控制。鉆孔孔位、孔斜、間排距符合設(shè)計要求，各種材料滿足規(guī)范要求。注漿管分段提升的搭接長度不得小于10 cm。高噴灌漿過程中，出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況時，立即查明原因并及時采取措施排除故障。如發(fā)現(xiàn)漿液噴射不足，影響設(shè)計直徑時，應(yīng)復(fù)噴。

(4)質(zhì)量檢查。高壓旋噴灌漿是沿防滲樁板井周邊布置了1圈高壓旋噴孔，本身已形成了1個圍井，高壓旋噴灌漿完成后，進行樁板聯(lián)合井下開挖時一并檢查。

2.2.3基巖帷幕灌漿

靠河側(cè)和靠山側(cè)各布置1排帷幕灌漿孔，均位于已施工的高壓旋噴灌漿孔基礎(chǔ)上，孔距1.6 m。其中，靠河側(cè)帷幕孔布置在最外排已施工的高噴孔部位。內(nèi)、外側(cè)帷幕灌漿均在首先完成其上部覆蓋層內(nèi)的高壓旋噴灌漿，且待其凝固強度達到鉆孔不被破壞時(一般7 d后，具體根據(jù)同條件試件和天氣溫度調(diào)整控制)再進行掃孔施工帷幕灌漿。帷幕孔深超過防沖樁底部1 m，分3序施工，采用自上而下分段灌漿法，分段長度不超過8 m。覆蓋層全段埋設(shè)孔口管，內(nèi)徑90 mm。

(1)施工工藝流程。鉆機定位→鉆孔→鉆孔沖洗→高噴樁內(nèi)阻塞→裂隙沖洗(簡易壓水防滲) →灌漿→封孔。

(2)灌漿壓力。采用0.1 ～1.0 MPa。

(3)灌漿結(jié)束標準。①在規(guī)定的壓力下，注入率不大于0.4 L/min時，繼續(xù)灌注60 min，或注入率不大于1.0 L/min時，繼續(xù)灌注90 min，灌漿可以結(jié)束。②灌漿過程中如發(fā)現(xiàn)回漿失水變濃，應(yīng)改稀一級新漿灌注，效果不明顯繼續(xù)灌注90 min可結(jié)束。③當(dāng)長時間達不到結(jié)束標準時，應(yīng)報請監(jiān)理人共同研究處理措施。

(4)封孔。每孔灌漿結(jié)束后，驗收合格的灌漿孔才能進行封孔。采用置換和壓力灌漿封孔法。

(5)質(zhì)量檢查。在灌漿施工過程中，做好各道工序的記錄、質(zhì)量控制和檢查，以過程控制保證工程質(zhì)量。

2.3 防滲效果

經(jīng)過對防滲部位覆蓋層開挖檢查，其防滲和固化效果較好，作業(yè)井內(nèi)滲水較小，滿足正常施工。高噴體對井壁周圍覆蓋層松散體固結(jié)良好，減少了塌方發(fā)生，減少了混凝土回填工程量，降低了井挖安全風(fēng)險。

3 防沖樁板聯(lián)合施工技術(shù)

3.1 設(shè)計方案

3.1.1招投標階段

江坪河水電站下游河道防護工程左右岸主沖刷區(qū)防沖樁板在招投標階段設(shè)計方案是：直徑2 m的樁+直徑2 m的板間隔布置，樁深16～35 m，板深5～22 m。防沖樁板相間方案見圖3。采用人工挖孔法施工，襯砌混凝土采用C20，厚20 cm。此方案存在以下不利施工的因素：

圖3 防沖樁板相間方案(單位：m)

圖4 防沖樁板聯(lián)合方案(單位：m)

(1)防沖樁板分別單獨施工，分割單元太小，結(jié)構(gòu)整體性較差。

(2)防沖樁板軸線較長，需安排多個作業(yè)面同時施工。按照相關(guān)安全規(guī)范要求，挖孔樁相鄰作業(yè)面必須具有一定安全距離(相鄰2根樁施工間距不小于4.5 m)，由于防沖樁直徑僅2 m，需分序間隔施工，最少得分4序施工，施工周期很長，工期無法滿足下閘蓄水要求。

(3)由于防沖樁板采用人工挖孔法施工，直徑2 m空間狹小，開挖出渣時作業(yè)人員避讓空間有限，且防沖樁深達35 m，長期超高受限空間下作業(yè)，安全風(fēng)險太高。

3.1.2施工階段

基于工程工期、結(jié)構(gòu)整體性和安全性等因素，對本工程防沖樁板采用“上部寬豎井[4]+下部圓形樁”相結(jié)合的樁板聯(lián)合施工建議優(yōu)化方案。將防沖樁板結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整為：上部防沖板8 m×2 m(長×寬)+下部直徑2 m的圓形樁。上部板深7～28 m，下部樁深6.2～20 m。防沖樁板聯(lián)合方案見圖4。施工工序由原來的最少4序變?yōu)?序，加快了施工進度，滿足下閘蓄水要求；增強了樁板結(jié)構(gòu)的整體性及抗沖能力；防沖板施工作業(yè)面加大，有了可躲避空間，施工安全風(fēng)險有效降低。

圖5 樁板聯(lián)合施工示意(單位：m)

3.2 防沖樁板聯(lián)合施工

3.2.1施工程序

防沖樁板聯(lián)合結(jié)構(gòu)分為Ⅰ序和Ⅱ序相間施工，先進行Ⅰ序樁板施工，施工開挖完成并進行樁板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，再進行Ⅱ序樁板施工。樁板聯(lián)合施工示意見圖5。施工程序見圖6。

圖6 樁板聯(lián)合施工程序

3.2.2井口布置及防護

樁板聯(lián)合部位在進行鎖口施工時，Ⅰ、Ⅱ序樁板井統(tǒng)一施工，鎖口施工層高1.0～1.5 m。井口周邊澆筑混凝土高出井口20 cm(寬15～20 cm)作為攔水埂兼踢腳板，完成井口鎖口施工3～7 d后回填Ⅱ序樁板井口，進行Ⅰ序樁板井的垂直運輸提升系統(tǒng)安裝和調(diào)試，并進行井口防護安裝。出渣側(cè)(臨河側(cè))由于經(jīng)常進行作業(yè)活動，為便于操作和保證安全，此處設(shè)計為可自由開合的伸縮式防護欄，且伸縮欄桿在開合的任一位置均能保持穩(wěn)定，其他三面采用固定欄板，高度均為1.2 m。

3.2.3覆蓋層開挖支護

樁板井在開挖過程中為保證作業(yè)面安全，需對樁板井進行開挖支護[5]。樁板井每開挖1層即支護1層，每層高度為0.6～1.5 m。在覆蓋層內(nèi)防沖板的結(jié)構(gòu)凈截面尺寸為8 m×2 m，開挖護壁襯砌厚50 cm，防沖板開挖尺寸9 m×3 m，布置雙層鋼筋，豎向筋Ф18@250，橫向筋Ф20@200。在襯砌混凝土上安裝I20a工字鋼支撐，間排距為1.6 m×1.2 m，鋼支撐兩側(cè)支座處豎向設(shè)置I16槽鋼，連接固定鋼板厚度為10 mm。樁板聯(lián)合開挖區(qū)域內(nèi)的覆蓋層為松散堆積體或沖積體，采用人工開挖，2 t卷揚機配0.2 m3渣斗吊運出渣。利用中間的鋼支撐，在其上部鋪設(shè)防護板進行遮蓋，為井下人員在出渣過程中提供避讓空間。

開挖施工過程中做好安全監(jiān)測工作，并檢查樁板井中心軸線及尺寸、標高，以樁板孔口的定位線為依據(jù)，逐節(jié)校測，符合設(shè)計要求，逐層往下循環(huán)作業(yè)，將樁板井開挖至設(shè)計深度，經(jīng)驗收合格后進行下道工序施工。

3.2.4巖石開挖及支護

樁板井內(nèi)的覆蓋層開挖完進入基巖后，井內(nèi)石方開挖采取自上而下分層爆破開挖，分層厚度為1.5～2.2 m，根據(jù)開挖巖層地質(zhì)情況進行調(diào)整。手持式風(fēng)鉆鉆孔，孔徑Φ40，人工出渣。

基巖段的樁板井開挖采用小炮眼、密孔、小藥量、周邊光面爆破的松動爆破方式，減少超挖和對支護混凝土結(jié)構(gòu)的損傷。樁板井開挖至完整基巖或弱風(fēng)化巖石內(nèi)時，根據(jù)巖層地質(zhì)情況，采用錨桿(Ф22，L=1.5 m)+掛鋼絲網(wǎng)或素噴混凝土方式支護，噴護混凝土為C20，厚7～10 cm。井內(nèi)空間狹小，噴混凝土作業(yè)時，作業(yè)工人必須穿戴好防護用品，并佩戴好防護面罩和護目鏡，確保作業(yè)安全。

3.2.5通風(fēng)散煙

爆破后會排出有害氣體和灰塵，采用適當(dāng)灑水降塵和5.5 kW壓入式鼓風(fēng)機送風(fēng)。當(dāng)樁板井深超過10 m后，孔底空氣自然流動條件較差，為安全和提高工效，用鼓風(fēng)機連續(xù)向孔內(nèi)送風(fēng)。經(jīng)檢查無有害氣體后，施工人員方可下井繼續(xù)作業(yè)。

3.2.6襯砌混凝土橫向側(cè)壁拆除

Ⅰ序防沖樁板混凝土澆筑完成后7 d左右開挖Ⅱ序樁板井施工。按照設(shè)計要求，橫向襯砌混凝土護壁(防沖板與板之間)需要拆除。采用“靜爆劑+風(fēng)鎬”破碎拆除。開挖Ⅱ序樁板井過程中，隨分層開挖隨拆除Ⅰ序橫向襯砌混凝土護壁。為保證襯砌混凝土橫向護壁拆除時不損壞已澆筑的相鄰樁板結(jié)構(gòu)混凝土，Ⅰ序樁板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑前，沿橫向襯砌混凝土護壁鋪貼滿厚2 cm的泡沫板，將襯砌混凝土與樁板結(jié)構(gòu)混凝土分隔開。

3.2.7防沖樁板結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土施工

防沖樁板聯(lián)合開挖完成，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收后，進行樁板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工[6]。先進行鋼筋安裝，下部樁體鋼筋在鋼筋加工廠制作完成鋼筋籠后，采用25 t汽車吊吊裝入井內(nèi)，并輔助以人工井內(nèi)安裝綁扎相結(jié)合的方式完成；防沖板鋼筋采取人工在井內(nèi)進行安裝。鋼筋連接主要以套筒機械連接為主，焊接(搭接)為輔的相結(jié)合的方式施工。防沖板鋼筋在井內(nèi)安裝時從下向上順序綁扎，綁扎時架設(shè)腳手架(竹跳板)并拴好安全帶，嚴禁攀扶鋼筋上下。在樁井下進行鋼筋焊接作業(yè)時，采用5.5 kW的鼓風(fēng)機向井內(nèi)壓入空氣，確保井內(nèi)的通風(fēng)供氧排煙。

樁板鋼筋制安完成，相關(guān)的埋件、監(jiān)測設(shè)施等均已安裝完畢，再次清理樁板井內(nèi)浮渣雜物，排除積水，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查驗收后方可開始澆筑混凝土。樁板井內(nèi)混凝土盡可能一次連續(xù)灌注完畢，若施工縫不可避免時，在板底以上3 m設(shè)施工縫。樁板混凝土澆筑至樁頂連梁底部。自孔底及孔壁滲入的地下水上升速度較大時(參考值>6 mm/min)，采用水下灌注混凝土樁的方法，將混凝土導(dǎo)管埋入水中灌注混凝土。

3.3 防沖板結(jié)構(gòu)相互銜接施工

防沖板結(jié)構(gòu)縫為32 m一道。為保證安全，開挖和澆筑時為8 m一段，設(shè)置豎向臨時施工縫。為使板與板接縫處銜接緊密，在防沖板開挖襯砌時將護壁混凝土鋼模板制作成鍵槽形式，使護壁混凝土澆筑后形成鍵槽形狀。澆筑Ⅰ序防沖板結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，在臨時施工縫處，將結(jié)構(gòu)水平鋼筋一端安裝鋼筋連接套筒緊貼分隔泡沫板進行預(yù)埋，并保護好套筒，保證在混凝土澆筑時內(nèi)部不進水泥漿。Ⅱ序防沖樁板開挖拆除橫向護壁后，對已澆筑的Ⅰ序防沖板結(jié)構(gòu)混凝土施工縫混凝土面人工鑿毛，鑿出套筒并清理干凈，部分未保護好而進入混凝土的個別套筒，采用專用清理工具進行清理，便于Ⅱ序防沖板結(jié)構(gòu)混凝土施工時鋼筋能和Ⅰ序板相連接，形成整體。

3.4 質(zhì)量控制

施工前做好技術(shù)交底，施工過程中加強測量檢查控制，保證樁身開挖垂直度符合要求。嚴格材料檢驗、檢測驗收程序，杜絕不合格材料進場。強化質(zhì)量過程管控和驗收程序，做好鋼筋加工等成品或半成品的質(zhì)量檢查。通過監(jiān)理及有關(guān)單位驗收，并做隱蔽驗收記錄。

澆灌樁身混凝土前應(yīng)再次清理孔底虛土，排除積水，經(jīng)監(jiān)理驗收簽證后，方可開始澆筑混凝土。在透水層區(qū)段預(yù)留的護壁泄水孔，在澆灌樁身混凝土前予以堵塞或妥善引排至結(jié)構(gòu)混凝土外，不得影響澆筑質(zhì)量?；炷翝补啾仨毑捎昧锕芑?qū)Ч?Φ250)接到孔底，并認真做好記錄。樁板混凝土澆灌完成應(yīng)嚴格控制每根樁的頂面標高，并在護壁上刻畫出標高控制點。

橫向護壁混凝土拆除時，鉆孔要控制好角度，不得穿越護壁或深入已澆筑防沖板混凝土內(nèi)，避免拆除時損傷防沖板結(jié)構(gòu)混凝土。臨時豎向施工縫要進行人工鑿毛，做好縫面處理；過縫鋼筋的每根套筒必須鑿出并清理干凈，保證鋼筋連接可靠。

4 結(jié) 語

江坪河水電站下游河道防護工程在人工開挖的樁板聯(lián)合部位周邊采用“覆蓋層內(nèi)高壓旋噴灌漿+(樁下)基巖帷幕灌漿”相組合防滲的形式，適應(yīng)現(xiàn)場多種受限的外部地理環(huán)境，解決了深厚覆蓋層的防滲和開挖塌坍的問題，降低了度汛和生產(chǎn)作業(yè)風(fēng)險。經(jīng)第三方質(zhì)量檢測，防沖樁板97.7%為Ⅰ類樁，其他為Ⅱ類樁，質(zhì)量滿足設(shè)計要求[7]。

采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結(jié)合的樁板聯(lián)合施工方式，施工工序由原來的最少4序變?yōu)?序，保證了安全、質(zhì)量和工期，滿足下閘蓄水要求。同時，增強了樁板結(jié)構(gòu)的整體性及抗沖能力，提高了施工效率。