北部引嫩泄洪闸工程基础压重施工技术剖析

刘长彬，李永奎，刘 英

(黑龙江省水利水电工程总公司，黑龙江绥化152000)

1 工程概况

北引泄洪闸工程位于尼尔基水库下游25 km的嫩江主江道上。其闸址在156.10～159.32 m以下为承压水，承压水水头高8.60～11.40 m。顶板埋深为12.80～13.40 m，相对不透水层之上为地表潜水。在闸基础工程施工过程中，为防止相对不透水层不被承压水层刺穿而产生地基土层突涌或上浮，在闸基础开挖相对较深的闸室及消力池部位实施水下封底混凝土盖重措施。

根据闸基处的嫩江水位及承压水上部的盖重，设计水下封底混凝土的分布为:①泄洪闸闸室Ⅰ、Ⅱ区的建基面之下水下封底混凝土厚度分别为1.00 m、0.50 m，面积均为120.25 m×16.5 m;②消力池Ⅰ区水下封底混凝土厚度为2.30 m、Ⅱ区为1.30 m、Ⅲ区为0.50 m，其面积分别为120.25 m×37.5 m、54.88 m×37.5 m、62.37 m×37.5 m。详见“附图1泄洪闸基础混凝土封底平面布置图”。

图1 泄洪闸基础混凝土封底平面布置图

按照设计意图，封底混凝土的目的为将基底的承压水层上部的部分土体换为有强度和一定密度的混凝土基底盖重，在施工底板混凝土时，防止基坑内抽干水后，由于地下承压水的作用可能发生黏土层突涌或被抬动而扰动闸基。

2 水下封底混凝土增重措施

2.1 水下封底混凝土

承压水上部的盖重部分混凝土及土体的湿容重分别按2.30 g/cm3、1.90 g/cm3计，安全系数取1.05计算，相对不透水层的底高程为156.00 m，根据泄洪闸基坑开挖及底板混凝土施工水位关系推算承压水头与其上部压重的关系。消力池在施工时，如江水水位达到174.00 m以上，需在封底混凝土的基础上再采取必要的配重措施。

根据地质报告，消力池Ⅰ区(ZZ11、ZZ14地质孔)的相对不透水层的顶高程为158.78 m，相对不透水层至开挖底高度为4.72 m，原状土压水层相对水头8.97 m，封底混凝土压水层相对水头5.29 m，消力池钢筋混凝土施工时相对水头13.58 m。基坑开挖时围堰内外的水头差不能高于4.25 m。消力池底板浇筑时承压水层的承压水水位不应高于172.36 m。消力池Ⅱ区(ZZ13地质孔)的相对不透水层顶高程为158.31 m，按此方法计算，消力池底板浇筑时承压水层的承压水水位不应高于172.36 m。消力池Ⅲ区(ZZ12地质孔)的相对不透水层顶高程为156.83 m，按此方法计算，消力池底板浇筑时承压水层的承压水水位不应高于172.52 m。

闸室Ⅰ区(ZZ10地质孔)的相对不透水层的顶高程为159.34 m，闸室底板钢筋混凝土在进行浇筑时承压水层的承压水水位不应高于173.58 m。

闸室Ⅱ区(ZZ13地质孔)的相对不透水层的顶高程为158.31 m，闸室底板钢筋混凝土在进行浇筑时承压水层的承压水水位不应高于174.23 m。

从以上计算可以看出，在进行底板钢筋混凝土施工时要保证在干地施工，必须进行配重才可保证施工安全及工程安全。

2.2 水下封底混凝土增重措施

该工程的施工工期较紧，在保证封底混凝土足够重量的前提下，而且还能减少施工难度，加快工期，经过多次咨询有关专家，计划将消力池Ⅰ区的封底混凝土厚度变为1.30m厚，即底高程与消力池Ⅱ区相一致。拟采取的方案为将消力池Ⅰ区封底混凝土中掺加铁矿石增重的施工技术措施。

按照等重量换算的原理，消力池Ⅰ区下部混凝土工程量为4 600 m3，换算成重量为11 039 t。将下部混凝土等同重量采用铁矿石掺加到上部1.03 m厚混凝土中，这样即减少了消力池Ⅰ区水下砂砾料开挖的深度，又保证了消力池Ⅰ区封底混凝土的实际功效，可确保或工期提前。

2.3 方案比较

从地层结构上分析，在165.08 m以下为低液限黏土，按设计需开挖1.48 m黏土层，深水水下开挖黏土功效极低，且可能延误工期。减少水下黏土的开挖量，对于降低在施工过程中产生新的淤泥层，确保基础工程质量大有益处。普通混凝土的湿容重为2.30 g/cm3，浇注1.00 m厚的混凝土只能提高0.40 m的水头，而采用铁矿石重混凝土效果显著。

两种方案的经济对比分析见表1。

综上技术经济比较，采用铁矿石重混凝土进行消力池Ⅰ区水下盖重施工是合理的，故推荐采用。

3 基础应急配重措施

分析多年泄洪闸工程闸址江段的水文资料，该处在枯水期的江水水位亦在174.00 m以上，且由于距尼尔基水库只有25 km，尼尔基水库每天16:00～19:00发电调峰放水，短时发电放水洪峰致使本江段的水位涨落在0～1.0 m左右，所以一年四季本江段的水位都不低于174.00 m，根据 156.00～159.00 m以下承压水头情况，在浇筑基础钢筋混凝土过程中必须进行配重，才能保证基坑不发生突涌或上浮。

表1 水下混凝土与铁矿石重混凝土两种方案经济比较分析表

外江水位按照176.00 m计算，泄洪闸闸室底板施工时不需要配重，消力池底板施工时需要进行配重。配重计算为11.77 m高水头，即消力池区底板施工时配重1.77 t/m2。拟采取的3种配重措施方案如下:

3.1 废钢铁的配重措施(方案1)

在封底混凝土浇筑完成后，当混凝土达到一定强度时，在封底混凝土上抛投铁锭进行压重，根据上面计算，封底混凝土上配重1.77 t/m2铁锭。消力池封底混凝土的面积为8 906.25 m2，需要配重铁锭15 764 t。每吨铁锭的施工价格按照4 000.00元/t计算，如不计回收需要投入6 305.6万元。

3.2 铁矿石配重措施(方案2)

在封底混凝土上抛投铁矿石进行压重，根据上面计算，封底混凝土上配重1.77 t/m2铁矿石。消力池封底混凝土的面积为8 906.25 m2，需要配重铁矿石15 764 t。每吨铁矿石的施工价格按照700.00元/t计算，需要1 103.48万元。

3.3 块石配重措施(方案3)

在封底混凝土上抛投大块石进行压重，根据上述计算，封底混凝土上配重1.77 t/m2块石。消力池封底混凝土的面积为8 906.25 m2，需要配重块石15 764 t，换算成体积为1.1 m3。每吨块石的施工价格按照120.00元/t计算，需要189.17万元。

3.4 方案比选

措施方案1较容易施工，对工程安全及质量都有保证，但需要增加投资量大，不经济，不宜采用;方案3需要投资量最小，水下投放、拆除的块石工程量大，且抛投1.10 m厚的块石后，再无法进行底板钢筋混凝土施工，不切合实际;方案2资金投用介于方案1与方案3之间，工程量也不大，在实施过程中又方便施工，且于8月中下旬就可进行基础工程施工，较原方案提前主体底板工程施工1个月左右，故推荐此方案二。即在基础钢筋混凝土施工时，采用铁矿石进行基础配重施工方案。

4 封底混凝土施工

4.1 施工方案

该工程的封底混凝土均为水下混凝土，水下封底混凝土的工程量为3.7万m3，水下混凝土采取导管法施工，采用0.5 m3拌合站拌制混凝土，THB－80混凝土输送泵水平运输，施工见图2。水下混凝土浇灌时分区分块进行，先开挖较高的部位，浇灌混凝土后，再实施较低的部位，即闸室Ⅰ区→闸室Ⅱ区→消力池Ⅰ区→消力池Ⅱ区→消力池Ⅲ区，防止浇灌较高部位水下混凝土时覆盖较低部位。

当基坑按规划区段开挖完成后，经监理工程师验槽合格，开始准备浇筑混凝土。每个施工区域从中间开始向两岸分两个工作面同时背相推进，共计设4个作业面。每个作业面设一个6 m×8 m工作平台，共需4个工作平台。每套混凝土泵配置一套浮排，保证混凝土输送管在水面上按混凝土浇注顺序进行排列。混凝土浇注作业平台及浮排结构及排列方式见图2。

配备4套浮箱，浮箱采用钢板制作，结构尺寸为长0.8 m，宽0.6 m，浮箱之间采用槽钢连接，每个浮箱之间的间距为1.0 m，浮箱共计2排，在浮箱上满铺木跳板。2条工作船，混凝土泵管通过水上浮箱直接到达混凝土浇筑部位，混凝土浇筑部位设一个浇筑平台，浇筑平台同样采用浮箱制作，平台上预留混凝土下料用漏斗孔，漏斗间距为3 m，以便混凝土泵管浇筑下料。

图2 封底混凝土浇筑平面布置示意图

1)优化配合比设计。为配制水下自密实、自流平混凝土，①混凝土的骨料级配采用连续级配，有利于混凝土的自密实;②参加外加剂—混凝土絮凝剂，提高在水下抗分散能力;③掺加减水剂及粉煤灰，在保证水灰比的前提下，增大混凝土的坍落度及塌扩度，提高其工作性能，满足自流平的要求。

2)混凝土水平运输采用泵送至施工作业平台上的料斗内，平台上的混凝土通过漏斗及导管至水下混凝土浇注仓面。每个作业平台上设有4个漏斗和4副配套DN150钢制导管，隔离球采用橡胶球。导管在使用前应进行密闭实验，密闭良好的导管方可用于工程施工中;在进行混凝土浇筑过程中，当发生堵管时，导管只能上下活动，不能左右移动;开始浇筑时导管应距离水下地基面10 cm，浇筑过程中导管口采用手拉葫芦控制，不能露出混凝土面。

3)在浇灌混凝土之前，应用抽砂船对基底进行全面清理，抽出表面浮渣或淤泥，控制基底沉渣厚度在10 cm以内。

4)严格控制混凝土坍落度，使其自然流淌，混凝土能够在水下自然摊平。水下混凝土浇筑应连续进行，中间不能间断，浇灌设备至少2套以上;

5)水下混凝土浇筑过程中必须设专职测量人员随时跟踪施测，以保证混凝土浇筑的设计高程;水下混凝土高程控制可以采用测绳或自制刻度尺进行，并随时监测水面高程。

6)混凝土浇筑高程应高于设计高程10 cm，以保证清楚其强度低的表层混凝土。

4.2 水下混凝土施工注意事项

［1］ 水利水电工程施工组织设计与施工规范［S］.北京:中国城市出版社，1999.