水下厚层大块度卵漂石基础围堰施工技术研究

2017-06-27张建均

四川水利 2017年3期

关键词：围堰灌浆钻孔

张建均

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

水下厚层大块度卵漂石基础围堰施工技术研究

张建均

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

本文主要介绍水下厚层大块度卵漂石基础围堰施工方法，首先利用反铲开挖水上、水下部分基础，并浇筑水上、水下混凝土，利用该混凝土作为盖重进行围堰基础塑性固结灌浆，然后进行围堰外部堆块石防护、围堰内部钢筋混凝土贴坡挡墙加固、围堰局部补灌，最后拆除围堰。

厚层大块度卵漂石基础围堰施工技术水下

围堰是保护大坝或厂房等水工建筑物干地施工的必要挡水建筑物，一般属临时性工程，但也常与主体工程结合而成为永久工程的一部分。围堰工程直接关系主体工程的施工安全、工期和工程投资。随着水电站深度开发，电站的地质及地形、地貌条件越来越复杂，江面狭窄，采用常规土石围堰会造成水位雍高，从而加大安全隐患和工程投资。

1 施工准备

施工前查阅围堰相关设计图和地质资料，对围堰区的地质、地形、地貌进行充分的了解，必要时提前进行补充地质钻探工作，根据现场的实际情况，有针对性地设计围堰，堰顶高程较枯期最高水位高0.5m～0.7m，并制定切实可行的围堰设计、施工方案，同时进行施工作业人员、设备、机具、作业平台材料、劳保安全器材等各项材料的准备。

围堰结构尺寸的确定要分别进行抗剪强度和抗剪断强度验算。

1.1 抗剪强度计算

抗剪强度计算公式为：

K=f∑W/∑P≥[K]

K——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；

f——堰体底板混凝土与基础接触面的抗剪摩擦系数；

∑W——作用于基础截面的总垂直力，kN；

∑P——作用于基础截面以上的总水平力，kN。

1.2 抗剪断强度计算

抗剪断强度计算公式为：

K′=(f′∑W+CA)/∑P≥[K′]

K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

f′——堰体底板混凝土与基础接触面的抗剪断摩擦系数；

C——堰体底板混凝土与基础接触面的粘结力，kPa；

A——堰体底板与基础截面的接触面积，m2。

围堰结构设计见图1。

图1 围堰结构设计图

2 围堰基础开挖

(1)沿混凝土围堰轴线外侧开挖一条施工道路，道路顶高稍高于枯期最高水位线，防止涨水时淹没道路，此施工道路作为围堰混凝土浇筑的施工通道；

(2)对混凝土围堰轴线测量放样后，从上游向下游方向进行基础开挖。开挖时，使用反铲沿混凝土围堰轴线开挖一条底宽约4.5m的水下深槽，开挖时向外翻碴，形成一条不止漏临时土石围墙，以尽量减小水流速度，形成静水施工，为围堰水下混凝土浇筑提供有利条件；

(3)基础开挖采用长臂反铲尽可能开挖，开挖完成后用高压风管插入基础面将碎石、淤泥等冲洗干净。

3 围堰水下混凝土浇筑

3.1 配合比试验

水下混凝土的关键是防止混凝土中的砂在水中扩散、溶解。水下混凝土掺入的外加剂有高效减水剂和水下不分散剂等。通过试验确定外加剂的使用种类、掺入量和掺入程序。混凝土的配合比必须与导管灌注水下混凝土相适应。合适的配合比应使混凝土具有足够的可塑性和黏聚性，易于在导管中流动而又不易离析。水下混凝土坍落度控制在180mm～220mm之间。

3.2 钢管+钢丝密织网模板制作

3.2.1 钢骨架制作

主骨架焊接之前，使用标尺在相应位置测出水下深度，然后根据水深确定主骨架竖向钢管高度，标尺测点每米一个。由于每仓水下深度不同，模板制作完成后，上表面为水平，下底面高度根据实测水下地形高程确定。

钢骨架使用φ48钢管或型钢和φ16钢筋焊接而成，钢管或型钢骨架为主骨架，然后使用钢筋加密，钢筋水平间距20cm～25cm，垂直间距30cm～40cm，纵向主骨架之间使用φ6.5拉筋内拉，拉筋设置在模板顶部、中部和底部，纵向间距1.5m～2.0m。水下混凝土钢骨架模板分仓长度6m～9m。

3.2.2 钢丝密织网安装

钢骨架制作后在内侧安装双层钢丝密织网，并使用扎丝绑扎固定。钢丝密织网安装时，模板底部的安装长度要比竖直骨架长约50cm以上，模板下水后钢丝密织网可以基岩凹槽面充分接触。

3.2.3 钢骨架模板吊装

钢骨架模板制作完成后为颠倒放置，先将模板侧翻90°，然后用钢丝绳拴牢焊接吊环，用25t吊车起吊将模板缓慢再翻转90°，最后将模板吊装就位。

3.2.4 模板加固、堵漏

模板就位后使用钢管在模板上表面与施工平台扣件连接加固，在模板背水面和迎水面放置石渣编织袋露出水面，侧面采用块石压脚。

3.3 水下混凝土浇筑

3.3.1 入仓方式

混凝土由拌和站集中拌制，采用6m3搅拌车运输，围堰混凝土采用C20混凝土，泵机泵送入仓，导管法施工，导管伸入围堰底部。

3.3.2 施工方法

围堰水下混凝土采用导管法施工，导管的直径选用φ250mm钢管，插入水中接近基岩面。导管的间距控制在4m之内，施工时控制浇筑速度，使混凝土面上升速度不小于2m/h。导管下口埋在混凝土内1.5m以上，混凝土有足够的流动度，使其从导管下口流出顺利并把表层混凝土水平地向上推动而避免与泥浆接触。浇出水面前，禁止振捣，浇出水面后待凝2h，再浇水上部分混凝土。

4 围堰水上混凝土浇筑

4.1 混凝土分仓

水上混凝土分仓长度与水下混凝土分仓长度相同，施工缝设置橡胶止水。

4.2 缝面处理

基岩面处理由人工按照设计和规范要求对基岩面进行凿毛、整修、清理、冲洗，人工配合清渣。在开仓浇筑前，用高压水进行清洗并保持湿润。

4.3 模板安装

使用组合钢模板立模。模板加固采用内拉、内外撑相结合方法施工。

4.4 混凝土浇筑

混凝土由混凝土拌和站集中拌制，采用搅拌车运输，围堰混凝土采用泵机泵送或吊罐入仓，使用软管振动器振捣。

4.5 养护

混凝土收仓12h～18h后及时洒水养护，养护时间不少于7d～14d。

5 围堰基础塑性固结灌浆

水下混凝土浇筑完成后，沿混凝土围堰轴线进行围堰堰基固结灌浆处理，达到灌浆止水的目的。围堰基础防渗固结按单位漏水率<10Lu标准控制。

5.1 钻孔

钻孔前，在围堰岩坎地质条件较差的地段布置先导孔，先导孔数量为灌浆孔总数的10%，孔距15m～20m，先导孔作简易压水试验，并保留岩芯。钻孔深度控制满足单位漏水率小于10Lu要求。依据先导孔获取的压水资料，对单位漏水率大于10Lu的岩坎轴线地段进行防渗处理。

固结灌浆孔采用地质钻机、金刚石钻头进行钻孔，孔径φ73mm，孔间距2.0m，沿围堰轴线单排布置。

5.2 灌浆

灌前进行钻孔冲洗和压水试验，通过先导孔施灌确定基岩底线，先导孔采用自上而下灌浆法施工，生产孔采用自下而上纯压灌浆法施工。一般作单孔灌注，当待灌孔相互串通，且吸浆量较小时，在条件允许情况下，也可采用并联灌注，但并联孔数不多于2个。

围堰基础防渗工程采用的浆液配比为：

(1)稳定浆液：水灰比0.5∶1；

(2)混合浆液：配合比为水∶水泥∶岩粉=0.5∶1∶0.2，岩粉亦可用细粉砂代替。对集中渗漏部位，应掺入水泥重量3%～4%的水玻璃；

(3)灌浆压力为0.2MPa～0.4MPa；

(4)压水及灌浆采用SGB6-10型灌浆泵，封孔采用分段压力灌浆封孔法进行。灌浆施工采用自动记录仪进行全过程自动记录；

(5)灌浆结束后进行钻孔压水检查，检查孔压水合格标准为单位漏水率<10Lu。

该方法具有施工简便和效率高等特点，可以为实现围堰早日闭气和基坑排水创造有利条件，有利于施工总进度目标的实现。

6 围堰外部堆块石防护

水下混凝土浇筑结束后，使用反铲将土石围堰大块石内翻至混凝土围堰迎水面堰脚处，汛期保护围堰迎水面和围堰基础不受洪水冲刷。

7 围堰内部钢筋混凝土贴坡挡墙加固

由于围堰下部基础卵漂石层厚度较大，随着尾水出口下挖，围堰内外侧水位差增大，内外水压力增加，卵漂石在高水头压力的作用下，水从薄弱段渗进尾水开挖面，由于围堰基础堆积在一起的碎石沙层胶结性差，透水性良好，随长时间的渗水，渗流通道日益扩大。故根据上个汛期围堰涌水揭示情况，为了保证尾水出口围堰安全，加快出口施工进度，需增加贴坡挡墙加固，避免溃堰风险，并对尾水出口围堰渗水处进行补漏灌浆。

尾水出口围堰加固挡墙安排在出口开挖约至基岩处或设计高程时开始浇筑施工。为加快施工进度，确保围堰的安全性，加固挡墙混凝土施工在枯水季节采用跳仓浇筑，以“先挖先浇，分段浇筑，从下往上”的原则控制。防护挡墙施工前，先对基础进行固结处理，以保证防护挡墙的稳定性。

8 围堰局部补灌

8.1 补漏灌浆施工程序及方法

(1)首先对涌水处及渗水点采用沙包堵漏，在涌水位置采用φ100橡胶软管将涌水引出，减少涌水压力；

(2)其次进行围堰基础与砂层接触面的处理，采用地质钻机钻孔至砂层接触面，钻孔深度超过混凝土2m，灌注0.5∶1水泥浆，压力0.5MPa；

(3)然后进行围堰基础补漏灌浆，采用地质钻孔至入基岩1m，利用钻杆自孔底往上提升灌浆，每次提升高度0.5m，孔距0.5m，压力0.5MPa。

8.2 钻孔

(1)补漏灌浆孔采用全断面金刚石钻头钻进，钻孔采用XY-2PC地质钻机；

(2)钻孔孔位严格按施工图纸的要求进行施工，开孔孔位偏差不大于10cm，钻孔方向为垂直建基面方向，在钻孔过程中，应将钻具调整与建基面垂直，并将钻机稳定牢固；

(3)钻孔施工中，应对本班施工情况、孔内特殊情况(如钻孔漏水、涌水、塌孔、掉块掉钻回水颜色等)及材料消耗情况详细记录在钻孔记录报表上。

8.3 灌浆

钻孔一次造孔到底，钻孔达到要求并检查合格后，然后自下而上分段纯压施灌，无法一次钻孔结束时也可先行固壁灌浆处理，待凝后24h后扫孔继续造孔。采用自下而上分段、纯压式灌浆工艺时，灌浆结束后，将钻孔回填密实。防止钻孔上部出现脱空现象，确保防渗固结与上部结构物的连接及防渗效果。

灌浆水灰比0.5∶1，灌浆过程中掺入50%～100%的石粉，灌浆量大时，掺速凝剂、干海带丝、黄豆、麻丝、干料砂浆等，掺量按照现场实际情况控制。

8.4 结束标准

在设计压力下，当注入率不大于1L/min时，继续灌注30min，可结束灌浆。

9 拆除围堰

尾水围堰一次全部拆除，在围堰内钻水平爆破孔，拆除底部采用光面爆破，采用气腿钻钻孔，移动空压机供风，孔径φ42mm。为控制爆破块度，便于长臂反铲装车，适当加密钻孔间、排距，主爆破孔间、排距为0.8m×1.0m，光爆孔间距为0.5m。采用2#岩石乳化炸药，药卷直径为φ32mm，光爆孔线装药密度为200kg/m，爆破孔单耗为0.45kg/m3，炮孔堵塞长度不小于0.6m。采用毫秒延时导爆管分段起爆。爆破后采用长臂反铲液压反铲给10t～20t自卸车装车，运至指定渣场。