白鹤滩水电站缆机平台人工桩开挖施工

王立文 付开红

摘要：白鹤滩水电站左岸缆机平台下部承重结构为人工桩基群，桩基Φ2.5m，深度8.0～35.5 m。桩基主要位于第四系松散堆堆积物区域。人工桩安全、快速的施工关系到缆机平台工程的整个施工进度。

关键词：白鹤滩水电站;人工桩开挖施工

1 概述

1.1工程概况

白鹤滩水电站布置有7台缆机，其中：高缆3台为A字架，低缆4台为高塔架。左岸缆机平台工程由平衡台车平台、高缆平台、低缆平台三部分组成。左岸平衡台车平台、高缆平台、低缆平台下部共布置有桩基41根，其中：平衡台车平台2根（18m、19m）;高缆平台24根（8m～35.5m不等）;低缆平台15根（8～24.5m不等）。桩基孔净断面直径为2.5m，人工开挖断面直径为3.1m。桩端嵌入弱分化基岩段长度不小于2.5m。

1.2 工程地质

白鹤滩水电站左岸缆机平台工程位于左岸进水口紧邻1号斜坡和2号斜坡区域， 边坡堆积物质以粉土质砾石为主，其次为碎石混合土，堆积物厚度超过40m。1#冲沟下游松散堆积物平均厚度10m左右，下部基岩为峨眉山组玄武岩。风化带垂直深度差异较大。地下水类型为松散堆积物孔隙水和基岩裂隙水，松散堆积物孔隙水水位埋深一般约15～20m，基岩裂隙潜水面埋深一般为30～80m。

2施工难点及对策

㈠ 左岸缆机平台轨道桩基全部布置在覆盖层上，该部位覆盖层主要构成主要是表层粉土质及碎石混合土，土体厚度较大，偶尔含有孤石，桩基深度达35m。开挖施工过程的安全问题是本工程施工难点之一：

主要对策

⑴ 人工桩开挖前沿井口位置浇筑30cm厚锁口混凝土，人工桩开挖时采取护壁形式，护壁浇混凝土，配筋与锁口混凝土内配筋连接成一个整体。桩基施工完成后，在浇筑承台时将锁口部位挖除。

⑵ 孔口2m范围内不得堆放杂物，井口周围设置1.2m高的防护栏，防止杂物坠入。防护栏杆留2m宽缺口用做于人员以及渣斗通道。非作业人员不得进入护栏之内并在醒目处设立安全警示标志。若井口地层松软，为防止孔口坍塌，须在孔口周围加固

㈡ 左岸缆机平台轨道桩基位于1号冲沟附近，1号冲沟常年流水，地下水类型为松散堆积物孔隙水和基岩裂隙水，松散堆积物孔隙水水位埋深一般约15～20m，基岩裂隙潜水面埋深一般为30～80m，人工桩开挖过程桩内出现大量渗水是本工程施工难点之二：

主要对策

人工桩开挖过程中，根据孔内渗流量情况采取不同的排水方工，将桩内渗水及时排出;护壁施工及时跟进防止已开挖的人工桩出现坍塌现象。

㈢ 左岸缆机平台轨道桩基护壁结构形式（护壁厚度、配筋参数、接缝处理，固定形工）的选择对人工桩施工进度、质量、安全是本工程施工重点

主要对策

人工桩护壁厚度按照土和地下水对护壁的最大总压力进行计算，构件配筋按最小配筋率校核，分節固壁用锚杆进行固定。

3人工桩护壁结构设计

⑴     受力计算分析

① 本工程人工桩受主要为护壁所承受的土压力及地下水的侧压力，其计算简图如下：

② 计算公式

一般取受力最大处，即地下最深段护壁所承受的土压力及地下水的侧压力。由计算确定护壁厚度

a.      地下最深段护壁所承受的土压力及地下水的侧压力：

b.      混凝土护壁厚度为t： 或者

③ 计算过程

缆机平台桩基最深为35.5m、直径3.1m，采用人工挖孔，混凝土护壁采用C30混凝土，每节高1～1.5m，根据延吉沟地质条件，桩基平台地基土壤为含砾粘土，天然重度为γ=22KN/m3，内摩擦角φ=40O，地面以下5～6m有地下水。计算确定混凝土护壁所需厚度。

解：最深段的总压力为：

=22×6× +（22-10）×（35.5-6）× +（35.5-6）×10

=400.66（KN/m2）;

用C30混凝土， =14.3Mpa，D=3.1m。则有：

=（1.65×400.66×310）÷（2×14.3×103）=9.3cm<30cm

按照开挖直径D=3.1m，早强C30护壁厚度30cm可满足抗压要求。

护壁配筋初拟竖向钢筋为C16@20cm，横向钢筋C12@20cm。

根据柱状构件最小配筋率可计算护壁最小配筋，最小配筋率取0.2%。配筋总面积为：3.14×8×8×44=8842mm2

护壁截面积 S1=3.14×（1.55×1.55-1.25×1.25）=2.64㎡ ;

最小配筋S2=2.64×0.2%=0.00528㎡=5280mm2<11190 mm2，且8842/2640000=0.335% <0.6%，竖向C16@20cm配筋，横向钢筋C12@20cm可满足要求。.

④人工桩护壁形式

4施工方法

㈠ 测量定位

采用全站仪按设计桩位进行放样，保证桩位准确。并在桩位外设置纵、横向十字线控制桩，确保孔口平面位置与设计桩位偏差不大于5 ㎝。待第三节护壁施工完成后将桩位控制线转移到护壁上，用红油漆标上标志，打入铁钉作为挖孔依据。

㈡ 桩体开挖

安装卷扬机配三角架提升设备时，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔轴线位置一致，为挖土时粗略控制中心线。挖孔过程中，应经常检查桩孔尺寸、平面位置和竖轴线倾斜情况，如有偏差应随时纠正。人工自上而下逐层用镐、锹进行，挖土次序为先中间部分，后挖周边。每挖深1.0～1.5m 为一节，每节开挖完成后尽快施工混凝土护壁。挖出的土方采用手推车运到指定的位置，严禁到在孔边，桩周边1.5m 范围内不得堆土。

开挖风化岩层时，采用风镐凿岩挖掘，凿岩时应加大送风量。当遇弱风化岩层和较硬基岩风镐难于作业时，采用少量炸药进行浅孔松动爆破或预裂爆破，炮眼深度控制在50cm 以内，严格控制炸药用量，装药量不超过炮眼深度的三分之一。孔内爆破采用电雷管起爆。孔内爆破时，现场其它孔内作业人员必须撤离。孔内爆破后应先通风排烟15min 并经检查无有害气体后，施工人员方可下井继续作业。挖孔达到设计深度后，应进行孔底处理。必须做到孔底表面无松渣、泥、沉淀土。如地质复杂，应钎探了解孔底以下地质情况是否能满足设计要求，否则应与监理、设计单位研究处理。

㈢ 出渣

采用小型慢速卷扬机提升架配吊桶出渣，手推车运至临时场地后集中处理。为了安全，出渣桶装渣的高度不得超过桶的上平面。

㈣ 护壁

⑴ 采用30cm厚C30R混凝土护壁，护壁混凝土内布设钢筋：竖向钢筋为C16@20cm，横线钢筋C12@20cm。护壁每节高度与开挖进尺一致，桩孔挖掘及混凝土护壁两道工序必须连续作业，不得中途停顿，以防坍孔。

⑵ 护壁钢筋应连续布置，每层间钢筋采用单面焊接方式进行连接，不允许层与层间断开。每层竖向配筋应外露16cm焊接头，浇筑时底部采用渣料做16cm垫层。焊接要求必须符合相关施工技术要求，不允许层与层间断开。

⑶ 护壁混泥土模板采用四块定型钢模板，插口连接，围檩、斜撑均采用钢管，局部部位采取8号槽钢加固牢靠，护壁孔圈中心线要与桩轴线重合。

⑷ 混凝土入仓采用溜管加人工配合方式进行;护壁上下层预留5cm施工缺口供φ30振搗棒插入振捣，外部可在模板内侧辅振。浇筑完成后缺口采用同标号混凝土回填。

⑸ 护壁混凝土施工：护壁混凝土应严格按配合比下料搅拌。为提高早期强度加入早强剂，混凝土浇筑时应分层沿四周入模，施工前应将上节护壁底泥土清理干净，以便连接牢固，为便于施工，可在模板内侧设置临时操作平台，供混凝土浇筑使用。

⑹ 当护壁混凝土养护达到50%强度（15MPa）后，便可拆除模板，通常拆模时间为24 小时，并用φ25、L=3m进行加固，再进行下一节施工。每层混凝土护壁表面都必须进行人工凿毛处理。

㈤ 排水

开挖过程中，孔内渗流量不大时，采用出渣桶将泥水一起吊出，如渗水量较大，则在孔底一侧挖集水坑，用高扬程水泵排出。

㈥ 通风及照明

挖孔桩施工深度超过8 米时，必须采取通风措施，要用鼓风机连续向孔内送内，风管口要求距孔底2m 左右，孔内照明采用防爆灯炮，灯炮离孔底2m。特别注意孔内爆破完毕后，及时通风排出有害气体。

㈦ 成孔检查及孔底处理

挖孔达到设计深度后，把孔底全部清理掉，并采用100B钻机钻孔施工底部加强锚杆，锚杆参数为：普通砂浆锚杆φ 32，L=9.0m@4.8m。并对桩位、孔深、孔径、垂直度（斜度）进行检查，位置利用桩位控制点，进行检测;当发现有成孔不直、孔径减小、断面变形超过规范容许值等时进行重新修整。嵌岩深度满足设计要求。

作者简介：王立文  工程师中国水利水电第四工程局有限公司白鹤滩施工局副总工

付开红 助理工程师中国水利水电第四工程局有限公司白鹤滩施工局开挖大队队长