枕頭壩河岸覆蓋層人工挖孔樁施工措施探討

枕頭壩河岸覆蓋層人工挖孔樁施工措施探討

蘇剛鋒1，劉棟全2，鐘久安3

(1.北京振沖工程股份有限公司，北京 100102；2.四川拓展建設(shè)工程有限公司，四川 成都 610091；

3.杭州華能大壩安全工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310014)

摘要：枕頭壩水電站左岸1#堆積體治理工程施工條件復(fù)雜、工程難度大。本文以覆蓋層人工挖孔樁施工措施為例，詳細(xì)介紹了基巖段滲水等相關(guān)工程難題處理方法，以供其他工程參考。

關(guān)鍵詞:人工挖孔樁;施工措施;河岸;覆蓋層

中圖分類號(hào):P634.31

收稿日期：2014-11-03

作者簡(jiǎn)介：蘇剛鋒(1979-)，男，漢族，河北保定人，巖土工程專業(yè)，大專學(xué)歷，從事水利水電地基處理與邊坡加固工作，北京振沖工程股份有限公司。

1概述

大渡河枕頭壩水電站1號(hào)堆積體覆蓋層邊坡位于左壩肩下游側(cè)，為覆蓋層內(nèi)部蠕滑形成的堆積體。底部分布高程位于河床水邊線以下3～5m深范圍，頂部高程740m。在平面上呈不規(guī)則扇形狀，上部窄，下部寬，堆積體前緣沿S306公路線長約240m，垂直河流方向最大寬度約180m，蠕滑區(qū)面積約1.9萬m2，厚15～35m，總方量約65萬m3。根據(jù)1#堆積體覆蓋層邊坡為孤石、塊碎石夾土，且前緣為砂、卵石堆積層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用了混凝土擋墻、抗滑樁、框格梁、預(yù)應(yīng)力錨索、排水及防護(hù)等工程措施進(jìn)行綜合治理。

大渡河流域枕頭壩區(qū)域枯、汛期水文特征變化明顯，受上游水電站發(fā)電、調(diào)洪等綜合影響，枯期平均流量2800m3/s，汛期平均流量5300m3/s，堆積體河床段最高水位達(dá)590m，枯、汛期水位高差變化7～9m。

滑樁分布于堆積體前緣高程603.5m，共87根，共分兩排布置，間排距3m×4m，樁身橫截面2.5m×3.5m,開挖斷面3.1m×4.1m,樁身長度20～32m，開挖過程中主要采取鋼筋混凝土護(hù)壁措施，樁身為C30(三級(jí)配)混凝土。抗滑樁施工跨越一個(gè)枯、汛期，開挖期間遭遇較大的樁井滲水，30%樁井滲水大于40m3/h，最大單井滲水達(dá)187m3/h，作業(yè)環(huán)境惡劣，較大程度增大了開挖、支護(hù)及排水的難度。

2施工方法選擇

根據(jù)樁井的地質(zhì)條件和滲水情況分三種形式開挖松散覆蓋層及砂卵石：主要采取人工掏槽開挖，錨桿、鋼筋混凝土護(hù)壁；風(fēng)化基巖層：主要采取光面爆破開挖，錨桿、鋼筋混凝土護(hù)壁；基巖滲水段：主要采取集中堵排水，分臺(tái)階爆破開挖，錨桿、鋼筋混凝土護(hù)壁。

3施工方法

3.1　施工邊坡安全防護(hù)

堆積體工程治理具有一定的特殊性，坡體穩(wěn)定性相對(duì)較差，表層覆蓋松散的有機(jī)物，附著塊石、孤石，處于相對(duì)穩(wěn)定的臨界狀態(tài)。施工過程中受擾動(dòng)或爆破震動(dòng)，表層附著的孤石、塊石將會(huì)垮塌，威脅施工安全，施工前首先必須清理坡體的危石，完成坡體危險(xiǎn)源加固處理后組織工程施工。

抗滑樁施工前，在工作面內(nèi)側(cè)坡腳設(shè)置防護(hù)欄(墻)，防護(hù)欄采用封閉的竹架板、木板結(jié)構(gòu)，高度大于2.5m，防止施工過程中坡體掉塊；同時(shí)在施工盡量采取對(duì)坡體少擾動(dòng)、弱震動(dòng)的施工措施。

3.2　抗滑樁主要施工方法

3.2.1臨建布置要點(diǎn)

堆積體分布于山體腰部或坡腳，施工場(chǎng)地受限，施工臨建布局對(duì)施工十分重要。施工臨建布置主要考慮以下幾點(diǎn)：

① 排水系統(tǒng)

施工前在根據(jù)施工區(qū)周邊地形設(shè)置相應(yīng)的排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)的排水強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)施工區(qū)的水文地質(zhì)或氣象資料設(shè)計(jì)。主要排除臨河樁井滲水和雨季坡表積水，防止地表水倒灌入樁井內(nèi)。

② 施工供風(fēng)

施工供風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)抗滑樁平面布置確定，抗滑樁分散布置時(shí)，應(yīng)采用分散單點(diǎn)供風(fēng)布置；分布較密集時(shí)采用集中供風(fēng)站供風(fēng)。枕頭壩水電站1#堆積體抗滑樁呈條狀密集分布，施工時(shí)采取集中供風(fēng)站配兩條供風(fēng)管路供風(fēng)。

③ 施工供電

施工供電根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工輔助設(shè)施布置，充分考慮樁井施工作業(yè)區(qū)用電要求，包括照明、樁井開挖、抽排水及混凝土澆筑等。施工區(qū)主線布置考慮一定的安全距離，防止開挖爆破對(duì)線路破壞，同時(shí)減少因線路的布局對(duì)施工影響。施工區(qū)臨時(shí)所用線材應(yīng)考慮較好的絕緣性能，由于施工作業(yè)面狹窄，同時(shí)施工人員集中，施工用電安全十分重要。

④ 集碴平臺(tái)

抗滑樁井內(nèi)采用吊筒排碴，為了確保施工進(jìn)度，提高施工效率，需在井口一定范圍內(nèi)設(shè)置集碴平臺(tái)，集碴至一定程度后統(tǒng)一裝運(yùn)至指定的碴場(chǎng)。

⑤ 施工交通

抗滑樁施工交通布置情況對(duì)施工功效十分重要，施工所需運(yùn)輸強(qiáng)度較高，包據(jù)材料入場(chǎng)、石渣清運(yùn)、鋼筋及混凝土運(yùn)輸，交錯(cuò)車頻繁。若施工交通不考慮充分，常出現(xiàn)堵車、會(huì)車或避讓等情況，長期造成工作面停工待料等現(xiàn)象。作業(yè)面施工道路布置盡量采用雙向回形車道，并多設(shè)叉道形成閉合路線，減少倒車、錯(cuò)車，當(dāng)某段道路占用時(shí)，可采用別一叉道駛?cè)?，較大程度減少了道路擁堵對(duì)施工的影響。

3.2.2抗滑樁施工分序

抗滑樁施工采取分序施工，根據(jù)平面分布及巖層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般分兩序或三序施工，上一序開挖并樁身澆筑完成后進(jìn)行下一序開挖施工。枕頭壩抗滑樁設(shè)計(jì)為三序開挖，結(jié)合開挖揭示砂卵石覆蓋層較淺，同時(shí)工期較緊張，實(shí)際施工時(shí)分兩序完成。

3.2.3抗滑樁鎖口

抗滑樁開挖第一步為鎖口，一般采用鋼筋混凝土，鎖口應(yīng)高于地表0.5～1m，地表以下嵌入0.8～1.2m。主要目的是防止開挖過程中井口坍塌及掉落雜物。鎖口中心軸線即為樁井開挖軸線，鎖口內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸為樁身尺寸，所以在鎖口時(shí)測(cè)量放線，確定鎖口位置及幾何尺寸十分重要。

3.2.4砂、卵石覆蓋層段井挖及支護(hù)

砂、卵石覆蓋層段邊開挖邊支護(hù)，開挖循環(huán)一般為0.6～1.0m，視特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)整開挖深度，開挖后及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)措施，防護(hù)井壁塌坍。開挖時(shí)人工用鐵鏟或鎬挖掘，遇有孤石時(shí)采用爆破破解，開挖的石渣直接裝入吊筒內(nèi)運(yùn)至井口。

抗滑樁井壁采用鋼筋混凝土支護(hù)，護(hù)壁鋼筋按規(guī)范要求進(jìn)行搭接，使鋼筋混凝土護(hù)壁連接成整體。原設(shè)計(jì)圖紙要求鋼筋采用焊接方式搭接，混凝土澆筑時(shí)開挖底面護(hù)壁縱向鋼筋預(yù)留10d長度，便于與下一開挖循環(huán)支護(hù)鋼筋焊接，施工時(shí)隨開挖掘進(jìn)深度加大其井內(nèi)通風(fēng)效果不佳，大量的焊接工作任務(wù)造成井內(nèi)空氣質(zhì)量差，作業(yè)環(huán)境惡劣，同時(shí)在遇滲水段施工時(shí)，焊接難度增大，用電安全不易保障。鑒于此，調(diào)整了鋼筋的搭接方式，將焊接調(diào)整為綁扎，改善了井內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，提高了施工效率，但支護(hù)段底部需預(yù)留40d長度的連接鋼筋并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如縱向配筋φ16mm鋼筋，開挖支護(hù)段長1m時(shí)，鋼筋下料長度為1.64m，底部預(yù)埋0.64m。預(yù)留連接筋安裝及防護(hù)措施：

① 開挖至預(yù)設(shè)樁井段長時(shí)，采取人工沿井壁四周底部掏槽，掏槽寬度以滿足鋼筋安裝即可，開挖槽深以鋼筋所需搭接長度為準(zhǔn)，開挖石渣臨時(shí)堆放于井底開挖掘進(jìn)面中部，等下一循環(huán)開挖時(shí)裝運(yùn)至井口。

② 鋼筋安裝完成后，采用石渣進(jìn)行坑槽回填掩埋預(yù)留鋼筋，回填至混凝土護(hù)壁段底部高程時(shí)細(xì)砂鋪填30mm，防止混凝土澆筑時(shí)漿液滲透固結(jié)掩埋鋼筋的石渣，降低下一循環(huán)開挖難度，保證鋼筋的搭接長度。

③ 安裝模板，澆筑護(hù)壁混凝土，混凝土中應(yīng)參加3%的速凝劑，盡量縮短混凝土待強(qiáng)的時(shí)間。

混凝土澆筑方法為溜筒入倉，模板安裝時(shí)在井壁四周上、下支護(hù)段銜接部位各埋一根安裝φ200mm預(yù)埋管，混凝土通過溜筒、預(yù)埋管入澆筑倉，采用附著式振搗器振搗密實(shí)混凝土，使上、下支護(hù)段混凝土澆筑后形成整體并銜接平順。

3.2.5基巖段井挖與支護(hù)

采用手持式風(fēng)鉆鉆孔，孔徑φ42mm，根據(jù)巖層的完整程度確定鉆爆深度，一般單循環(huán)開挖深度1.0～1.5m，中間布直孔掏槽，掏槽孔深1.2～1.7m，爆破孔和周邊光面爆破孔孔深0.8～1.5m左右。掏槽孔和爆破孔采用2號(hào)巖石銨銻炸藥、φ35藥卷連續(xù)裝藥，非電毫秒雷管分段爆破。周邊孔采用同種藥卷間斷裝藥，導(dǎo)爆管引爆，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用電引爆。對(duì)于卡在井壁中的大孤石，采用孔徑≤φ38mm的小孔徑造孔，孔距1500 mm左右，導(dǎo)爆管切割爆破。強(qiáng)風(fēng)化基巖段藥量減少約12%。孤石及基巖開挖爆破在上一層護(hù)壁支護(hù)完成并達(dá)到一定強(qiáng)度以后進(jìn)行，根據(jù)情況采取增加雷管數(shù)量、減少藥量等措施，避免或減少對(duì)支護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)及邊坡的震動(dòng)破壞。

周邊孔及掏槽孔的孔位偏差不大于50mm，輔助孔的孔位偏差不大于100mm 。爆破后，炮孔痕跡保存率應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。相鄰兩孔間的巖面應(yīng)平整，不應(yīng)有明顯的爆震裂隙。相鄰兩茬炮之間的臺(tái)階寬度應(yīng)不大于200mm。

基巖段井壁支護(hù)方法與覆蓋層開挖段支護(hù)方式及施工方法相同，僅護(hù)壁鋼筋由雙排鋼筋網(wǎng)調(diào)整為單排鋼筋。但在井內(nèi)石渣清運(yùn)時(shí)，需預(yù)留部分細(xì)石渣掩埋搭接鋼筋。

3.2.6滲水段井挖及支護(hù)

施工過程中遭遇大量的地下滲水時(shí)，水下巖面鉆孔十分困難，鉆孔過程易掉石渣將鉆桿與孔壁間的空隙填充，同時(shí)孔內(nèi)返渣困難，常出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，起鉆后孔眼易被石渣倒灌填充。為了確保工作面能夠有效的鉆爆，保持在水面以上施工的作業(yè)環(huán)境，主要采取了以下幾點(diǎn)措施：

① 在工作面采用高揚(yáng)程潛(污)水泵加強(qiáng)排水，排水設(shè)備安裝考一臺(tái)備用，確保一臺(tái)損壞時(shí)，另一臺(tái)立即啟動(dòng)排水；排水管采用軟管，便于在放炮時(shí)拆除或移設(shè)排水設(shè)備。

② 開挖掘進(jìn)斷面采取分兩區(qū)交錯(cuò)鉆爆施工，開挖交錯(cuò)面臺(tái)高400～600mm，始終排水設(shè)備放置于低臺(tái)階面抽排水，高臺(tái)階面鉆爆施工，減少施工干擾，提高鉆爆功效。

③ 鉆孔過程中處理井壁四周滲水，采取鉆設(shè)排水孔，高效堵漏劑摻氯化鈣嵌滲水裂縫，分散封堵，集中引排，在護(hù)壁混凝土澆筑時(shí)將滲水集中引至倉面外，提高混凝土澆筑質(zhì)量。

④ 混凝土護(hù)壁施工與以上基巖段施工方法相同。

3.2.7樁身混凝土施工

樁身混凝土施工均為常規(guī)的施工方法，枕頭壩水電站1#堆積體抗滑樁混凝土主要采用以下方法：

① 鋼筋施工

鋼筋采用井外下料及制作，井內(nèi)安裝，這樣可以減少整體吊裝的必備條件，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了整體吊裝對(duì)相鄰施工的干擾。鋼筋的安裝連接方式采用綁扎連接，在滿足技術(shù)規(guī)范要求的同時(shí)，施工中降低了大量焊接對(duì)空氣質(zhì)量的污染。

② 混凝土澆筑

混凝土澆筑方法采用常規(guī)的澆筑方法，分別為溜筒直接入倉澆筑、水下灌注混凝土澆筑。在枕頭壩1#堆積體抗滑樁混凝土澆筑時(shí)，樁井滲水大于40m3/h采用水下灌注法澆筑，其余滲水樁井采取強(qiáng)排水后直接澆筑混凝土。

樁井分布兩排及以上時(shí)，混凝土運(yùn)輸車輛不能直接運(yùn)至井口，可采用皮帶機(jī)傳運(yùn)混凝土，較混凝土輸送泵耗用成本大幅度降低。

4樁身混凝土質(zhì)量檢測(cè)成果

樁身混凝土齡期達(dá)28天后，采用預(yù)埋聲波管進(jìn)行超聲波檢測(cè)和鉆孔取心檢查兩種方法檢查施工質(zhì)量。鉆孔取心率100%，混凝土心樣完整、密實(shí)，水下混凝土心樣存在少量氣泡，混凝土與基巖接觸牢固，未見石渣。抽取10根樁進(jìn)行超聲波透射法檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1，超聲波縱波波速4557.7m/s，Vp≥4500m/s的聲測(cè)點(diǎn)比例為91.8%，同時(shí)Vp≤4000m/s的聲測(cè)點(diǎn)比例為0.4%且不集中，樁身混凝土的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)論

枕頭壩1#堆積體抗滑樁的施工難點(diǎn)在于河岸覆蓋層地質(zhì)條件復(fù)雜、地層松散易垮塌、遭遇特大滲水、水下施工環(huán)境惡劣等，施工中應(yīng)采取措施保障施工安全，提高施工效率。

① 井挖支護(hù)鋼筋盡量采取綁扎連接方式，在井壁周圍掏槽安裝預(yù)留連接進(jìn)，并用沙石妥善覆蓋，這樣可改善井內(nèi)施工環(huán)境，避免用電事故，施工方便、快捷。

② 覆蓋層段井壁混凝土摻入3%速凝劑后終凝時(shí)間約30min，較大地提高了施工效率。

③ 樁井遭遇較大滲水段應(yīng)采取臺(tái)階交錯(cuò)開挖，便于強(qiáng)排水及干地有效鉆爆開挖。

④ 井壁滲水應(yīng)采用輸排結(jié)合的方式處理，大出水點(diǎn)集中引排，小滲水點(diǎn)使用堵漏王、聚氨酯等材料快速封堵。

⑤ 分布密集的樁井混凝土澆筑，可布置連接井口與場(chǎng)外的皮帶運(yùn)輸機(jī)，這樣可達(dá)到運(yùn)輸、拆裝方便和降低施工成本的效果。

The Construction Measures of Hand-Dig Pile in the Overburden of River Bank

SU Gangfeng1，LIU Dongquan2，ZHONG Jiuan1

(1.Hangzhou Huaneng Dam Safety Engineering co., LTD., Hangzhou 310014，China；

2.Sichuan Tuozhan Constructive Engineering CO.,LTD.，Chengdu 610091，China)

Abstract：The treatment project of 1# accumulation body on the left side of Zhentouba hydropower station bank has complicated construction conditions and great difficulty. This article takes the covering hand-dug pile construction measures for instance, introduced in detail the bedrock water seepage and other related engineering problems processing method, for other engineering reference.

Key Words：hand-dig pile; construction measures; river bank; overburden