水下厚層大塊度卵漂石基礎圍堰施工技術研究

張建均

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

水下厚層大塊度卵漂石基礎圍堰施工技術研究

張建均

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

本文主要介紹水下厚層大塊度卵漂石基礎圍堰施工方法，首先利用反鏟開挖水上、水下部分基礎，并澆筑水上、水下混凝土，利用該混凝土作為蓋重進行圍堰基礎塑性固結灌漿，然后進行圍堰外部堆塊石防護、圍堰內部鋼筋混凝土貼坡擋墻加固、圍堰局部補灌，最后拆除圍堰。

厚層大塊度卵漂石基礎 圍堰 施工技術 水下

圍堰是保護大壩或廠房等水工建筑物干地施工的必要擋水建筑物，一般屬臨時性工程，但也常與主體工程結合而成為永久工程的一部分。圍堰工程直接關系主體工程的施工安全、工期和工程投資。隨著水電站深度開發(fā)，電站的地質及地形、地貌條件越來越復雜，江面狹窄，采用常規(guī)土石圍堰會造成水位雍高，從而加大安全隱患和工程投資。

1 施工準備

施工前查閱圍堰相關設計圖和地質資料，對圍堰區(qū)的地質、地形、地貌進行充分的了解，必要時提前進行補充地質鉆探工作，根據現場的實際情況，有針對性地設計圍堰，堰頂高程較枯期最高水位高0.5m～0.7m，并制定切實可行的圍堰設計、施工方案，同時進行施工作業(yè)人員、設備、機具、作業(yè)平臺材料、勞保安全器材等各項材料的準備。

圍堰結構尺寸的確定要分別進行抗剪強度和抗剪斷強度驗算。

1.1 抗剪強度計算

抗剪強度計算公式為：

K=f∑W/∑P≥[K]

K——按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數；

f——堰體底板混凝土與基礎接觸面的抗剪摩擦系數；

∑W——作用于基礎截面的總垂直力，kN；

∑P——作用于基礎截面以上的總水平力，kN。

1.2 抗剪斷強度計算

抗剪斷強度計算公式為：

K′=(f′∑W+CA)/∑P≥[K′]

K′——按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數；

f′——堰體底板混凝土與基礎接觸面的抗剪斷摩擦系數；

C——堰體底板混凝土與基礎接觸面的粘結力，kPa；

A——堰體底板與基礎截面的接觸面積，m2。

圍堰結構設計見圖1。

圖1 圍堰結構設計圖

2 圍堰基礎開挖

(1)沿混凝土圍堰軸線外側開挖一條施工道路，道路頂高稍高于枯期最高水位線，防止?jié)q水時淹沒道路，此施工道路作為圍堰混凝土澆筑的施工通道；

(2)對混凝土圍堰軸線測量放樣后，從上游向下游方向進行基礎開挖。開挖時，使用反鏟沿混凝土圍堰軸線開挖一條底寬約4.5m的水下深槽，開挖時向外翻碴，形成一條不止漏臨時土石圍墻，以盡量減小水流速度，形成靜水施工，為圍堰水下混凝土澆筑提供有利條件；

(3)基礎開挖采用長臂反鏟盡可能開挖，開挖完成后用高壓風管插入基礎面將碎石、淤泥等沖洗干凈。

3 圍堰水下混凝土澆筑

3.1 配合比試驗

水下混凝土的關鍵是防止混凝土中的砂在水中擴散、溶解。水下混凝土摻入的外加劑有高效減水劑和水下不分散劑等。通過試驗確定外加劑的使用種類、摻入量和摻入程序?；炷恋呐浜媳缺仨毰c導管灌注水下混凝土相適應。合適的配合比應使混凝土具有足夠的可塑性和黏聚性，易于在導管中流動而又不易離析。水下混凝土坍落度控制在180mm～220mm之間。

3.2 鋼管+鋼絲密織網模板制作

3.2.1 鋼骨架制作

主骨架焊接之前，使用標尺在相應位置測出水下深度，然后根據水深確定主骨架豎向鋼管高度，標尺測點每米一個。由于每倉水下深度不同，模板制作完成后，上表面為水平，下底面高度根據實測水下地形高程確定。

鋼骨架使用φ48鋼管或型鋼和φ16鋼筋焊接而成，鋼管或型鋼骨架為主骨架，然后使用鋼筋加密，鋼筋水平間距20cm～25cm，垂直間距30cm～40cm，縱向主骨架之間使用φ6.5拉筋內拉，拉筋設置在模板頂部、中部和底部，縱向間距1.5m～2.0m。水下混凝土鋼骨架模板分倉長度6m～9m。

3.2.2 鋼絲密織網安裝

鋼骨架制作后在內側安裝雙層鋼絲密織網，并使用扎絲綁扎固定。鋼絲密織網安裝時，模板底部的安裝長度要比豎直骨架長約50cm以上，模板下水后鋼絲密織網可以基巖凹槽面充分接觸。

3.2.3 鋼骨架模板吊裝

鋼骨架模板制作完成后為顛倒放置，先將模板側翻90°，然后用鋼絲繩拴牢焊接吊環(huán)，用25t吊車起吊將模板緩慢再翻轉90°，最后將模板吊裝就位。

3.2.4 模板加固、堵漏

模板就位后使用鋼管在模板上表面與施工平臺扣件連接加固，在模板背水面和迎水面放置石渣編織袋露出水面，側面采用塊石壓腳。

3.3 水下混凝土澆筑

3.3.1 入倉方式

混凝土由拌和站集中拌制，采用6m3攪拌車運輸，圍堰混凝土采用C20混凝土，泵機泵送入倉，導管法施工，導管伸入圍堰底部。

3.3.2 施工方法

圍堰水下混凝土采用導管法施工，導管的直徑選用φ250mm鋼管，插入水中接近基巖面。導管的間距控制在4m之內，施工時控制澆筑速度，使混凝土面上升速度不小于2m/h。導管下口埋在混凝土內1.5m以上，混凝土有足夠的流動度，使其從導管下口流出順利并把表層混凝土水平地向上推動而避免與泥漿接觸。澆出水面前，禁止振搗，澆出水面后待凝2h，再澆水上部分混凝土。

4 圍堰水上混凝土澆筑

4.1 混凝土分倉

水上混凝土分倉長度與水下混凝土分倉長度相同，施工縫設置橡膠止水。

4.2 縫面處理

基巖面處理由人工按照設計和規(guī)范要求對基巖面進行鑿毛、整修、清理、沖洗，人工配合清渣。在開倉澆筑前，用高壓水進行清洗并保持濕潤。

4.3 模板安裝

使用組合鋼模板立模。模板加固采用內拉、內外撐相結合方法施工。

4.4 混凝土澆筑

混凝土由混凝土拌和站集中拌制，采用攪拌車運輸，圍堰混凝土采用泵機泵送或吊罐入倉，使用軟管振動器振搗。

4.5 養(yǎng)護

混凝土收倉12h～18h后及時灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d～14d。

5 圍堰基礎塑性固結灌漿

水下混凝土澆筑完成后，沿混凝土圍堰軸線進行圍堰堰基固結灌漿處理，達到灌漿止水的目的。圍堰基礎防滲固結按單位漏水率<10Lu標準控制。

5.1 鉆孔

鉆孔前，在圍堰巖坎地質條件較差的地段布置先導孔，先導孔數量為灌漿孔總數的10%，孔距15m～20m，先導孔作簡易壓水試驗，并保留巖芯。鉆孔深度控制滿足單位漏水率小于10Lu要求。依據先導孔獲取的壓水資料，對單位漏水率大于10Lu的巖坎軸線地段進行防滲處理。

固結灌漿孔采用地質鉆機、金剛石鉆頭進行鉆孔，孔徑φ73mm，孔間距2.0m，沿圍堰軸線單排布置。

5.2 灌漿

灌前進行鉆孔沖洗和壓水試驗，通過先導孔施灌確定基巖底線，先導孔采用自上而下灌漿法施工，生產孔采用自下而上純壓灌漿法施工。一般作單孔灌注，當待灌孔相互串通，且吸漿量較小時，在條件允許情況下，也可采用并聯灌注，但并聯孔數不多于2個。

圍堰基礎防滲工程采用的漿液配比為：

(1)穩(wěn)定漿液：水灰比0.5∶1；

(2)混合漿液：配合比為水∶水泥∶巖粉=0.5∶1∶0.2，巖粉亦可用細粉砂代替。對集中滲漏部位，應摻入水泥重量3%～4%的水玻璃；

(3)灌漿壓力為0.2MPa～0.4MPa；

(4)壓水及灌漿采用SGB6-10型灌漿泵，封孔采用分段壓力灌漿封孔法進行。灌漿施工采用自動記錄儀進行全過程自動記錄；

(5)灌漿結束后進行鉆孔壓水檢查，檢查孔壓水合格標準為單位漏水率<10Lu。

該方法具有施工簡便和效率高等特點，可以為實現圍堰早日閉氣和基坑排水創(chuàng)造有利條件，有利于施工總進度目標的實現。

6 圍堰外部堆塊石防護

水下混凝土澆筑結束后，使用反鏟將土石圍堰大塊石內翻至混凝土圍堰迎水面堰腳處，汛期保護圍堰迎水面和圍堰基礎不受洪水沖刷。

7 圍堰內部鋼筋混凝土貼坡擋墻加固

由于圍堰下部基礎卵漂石層厚度較大，隨著尾水出口下挖，圍堰內外側水位差增大，內外水壓力增加，卵漂石在高水頭壓力的作用下，水從薄弱段滲進尾水開挖面，由于圍堰基礎堆積在一起的碎石沙層膠結性差，透水性良好，隨長時間的滲水，滲流通道日益擴大。故根據上個汛期圍堰涌水揭示情況，為了保證尾水出口圍堰安全，加快出口施工進度，需增加貼坡擋墻加固，避免潰堰風險，并對尾水出口圍堰滲水處進行補漏灌漿。

尾水出口圍堰加固擋墻安排在出口開挖約至基巖處或設計高程時開始澆筑施工。為加快施工進度，確保圍堰的安全性，加固擋墻混凝土施工在枯水季節(jié)采用跳倉澆筑，以“先挖先澆，分段澆筑，從下往上”的原則控制。防護擋墻施工前，先對基礎進行固結處理，以保證防護擋墻的穩(wěn)定性。

8 圍堰局部補灌

8.1 補漏灌漿施工程序及方法

(1)首先對涌水處及滲水點采用沙包堵漏，在涌水位置采用φ100橡膠軟管將涌水引出，減少涌水壓力；

(2)其次進行圍堰基礎與砂層接觸面的處理，采用地質鉆機鉆孔至砂層接觸面，鉆孔深度超過混凝土2m，灌注0.5∶1水泥漿，壓力0.5MPa；

(3)然后進行圍堰基礎補漏灌漿，采用地質鉆孔至入基巖1m，利用鉆桿自孔底往上提升灌漿，每次提升高度0.5m，孔距0.5m，壓力0.5MPa。

8.2 鉆孔

(1)補漏灌漿孔采用全斷面金剛石鉆頭鉆進，鉆孔采用XY-2PC地質鉆機；

(2)鉆孔孔位嚴格按施工圖紙的要求進行施工，開孔孔位偏差不大于10cm，鉆孔方向為垂直建基面方向，在鉆孔過程中，應將鉆具調整與建基面垂直，并將鉆機穩(wěn)定牢固；

(3)鉆孔施工中，應對本班施工情況、孔內特殊情況(如鉆孔漏水、涌水、塌孔、掉塊掉鉆回水顏色等)及材料消耗情況詳細記錄在鉆孔記錄報表上。

8.3 灌漿

鉆孔一次造孔到底，鉆孔達到要求并檢查合格后，然后自下而上分段純壓施灌，無法一次鉆孔結束時也可先行固壁灌漿處理，待凝后24h后掃孔繼續(xù)造孔。采用自下而上分段、純壓式灌漿工藝時，灌漿結束后，將鉆孔回填密實。防止鉆孔上部出現脫空現象，確保防滲固結與上部結構物的連接及防滲效果。

灌漿水灰比0.5∶1，灌漿過程中摻入50%～100%的石粉，灌漿量大時，摻速凝劑、干海帶絲、黃豆、麻絲、干料砂漿等，摻量按照現場實際情況控制。

8.4 結束標準

在設計壓力下，當注入率不大于1L/min時，繼續(xù)灌注30min，可結束灌漿。

9 拆除圍堰

尾水圍堰一次全部拆除，在圍堰內鉆水平爆破孔，拆除底部采用光面爆破，采用氣腿鉆鉆孔，移動空壓機供風，孔徑φ42mm。為控制爆破塊度，便于長臂反鏟裝車，適當加密鉆孔間、排距，主爆破孔間、排距為0.8m×1.0m，光爆孔間距為0.5m。采用2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為φ32mm，光爆孔線裝藥密度為200kg/m，爆破孔單耗為0.45kg/m3，炮孔堵塞長度不小于0.6m。采用毫秒延時導爆管分段起爆。爆破后采用長臂反鏟液壓反鏟給10t～20t自卸車裝車，運至指定渣場。

10 結語

本方法適用于江面狹窄，厚層卵漂石基礎，臨時土石圍堰無法施工情況下，采用水下混凝土和水上混凝土圍堰為壓重，對圍堰基礎進行固結灌漿，最后在圍堰內部采用鋼筋混凝土加固，其施工速度快，保證施工質量和安全，對環(huán)境影響較小，取得良好的經濟效益、社會效益和環(huán)保效益。

張建均(1975.07-)，男，重慶人，大學本科，教授級高級工程師，區(qū)域公司總工程師，主要從事技術管理工作。

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