坝下泄洪顶冲区大型围堰施工关键技术(一公司：涂伟成)(DOC).doc

坝下泄洪顶冲区大型围堰施工技术总结涂伟成（中交二航局第一工程有限公司 湖北武汉 邮编430012）摘 要：随着国家经济及水上交通运输事业的快速发展，一大批上世纪中叶建造的船闸通航能力不足，航运的“瓶颈”制约日益显现，扩建改造势在必行。本文以富春江船闸扩建改造水上一期围堰工程为例，阐述了在已有运行枢纽工况条件下坝下泄洪区围堰防冲稳定、防渗、防护等施工技术要点，对类似围堰工程具有广泛的示范作用。关键词：运行枢纽 围堰 防冲稳定 防渗1工程背景1.1项目由来 富春江船闸建于上世纪六十年代，是富春江水电枢纽的组成部分，是浙中西地区通往长三角沿海地区的唯一水上通道，年通过能力不足100万吨。随着区域经济的快速发展，钱塘江上游的矿建材料、水泥、煤炭等大宗散货的运输需求迅速增长，船闸对钱塘江航运的“瓶颈”制约日益显现，扩建改造势在必行。据统计，目前全国有1300多座类似的碍航船闸。1.2总体布置 富春江船闸扩建改造工程位于钱塘江中下游桐庐县富春江水电站枢纽右岸，距下游杭州市约110km，本工程在原有船闸下游新建一座级标准船闸（兼顾1000吨级船舶的过闸要求），原有船闸作为上游引航渠道。 施工围堰布置在原大坝右岸老船闸下游侧，是富春江船闸改造工程安全施工的保障性建筑物，起点桩号为0-0700+1543，总长1613m。施工导流围堰采用土石围堰，级别为4级，围堰使用年限大于1.5 年；围堰设计挡水标准采用非汛期（10月次年4月）10年一遇，流量为7110m3/s，水位11.88m；主体围堰为过流围堰，过流标准为全年10年一遇洪水标准。 1.3水文及地质条件 富春江水电站大坝建成后，河流水文情况发生了根本性的变化，富春江水库面积54km2，上游集水面积为31450 km2，当上游来水达3000 m3/s以上时，水库就要泄洪。大坝共有17个泄洪孔，每孔设计泄洪流量1100m3/s。自1969年至2008年统计，枯水年泄洪天数为4天，平水年为14天，丰水年为17天，泄洪期主要在47月。 富春江水电站为日调节河床式水电站，受华东电力网的统一调度。除洪水期外，电站每日开机发电，坝下尾水位的变幅达6m：三台机组发电时，泄流量为1500m3/s，相应坝下水位约8.2m；六台机组发电时，下泄流量为3070m3/s，相应坝下水位约为9.2m。 根据富春江船闸扩建改造工程工程地质勘察报告（一次性勘察），围堰地基土层主要有：上部为冲洪积圆砾、卵石、含漂石卵石、漂石层，厚度4.222.3m。中部为强风化粉砂质泥岩、泥岩，SWY13、SWY14、SWY16钻孔揭露，厚度1.63.3m。下部为中风化凝灰岩、中风化粉砂质泥岩、中风化泥岩，厚度较大，未钻穿。根据围堰轴线地质剖面图，0-0700+126桩号基础为凝灰岩，未见卵砾石层。1.4工程重点和难点 作为全国第一座在已有运行枢纽工况条件下扩建改造船闸，其围堰布置在大坝泄洪区，距大坝仅约35m，围堰的抗冲稳定性能否满足要求，是整个项目顺利实施的成败关键；施工期间，电站每日开机发电，坝下尾水位的变幅达6m，同时回填均为水下新回填砂卵石料，厚度较大，给混凝土防渗墙成槽施工造成极大困难。2结构形式选择 围堰断面结构形式见图1、图2。根据计算，在坝下至0+185桩号处于枢纽泄洪消能区段，在10年一遇洪水（Q15300m3/s）以下，泄洪消能水垫不足，其纵向围堰过流保护结构顶高程及防渗墙顶高程设置在6.5m，并对与老船闸相衔接130m范围迎水面采用沉箱加抛石防护的加强结构；对于0+1970+788段，按照电站满发流量Q3070m3/s，相应水位为9.2m，确定堰体防渗墙施工平台高程为9.5m。防渗墙施工完成以后，堰面5.0m高程以下采用模袋混凝土+格宾石笼防护，5.0m以上高程采用钢筋石笼+混凝土面板防护，背水面的护面结构一直延伸至船闸外侧灌砌石防冲护坦的齿墙，护面混凝土布置直径7.5cm的排水孔，间距2.5m，梅花型布置。图1 0-0700+185顶冲段围堰断面图图2 0+1850+788段围堰断面图3方案选择 由于围堰布置在大坝泄洪区，顶冲段迎水侧布置30个沉箱作为防冲结构（如图1所示），沉箱实施效果直接关系到围堰的抗冲稳定性能否满足要求。3.1沉箱预制方案 沉箱选择在唐家洲上分节预制，建造临时出运码头，并对码头前沿的出运水域通道进行疏浚，通过驳船运输至安装位置，采用浮吊安装。3.2沉箱现浇方案 首先进行纵向堰体砂卵石料的填筑，从唐家洲向大坝方向填筑，同时进行沉箱模板分节制作，陆运至沉箱布置区域进行拼装，浮吊直接起吊安装沉箱模板，陆上天泵浇筑水下混凝土。3.3方案比选 表1 施工方案比选表 项目方案一（沉箱预制方案）方案二（沉箱现浇方案）工艺特点需较大预制场地；建造出运码模板在围堰上现场拼装设备需求分节预制沉箱重达54吨，需较大起重船；航道水深不够，需辅以疏浚，保证起重船能到达指定安装位置。沉箱模板最重为19吨，需相应起重船进度需提前进行出运河道疏浚，疏浚量大，进度难以满意要求满足施工要求抗冲性沉箱之间连接难度较大，无法布置抗冲锚杆，单独发挥抗冲作用沉箱模板之间可以进行有效连接，可以布置抗冲锚杆，整体发挥抗冲作用安全性沉箱需分节安装，对基床整平要求较高，稳定性较差沉箱整体现浇，与基床岩石有嵌固作用，稳定性较好经济性建设预制场地、出运码头费用约90万；疏浚、设备费用约240万；模板费用约80万；砼费用约110万；块石抛填费用约80万设备费用约80万；模板费用约350万；砼费用约190万 根据沉箱预制、现浇两种施工方案优缺点，综合整个围堰施工中设备需求、抗冲性能、安全性、进度及经济性进行对比，沉箱现浇方案可满足进度、抗冲性、安全需求，且施工可行性高，成本与预制方案相当，故沉箱选用现浇方案。4施工技术要点4.1围堰填筑围堰填筑前，须先对河床围堰防渗墙轴线范围3m内大于20cm以上的大块石进行清理。采用长臂挖机在堤端部清理，清理的块石进行集中堆放，待围堰施工后用于临水面的防护。纵向围堰以陆上推进回填方式施工为主，水上方驳回填为辅。自卸汽车从切滩疏浚开采区装运填料到围堰填筑区，沿着测量放出的围堰轴线、边坡线，采用端进法从陆上推进回填。为方便车辆运输，每隔200m设置会车平台，以利施工车辆运行，堰体断面边填筑边用挖掘机整修边坡。为减小混凝土防渗墙、高喷防渗墙的施工难度，提高施工效果，围堰填筑时，粒径较大的骨料沿两边线填筑，防渗墙轴线区域的尽量选用级配较好的细骨料或者粘土含量较多的细料回填，并控制回填料宽度不小于2m。纵向围堰与横向围堰同时施工，优先完成横向围堰填筑，通过横向围堰断流减少江水对土石方的冲刷，同时在纵向围堰顶冲段即将合拢时选择低流速时间段迅速合拢施工（见图3）。图3 富春江船闸纵向围堰合拢4.2沉箱施工 为抵抗大坝泄流的破坏力，围堰在0-070m0+060m顶冲段迎水面布置30个沉箱，沉箱平面尺寸5.05.0m。4. 2.1沉箱施工工艺流程基床整平基床测量施工准备模板拼装模板加工沉箱模板吊装沉箱砼浇筑锚杆管预埋沉箱连接相邻沉箱连接沉箱锚杆施工沉箱与护面砼连接 施工工流程（见图4）。图4 沉箱施工工艺流程图4.2.2沉箱施工方法1）施工前，通过扫海测量及潜水员下水触摸，确定沉箱基床岩面标高及起伏情况。2）根据实测岩面标高确定整平后的标高，通过抛放袋装砼将沉箱四周基床整平至安放标准，然后安放混凝土垫块及整平导轨检验。沉箱基床整平如图5、6所示。图5 沉箱基床整平平面图图6 沉箱基床整平断面图3）沉箱模板加工制作，汽车运至现场拼装。模板采用5mm厚钢板，506mm角钢作次肋，间距450mm；主肋由2根槽10cm合拼，间距根据模板的高度按要求划分。模板分两次拼装，后场分节拼装，拼装高度23m；前场整体拼装，将分节拼装好的沉箱模板安装成一个整体，为沉箱模板吊装做好准备。模板吊装前在其外边距离模板50cm处设置DN1503mm钢管，通过角钢与沉箱模板焊接固定，钢管两端用胶布封堵，便于锚杆施工。4）沉箱模板采用80t起重船水上吊装，前场拼装平台搭设在已填完成的围堰上，以方便起重船吊装。2根7.5m长的槽25型钢作为沉箱模板吊架，在顶节沉箱模板四个加强角处穿入8个M20精扎螺纹钢，螺纹钢底部用螺帽固定，上部与吊架连接。沉箱模板沉放过程中，在沉箱两对角绑定两个 GPS以定位沉箱角点坐标来确定沉箱位置，以确保沉箱模板安放在袋装混凝土上，并调整钢套箱垂直度。沉箱模板安放完毕后，由潜水员用袋装砼填塞沉箱底边内外侧，以固定沉箱模板底部及防止混凝土跑模。5）混凝土浇筑时采用双导管水下浇筑砼，导管底口距沉箱底部30cm。6）相邻沉箱混凝土浇筑后，根据空隙实际宽度插入组合模板作为水下混凝土模板，组合模板与沉箱模板焊接固定。采用导管法浇筑水下混凝土，使沉箱之间连成整体。7）待相邻沉箱混凝土浇筑完成约5个之后，开始沉箱后方回填。回填过程中根据实际基床底标高控制回填距离，保证回填坡顶与沉箱施工保持一定步距，防止回填料进占沉箱基床而影响沉箱安放。8）沉箱锚杆钻孔采用地质钻机钻孔，主要钻进预埋管内混凝土及3.5m厚岩层，每个沉箱钻孔完成后立即将锚杆植入孔内，采用灌浆机由底往上灌浆，直至孔顶返回浓浆为止。9）沉箱顶层混凝土浇筑时，在混凝土初凝前梅花形式植入钢筋20500，待护面混凝土施工时，预留钢筋与护面混凝土钢筋焊接成一个整体，保证沉箱与护面混凝土连成一个整体，共同抵抗泄洪冲刷力。沉箱结构横断面如图7所示。图7 沉箱结构横断面图4.3防渗墙施工 围堰做好防渗处理，形成干地施工是其工程能否顺利实施的关键。围堰0-0700+543区段采用60cm厚砼防渗墙，轴线0+543以下部分采用是高喷防渗墙。根据本工程特点，这里只阐述砼防渗墙成槽施工要点。 砼防渗墙施工区段主要是新填筑的砂砾料，厚度较大，且水下回填部分无法碾压，对抓斗施工带来很大的难度，易产生孔斜、塌孔；电站每日开机发电，坝下尾水位的变幅达6m，围堰填筑后，过水断面减小，造成一定的水位雍高，白天正常发电水位达9.5m左右，与围堰填筑顶标高相当，造成砼防渗墙成槽施工难度较大。4.3.1导向槽施工 基地整平后以防渗薄墙轴线为中线进行开挖，用钢筋砼浇筑一个宽度60cm，高度100cm的导向槽。导墙顶面标高设置为10.0m，内侧间距70cm，保证槽内泥浆液面高出外侧水位。导向槽横断面如图8所示。图8 导向槽断面图4.3.2泥浆的制备 根据本工程外侧水位频繁涨落特点，采用三级膨润土制浆，浆液性能应满足下表2要求。表2 膨润土浆液性能指标表 项目单位各阶段性能指标实验仪器新制供重复使用密度g/cm1.11.25泥浆比重称漏斗黏度s32-5032-60马氏漏斗失水量ML/30min3050失水量仪泥饼厚mm36失水量仪pH值-7-117-12pH试纸1）泥浆应具有良好的物理性能、流变性能、稳定性。物理性能：能形成致密的泥皮，能起到支撑孔壁、稳定地层的作用。流变性能：有利于悬浮和携带钻渣，提高钻进效率；减少钻进时槽内泥浆的压力波动，以防止泥浆的漏失和塌孔。稳定性：钻进时，泥浆中的分散颗粒不易下沉，不易聚结变大而沉降。2）选用洁净的淡水配置泥浆，高速搅拌机拌制，拌制时间通过试验确定。 3）通过试验确定泥浆处理剂（分散剂、增粘剂、加重剂、防漏剂等）的品种和掺加率。4.3.3成槽施工 1）钻抓法：采用“三钻两抓法”工艺进行施工，冲击钻机钻取主孔，利用抓斗高工效抓取副孔，此方法主要针对此次施工的临时围堰大部分为临时填筑料堆填而成，相对原始地层比较松散，在防渗墙施工中容易漏浆及大面积坍塌，难已成槽，所以考虑采用冲击钻机在钻主孔时多加粘土，达到对松散地层的挤密，堵漏作用，为抓斗顺利抓取副孔创造条件，如抓斗施工时发生严重漏浆现像，则应立即回填粘土和砂子堵漏，来回抓填，直到浆液面不下降为止，确保成槽质量。对覆盖层采用钻凿法或钻抓法施工，在入岩后，采用钻凿法施工以满足设计入岩要求（入岩不小于50cm）。 2）槽孔长度及其划分：为保证冲击钻机和抓斗施工方便，一期槽孔拟定为6.4m，共分为5个孔，3个主孔单个宽度为0.6m，另2个副孔单个宽度为2.3。槽段连接采用“接头管”连接方法（图9 槽段划分示意图）图9 槽段划分示意图5施工阶段问题处理 在沉箱安装和浇筑中，现场发现部分沉箱安放垂直度和顶面平面位置偏差较大，同时封底砼发生测漏情况，后经相关参建方的充分讨论，主要原因在于基床整平效果不佳，对于岩面起伏较大的区域，采取抛放较大吨袋混凝土将沉箱四周基床整平至粗平标准，然后安放混凝土垫块及整平导轨，用较小袋装混凝土将沉箱基床整平至细平标准，安放沉箱，并用袋装混凝土填堵好模板底部缝隙后，现场浇筑水下混凝土。工艺改进后，沉箱安放效果明显改善，能够满足施工需求。在防渗墙成槽施工中，部分槽段出现了踏孔现象，经各方讨论，逐槽段研究，分别采取了适当加高导槽定标高（高出水位线1m为宜），将“三钻两抓”法改进成“二钻一抓”，采用粘土将槽段顶部23m进行换填。最终较好地解决了踏孔问题。6工程效果 富