北部引嫩泄洪閘工程基礎壓重施工技術剖析

劉長彬，李永奎，劉 英

(黑龍江省水利水電工程總公司，黑龍江綏化152000)

1 工程概況

北引泄洪閘工程位于尼爾基水庫下游25 km的嫩江主江道上。其閘址在156.10～159.32 m以下為承壓水，承壓水水頭高8.60～11.40 m。頂板埋深為12.80～13.40 m，相對不透水層之上為地表潛水。在閘基礎工程施工過程中，為防止相對不透水層不被承壓水層刺穿而產生地基土層突涌或上浮，在閘基礎開挖相對較深的閘室及消力池部位實施水下封底混凝土蓋重措施。

根據閘基處的嫩江水位及承壓水上部的蓋重，設計水下封底混凝土的分布為:①泄洪閘閘室Ⅰ、Ⅱ區的建基面之下水下封底混凝土厚度分別為1.00 m、0.50 m，面積均為120.25 m×16.5 m;②消力池Ⅰ區水下封底混凝土厚度為2.30 m、Ⅱ區為1.30 m、Ⅲ區為0.50 m，其面積分別為120.25 m×37.5 m、54.88 m×37.5 m、62.37 m×37.5 m。詳見“附圖1泄洪閘基礎混凝土封底平面布置圖”。

圖1 泄洪閘基礎混凝土封底平面布置圖

按照設計意圖，封底混凝土的目的為將基底的承壓水層上部的部分土體換為有強度和一定密度的混凝土基底蓋重，在施工底板混凝土時，防止基坑內抽干水后，由于地下承壓水的作用可能發生黏土層突涌或被抬動而擾動閘基。

2 水下封底混凝土增重措施

2.1 水下封底混凝土

承壓水上部的蓋重部分混凝土及土體的濕容重分別按2.30 g/cm3、1.90 g/cm3計，安全系數取1.05計算，相對不透水層的底高程為156.00 m，根據泄洪閘基坑開挖及底板混凝土施工水位關系推算承壓水頭與其上部壓重的關系。消力池在施工時，如江水水位達到174.00 m以上，需在封底混凝土的基礎上再采取必要的配重措施。

根據地質報告，消力池Ⅰ區(ZZ11、ZZ14地質孔)的相對不透水層的頂高程為158.78 m，相對不透水層至開挖底高度為4.72 m，原狀土壓水層相對水頭8.97 m，封底混凝土壓水層相對水頭5.29 m，消力池鋼筋混凝土施工時相對水頭13.58 m。基坑開挖時圍堰內外的水頭差不能高于4.25 m。消力池底板澆筑時承壓水層的承壓水水位不應高于172.36 m。消力池Ⅱ區(ZZ13地質孔)的相對不透水層頂高程為158.31 m，按此方法計算，消力池底板澆筑時承壓水層的承壓水水位不應高于172.36 m。消力池Ⅲ區(ZZ12地質孔)的相對不透水層頂高程為156.83 m，按此方法計算，消力池底板澆筑時承壓水層的承壓水水位不應高于172.52 m。

閘室Ⅰ區(ZZ10地質孔)的相對不透水層的頂高程為159.34 m，閘室底板鋼筋混凝土在進行澆筑時承壓水層的承壓水水位不應高于173.58 m。

閘室Ⅱ區(ZZ13地質孔)的相對不透水層的頂高程為158.31 m，閘室底板鋼筋混凝土在進行澆筑時承壓水層的承壓水水位不應高于174.23 m。

從以上計算可以看出，在進行底板鋼筋混凝土施工時要保證在干地施工，必須進行配重才可保證施工安全及工程安全。

2.2 水下封底混凝土增重措施

該工程的施工工期較緊，在保證封底混凝土足夠重量的前提下，而且還能減少施工難度，加快工期，經過多次咨詢有關專家，計劃將消力池Ⅰ區的封底混凝土厚度變為1.30m厚，即底高程與消力池Ⅱ區相一致。擬采取的方案為將消力池Ⅰ區封底混凝土中摻加鐵礦石增重的施工技術措施。

按照等重量換算的原理，消力池Ⅰ區下部混凝土工程量為4 600 m3，換算成重量為11 039 t。將下部混凝土等同重量采用鐵礦石摻加到上部1.03 m厚混凝土中，這樣即減少了消力池Ⅰ區水下砂礫料開挖的深度，又保證了消力池Ⅰ區封底混凝土的實際功效，可確保或工期提前。

2.3 方案比較

從地層結構上分析，在165.08 m以下為低液限黏土，按設計需開挖1.48 m黏土層，深水水下開挖黏土功效極低，且可能延誤工期。減少水下黏土的開挖量，對于降低在施工過程中產生新的淤泥層，確保基礎工程質量大有益處。普通混凝土的濕容重為2.30 g/cm3，澆注1.00 m厚的混凝土只能提高0.40 m的水頭，而采用鐵礦石重混凝土效果顯著。

兩種方案的經濟對比分析見表1。

綜上技術經濟比較，采用鐵礦石重混凝土進行消力池Ⅰ區水下蓋重施工是合理的，故推薦采用。

3 基礎應急配重措施

分析多年泄洪閘工程閘址江段的水文資料，該處在枯水期的江水水位亦在174.00 m以上，且由于距尼爾基水庫只有25 km，尼爾基水庫每天16:00～19:00發電調峰放水，短時發電放水洪峰致使本江段的水位漲落在0～1.0 m左右，所以一年四季本江段的水位都不低于174.00 m，根據 156.00～159.00 m以下承壓水頭情況，在澆筑基礎鋼筋混凝土過程中必須進行配重，才能保證基坑不發生突涌或上浮。

表1 水下混凝土與鐵礦石重混凝土兩種方案經濟比較分析表

外江水位按照176.00 m計算，泄洪閘閘室底板施工時不需要配重，消力池底板施工時需要進行配重。配重計算為11.77 m高水頭，即消力池區底板施工時配重1.77 t/m2。擬采取的3種配重措施方案如下:

3.1 廢鋼鐵的配重措施(方案1)

在封底混凝土澆筑完成后，當混凝土達到一定強度時，在封底混凝土上拋投鐵錠進行壓重，根據上面計算，封底混凝土上配重1.77 t/m2鐵錠。消力池封底混凝土的面積為8 906.25 m2，需要配重鐵錠15 764 t。每噸鐵錠的施工價格按照4 000.00元/t計算，如不計回收需要投入6 305.6萬元。

3.2 鐵礦石配重措施(方案2)

在封底混凝土上拋投鐵礦石進行壓重，根據上面計算，封底混凝土上配重1.77 t/m2鐵礦石。消力池封底混凝土的面積為8 906.25 m2，需要配重鐵礦石15 764 t。每噸鐵礦石的施工價格按照700.00元/t計算，需要1 103.48萬元。

3.3 塊石配重措施(方案3)

在封底混凝土上拋投大塊石進行壓重，根據上述計算，封底混凝土上配重1.77 t/m2塊石。消力池封底混凝土的面積為8 906.25 m2，需要配重塊石15 764 t，換算成體積為1.1 m3。每噸塊石的施工價格按照120.00元/t計算，需要189.17萬元。

3.4 方案比選

措施方案1較容易施工，對工程安全及質量都有保證，但需要增加投資量大，不經濟，不宜采用;方案3需要投資量最小，水下投放、拆除的塊石工程量大，且拋投1.10 m厚的塊石后，再無法進行底板鋼筋混凝土施工，不切合實際;方案2資金投用介于方案1與方案3之間，工程量也不大，在實施過程中又方便施工，且于8月中下旬就可進行基礎工程施工，較原方案提前主體底板工程施工1個月左右，故推薦此方案二。即在基礎鋼筋混凝土施工時，采用鐵礦石進行基礎配重施工方案。

4 封底混凝土施工

4.1 施工方案

該工程的封底混凝土均為水下混凝土，水下封底混凝土的工程量為3.7萬m3，水下混凝土采取導管法施工，采用0.5 m3拌合站拌制混凝土，THB－80混凝土輸送泵水平運輸，施工見圖2。水下混凝土澆灌時分區分塊進行，先開挖較高的部位，澆灌混凝土后，再實施較低的部位，即閘室Ⅰ區→閘室Ⅱ區→消力池Ⅰ區→消力池Ⅱ區→消力池Ⅲ區，防止澆灌較高部位水下混凝土時覆蓋較低部位。

當基坑按規劃區段開挖完成后，經監理工程師驗槽合格，開始準備澆筑混凝土。每個施工區域從中間開始向兩岸分兩個工作面同時背相推進，共計設4個作業面。每個作業面設一個6 m×8 m工作平臺，共需4個工作平臺。每套混凝土泵配置一套浮排，保證混凝土輸送管在水面上按混凝土澆注順序進行排列。混凝土澆注作業平臺及浮排結構及排列方式見圖2。

配備4套浮箱，浮箱采用鋼板制作，結構尺寸為長0.8 m，寬0.6 m，浮箱之間采用槽鋼連接，每個浮箱之間的間距為1.0 m，浮箱共計2排，在浮箱上滿鋪木跳板。2條工作船，混凝土泵管通過水上浮箱直接到達混凝土澆筑部位，混凝土澆筑部位設一個澆筑平臺，澆筑平臺同樣采用浮箱制作，平臺上預留混凝土下料用漏斗孔，漏斗間距為3 m，以便混凝土泵管澆筑下料。

圖2 封底混凝土澆筑平面布置示意圖

1)優化配合比設計。為配制水下自密實、自流平混凝土，①混凝土的骨料級配采用連續級配，有利于混凝土的自密實;②參加外加劑—混凝土絮凝劑，提高在水下抗分散能力;③摻加減水劑及粉煤灰，在保證水灰比的前提下，增大混凝土的坍落度及塌擴度，提高其工作性能，滿足自流平的要求。

2)混凝土水平運輸采用泵送至施工作業平臺上的料斗內，平臺上的混凝土通過漏斗及導管至水下混凝土澆注倉面。每個作業平臺上設有4個漏斗和4副配套DN150鋼制導管，隔離球采用橡膠球。導管在使用前應進行密閉實驗，密閉良好的導管方可用于工程施工中;在進行混凝土澆筑過程中，當發生堵管時，導管只能上下活動，不能左右移動;開始澆筑時導管應距離水下地基面10 cm，澆筑過程中導管口采用手拉葫蘆控制，不能露出混凝土面。

3)在澆灌混凝土之前，應用抽砂船對基底進行全面清理，抽出表面浮渣或淤泥，控制基底沉渣厚度在10 cm以內。

4)嚴格控制混凝土坍落度，使其自然流淌，混凝土能夠在水下自然攤平。水下混凝土澆筑應連續進行，中間不能間斷，澆灌設備至少2套以上;

5)水下混凝土澆筑過程中必須設專職測量人員隨時跟蹤施測，以保證混凝土澆筑的設計高程;水下混凝土高程控制可以采用測繩或自制刻度尺進行，并隨時監測水面高程。

6)混凝土澆筑高程應高于設計高程10 cm，以保證清楚其強度低的表層混凝土。

4.2 水下混凝土施工注意事項

［1］ 水利水電工程施工組織設計與施工規范［S］.北京:中國城市出版社，1999.