深基坑土石壩底部關(guān)鍵部位施工技術(shù)研究

孫周輝

(四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川成都610072)

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深基坑土石壩底部關(guān)鍵部位施工技術(shù)研究

孫周輝

(四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川成都610072)

長(zhǎng)河壩水電站基坑開(kāi)挖方量約320萬(wàn)m3，上下游寬約900 m，開(kāi)挖深度達(dá)30 m以上，基坑開(kāi)挖與其他施工之間的干擾大。基坑底部的防滲墻施工、廊道施工、墻下帷幕灌漿施工、覆蓋層灌漿施工及質(zhì)量檢查等工序之間有著緊密聯(lián)系，故基坑施工必須合理計(jì)劃，否則將影響電站的直線工期。對(duì)長(zhǎng)河壩水電站基坑底部關(guān)鍵部位的施工流程和主要施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

土石壩；施工技術(shù)；深基坑；防滲墻；基坑抽水；長(zhǎng)河壩水電站

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第10級(jí)電站，正常蓄水位下庫(kù)容為10.75億m3，是一等大(1)型水電工程。長(zhǎng)河壩水電站樞紐建筑物主要由礫石土心墻壩、泄洪系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)組成，電站裝機(jī)容量2 600 MW。長(zhǎng)河壩壩頂高程1 697 m，最大壩高240 m，基坑底部最大寬1 030 m，壩頂寬16 m，大壩底部長(zhǎng)165 m，頂部長(zhǎng)502.85 m，上下游壩坡均為1∶2。心墻上、下游側(cè)設(shè)反濾層、過(guò)渡層及堆石區(qū)，堆石與兩岸巖坡之間設(shè)置厚3 m的水平過(guò)渡層，大壩整體填筑量3 417萬(wàn)m3，大壩底部設(shè)計(jì)2道防滲墻，下游為主墻上部設(shè)置廊道，上游14 m的位置設(shè)置副防滲墻，頂部為刺墻，2道混凝土防滲墻墻下都設(shè)置帷幕灌漿，心墻底部基坑覆蓋層布置固結(jié)灌漿，左右岸坡壩肩基礎(chǔ)面設(shè)置混凝土蓋板及固結(jié)灌漿和三角區(qū)帷幕灌漿。

2 土石壩底部關(guān)鍵部位施工技術(shù)

2.1 施工關(guān)鍵線路及施工流程

防滲墻施工及質(zhì)量檢查6個(gè)月，廊道及刺墻混凝土澆筑3個(gè)月，連接帷幕及副墻下帷幕施工2個(gè)月，底部3層蓋板澆筑3個(gè)月，底部蓋板固結(jié)灌漿2個(gè)月，心墻底部水位線以下30 m心墻填筑施工需要5個(gè)月，到度汛高程需要6個(gè)月，按照關(guān)鍵項(xiàng)目的施工進(jìn)度安排填筑到大壩度汛高程需要36個(gè)月，但是按照整體施工規(guī)劃節(jié)點(diǎn)目標(biāo)必須在33個(gè)月內(nèi)完成上述項(xiàng)目的施工達(dá)到大壩度汛高程，在大壩填筑高度超過(guò)圍堰高程的當(dāng)年大壩必須在汛前達(dá)到100年一遇的度汛標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)分析，大壩底部的施工項(xiàng)目關(guān)鍵線路是基坑及岸坡開(kāi)挖8個(gè)月，后續(xù)大壩施工進(jìn)度可以根據(jù)電站整體進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行安排。底部的項(xiàng)目施工進(jìn)度是必須按照節(jié)點(diǎn)目標(biāo)完成，否則將不允許大壩填筑超過(guò)圍堰高程，大壩填筑必須暫停施工待汛后再施工，這樣大壩就是至少要暫停施工5～6個(gè)月，這樣的停工是不能接受的。大壩底部的施工工作面狹窄，施工程序環(huán)環(huán)相扣，必須采取措施對(duì)關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化組合，這樣才能保證底部關(guān)鍵項(xiàng)目的施工在33個(gè)月內(nèi)完成。心墻底部關(guān)鍵項(xiàng)目施工流程如圖1所示。

圖1 大壩底部關(guān)鍵施工流程

2.2 心墻底部關(guān)鍵項(xiàng)目的工期分析及計(jì)劃安排

大壩心墻底部目前按照大壩填筑超過(guò)圍堰具備防洪度汛高程的形象面貌來(lái)計(jì)算，長(zhǎng)河壩大壩圍堰為50年的度汛標(biāo)準(zhǔn)，大壩擋水的度汛標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，要求大壩在超過(guò)圍堰高程的當(dāng)年，汛期前必須要到1 536 m高程，具備擋100年一遇洪水的要求。按照初步規(guī)劃，基坑底部的主要項(xiàng)目必須要在3個(gè)水文年內(nèi)全部完成并具備度汛條件。基坑底部的施工項(xiàng)目?jī)?nèi)容非常繁多，相互之間的關(guān)系復(fù)雜，交叉施工眾多，工藝搭接時(shí)間緊密，施工環(huán)環(huán)相扣，一步不到位就會(huì)影響整體的進(jìn)度計(jì)劃安排。大壩底部關(guān)鍵部位基坑開(kāi)挖320萬(wàn)m3，大壩度汛高程以下填筑方量1 330萬(wàn)m3，包括主副防滲墻施工，副墻下帷幕灌漿施工及質(zhì)量檢查，主防滲墻上廊道施工，左右岸壩肩基巖開(kāi)挖，底層灌漿平洞開(kāi)挖及襯砌，蓋板混凝土澆筑，蓋板固結(jié)灌漿，主副墻之間平面連接帷幕施工，三角區(qū)帷幕灌漿施工，基礎(chǔ)覆蓋層固結(jié)灌漿施工，心墻底部?jī)x器安裝埋設(shè)，底部反濾料、底部高塑性粘土礫石土、過(guò)渡料、堆石料填筑等項(xiàng)目施工。

基坑施工最關(guān)鍵的為防滲墻施工、廊道及覆蓋層固結(jié)灌漿、大壩底部土料填筑。為了更清楚、更透徹地掌握施工進(jìn)度目標(biāo)及相關(guān)影響因素，對(duì)大壩標(biāo)的關(guān)鍵線路及關(guān)鍵項(xiàng)目做了進(jìn)一步的梳理和分析，研究現(xiàn)場(chǎng)最優(yōu)施工布置方案，制定了“633進(jìn)度目標(biāo)”(簡(jiǎn)稱(chēng)633目標(biāo))，即防滲墻施工6個(gè)月，廊道及覆蓋層固結(jié)灌漿3個(gè)月，大壩心墻底部15 m施工3個(gè)月。經(jīng)過(guò)對(duì)大壩標(biāo)的關(guān)鍵線路分析，633目標(biāo)是確保后期施工的關(guān)鍵目標(biāo)，對(duì)保證電站按期發(fā)電有著至關(guān)重要的影響，必須確保目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2.3 大壩基坑底部關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)度保證措施

抽水是基坑施工的核心保證措施，基坑開(kāi)挖下去要做好降水排水措施和水位控制，基坑填筑起來(lái)也必須做好水位控制和抽排水方案的調(diào)整。必須有足夠的備用電源、備用水泵、備用管路，采用多套管路抽水，還要根據(jù)施工的需要及時(shí)調(diào)整抽水管路。長(zhǎng)河壩工程基坑內(nèi)面積達(dá)到了14.4萬(wàn)m2，必須分段分區(qū)設(shè)置抽排水管路和集水坑才能保證基坑的干地施工。基坑必須做好排水方案設(shè)計(jì)并根據(jù)滲水情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，基坑上下游距離1 000多米，必須采用分期排水，不能將基坑的所有滲水流到基坑最低的部位來(lái)抽排，在基坑的圍堰腳下設(shè)置比較大匯水集水坑，集水坑尺寸為20 m×30 m，基坑內(nèi)施工項(xiàng)目眾多，必須提前規(guī)劃好道路，特別是上下游道路和過(guò)心墻區(qū)道路，基坑內(nèi)的防滲墻施工排污也是關(guān)鍵必須提前安排妥當(dāng)。

2.4 主要施工技術(shù)

(1)基坑開(kāi)挖施工。基坑開(kāi)挖主要包括覆蓋層、砂層透鏡體、基坑內(nèi)大漂卵礫石層、大孤石、心墻區(qū)岸坡基巖、底層灌漿平洞等開(kāi)挖。基坑的開(kāi)挖深度約30 m，開(kāi)挖方量約320萬(wàn)m2。基坑開(kāi)挖是基坑內(nèi)其他工作開(kāi)展的基礎(chǔ)，必須高度重視基坑開(kāi)挖工作，只有基坑開(kāi)挖出來(lái)了，才能為其他項(xiàng)目的施工提供工作面，特別是基坑內(nèi)涉及爆破開(kāi)挖的項(xiàng)目，必須在其他項(xiàng)目開(kāi)始前全部完成，否則將對(duì)其他項(xiàng)目的施工及臨建造成嚴(yán)重影響。

(2)基坑防滲墻施工。大壩防滲墻的施工是整個(gè)基坑施工的關(guān)鍵項(xiàng)目，處于基坑施工的關(guān)鍵線路上。大壩設(shè)置了2道防滲墻，主墻設(shè)置在壩軸線上，最大深度53 m，墻厚1.4 m，成墻面積5 700 m2，混凝土澆筑方量9740 m3，墻下設(shè)置帷幕灌漿，最大深度120 m，上部設(shè)置灌漿廊道；副墻設(shè)置在上游側(cè)距離主墻14 m，最大深度55 m，墻厚1.2 m，成墻面積5 826 m2，混凝土澆筑方量8 995 m3，墻下設(shè)置帷幕灌漿，最大深度36 m，墻上設(shè)置刺墻混凝土，外包SR止水材料。防滲墻工期初步安排為6個(gè)月，要在漂卵礫石地層6個(gè)月內(nèi)完成厚1.4 m的防滲墻，這樣的施工工期是非常緊張的，必須做好各種應(yīng)急措施。針對(duì)大孤石采用了墻下聚能爆破，液壓抓斗帶重錘破碎巖石比較完整和堅(jiān)硬的地層，確保能按期完成節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。墻下基巖面入巖鑒定采用巖渣加先導(dǎo)孔鉆孔取芯進(jìn)行簽到，先導(dǎo)孔深15 m。防滲墻施工的關(guān)鍵是確保現(xiàn)場(chǎng)布置能連續(xù)施工，防滲墻施工平臺(tái)高出基坑最低水面2 m，這樣既有利于槽壁的穩(wěn)定，也有利于防滲墻的施工，同時(shí)高出的槽段頂部混凝土結(jié)構(gòu)可以采用低標(biāo)號(hào)混凝土，有利于廊道施工時(shí)墻頭的拆除和帷幕灌漿預(yù)埋管的保護(hù)。防滲墻的質(zhì)量檢查也占用直線工期，所以在防滲墻完成后應(yīng)盡早開(kāi)始防滲墻的質(zhì)量檢查工作。

(3)基坑蓋板混凝土施工。蓋板混凝土也是處于基坑底部施工的關(guān)鍵項(xiàng)目上，特別是最下部3層蓋板混凝土，心墻底部寬126 m，心墻蓋板按照設(shè)計(jì)劃分第1、2層均有9～10倉(cāng)，第3層是8～9倉(cāng)，心墻下部共有28倉(cāng)混凝土。按照常規(guī)，一周澆筑1倉(cāng)，則需要6.5個(gè)月的工期；這樣的進(jìn)度根本無(wú)法滿(mǎn)足大壩填筑的要求，心墻下部的蓋板混凝土的工期是非常緊張，為了加快心墻蓋板的澆筑速度，在第3層蓋板底部利用工字鋼搭設(shè)施工支撐排架，從第3層已經(jīng)具備工作面的部位開(kāi)始澆筑蓋板，同時(shí)采用3～4個(gè)工作班組澆筑蓋板混凝土，這樣就可以保證每周澆筑3～4倉(cāng)混凝土，一個(gè)月可以完成9～12倉(cāng)的混凝土澆筑，可以為后續(xù)蓋板固結(jié)灌漿提前提供施工工作面。

(4)基坑覆蓋層固結(jié)灌漿施工。心墻基礎(chǔ)范圍內(nèi)的覆蓋層設(shè)計(jì)了固結(jié)灌漿，灌漿區(qū)域面積接近2.6萬(wàn)m2，固結(jié)灌漿2.6萬(wàn)m2，固結(jié)灌漿處在施工的關(guān)鍵線路上，必須利用現(xiàn)場(chǎng)的施工作業(yè)面，分塊分區(qū)進(jìn)行施工，盡量少占用直線工期。固結(jié)灌漿必須選擇合適的施工工藝和灌漿方式及質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，特別是廊道基礎(chǔ)的三角區(qū)采用2次灌漿的方式來(lái)保證灌漿質(zhì)量和廊道杯形基礎(chǔ)的穩(wěn)定，覆蓋層灌漿造孔工藝的選擇，必須通過(guò)試驗(yàn)選擇合適的鉆機(jī)和鉆具才能保證施工進(jìn)度。

(5)左、右岸蓋板固結(jié)灌漿施工。壩基蓋板上的固結(jié)灌漿也是處于關(guān)鍵線路上的項(xiàng)目，特別是下部的固結(jié)灌漿是大壩填筑的基礎(chǔ)條件，所以蓋板的固結(jié)灌漿必須在蓋板澆筑后盡早開(kāi)始。部分部位的灌漿可以采用裸巖灌漿，待蓋板澆筑完成后只進(jìn)行少量的接觸段灌漿和質(zhì)量檢查及補(bǔ)充灌漿，這樣可以有效加快蓋板固結(jié)灌漿的施工進(jìn)度。蓋板灌漿施工的關(guān)鍵是施工通道和施工排架及施工排污系統(tǒng)的布置，由于蓋板的灌漿是在岸坡上進(jìn)行，處于上下交叉作業(yè)的部位，因此必須做好上下作業(yè)的防護(hù)和隔離施工，這樣才能保證施工安全，減少相互之間的干擾。

(6)墻下帷幕灌漿施工。副防滲墻的帷幕灌漿處于大壩基坑施工的關(guān)鍵項(xiàng)目上，該部位的施工直接制約后續(xù)的刺墻施工及大壩填筑，所以必須做好施工方案的優(yōu)化和方案設(shè)計(jì)，副墻下帷幕灌漿進(jìn)度的控制因素是造孔和墻下帷幕的質(zhì)量檢查，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在防滲墻內(nèi)布置足夠數(shù)量的預(yù)埋管，可以大幅度的加快防滲墻的質(zhì)量檢查進(jìn)度和帷幕灌漿的進(jìn)度，可以按照灌漿單元?jiǎng)澐痔崆邦A(yù)埋穿墻的孔，在保證墻體剛度的同時(shí)為質(zhì)量檢查和補(bǔ)灌漿提供通道。

(7)大壩基坑廊道施工。廊道位于主防滲墻的頂部，為加快廊道施工，必須提前做好混凝土的配合比設(shè)計(jì)和混凝土溫控措施。為加快施工進(jìn)度，可以在防滲墻施工完成后，提前開(kāi)挖杯形基礎(chǔ)，提前澆筑開(kāi)挖的基礎(chǔ)面，為后續(xù)廊道鋼筋施工和混凝土施工提供良好的基礎(chǔ)面。為了減少覆蓋層廊道后續(xù)變形對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋的影響，可以在廊道表面噴涂一層厚5 mm的聚脲材料，以有效保護(hù)廊道鋼筋不受地下水的浸蝕，同時(shí)也能減少底層廊道的滲漏量。廊道施工的關(guān)鍵是做好防裂和養(yǎng)護(hù)避免出現(xiàn)大量的裂縫。

(8)大壩刺墻施工。刺墻高9 m、長(zhǎng)155 m，其分層和分段澆筑是關(guān)鍵，必須做好施工組織計(jì)劃，刺墻澆筑分2層，劃分6個(gè)倉(cāng)位進(jìn)行澆筑，在右岸第2倉(cāng)預(yù)留缺口作為后續(xù)高塑性粘土施工的通道。

(9)大壩前期斷面填筑。由于大壩基坑底部的填筑方量比較大，為了消減大壩前期填筑強(qiáng)度，可以規(guī)劃上下游堆石先期填筑，大壩前期斷面提前進(jìn)行填筑，這樣基坑底部的施工才能整體向前推進(jìn)。先期斷面的填筑高差根據(jù)堆石壩施工規(guī)范要求最好不要超過(guò)30 m，先期斷面填筑盡量多靠近過(guò)渡區(qū)以減少心墻區(qū)的施工強(qiáng)度，先期斷面必須解決好集水坑的處理，避免大的集水坑在填筑階段還保留，后續(xù)排水盡量采用分散的井點(diǎn)降水方案，減少集水坑對(duì)大壩填筑整體性的影響。

(10)基坑底部心墻部位填筑施工。心墻底部的施工必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，盡量在開(kāi)始階段選擇質(zhì)量比較穩(wěn)定的料源。填筑初期應(yīng)加強(qiáng)施工的質(zhì)量控制，特別是加強(qiáng)含水率的控制，減少心墻填筑初期就出現(xiàn)超孔隙水壓力。底部施工必須嚴(yán)格控制土料的含水率和施工進(jìn)度，同時(shí)做好底部施工的水流控制，將抽水坑的水面高程控制在填筑面以下2 m，以免地下水位過(guò)高影響壓實(shí)質(zhì)量。心墻底部的施工開(kāi)始階段必須加強(qiáng)質(zhì)量檢查的頻次，確保各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，底部水流控制必須采用分散抽水和降水的措施以減少對(duì)大壩填筑的影響和已經(jīng)填筑面基礎(chǔ)的影響，盡量在遠(yuǎn)離心墻的區(qū)域多設(shè)置井點(diǎn)進(jìn)行排水，減少抽水和大壩填筑之間的干擾，同時(shí)也要避免在填筑階段基坑內(nèi)出現(xiàn)比較大的集水坑。

3 結(jié) 語(yǔ)

深大基坑土石壩底部施工項(xiàng)目多，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，工期非常緊張，各項(xiàng)施工間的干擾大，且施工受天氣條件的影響大，所以在施工前必須做好施工規(guī)劃和方案研究工作，設(shè)置明確的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，通過(guò)各種措施保證關(guān)鍵項(xiàng)目的施工質(zhì)量和進(jìn)度。

基坑抽水必須作為最重要的保證措施來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)施，初期排水可以采用集中排水，后期填筑階段排水要采用分散布置以減少對(duì)填筑進(jìn)度和質(zhì)量的影響。心墻底部的15 m高塑性粘土和礫石土施工應(yīng)盡量安排在非雨季，否則降雨會(huì)影響心墻的施工質(zhì)量。大壩底部施工是整個(gè)大壩工期的關(guān)鍵，必須高度重視，應(yīng)設(shè)立心墻底部施工協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，確保現(xiàn)場(chǎng)的施工協(xié)調(diào)與技術(shù)服務(wù)能同步跟進(jìn)。礫石土心墻壩填筑在不同的階段控制大壩填筑進(jìn)度的主要因素不同：開(kāi)始填筑階段主要受周邊基礎(chǔ)條件影響；填筑到大壩中間部位時(shí)，大壩斷面最大，填筑方量巨大成為主要控制因素；大壩填筑到頂部高程，由于道路布置困難，現(xiàn)場(chǎng)工作面狹窄，交叉作業(yè)增多，填筑層數(shù)成為壩體上升的主要控制因素。因此在安排大壩工期時(shí)要綜合考慮上述影響因素及雨季的影響，不能以填筑方量或者心墻上升高度等單一指標(biāo)作為進(jìn)度目標(biāo)。

[1]黃聲享， 劉經(jīng)南， 吳曉銘. GPS 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)及其在堆石壩施工中的初步應(yīng)用[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)： 信息科學(xué)版， 2005， 30(9)： 813- 816．

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[5]趙晨生. 高心墻堆石壩耦合施工進(jìn)度與質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制研究[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2012．

(責(zé)任編輯 王 琪)

Construction Technology Research of Key Parts of Earth-rock Dam in Deep Foundation Pit

SUN Zhouhui

(Sichuan Ertan International Engineering Consulting Co., Ltd., Chengdu 610072, Sichuan, China)

The excavation volume of foundation pit in Changheba Hydropower Station is about 3.2 million m3, the width of foundation pit along upstream and downstream channel is about 900 m, and the excavation depth is more than 30 m. The interference between foundation pit excavation and other construction is serious. Because the cutoff wall constructions, gallery construction, curtain grouting under cutoff wall, grouting in deep overburden and quality inspection are closely connected, the constructions in foundation pit must be reasonably planned in order to avoid the delay of construction duration. The construction process and main construction technologies of key parts of dam in foundation pit of Changheba Hydropower Station are introduced in detail．

earth-rock dam; construction technology; deep foundation pit; cutoff wall; foundation pit pumping; Changheba Hydropower Station

2016- 07- 22

孫周輝(1980—)，男，陜西寶雞人，高級(jí)工程師，從事水電工程監(jiān)理工作．

TV641.1(271)；TV223.4

A

0559- 9342(2016)10- 0066- 04