拉哇水電站Ⅷ號堆積體超大抗滑樁施工技術

張小金

四川省翼展時代建筑工程有限公司，中國·四川 成都 610081

1 工程概況

拉哇水電站位于金沙江上游，是金沙江上游13 級開發方案中的第8 級，拉哇水電站屬一等大（1）型工程，總裝機容量2000MW。

Ⅷ號堆積體位于拉哇溝下游150～750m 的金沙江左岸，堆積體地形坡度33°～37°，平面面積為0.18km2；堆積體組成物質以碎石土夾塊石為主，局部有大孤石，多呈松散狀，鉆孔揭露的最大厚度約57m，估算體積為410×104m3。右岸導流洞尾水正對著Ⅷ堆積體后緣，Ⅷ堆積體的穩定顯得尤為重要，抗滑樁對消除堆積體的失穩起著至關重要的作用，更是后期壩址基坑開挖的重要保證[1]。

1.1 工程地質情況

Ⅷ號堆積體位于拉哇溝下游150～750m 的金沙江左岸，后緣陡壁以PTXNa-5 角閃片巖為主，上游山脊及下伏基巖以PTXNa-3 角閃片巖、云母石英片巖為主，巖層產狀為N30°～N40°W、SW ∠25°～35°。堆積體組成物質以碎石土夾塊石為主，局部有大孤石，多呈松散狀。根據鉆探資料和高噴防滲墻資料顯示，抗滑樁需要穿過堆積層，河床沉積的粉細砂層，進入基巖層。

1.2 工程設計

Ⅷ號堆積體處理一期工程抗滑樁設計數量為35 根，（Z-1～Z-8）樁身斷面為2.5m×4m 樁身長度為20m，（Z-9～Z-35）樁身斷面為4m×6m 的抗滑樁有35～43m。圖1為抗滑樁一期工程平面布置圖。

圖1 抗滑樁一期工程平面布置圖

2 工程特點、重點和難點

2.1 樁體數量多，樁徑過大，組織管理任務重

本工程共計35 根抗滑樁，其中（Z-9～Z-35）樁身斷面為4m×6m 的抗滑樁有27 根。樁徑超大，很少有類似工程經驗，同時開始18 根樁的開挖、工序交錯復雜，現場管理協調任務極重。

2.2 碴料提升設備受限，提升效率低下

樁口施工平臺較小，樁徑過大，周邊安全環境惡劣，且樁內凈空被分割為2.0m×2.0m，大型起吊設備如吊車、大型龍門吊均難以布置?？够瑯毒^35m 深，加之本項目處在高原，海拔超過2800m，對提升設備的性能要求較高，設備的運行效率均不同程度有所降低，只能選擇最常規的提升設備，提升效率低下。

2.3 樁內水文地質復查，開挖難度大

抗滑樁要通過堆積層，根據鉆探資料堆積層中最大孤石直徑約4m，抗滑樁需要通過厚度將近6m 的粉細砂層，抗滑樁進入基巖段后基巖完整性較好，且強度較高，有限空間爆破開挖較困難。地下水采取排入樁內抽排的方式，對抗滑樁開挖造成較大難度。

2.4 大體積凝土澆筑

樁徑大，單樁混凝土量最大為1100m3，樁體過深，35～43m 不等，且樁內水量無法估計，因此對混凝土的攪拌、運輸、下料方式、澆筑都提出了較高的要求。

3 抗滑樁施工前期工程

3.1 施工便道及施工平臺

抗滑樁施工便道及施工平臺利用防滲墻施工期間在臨江側修筑的平臺繼續回填至樁頂標高。道路及平臺總寬度保證9m 就可以解決抗滑樁施工期間和其他車輛運輸過程中的干擾，見圖2（抗滑樁回填平臺）。

圖2 抗滑樁回填平臺

3.2 孔口安全防護

為防止堆積體落石，在樁頂靠山側鎖口外兩米位置設置高3m 厚2m 的鋼筋石籠做為擋渣墻，防止坡面落石掉入樁內。局部受平臺限制不能施做擋碴墻地段采用工20 工字鋼沿坡面設置擋碴護欄。對山體坡面根據現場地形設置主動防護網避免雨季坡面碴料滑落（見圖3）。

圖3 抗滑樁孔口防護

3.3 防滲墻施工

距抗滑樁軸線不小于5.5m 布置一排“覆蓋層高壓噴射灌漿+基巖帷幕灌漿”防滲體，高壓噴射灌漿和帷幕灌漿均采用水泥漿灌注，水泥強度等級為PO42.5MPa。高壓噴射灌漿采用兩重管高壓旋噴，自下而上進行噴射作業，高壓噴射灌漿孔單排布置，孔距為0.8m，孔深入基巖1.0m，鉆孔深度約12～22m，噴漿壓力30Mpa。 帷幕灌漿采用“三參數大循環”灌漿自動記錄儀進行數據采集及參數控制，灌漿采用孔內循環法一次性全孔灌漿。

帷幕灌漿孔間距1.6m，終孔深度為高噴墻底以下4.0m，并結合現場情況復核，帷幕灌漿壓力采用1.0MPa。高壓噴射灌漿、帷幕灌漿設計標準為灌后透水率q≤5Lu。

4 抗滑樁施工

4.1 抗滑樁施工工藝流程

抗滑樁施工工藝及流程圖如圖4所示。

圖4 抗滑樁施工工藝及流程圖

4.2 超大抗滑樁難點施工技術

4.2.1 提升設備選型

提升設備的選型關乎到樁內施工人員的生命安全及樁的施工效率，如何選擇安全可靠的提升設備尤為重要。必須通過科學的驗算，保證足夠的安全系數。

該項目選擇的設備由動力裝置和支架兩部分組成。動力裝置由卷揚機、制電器、繩筒和鋼絲繩組成；支架由角鋼、鋼組及定滑輪組成。在支臂中安裝有配電箱，為安全考慮，本設備同時配備限位器及配重塊。操作按鈕啟動器實現電動機正反轉可將鋼絲繩卷繞、放開，并通過支架部分滑輪起吊下方物料來完成吊運作業。

4.2.2 計算過程

荷載計算：

①桶的直徑50cm，高50cm，壁厚5mm，自重m1，19.5Kg。

②桶的體積V=3.14×0.252×0.5=0.099m3。

③桶內石頭重量按照最大最重碎石計算，碎石密度為1.55g/cm3，其中1 方=1000000cm3，桶內石頭重量=0.098×1550kg=152kg。

④總重M1=m1+m2=19.5+152=171.5kg，為了方便計算取值172kg。根據G1=M1g=172×10=1720N=1.73KN。

⑤電動卷揚機去除鋼絲繩后自重m3=237kg，得：

G2=m3g=237×10=2370N=2.37KN

提升設備示意圖如圖5所示。

圖5 提升設備示意圖

鋼絲繩容許拉力計算：

根據品茗安全計算軟件2017 得知參數如圖6所示。

圖6 根據品茗安全計算軟件2017 得知的參數

鋼絲繩容許拉力可按下式計算：

[Fg]=aFg/K

式中，[Fg]——鋼絲繩的容許拉力；

Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，Fg=59.09kN；

A——考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數，

α=0.95；

K——鋼絲繩使用安全系數，取K=5.00；

經計算得：[Fg]=59.09×0.95/5.00=11.23kN。

經比較得：11.23KN ＞G1=1.73KN，鋼絲繩滿足要求。

抗傾覆計算：

提升機尾部采用70cm×22cm×48cm（長寬高）配重塊（C20 混凝土制成）2 塊，M 配=0.7m×0.22m×0.48m×2450kg×2=362.2kg。

矩形管50mm×50mm×3mm 每延米重量4.43kg。

角鋼60mm×60mm×5mm 每延米重量4.82kg。

吊架懸臂：矩形管長度為1.8m+3.0m=4.8m，重量為4.8mx4.43kg/m=21.27kg。

吊架后端：角鋼重量：（3m×2+1.48m×2）×4.82=43.19kg矩形管重量：（2.3m×2+1.48m×2）×4.43=33.5kg。

桶加石渣自重：171.5kg；

卷揚機自重150kg；

鋼絲繩按50m 考慮，通過所查資料得知直徑10mm的鋼絲繩100 米自重48.1kg， 則50m 鋼絲繩重量為48.1kg×50m/100m=24.05kg。

其他小部件忽略不計，按照最大彎矩考慮：

根據平衡原理得：1.8m×T1=2.3m×T2 此時為平衡狀態，若想提升架不傾覆，則有1.8m×T1 ＜2.3m×T2。

其中T1 按鋼絲繩重量全部作用在吊桶側，則

T1=(172kg+21.27kg+24.05kg)×10N/kg=2174N

T2=(362.2kg+76kg+150kg)×10N/kg=5882N

根據上述計算：

經比較（1）＜（2），富余系數：13528.6/3913.2=3.457，力矩滿足要求，配重滿足要求。

4.2.3 管涌、流沙層施工

根據鉆探資料顯示，本項目抗滑樁需要通過厚度將近3～6m 的粉細砂層，粉砂層厚度較大，如何確保安全成功穿過粉砂層成為本工程的難點。項目根據流沙層揭露的具體情況，采取了以下幾種處理措施。

①集水井強排法。

集水井強排法前提是抗滑樁底標高在不透水層以上，且待挖土體中的地下水浸潤線標高低于抗滑樁底標高。如果由于地下承壓水的作用抗滑樁內出現管涌，應立即采用細石或綠豆砂將管涌口覆蓋以減少涌水口的砂土流失，同時在抗滑樁底挖臨時集水坑用水泵進行明排水，對抗滑樁中土進行搶挖。集水井可采用直徑在600～800mm 左右的鐵皮桶（如柴油桶）做成，桶壁打有集水小孔，外側為綠豆砂反濾層。

集水井排法的注意點：

管涌出水口應時刻覆蓋有細石或綠豆砂濾層，保證流水暢通但不流失砂土。

開挖速度要快，采用搶挖措施，先挖臨時集水坑，后挖涌水點到集水坑的排水明溝，最后開挖抗滑樁土體。

鐵皮桶的集水井外側反濾層要有足夠的厚度，以確保集水井中抽取的是清水。

②深井降水法。

當抗滑樁內出現管涌現象，立即停止開挖，并將抗滑樁回填到地下承壓水頭以上，采用鉆孔下套的方法進行打深井，深井的深度一般在不透水層以下2～3m 即可，采用深井抽水，以降低抗滑樁低部位的地下承壓水頭，使其降到抗滑樁底標高以下0.5m。深井的數量應根據樁的大小，承壓水頭的高度、承壓水土層的滲透系數等參數經計算確定[2]。

③注將法。

在開挖基坑中局部深坑時，如抗滑樁底出現管涌，但承壓水頭較低時（低于抗滑樁頂面標高）可采用注漿法。首先應立即停止對局部抗滑樁的開挖，并對抗滑樁進行部分土方回填，將流沙、管涌點埋沒，回填高度應高于承壓水頭的高度。然后采用注漿法將樁中的土方進行注漿加固，其方法同土體抗滲加固截水法（見圖7）所述。但由于是應急措施，不宜采用需大型設備進場的深層漿噴攪拌或粉噴攪拌等方法。為加快注漿的凝固和提高早期強度，應在注漿液中摻入一定比例的水玻璃或早強劑。注漿加固土體具有一定的強度后即可進行抗滑樁開挖，當抗滑樁底接近于或穿過不透水層時，應當對抗滑樁底土體進行搞浮穩定驗算，以確定注漿加固土層的厚度。

圖7 豎向截水與坑內井點降水結合方案

④土體抗滲加固截水法：當地下含水層滲透性較強，厚度較大時，可采用懸掛式豎向截水與坑底井點降水相結合（見圖7）在土體開挖之前，對樁臨江側抗滲薄弱的土體進行抗滲加固。土體抗滲加固的方法有深層攪拌樁加固、粉噴樁加固、壓密注漿加固及劈力注漿加固等方法。土體抗滲加固的水泥摻量可根據試驗確定，一般漿噴深層攪拌的水泥摻量宜為被加固土重量的15%～18%；粉噴深層攪拌的水泥摻量宜為被加固土重量的13%～16%；注漿加固的漿液注入率一般為被加固土體重量的15%～20%，漿液配合比：水泥∶粉煤灰∶水玻璃=1 ∶1 ∶0.04。加固的范圍（深度和厚度）可經過計算確定，被加固的土體具有一定強度和較高抗滲能力，形成一截水帷幕，截水帷幕的滲透系數不宜小于1.0×10-6cm/s，可保證深坑開挖時，不會出現流沙或管涌現象。

4.2.4 樁身水下混凝土灌注

清孔→安放下料漏斗及鋼導管→導管閉水試驗（水密、承壓）和接頭抗拉試驗→混凝土澆筑[3]。

①若孔內滲水量上升速度大于6mm/min 時，采用導管法灌注水下混凝土，混凝土坍落度控制在180～220mm，導管中心正對孔中心，在灌注混凝土開始時，導管底部到孔底距離40cm。

②混凝土灌注過程中導管應始終埋在混凝土中，嚴格控制導管不能提出混凝土面。在整個灌注過程中，出料口伸入先前灌注的混凝土內至少2m，以防漏管，且不大于6m，如果出料口伸入混凝土過深，導管壓力過大，將造成堵管。

③灌注過程中應經常測量孔內混凝土面層的高程，及時調整出料口與混凝土面的相對位置，并予以嚴密監視，導管應勤提勤拆，一次提留拆管不得超過6m。

④混凝土澆灌時，隔水塞采用鐵絲懸掛于導管內。混凝土灌入前應先在灌斗內灌入0.2～0.3m3的1 ∶1.5 水泥砂漿，然后再灌入混凝土，等初灌混凝土足量后，灌注混凝土的數量應滿足導管初次埋置深度（≥2.0m）和填充導管底部間隙的需要，導管內混凝土柱和管外泥水樁壓力平衡。首批灌注混凝土的數量可參照鉆孔樁首批混凝土數量計算公式（35m 樁示例）（見圖8）?？够瑯稊嗝孑^大，計劃安排兩套灌注系統[4]。

圖8 灌注混凝土示意圖

式中，V——首批混凝土所需數量（m3）；

h1——井孔混凝土面高度達到H c 時，導管內混凝土柱需要的高度（m），h1≥γwHw/γc；

Hc——灌注首批混凝土時所需井孔內混凝土面至孔底的高度（m），Hc＝h2+h3，（2+0.4=2.4m）；

Hw——井孔內混凝土面以上水或泥漿深度（32.6m）；

D——井孔直徑（m）（5.72m）；

d——導管內徑（m），0.30m；

Γc——混凝土拌合場的容重（kN/m3），取24kN/m3；

γw——井孔內水的容重（kN/m3），取9.8kN/m3；

h2——導管初次埋置深度，h2 ≥2.0m；

h3——導管底端至鉆孔底間隙，約為0.4m。樁徑為1.5m 時，HW=35-2-0.4=32.6m

V ≥[3.14×0.3×0.3×13.32/4+3.14×5.72×5.72×2.4/4]/2=10.3m3

5 結語

通過對拉哇水電站Ⅷ號堆積體處理一期工程超大直徑抗滑樁的施工，結合工程的重難點科學組織，針對提升設備、流沙、滲水、大體量水下混凝土灌注等施工難點重點攻克，加強對施工工藝、質量檢驗和施工安全等方面的及時改進，加快了抗滑樁施工進度，確保了項目按期完成履約，為類似工程施工提供了寶貴經驗。