江坪河水电站淤泥质基础高土石围堰施工技术.pdf

2012年6月下施工技术第41卷第367期C0NSTRUCTIONTECHN0L0GY编者按：武警水电第二总队以军事化的组织形式承担国家基本建设任务，承担国家重大能源交通项目建设，大江大河治理等水利基础设计建设和急工险段、重点部位的防洪抢险任务，同时还依法执行维护社会稳定和处置突发事件的任务。为了记录武警水电第二总队几十年的风雨兼程，特编辑出版本专刊，集中报道他们所参与的重大工程的施工技术和项目管理经验，以飨读者。江坪河水电站淤泥质基础高土石围堰施工技术严匡柠，张海英，李宜忠(武警水电第二总队，江西南昌330096)[摘要]江坪河水电站土石围堰处于古堰塞湖沉积淤泥层上，其最大堰高83．4m。为确保围堰施工质量、安全及进度等要求，结合上游围堰工程特点及现场实际水文地质情况，对弹性混凝土防渗墙成槽及置换区淤泥开挖技术方案进行优化，并采用网格式喷射混凝土替代膜上干砌块石压重施工技术，缩短了围堰施工工期，保证了围堰防渗效果，取得了较好的经济效益和社会效益。[关键词]水电站；围堰；基础；防渗墙[中图分类号]TU753．1[文献标识码]A[文章编号]1002—8498(2012)12-0001-04ConstructionTechnologyofHighEarth-rockfillCofferdaminMuddyGroundinJiangpingheHydroelectricPowerStationYanKuangning，ZhangHaiying，LiYizhong(No．2HydropowerForceofArmedPolice，Nanchang，Jiangxi330096，China)Abstract：Earth—rockfillcofferdamofJiangpingheHydroelectricStationlocatesatmuddylayerofancientdammedlake，andthemaximumaltitudeofthecofferdamis83．4m．Forensuringtheconstructionquality，safetyandprogress，combinedwiththecharacteristicsofupstreamcofferdamandhydrogeologyconditions，thetechnicalschemesareoptimizedincludingelasticconcreteleakagewalltrenchingtechnologyandmudexcavationinreplacementarea．RCnetsprayedconcretetechnologyisadoptedinsteadofuniformpressurebydrystonetechnology．Theconstructionperiodisshorted，andtheanti—seepageeffectofcofferdamisensured，thengoodsocialandeconomicbenefitsareobtained．Keywords：hydroelectricpowerstations；cofferdams；foundations；leakagewall1工程概况盖层基础为古堰塞湖沉积相灰黑色黏土、黑色腐殖江坪河水电站挡水建筑物为混凝土面板堆石质砂质黏土或淤泥质黏土，为防止围堰挡水期下游坝，最大坝高219．0m。大坝施工期间采用隧洞导基础受挤压变形产生失稳破坏，围堰下游坡脚以上流，上下游围堰一次拦断河床的导流方式，上下游区域淤泥覆盖层需进行清除并置换块石，清除长度围堰均按全年不过水土石围堰设计，围堰标准剖面40m，基础其他部位淤泥覆盖层不作清除处理。如图1所示。2围堰施工难点上游围堰最大堰高83．4m，填筑总体积90．8万1)堰基地质条件复杂，覆盖层厚且主要为古堰’m。围堰基础采用塑性混凝土防渗墙防渗，墙厚塞湖沉积淤泥层。围堰基础塑性混凝土防渗墙施1．2m。防渗墙以上堰体采用复合土工膜斜墙防渗，工中，在近30m厚淤泥层造孔形成1．2m宽深槽，因膜上采用干砌块石压重层。由于围堰高度大且覆受钻机振动冲击的影响，淤泥层槽壁可能液化失稳，从而导致整个槽孔坍塌。水利水电工程中塑性[收稿日期]2012~3．27[基金项目】武警水电第二总队2012—2O14年度科研规划项目混凝土防渗墙墙厚一般≤0．8m。小浪底主坝混凝[作者简介]严匡柠，武警水电第二总队高级工程师，江西省南昌市土防浪墙墙厚虽为1．2m，深度也较深，但其基础为高新区艾溪湖三路1号330096，电话：15807910921，E-mail：nkykn@126．com砂砾石层而非淤泥层。因此在厚30m的淤泥层中 2施工技术第41卷图1上游围堰标准剖面Fig．1Thestandardprofileofupstreamcofferdam实施宽为1．2m的防渗墙深槽，尚无实例可参考。l期槽孔(68m)I期槽孔(6．8m2)围堰坡脚上游40m范围内淤泥覆盖层置换l／5、)23、)4(1／5~2r3、4fl，5、23、4(t／d暑区，由于淤泥层中地下水丰富，且两岸存在地下溶II期槽孔(6．8m)洞水，大型机械设备在淤泥中实施开挖作业，极有可能因滑陷而无法施工。图2槽孔划分示意3)围堰为高土石围堰，工程量大，施工场面狭Fig．2Divisionofslots窄，道路布置困难，施工期短，要求在一个枯水期内高、岩石硬度不大的基础有较好的适应性，便于操完成，施工强度高，在规划上带来较大难度。淤泥作和维护。施工时按先I期槽孔、后Ⅱ期槽孔的顺开挖的同时，围堰上游侧须同时填筑。受堆载的影序进行，同一期的槽孔遵循先主孑L钻进，后劈打副响，更加不利于淤泥开挖边坡的安全与稳定。孔，最后劈打小墙成槽的原则。主孔施工采用冲击4)围堰上游土工膜铺设完成后，膜上干砌块石钻进法，采用浓泥浆护壁，并在钻进过程中按比例压重层铺筑时，作业人员需在土工膜上行走，土工投入黏土和碎石，可一方面进行冲击挤密堵漏，另膜易遭踩踏，防渗质量不易得到保证，且人工作业量大，占用时间长，不能在短时间内具备挡水条件。一方面在淤泥层孑L壁中挤入碎石以提高淤泥孔壁的变形模量，减小因钻机冲击液化塌孔。副孔采用3围堰施工技术上劈下钻法施工，上部以劈打为主，下部采用三钻为保证围堰施工质量，确保围堰施工期安全，法施工，即先在副孔中间冲击钻孔，成孔后再对两使围堰在短期内具备挡水条件，针对上述难点，在边小墙进行劈打。副孔劈打施工时，必要时在主、以下4方面进行了深入研究和优化：①1．2m厚塑性副孔内回填黏土。渣料用抽渣桶提出，倒在倒浆平混凝土防渗墙在深厚淤泥层中成槽施工工艺；②深台上，浆液由排污沟排出到指定排污池固化，冲洗厚淤泥层开挖置换施工工艺；③围堰填筑与置换区干净的碎石渣在淤泥层钻进中可再次利用。待槽开挖施工规划；④围堰上游坡面防渗土工膜采用网段副孔施工完成，开始清孔成槽施工。格式喷射混凝土替代干砌块石压重工艺。3．1．2成槽关键技术3．1塑性混凝土防渗墙成槽施工技术3．1．1淤泥覆盖层中防渗墙成槽施工在淤泥覆盖层造孔成槽的关键问题是如何克服淤泥液化失稳。由于淤泥变形模量低，经2．3t钻防渗墙施工平台为截流戗堤上游侧回填平台，高程与戗堤同高(即303．5m高程)，考虑外水压力头上下冲击振动后，孑L壁周边的淤泥易液化，导致整个孔段坍塌。为提高孔壁周边淤泥的变形模量，的影响，将平台抬高2．0m。在平台回填时采用细粒料回填，出露水面后采用振动碾碾压密实，干密经研究分析并通过现场试验，除按常规施工工艺向槽内注入浓泥浆和投入黏土块外，还需投入适量碎度≥1950kg／m，以满足导墙的施工要求，防渗墙施工槽段划分如图2所示，图中奇数孔为主孑L，偶数孔石块，形成掺砾泥浆。碎石块通过钻机的冲击，挤为副孔，每个槽孔由3个主孔2个副孔组成，单个槽入孔壁周边的淤泥层内，形成淤泥积石层，如图3所孔长度为6．8Ill。示。碎石块可就地取材，抽渣桶倒在倒浆平台的渣防渗墙采用ZZ-5型冲击钻机钻孔，该钻机附带料，经水冲洗干净的碎石渣再次投入孔内。碎石块2．3t钻头，对淤泥性软基和漂石、孤石等含量不太投入量按槽壁可形成20～30cm厚的淤泥积石层的 严匡柠等：江坪河水电站淤泥质基础高土石围堰施工技术3原则进行估算，即根据造孔段槽壁面积乘以拟形成想，并经论证后付诸实施，如图4所示。的淤泥积石厚度，作为应投入碎石渣量。泥图4淤泥置换区开挖分层规划示意Fig．4Planningofmudexcavationlayersinthereplacementarea斜面分层开挖，较好地解决了淤泥的排水问图3淤泥层槽段碎石固壁示意Fig．3Strengtheninghole-wallwith题，可以使淤泥层的地下水始终向上游汇集，从而gravelinmuddyground保证汇水区下游侧的大部分淤泥可保持相对干燥。现场实践表明，只要地下水在淤泥层1．0m以下，表3．2置换区淤泥开挖施工技术层淤泥即可呈现相对干燥，设备和车辆可自由行3．2．1淤泥置换区技术问题驶；当地下水在表层淤泥0．5m以内，经过挖掘设备围堰下游坡脚40m范围内淤泥置换区开挖技的履带扰动或经车辆轮胎碾压后，表面即呈稀泥术问题如下。状，即使垫渣，车辆也常滑陷。所以斜面分层开挖1)淤泥层近30m厚且淤泥覆盖层地下水丰富，方案的实施，基本保证了车辆直接在淤泥面上行淤泥层应如何实施地下水引排，其排水效果如何；驶，而不需要另行垫渣。加快了开挖进度，相对水考虑到淤泥滑陷的影响，能否采用大型设备高效、平分层开挖而言，避免了大量垫渣和二次开挖。快速地实施淤泥开挖。3．2．3淤泥层开挖边坡“二次成坡”技术2)开挖过程中淤泥的边坡稳定性如何，在开挖河床淤泥在无水的情况下，开挖后可保持较陡过程中，淤泥边坡是否可能突然滑塌引发安全事故。边坡。但在采取斜面分层开挖的过程中，淤泥层地3)围堰的全面上升受开挖置换工期的制约，致下水以及地下溶洞水汇集至上游对开挖边坡形成使围堰后期的填筑强度增大。对于置换区的开挖，长期浸泡，使边坡难以一次性按设计要求的坡度其自身的开挖工程量约10万m，但置换区近似为(即1：2)形成。为保证开挖过程中的边坡安全，边正方形的深坑，两岸无法直接布置施工道路，需结坡按“二次成坡”的方式形成，即临近水面的边坡先合围堰下游坝内的施工道路至淤泥覆盖层置换区。按1：3～1：5放缓处理，在开挖下一层时，本层1：3～由此，因坝内道路区域淤泥必须同时开挖，开挖工1：5的临时边坡淤泥层地下水可渐渐渗出，当坡面呈程量增大至原来的3倍，置换区的开挖工期将进一现干燥状态时，再采用长臂反铲将边坡修整成设计步延长，进而加剧围堰后期的填筑压力。边坡，如图5所示。3．2．2开挖分层规划与排水措施按常规的土方开挖方法，开挖时多以水平分层为主。在本工程中，如果采用水平分层，尽管开挖周边可以设置井点降水和挖设排水沟对淤泥层的地下水实施引排，但降水效果不理想，淤泥层的开挖仍在高地下水位状态下进行，设备滑陷的风险依然存在。为防止施工设备在淤泥中滑陷，还可以在开挖作业面和车辆的行驶路面铺垫石渣，即采用垫图5淤泥置换区开挖“二次成坡”示意Fig．5Twiceslopformingin渣施工。但如果地下水得不到较好的引排，就算采mudreplacementarea用了上述的垫渣方法施工，车辆依然会打滑或下陷，还增加了20％左右的垫渣二次开挖工程量。3．2．4围堰上游侧填筑与堰脚开挖同步进行针对上述问题，在开挖淤泥质土层前，对其基由于围堰高，工程量大，围堰填筑受堰脚开挖本特性进行细致分析，提出了斜面分层开挖的构置换的制约，若围堰在堰脚开挖置换完成后再实施 4施工技术第41卷全面填筑，则填筑工期不足4个月，日填筑量将接近为解决以上不利因素，施工时先在坡面上采用2．0万m，在如此狭窄的丁作面上无法实现。所以木方条隔成5m×5m的网格，隔缝木方条在纵向错在堰脚开挖前以及开挖过程中，围堰的上游侧均应缝布置，然后再向网格内喷射厚15cm混凝土。每力争多填筑，以减轻围堰后期强度较大的填筑压一网格喷射完成后，在该网格混凝土内再插入4根力。因此，涉及上游侧填筑区(临时填筑断面)坡脚~b50cm的排水管。如此设置后，混凝土网格可与坡与置换区开挖开口线之间的安全距离问题以及置面协调变形，当混凝土坡面内有积水时，则可从排换区开挖边坡稳定问题。水管和隔缝板形成的伸缩缝中渗出，可有效减小混经研究论证，在置换区开挖前，上游侧通过适凝土板块的内水压力，保证喷射混凝土的稳定性。当的填筑可对河床覆盖层基础实施加载，有利于覆为解决混凝土费用较高的问题，一方面，由于混凝盖层的进一步固结排水，后期置换区开挖时覆盖层土骨料较细，喷射混凝土不至于对土工膜形成破基础的边坡反而会更加稳定。在实际填筑中，利用坏，可将土工膜以上20cm厚的砂卵石保护层取消；防渗墙施工的时机，在下游置换区尚不能开挖的情另一方面，在1：2．5的坡面上喷射混凝土，混凝土回况下，则结合围堰预进占平台进行303．5m高程以弹量少，混凝土可不掺速凝剂。如此优化后，总费下的填筑，最大可能地对基础实施加载。在置换区用反而略低于干砌块石方案。开挖时，上游侧临时填筑断面的最大高度≤30m，下4结语游侧坡脚至置换区开口线距离≥40m，同时配合上江坪河水电站上游围堰因围堰高且坐落在深述的“二次成坡”技术，同时进行围堰上游侧的填厚淤泥质基础上，在采用常规围堰技术施工的同筑。为确保开挖边坡的安全与稳定，在开挖边坡适时，重点对以下4个方面进行了深入研究和技术创当位置打桩布置观测点实施观测，如边坡有移位的新，这些新技术的成功运用，确保了围堰的施工质征兆，迅速停止围堰加高填筑，并通知施工人员和量以及围堰施工期间的安全。基坑挖装设备撤离开挖区。1)在深厚淤泥层上建造1．2m厚的塑性混凝土3．3采用网格式喷射混凝土替代膜上干砌石压重防渗墙，在造孔成槽时，除按常规工艺注入浓泥浆施工技术外，还投入碎石渣形成掺砾泥浆。石渣就地取材，上游围堰的堰体采用复合土工膜进行防渗，土抽渣桶抽出的石渣经清水冲洗干净后可重复利用。工膜面积21630m。土工膜上下两面的设置较为复2)通过采取斜面分层等多种综合措施，使置换杂，膜上有20cm厚的砂卵石保护层和50cm厚的干区淤泥层开挖不受淤泥滑陷的困扰，可投入大量设砌块石压重层，干砌块石总量近1．0万1TI。由于地备进行淤泥开挖，开挖效率达常规开挖的2倍以上。形条件制约，围堰填筑施工道路需沿围堰上游坡面3)淤泥开挖边坡采用“二次成坡”技术，在确保布置，即需在上游坡面设置“之”字形道路来完成围堰脚置换区开挖边坡安全的同时，上游侧同堰最大堰的填筑。为此，上游坡面的土工膜施工并不能与可能地进行了同步填筑，削减了后期围堰填筑强度。围堰填筑同步，只能在围堰填筑至设计高程并将道4)采用网格式喷射混凝土替代土工膜之上的路占压部位补填完成后再进行土工膜施工。由于干砌块石压重层，避免了砌石施工时对土工膜造成土工膜的摊铺面积大，膜上砌筑干砌块石量大、占破坏的风险，同时喷射混凝土为机械化作业取代了用时间长，且砌筑石块时，极易因搬运石块踩踏或以人工为主的砌石作业，大大提高了施_r丁效，缩码摆石块对土工膜造成破损。为确保围堰填筑至短了围堰防渗施工工期，使围堰迅速达到度汛标准。设计高程后能在短时间内具备挡水条件，对围堰上参考文献：部防渗结构进行优化，提出采用网格喷射混凝土替[1]陈作华，勒满常．混凝土防渗墙体积代替法接头工艺在小浪代干砌块石的思路。底工程中的研究应用[J]．水利水电技术，1996(2)：39~-3．[2]敖细平，张华．滩坑水电站坝基淤泥质深覆盖层开挖施工技采用喷射混凝土替代干砌块石费用略高，技术术[J]．科协论坛，2010(8)：36—37．上可能带来的问题是：干砌块石能适应坡面的变形[3]王明明，李忠雨，翟树起，等．天津滨海地区海相淤泥质软土且透水性好，汛期洪水陡涨陡落时，干砌块石内部基坑开挖及坑底加固技术[J]．施工技术，2008，37(9)：的积水可迅速流出，不至于沿坡面向下滑动；如采14一l5．用喷射混凝土，由于所喷射的混凝土为整体板块，[4]陈祖煜．土质边坡稳定分析、原理方法程序[M]．北京：中困水利水电出版社，2003．不能适应坡面的变形，洪水陡涨陡落时，渗入混凝[5]叶冬冬，杨进新，冯雁．采用土工膜斜墙防渗的土堤坝稳定性土内的积水不能及时流出而形成内水压力，在其作研究fJ]．人民长江。2011(7)：70-73．用下，混凝土板块可能向下滑动。