水布垭左岸深覆盖层防淘墙采用宽竖井施工技术

PAGE水布垭左岸深覆盖层防淘墙采用宽竖井施工技术1、工程概况水布垭水利枢纽由混凝土面板堆石坝、溢洪道、右岸地下式电站和放空洞等建筑物组成，溢洪道位于左岸，由引水渠、控制段、泄槽(含挑流鼻坎)和下游消能防冲段组成。下游消能防冲段采用防淘墙加护岸进行保护。防淘墙总长度851.35m，由三部分组成，即左岸段、上游横向段和右岸段，其中左岸段和上游横向段由葛洲坝集团基础工程有限公司承建。左岸段以导流洞消力池尾坎和左导墙交汇处L0为起点，向下游沿大崖高边坡及大岩淌滑坡坡脚布置，至下游基本不冲刷的L5点止，呈折线型布置，轴线长度336.48m。防淘墙设计顶高程一般为▽200.0m，底高程在冲刷坑最深的部位为▽160.0m，左岸防淘墙往下游延伸，底高程逐渐抬高，终点高程为185.0m。防淘墙采用钢筋混凝土结构，墙厚一般为3m，最大厚度4.5m，砼设计强度为C30。2、地质情况左岸防淘墙位于坝址峡谷口处大崖沱深潭，左岸为大崖边坡和大岩淌滑坡。溢洪道消能冲刷区所在的地层为二叠系下统马鞍组（P1ma）、石炭系中统黄龙组（C2h）、泥盆系上统写经寺组（D3x）等岩性软弱的地层。岩体完整性差，风化较强烈，P1ma及D3x地层含有较多的页岩，浅表部处于强风化状态。D3x强风化带水平深可达30～45m，最深达60m。冲刷区存在褶皱，有断层发育。从帷幕灌浆钻孔和竖井开挖揭露的地质情况看，左岸段平均揭露覆盖层厚25m，基岩面呈两端高中间低的谷形，其基岩面上部为第四系堆积体坡积物，含孤石、大块石等，块径别差较大，基岩面以下上部地层为强风化岩层，岩性主要为铁质石英砂岩，性质脆，强度高，且夹有风化砂；下部岩层为铁质石英砂岩夹中至厚层含钙质泥岩夹层、多呈互层，石英砂岩性质脆、强度高，钙质泥岩夹层遇水易泥化崩解，开挖时易产生较大范围的塌方等现象，岩层极不稳定；整体上，施工区围岩风化强烈，岩石破碎且夹有泥化夹层，部分表现为砂岩与泥岩互层。施工区岩层表现为不完整基岩，断层发育且存在褶皱；岩层透水性强，最大达80m3/h。竖井施工开挖揭示的地质情况见表1及图1（左岸防淘墙L3-L5段地质剖面图）。表1竖井开挖揭示的地质情况序号井号覆盖层厚度(m)竖井底高程(m)排水情况(m33/h)地质情况1115.9516020井深115.955～18.995m为泥泥岩,18.995m以下下为铁质砂砂岩,岩石破碎,与泥岩互互层。2218.6516040井深188.65～48m为泥岩及铁质质砂岩与泥泥岩互层,层厚20～60cmm左右,下游侧开开挖至40ｍ深处发发生塌方，塌塌方量100m3左右，并并出现大量量涌水，出出水量约770L/mmin。3323.26164.7870井深233～28.00m为泥岩岩与铁质砂砂岩互层；；28～32m为铁铁质砂岩，岩岩石破碎；；32～37m为铁铁质石英砂砂岩，强度度高、岩性性较脆，钻钻70～80cmm需要17小时,消耗50个钻头头；37～43m又为铁质砂砂岩与泥岩岩互层，层层厚20～60cmm，部分砂砂岩风化成成砂。4425.66169.5670井深255.2～28.00m为铁质质砂质与泥泥岩互层；；28.0～38m为铁铁质砂岩、强强度高,钻70～80cmm需要17小时,消耗50个钻头。5511175.3050井深111～21m为铁铁质砂,221.6～29.55m为风化化砂岩，岩岩石破碎，29.5～33m为砂砂岩与泥岩岩互层，钻钻进速度慢慢,经常出现现卡钻、埋埋钻现象。图1左岸防淘墙L3-L5段地质剖面图3、宽竖井施工方案及布置3.1宽竖井施工方案的确定根据原招投标和设计文件，防淘墙开挖和砼浇筑均通过短竖井进行施工。短竖井为施工竖井，其断面尺寸一般为3m×4m，采用“正井法”全断面自上而下的顺序进行施工，井口锁口，边开挖边衬砌,开挖深度与防淘墙相同。防淘墙通过竖井，从底部开始向上分层开挖、浇筑混凝土，开挖长度不超过20m，分层厚度为3m。随着防淘墙施工分层逐步上升，需拆除施工竖井衬砌混凝土，然后再进行混凝土浇筑，使之与防淘墙连为一体。按此方案，前期防淘墙施工较为顺利，尤其是地质情况相对较好的上游横向段和右岸段施工质量和进度基本上得以保证。左岸防淘墙地层复杂，地质条件差，开挖和浇筑施工过程中多次发生掉块、塌方现象，并于2005年5月18日和2005年8月21日先后发生了两次塌方冒顶事故，处理起来难度大，工期长。2005年11月，左岸防淘墙施工进入到覆盖层施工阶段。由于覆盖层为泥化夹层，且在墙体施工部位有大量渗水，开挖施工时掉块、塌方、冒顶现象频繁发生，成洞条件极差，安全隐患极大。采用钢支撑支护（间距0.6m）任务重,施工难度也极大，防淘墙计划工期无法得到保证。为此，建设单位组织了设计、监理、施工等单位以及有关专家召开了专题讨论会，并经设计单位同意，在左岸防淘墙Ｌ３～Ｌ５段由原设计的通过短竖井由下向上的平洞开挖浇筑砼方案修改为宽竖井方案，即将墙体划分以宽竖井为结构的分块单元，由上向下开挖、衬砌（下部岩石条件好的，可将衬砌混凝土改为挂网喷锚支护）后，由下向上浇筑砼。这样进行竖向开挖和浇筑墙身砼，可以减少施工安全隐患，加快防淘墙施工进度。其它部位仍采用先前的通过短竖井水平洞挖和浇筑的方法施工。3.2宽竖井施工布置按宽竖井方案施工后，墙厚由3m、4m改为4.5m，宽竖井的分块宽度根据原防淘墙分块宽度确定，最大宽度不宜超过12.0m。因此左岸防淘墙Ｌ３～Ｌ５段宽竖井共布置26个（见图2左岸防淘墙宽竖井平面布置图），图2左岸防淘墙L3～L5段宽竖井布置图并进行跳槽分序开挖和浇筑施工，相邻2个正在开挖的同序宽竖井应至少有8.0m的高差。宽竖井一般结构见图3（宽竖井结构图）图3宽竖井结构图4、施工程序与主要施工方法4.1施工程序4.1.1宽竖井施工分序根据已确定的施工方案，26个宽竖井开挖全部从高程▽208m平台开始，主要分三序施工，即第一序宽竖井开挖完后立即进行墙身砼浇筑，砼浇筑到一定高程后进行第二序宽竖井开挖施工和砼浇筑，最后再进行第三序宽竖井的开挖和砼浇筑。为此将宽1＃、2＃、3＃、4#、5#、11＃、13＃、17＃、19＃、21＃、23＃、25＃竖井作为一序井，宽6＃、7＃、8＃、10＃、12＃、15＃、16＃、18＃、20＃、24＃竖井作为二序井，宽9#、14＃、26＃竖井作为三序井。在▽200m以上开挖净宽在3～4m，在▽200m以下开挖净宽扩挖到与墙体结构同宽，每个宽竖井采用1～2台3～5t卷扬机和宽竖井井架作为垂直运输设备。4.1.2宽竖井的施工工艺流程对于每一序宽竖井单元，开挖和浇筑施工流程如图2和3所示。测量放样测量放样井口开挖锁口浇筑排水或支护处理护壁砼衬砌钢支撑安装下一开挖、护壁循环开挖完成提升系统安设设设装井身开挖、出渣图4宽竖井开挖施工流程山体侧衬砌砼凿毛山体侧衬砌砼凿毛两端衬砌砼拆除基面清理墙身第一层浇筑下一浇筑循环墙体砼浇筑完成下一序墙体浇筑墙顶石渣回填钢筋制安埋件安设图5宽竖井砼浇筑施工流程4.2主要施工方法4.2.1开挖（1）施工测量施工测量采用全站仪进行。宽竖井开挖前，根据测量控制点，测放宽竖井开挖轮廓线，测设宽竖井断面中心线与衬砌混凝土四周角点，并通过悬挂悬垂线控制宽竖井衬砌垂直度。（2）井口锁口施工宽竖井开挖前采用钢筋混凝土结构对井口进行锁口，以保证井口稳定和施工安全。井口人工开挖，人工出渣。锁口钢筋现场加工成型，钢筋连接竖向筋采用套筒连接，水平筋采用铅丝绑扎；砼人工立模，人工浇筑。锁口下接断面与井身开挖断面相同。为了防止▽208m平台水流入竖井，▽208m锁口四周浇0.2×0.2m素砼挡水墩。（3）井口提升系统安装井口提升系统主要包括钢结构井架、卷扬机、出渣料斗、载人罐笼、导向滑轮、提升导向绳等，作为进出设备物资、作业人员及出渣使用。提升系统如图6所示。宽竖井井架采用龙门钢架结构，高度6.0m。井架安放在宽竖井锁口砼上，并采用Φ28锚杆与衬砌砼固定。龙门架顶部设置雨棚，四周根据情况布置防护设施。出渣料斗规格0.2～0.3m3,采用普通中厚钢板制作，出渣料斗底部设置四个轴轮，轴轮左右轮距与钢盖板上设置的轨道宽度相同，前后轮距以适合出渣料斗稳定为准，不能偏小，载人罐笼采用钢筋笼结构，出渣料斗与载人罐笼结构见图7。图6井口提升系统示意图图7出渣料斗与载人人罐笼结构构示意图卷扬机采用3～～5t规格，布置置于距井口口6～8m的混凝土基基础上，用用M30、长长0.8mm的地脚螺螺栓连接固固定。卷扬扬导向采用用，焊接于于龙门架顶顶部横梁上上的定滑轮轮，钢丝绳绳牵引线规规格6×19，直径不小小于16..0mm，与卷筒垂垂直，偏差差角度小于于1.5°。提升导向绳采用用钢丝绳，起起稳定出渣渣料斗、载载人罐笼作作用。导向向绳下端通通过地脚螺螺栓锚固在在底层井壁壁上，上端端固定在宽宽竖井井架架上，导向向绳的长短短可由手铰铰车调节。为方便井内出渣渣、施工安安全，井口口搭设两根根I20工字钢，工工字钢上安安装活动钢钢盖板，活活动钢盖板板上设置出出渣车行走走轨道，待待料斗箱吊吊到井口时时，再放到到钢盖板出出渣车行走走轨道上，然然后人工推推至井台附附近弃渣堆堆积地点堆堆积或由装装载机，配配自卸汽车车及时转运运至长淌河河弃碴场。（4）井身开挖、出渣宽竖井在覆盖层层开挖施工主主要采用风风镐、三角角耙及小药药量爆破，遇孤石时时采用小药药量解炮，如如需对土夹夹石进行爆爆破时，必必须对宽竖竖井的周边边预留50～100ccm的保护护层，保护护层开挖采采用人工辅辅以风镐进进行开挖；；在开挖过过程中遇有有岩石层时时采用钻爆爆解决，但但爆破不能能对宽竖井井衬砌砼造造成破坏，爆破参数通过试验确定。开挖采用分层开挖，一般每层掘进2.0m左右，出渣、修理断面后，立即进行衬砌混凝土浇筑。开挖断面在保证竖井净断面尺寸的前提下，确保竖井钢筋砼护壁衬砌厚度。出渣利用0.33m3料斗人工工装箱，由由设在井口口3～5t卷扬垂直直提升至井井口，通过过卸料装置置卸料，堆堆积料由装装载机配自自卸汽车运运走。通风散烟：爆破破后为排出出有害气体体和灰尘，采采用自然通通风。施工期间宽竖井井内如有渗水要要及时疏导导和引排，并并用潜水泵泵抽出。根据现场监理指指示，如需需在井壁布布设随机锚锚杆，应先先施工锚杆杆，使其与与井壁混凝凝土连接，保保证混凝土土井壁的稳稳定性。（5）护壁混凝土衬砌砌按设计要求，宽宽竖井护壁壁采用C200钢筋混凝凝土衬砌，厚厚度50ccm，钢筋双向向双层布筋筋。在浇筑宽宽竖井砼衬衬砌时，将将宽竖井的的上下游衬衬砌砼面做做一键槽,并在上下下游衬砌砼砼内预埋止止水，埋设设在衬砌砼砼部分止水水采用油毛毛毡进行包包裹，以利利于避免今今后衬砌砼砼的拆除时时对止水的的损坏。钢筋在加工厂制制作，通过过井口提升升系统吊运运至作业面面现场安装装。竖向钢筋筋采用套筒筒连接或焊焊接，横向向钢筋采用用搭接或焊焊接。上层钢筋筋安装时，层层下端钢筋筋外留200～30cmm与下层钢钢筋连接。安装一序宽竖井的钢筋时，上下游端侧靠两个角处要预留钢筋头，具本方法是将钢筋头直接打入二序开挖的土层范围内或将钢筋头弯成900角伸入到一序宽竖井的衬砌砼以外或紧贴二序宽竖井的开挖面，预留钢筋头的长度按两端的锚固长度不小于30～35d(d为钢筋直径)确定，并使节头要按要求错开。二序宽竖井钢筋制安时和一序宽竖井预留的钢筋头焊接在一起，确保二序宽竖井的衬砌砼护壁的稳定性。未预留钢筋头的部位在二序宽竖井施工时，用手风钻打孔将二序宽竖井的每根横向钢筋锚固在一序宽竖井的衬砌砼内，钻孔深度不小于50cm。混凝土浇筑模板板采用定型型钢模板，要要有足够的的强度、刚刚度和密封封性，以承承受荷载而而不走样且且保证浇筑筑时不漏浆浆。模板在在竖井中按按设计模板板配板图拼拼装、加固固，并预埋埋钢筋作竖竖井爬梯安安装时使用用。模板支支撑采用钢钢管十字支支撑，并设设斜支撑增增加模板整整体性。模模板之间的的接缝必须须平整严密密，分层施施工时，逐逐层校正下下层偏差，使模板下端无“错台”。模板上部预留适当的缺口，以便混凝土入仓。浇筑衬砌混凝土之前，在底板铺设碎石和砂层垫层，并将缝隙堵塞，防止漏浆。混凝土衬砌一般般2.0m为一衬衬砌段（与与开挖进尺尺相同），采采用全断面面一次性浇浇筑。衬砌砌砼在拌和和搂统一拌拌制，用砼砼输送车运运至作业现现场，通过过泵管或溜溜桶运送至至作业面，通过人工从模板上部预留的缺口入仓，混凝土下落高度不大于2.0m。采用ZP18软轴插入式振动器分层振捣。I序井浇筑砼前在在衬砌砼的的上下游面面上贴一层层油毛毡或或沥青泡沫沫板，和防防淘墙混凝凝土隔离，便便于衬砌砼砼的拆除。另外在护壁砼浇筑时，井壁一侧平行预埋间距为0.3m、深入支护砼0.5m的Φ20锚筋，将来作为安装宽竖井上下爬梯用。混凝土浇筑完成成后，强度度达到2.5MMPa以上时才才能拆除模模板，拆模模后及时养养护，养护护方式以洒洒水养护为为主，使砼砼表面经常常保持湿润润状态，养养护时间不不少于7天。下一循循环的开挖挖施工宜在在混凝土强强度达到10MPa以上才能能进行（为为提高衬砌砌混凝土的的早期强度度，可在混混凝土内掺掺加减水早早强剂）。宽竖井下部开挖挖层岩石条条件较好的的部位，可可将衬砌混混凝土改为为挂网、锚锚喷支护，必必要时辅之之以横向钢钢支撑进行行加固。（６）横向钢支支撑宽竖井护壁砼浇浇筑拆模后后采用工字字钢进行横横向支撑。横横向钢支撑撑要安装及时，且必须严格格遵守先支支撑后开挖挖的原则。钢钢支撑端头头在衬砌砼砼表面设置置厚度不小小于10mmm的钢板板作封头端端板，钢板板与支撑杆杆件必须满满焊。钢支支撑构件的的连接采用用焊接。横横向钢支撑撑的型式、数量量及间距需需通过井壁壁稳定计算算确定，按按设计要求求布设。钢支撑材材料的垂直直运输通过过安设在井井口的提升升系统实施施。4.2.2墙体体混凝土浇浇筑当一个宽竖井单单元全部开挖衬衬砌完成后后，以竖井井衬砌砼作作为墙体混混凝土模板板，即可进行墙墙体混凝土土浇筑施工工。墙体砼砼原则上按按4m层高分层层自下而上上浇筑，每每层间歇时时间5～8天。（1）衬砌砼凿毛或或拆除在每一层浇筑之之前，要将将靠山侧衬衬砌砼面凿凿毛，二序序和三序井井在浇筑前前（也可在在开挖时），还须将上序墙体上下游端衬砌砼拆除。衬砌砼凿毛和拆除宜采用人工，爆破拆除应通过试验论证不会对防淘墙造成危害。衬砌砼拆除后，靠河床侧拆除面应和宽竖井靠河床侧衬砌砼平，并应将钢筋割断。（2）建基面清理衬砌砼凿毛或拆拆除后，将将散落在建建基面上的的碎石、杂杂物用人工工通过井口口的提升系系统吊运出出去，直至至整个建基基面被清理理干净。（3）钢筋制安与衬砌砼钢筋制安安相同，墙墙体钢筋也在加工厂厂制作，通通过井口提提升系统吊吊运至作业业面现场安安装。竖向向钢筋采用用套筒连接接或焊接，横横向钢筋采采用搭接或或焊接。下下层钢筋安安装时，其其上端钢筋筋应外留足够的的搭接长度度与上层钢筋连连接。（4）墙体砼浇筑宽竖井墙体砼浇浇筑，采用用砼运输车车运送至井井口，垂直直运输采用用泵管或φ200钢管输送送到浇筑仓仓位，并在在每隔100m高设置置一道转向向减速装置置，下部采采用滑槽将将砼运送到到浇筑部位位。在浇筑宽竖井墙墙体砼时，自自下而上最最后一层水水平施工的的墙体砼必必须按设计计要求布设设砼防裂钢钢筋。如未未及时布设设，再按原原墙体分块块结构水平平浇筑一层层并布设砼砼防裂钢筋筋；若在覆覆盖层内按按原分块结结构完整的的水平施工工一层，不不能保证施施工安全，可可将同一墙墙体