浅谈大缩水通道封堵的施工

浅谈大缩水通道封堵的施工

为了保证河流的质量，应提供水源保护的施工环境。关闭大坝是最常见的方法。开挖后围堰止水失效时,在围堰内外水头差的作用下,大多数工程均会出现较大的渗漏通道,必须进行处理。多年来,国内外专家、学者对大通道渗漏问题进行了许多研究,但是该问题仍未得到彻底解决,未形成1个能被普遍接受、行之有效的方法。目前常用的方法主要有:水泥-水玻璃灌浆堵漏、模袋灌浆堵漏、级配料灌浆堵漏和膏浆灌浆堵漏等。以上方法各有各的优点,也各有自身的不足,在使用的时候要视情况而定,有时还需多种方法配合使用才能达到预期的目的。其中,水泥-水玻璃灌浆堵漏对于渗漏量中等、流速中等的通道,可在短时间内取得较好的效果,对大股水流流动的通道很难奏效,费用高,会造成水流污染;模袋灌浆堵漏常作为一种辅助手段配合使用,关键是寻找渗漏通道,对于单一通道的封堵效果较为理想;级配料灌浆堵漏需配合其他手段,关键是要找出全部重点漏水区段;膏浆灌浆堵漏是利用浆液的抗水稀释性能、自堆积性能以及凝结时间可控性能对过水通道进行封堵,但对于特大漏量和较高流速地层的渗漏,膏状浆液可能无法满足要求,需要配合其他工艺和材料。本文结合重庆两江大桥主塔基础围堰堵漏工程,对膏浆堵漏技术进行了系统的分析与研究。1大桥长约400m重庆两江大桥包括东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥,其中东水门长江大桥长约950m,千厮门嘉陵江大桥长约840m。重庆两江大桥(东水门长江大桥)的主塔P1墩采用双壁钢沉井围堰进行支护、开挖施工,为保证基坑的开挖,进行了两次封底混凝土施工,封底混凝土总厚度达3.5～4m,但两次封底混凝土施工均在抽水过程中被击穿,造成江水涌入,无法进行桥墩承台和上部结构施工,必须进行防渗处理。2项目的质量和处理方案2.1封底混凝土排水原理两江大桥(东水门长江大桥)P1主塔位于重庆市东水门长江河道的石梁上,采取了水下爆破后堆沙筑岛、现场拼装钢围堰的施工方法。但由于石梁宽度有限,钢围堰不能全部下沉在石梁之上,加之水下爆破形成的作业平台并不规则,致使钢围堰内主塔基础混凝土2次封底施工后,钢围堰靠岸侧悬空位置均不同程度出现了涌水,封底混凝土出现了局部破坏。钢围堰与石梁的位置如图1所示。结合桥墩施工单位、监理的介绍,分析封底混凝土漏水原因主要如下。(1)第一层封底混凝土施工前,基底填岛的砂子、虚渣层未能彻底清理干净,导致第一层封底混凝土施工过程中,将砂子推赶到环带混凝土边缘,形成薄弱层;同时由于浇筑点距离较远,两点投料的混凝土相互推进过程中,将砂子推到一起,形成砂包,导致混凝土浇筑厚度变薄,形成薄弱层;引起第一层封底被击穿,但局部位置仍存在薄弱层。第一层浇筑过程中,由于机械设备的限制,导致投料点较少、并且不能浇筑到混凝土低洼地带,致使浇筑点位置均偏高,中间位置偏低的现象,最终导致第二层封底混凝土局部位置厚度变薄,形成薄弱层。(2)第一层混凝土被击穿后,上涌大量砂子,可清理大部砂子,小部分砂子会悬浮在水中,当水静止后,将沉淀在第一层封底混凝土表面。(3)由于钢护筒是坐落在第一层封底混凝土顶面上,钻孔过程中需要砸碎、并穿过第一层封底混凝土,则会使桩基周边位置的混凝土出现裂隙、甚至会使部分第一层混凝土碎裂,致使水渗透到第二层封底混凝土底面形成水压力。综上所述,主要由于第一层封底混凝土透水后,导致第二层薄弱层位置再次被击穿,形成了孔洞。2.2层厚及施工难点结合工程地质情况与特点,通过现场踏勘,从承台基础防渗施工角度分析,本工程有如下几个特点。(1)采用低桩承台,承台底部(防渗处理)位于江水位以下11～15m,需进行水下施工(现场情况见图2),静水压力较大。(2)第一层封底混凝土平均层厚1.5m,第二层封底混凝土平均层厚2.5m,两层混凝土间可能有夹砂,均从薄弱环节出现裂缝,产生涌水,并可能存在较大的空洞。(3)基岩上分布有2～4m爆破产生的块石,透水率大,且部分区域可能存在一定流速。(4)工期紧,任务重,施工场地有限。要求施工方案必须简便、施工设备轻便,且必须安全可靠。(5)防渗处理工作需在钢围堰顶部的临时平台进行,与封底混凝土顶面(承台底部)之间存在20多米的临空,其中围堰内水深8～10m,为施工造成了较大的困难。(6)施工场地位于长江内,处理材料及施工方法均需考虑对长江水体造成的污染及影响。分析常用的处理方法,结合本工程具体情况,采用了速凝膏浆结合稳定性浆液灌浆技术进行围堰防渗和加固处理。3快速冷块技术3.1改善膏体及半封式土体材料特性水泥膏浆基本特征是膏浆的剪切屈服强度值大于其本身重力的影响。速凝水泥膏浆是在普通水泥膏浆的基础上加入一定量的速凝剂配制而成,采用速凝水泥膏浆堵漏可以缩短和控制膏浆的凝结时间,有利于动水条件下的堵漏和防渗,能节省灌浆材料和时间。速凝膏浆有四个主要的特征:(1)抗水流冲释性可以提高膏体作为整体抵抗水流的稀释和冲刷作用;(2)宾汉体的流动特性和扩散特性可以使膏体能最大限度地充满架空地层;(3)触变性可以提高膏浆的扩散范围和抗冲蚀能力;(4)凝结时间可控性有利于膏浆适应于不同开度、不同流速的地层防渗施工,并可控制浆液的扩散范围。3.2快速研磨石膏浆的施工技术(1)施工设备膏浆可以利用常规水泥灌浆的孔位进行灌浆施工,但速凝水泥膏浆需要采用特制的搅拌系统和泵入系统进行施工。(2)孔口返浆或压至初始孔内膏浆的施工可以采用自上而下、分段填压式灌筑;膏浆的配比通常分为4～6级,通过浆液变换标准逐级变浓;一般可以孔口返浆或孔内有压作为结束标准。膏浆的屈服强度较大,其扩散范围受到一定约束,故孔排距应比常规水泥灌浆小。4现场施工采用速凝膏浆结合稳定性浆液灌浆技术,可以概括为:孔口封闭纯压式、分段分序灌筑。4.1施工工艺(1)外排孔、内排孔施工为保证防渗效果和幕体在水土压力下的自身稳定,在靠近石梁两侧(靠岸和主河道)的部分,沿着钢沉箱内侧布置两排灌浆孔,排距1.0m,梅花形布置,外排孔距离钢沉箱内侧1m。先进行外排孔的施工,再进行内排孔施工。每排孔共分两序进行施工,灌浆孔距为2.5～3m,局部区域可根据注浆和施工情况布置加密补强孔。因场地等因素对钻孔布置产生影响,无法施灌,根据实际情况作了局部调整。在靠近石梁的部分,布置一排灌浆孔,灌浆孔距为2.5～3m。在围堰的中部区域,考虑到灌注桩、封底混凝土完整性,布置孔间距为3～5m(孔位布置见图3)。(2)孔深灌浆孔孔深进入基岩底部0.5～1m,承台底部封底灌浆孔的孔深要求低于承台底部2～3m。(3)顶面滑固与钻孔主要采用风动锚杆钻机成孔。由于施工平台与封底混凝土顶面存在20多米的临空,先在平台连接好20m长的套管,直接用吊车吊到孔位位置,而后进行钻孔施工。(4)化学灌浆材料根据被灌地层的状况、灌浆目的,本着造价低,易于取材和不易引起不良后果等原则决定,采用了速凝水泥膏浆和稳定性水泥灌浆材料,并辅以一定的外加剂以实现10m水深以下地层灌浆的可控性。(5)长期灌排膏浆、改灌速凝膏浆灌浆采用1次成孔、孔口封闭、孔内纯压、自下而上的灌浆施工工艺。灌浆段长一律为2m,先灌筑稳定性浆液,以保证对微小裂隙的灌筑效果,如不能起压或灌筑过程太长,则改灌速凝膏浆。如果内排孔的灌浆是以膏浆灌筑结束的,在其附近进行补强灌筑。(6)序孔的灌浆压力Ⅰ序孔采用0.1～0.3MPa的灌浆压力,Ⅱ序孔采用0.3～0.5MPa的中等灌浆压力。最后序次孔的最终灌浆压力大于水压的2倍左(0.3MPa)。(7)无串走浆和止浆①若临近孔没有明显的串、跑浆现象,尽量达到结束灌浆压力。②由于在水下10m进行灌浆,严格控制拨出套管长度,在封底混凝土中的套管剩0.5～1m长时可在正常压力下结束灌浆。③若发现临近孔产生串、跑浆现象,在采取间歇、止浆等有效措施无效后,结束;待凝后在附近钻孔进行补强。(8)计算序列根据布孔情况,先灌筑Ⅰ序孔,再灌筑Ⅱ序孔。(9)救济措施若在灌浆过程中出现不能按照灌浆压力正常结束的孔段,可采用热沥青灌浆等措施。4.2混凝土围堰防渗效果结合现场钻孔情况,由于围堰内的中间区域混凝土厚度基本均达3m左右,且完整性较好,灌浆时吃浆量很小,实际施工过程中该区域减少了一定量钻孔。经过18d的紧张施工,共完成钻孔54个,灌筑膏浆约700m3,单孔最大水泥耗量达52t,钻孔时出现最大脱空达3m。抽水开挖后围堰内情况如图4所示,防渗效果显著。(1)通过围堰底部防渗帷幕工程的施工、抽水和开挖后的效果检查,可以认为速凝膏浆结合稳定性浆液灌浆技术是适合于本工程实际情况的,其对水下大孔洞地层的封堵效果明显。(2)采用速凝膏浆结合稳定性浆液灌浆技术在本工程中的工效可满足整个进度计划要求,工程造价比较经济、合理。(3)采用预制20m套管直接放到孔位的方法有效解决了施工平台与封底混凝土顶面之间20多米临空的施工困难,而且提高了施工效率,是本工程能顺利完成的重要保证。(4)采用灌浆压力结合套管拔管长度控制水下灌浆结束的措施有效保证了灌浆效果,可为类似工程提供参考。5封底混凝土水泵处理(1)对于存在严重脱空、一定水流速度地层的水下防渗堵漏工程,速凝水泥膏浆