擋水墻設(shè)計(jì)與施工

1、擋水墻設(shè)計(jì)與施工1. 概況望兒山金礦“南風(fēng)井貫通工程”施工前，井下涌水量已達(dá)到470m3/h,且深部各中段在逐步形成采準(zhǔn)工程，不斷揭露新的出水點(diǎn)，為保證安全貫通，防止淹井事故的 發(fā)生，水平放水貫通前必須封堵望兒山金礦井巷內(nèi)幾處無效出水點(diǎn)， 以緩解井下排水 壓力，降低排水費(fèi)用。在南風(fēng)井貫通工程施工期間，先后設(shè)計(jì)施工四座擋水墻，分別 是270m19#穿出水、350m4#穿出水、310m2才穿掌子面涌水和南風(fēng)井-310m水平 中段涌水封堵（南風(fēng)井貫通后施工），封堵礦坑涌水量達(dá)到400m'/h,大大地緩解井下 排水壓力。根據(jù)礦床水文工程地質(zhì)資料可知， 礦坑對應(yīng)地表溝系發(fā)育地段和含礦蝕變帶與圍

2、巖接觸地段，大多為構(gòu)造破碎帶，巖石破碎穩(wěn)固性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，含豐富的地 下水，導(dǎo)水性好，是礦區(qū)地下水進(jìn)入礦坑的主要逕流通道；揭露時(shí)，涌水水量大（大 于50 m3/h），水壓較高（1.8MPa）。如270m19#穿、350m4#穿涌水量分別為100 m3/h、 80 m3/h左右，并產(chǎn)生不同程度的冒頂；310m25#穿掌子面涌水量120 m3/h左右（包 含放水鉆孔高壓閥門的漏水） ；以及南風(fēng)井 -310m 水平中段涌水量 100m3/h 以上。都 是發(fā)育在含礦蝕變帶與圍巖接觸地段。2. 擋水墻設(shè)計(jì)擋水墻施工質(zhì)量的好壞是與擋水墻的厚度、強(qiáng)度、防滲性能和施工工序質(zhì)量控制 等諸多因素有密切的關(guān)系

3、。 如有一個(gè)環(huán)節(jié)沒有控制好， 則可能引起擋水墻的滲漏或倒 塌，造成不良的突水后果。21 引起擋水墻滲漏或倒塌原因分析（ 1）混凝土體積收縮。墻體與圍巖之間產(chǎn)生裂隙因而引起滲漏?；炷林卸嘤嗨?份的散失或濕度下降，產(chǎn)生干縮；混凝土中熱量的散失或溫度下降，產(chǎn)生冷縮；由于 骨科級配差， 加水量過多， 搗實(shí)較差， 產(chǎn)生沉縮； 這些作用的綜合結(jié)果就是體積收縮， 當(dāng)收縮應(yīng)力大于混凝土與圍巖的粘接強(qiáng)度時(shí)， 混凝土與圍巖間產(chǎn)生裂隙， 在重力作用 下，頂板的裂隙比兩邦的裂隙大，壓力水就沿著這些裂隙滲漏出來。混凝土的體積收 縮是擋水墻滲漏的基本原因。（ 2）施工操作質(zhì)量不良，如封頂不嚴(yán)不實(shí)，特別是迎水面的高頂處容

4、易封頂不嚴(yán)， 振搗不實(shí)，對靠近兩幫圍巖，預(yù)埋管的周圍特別是下部更容易疏忽；施工縫、特別是 水平施工縫，由于灌注時(shí)未能做到連續(xù)灌注，新老施工縫接茬膠結(jié)不嚴(yán)，灌注前圍巖 未清洗，底板積水排除不徹底等等，使混凝土中產(chǎn)生孔洞、空隙、裂隙，以及這些孔 洞、空隙裂隙多余水份蒸發(fā)造成各種方向的空隙和毛細(xì)管連通， 就造成了良好的滲水 通道。（ 3）圍巖性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造，斷層裂隙導(dǎo)致透水。當(dāng)圍巖的層理節(jié)理、裂隙發(fā)育又 互相連通，斷層走向與墻體中心線一致或斜交時(shí)，則壓力可以越過墻體的周圍，滲漏 至墻背水面。（ 4）擋水墻設(shè)計(jì)的強(qiáng)度小于地下水靜水壓力產(chǎn)生的外推力，以及擋水墻設(shè)計(jì)厚度 過小，產(chǎn)生的磨擦力不能抵擋地下水靜

5、水壓力產(chǎn)生的外推力， 是導(dǎo)致?lián)跛畨Φ顾闹?要原因。22 擋水墻厚度與強(qiáng)度的計(jì)算擋水墻計(jì)算方式不同，計(jì)算結(jié)果也不同；選擇的條件和參數(shù)不同，計(jì)算結(jié)果也不 同。因此，選擇符合實(shí)際條件、合理且安全系數(shù)有保障的擋水墻計(jì)算公式，是確保擋 水墻施工質(zhì)量與封堵涌水成功的關(guān)鍵。 通過比較分析，采用以下兩個(gè)公式計(jì)算擋水墻 厚度與強(qiáng)度，是比較合理和符合實(shí)際的。（1）B=PcX r/ o +0.3r其中：Pc：最大靜水壓力（MPa）；r：井巷荒斷面半徑（m）;0：混凝土允許抗壓強(qiáng)度（MPa）。擋水墻強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：2 2P=K X（ E +2RoE） / 2 （Ro+E）其中：E:墻厚（m）;Ro：井筒凈半徑（m）

6、;K :壁材料允許抗壓強(qiáng)度（MPa） =R/n （式中：R為材料極限抗壓強(qiáng)度；n為安 全系數(shù)）。當(dāng)P> Pc時(shí)，擋水墻厚度才能滿足施工要求。通過計(jì)算得出：擋水墻厚度 B=3.5m，且P> Pc。（2）B=PoX SX 入 / tX L其中：B擋水墻厚度，m；S井巷荒斷面積，m2;P0靜水最大壓力，MPa； 入一過載系數(shù)，1.11.2；T巖石允許抗剪強(qiáng)度，MPa；L巷道周邊長度，m。通過計(jì)算得出：擋水墻厚度 B=3.1m。根據(jù)（1）和（2）公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，選用擋水墻厚度B=3.5m，是比較合理和更加安全。2. 3擋水墻施工設(shè)計(jì)施工工序：清圍巖一刷幫、挑頂一打錨眼一引水澆底一砌內(nèi)

7、墻一澆灌砼一埋導(dǎo)水 管、安裝錨桿焊接鋼筋-砌外墻（布設(shè)注漿管）澆灌砼一充填注漿一關(guān)閘閥墻體結(jié)構(gòu)如下：3砼擋水墻里端面錨桿1寸注漿管150放水管fL.砼擋水墻外端面錨桿300024眠墻匸16鋼筋網(wǎng)240“補(bǔ)強(qiáng)注漿管j50泄水管及閥門水流方向口- < W A- H -5°/ 3800 40035003503.擋水墻施工3. 1技術(shù)要求與施工防滲措施砌封堵墻的目的是封堵涌水點(diǎn)，因此，在保證混凝土墻體抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度都 達(dá)到要求的前提下，要求墻體能起到防滲的作用，必須防止關(guān)閉閥門后被封閉的水體 大流量的從墻體與圍巖接觸處滲出。封堵墻施工防滲措施：為提高封堵墻的堵水率，使封堵墻達(dá)到理想

8、的堵水效果， 施工圭寸堵墻時(shí)必須在如下幾方面采取適當(dāng)?shù)姆罎B措施。4(1) 清底：在澆灌混凝土前，須將底部浮渣全部清理干凈，清理的范圍按照墻體尺寸前后各延長50cm,特別注意的是：在清理掉底部大巖塊的同時(shí)，須將小的巖渣 盡可能清理干凈。( 2)挑頂：為使?jié)补嗷炷習(xí)r能充分接頂，在墻體位臵須進(jìn)行挑頂，挑頂范圍為： 墻體內(nèi)側(cè)往內(nèi)1.0m至墻體外側(cè)往外1.0m。與之對應(yīng)的挑頂深度為：00.5m。挑頂 寬度：6080cm。( 3)澆灌：澆灌墻體前，用井下帶壓水管將左、右?guī)蛶r壁及頂部沖洗干凈，澆灌 時(shí)須加強(qiáng)振搗，特別要保證混凝土周邊與圍巖形成一體。接頂時(shí)在不同深度預(yù)埋 2 4 根注漿管以備頂部充填注漿用，

9、并注意保護(hù)墻體頂部注漿管口。( 4)頂部充填注漿：混凝土澆灌結(jié)束達(dá)到養(yǎng)護(hù)期后，為防止關(guān)閉閥門后被封閉的 水體從墻體頂部滲出，須進(jìn)行頂部充填注漿。注漿順序?yàn)橄壬羁祝鬁\孔。32 擋水墻施工(1)刷幫、挑頂：首先，選擇一巖石質(zhì)量相對較好的地段，根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸大小 測量并標(biāo)定好；其次，在擬建墻的中線部位均勻鉆 9個(gè)錨桿孔，孔深1.5m;然后， 在外墻前后1.0m的范圍內(nèi)進(jìn)行挑頂挑邦，與之對應(yīng)的挑頂挑邦深度為：00.5m，使之形成倒楔字形狀；最后，對巷道兩邦和頂板圍巖進(jìn)行刷邦，清理不穩(wěn)的圍巖，并進(jìn) 行清底清渣。(2) 埋管引水：首先，在擬建擋水墻的中心線附近埋設(shè)兩根孔徑為150mm的泄水 管，并安裝固

10、定好；其次，采用沙袋構(gòu)筑臨時(shí)擋水墻，使涌水大部分從泄水管流出； 然后，采用粘土封堵其它小的出水點(diǎn)， 盡量減少其它出水點(diǎn)的水量，確保使 95%的涌 水從泄水管流出。(3) 干水泥封底：由于擬建擋水墻內(nèi)的積水未能排凈，如果直接澆灌砼，可能使 砼產(chǎn)生離析，影響擋水墻的施工質(zhì)量。采用干水泥進(jìn)行封底，一是可以使積水與干水 泥直接混合，減少積水；二是由于干水泥的粒度小，濃水泥漿可在較短的時(shí)間內(nèi)封堵 出水的小裂隙。干水泥數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場積水量大小而確定，其原則是積水沒有增加， 水泥漿的濃度控制在 0.60.8之間，干水泥封底的厚度一般為 0.20.3m。(4) 砌內(nèi)墻、安裝錨桿焊接鋼筋網(wǎng)：內(nèi)墻的寬度為 24c

11、m，用水泥砂漿砌紅磚，確 保內(nèi)墻的垂直度和穩(wěn)定性； 在與圍巖接觸處采用濃水泥砂漿充填， 使內(nèi)墻與圍巖成為 一整體。以9根錨桿為基點(diǎn)，采用16cm的圓鋼進(jìn)行焊接，成為網(wǎng)度為 0.2mx 0.2m 鋼筋網(wǎng)，主要是增大擋水墻的強(qiáng)度和抗性。(5) 砌外墻(布設(shè)注漿管)澆灌砼：外墻的寬度為 24cm，砌墻的速度與混凝土澆 灌的速度保持一致。澆灌砼時(shí)，必須使用振動器進(jìn)行振動，確保混凝土密實(shí)和混合均 勻，同時(shí)，在圍巖左右兩側(cè)和頂端布設(shè)預(yù)留 1 寸注漿管?；炷翝补鄷r(shí)一定要保持澆 灌的連續(xù)性和不間斷性，否則，在交替澆灌的混凝土中可能產(chǎn)生裂隙或孔隙，是擋水 墻產(chǎn)生滲漏的主要原因。( 6)充填注漿：待混凝土初凝，利用預(yù)留的注漿管進(jìn)行充填注漿，注漿壓力控制 在0.30.5MPa,注漿量一般較少，視現(xiàn)場施工的質(zhì)量和地質(zhì)條件而定，采用純水泥配 漿，漿液水灰比一般為 0.8： 1。( 7)關(guān)閉閘閥：擋水墻施工完后，混凝土達(dá)到養(yǎng)護(hù)期，可以關(guān)閉泄水管閘閥。關(guān) 閉閘閥時(shí)，開始關(guān)閉的速度不要太快，當(dāng)閘閥承受較大壓力時(shí)，關(guān)閉的速度加快，同 時(shí)應(yīng)觀察擋水墻是否產(chǎn)生裂縫或滲水情況。4. 效果與建議(1)先后設(shè)計(jì)施工了四座擋水墻，分別是270m19#穿出水、350m4#穿出水、 310m2孑穿掌子面涌水和南風(fēng)井-310m水平中段涌水封堵（南風(fēng)井貫通后施工）