淺談大縮水通道封堵的施工

淺談大縮水通道封堵的施工

為了保證河流的質量，應提供水源保護的施工環(huán)境。關閉大壩是最常見的方法。開挖后圍堰止水失效時,在圍堰內外水頭差的作用下,大多數(shù)工程均會出現(xiàn)較大的滲漏通道,必須進行處理。多年來,國內外專家、學者對大通道滲漏問題進行了許多研究,但是該問題仍未得到徹底解決,未形成1個能被普遍接受、行之有效的方法。目前常用的方法主要有:水泥-水玻璃灌漿堵漏、模袋灌漿堵漏、級配料灌漿堵漏和膏漿灌漿堵漏等。以上方法各有各的優(yōu)點,也各有自身的不足,在使用的時候要視情況而定,有時還需多種方法配合使用才能達到預期的目的。其中,水泥-水玻璃灌漿堵漏對于滲漏量中等、流速中等的通道,可在短時間內取得較好的效果,對大股水流流動的通道很難奏效,費用高,會造成水流污染;模袋灌漿堵漏常作為一種輔助手段配合使用,關鍵是尋找滲漏通道,對于單一通道的封堵效果較為理想;級配料灌漿堵漏需配合其他手段,關鍵是要找出全部重點漏水區(qū)段;膏漿灌漿堵漏是利用漿液的抗水稀釋性能、自堆積性能以及凝結時間可控性能對過水通道進行封堵,但對于特大漏量和較高流速地層的滲漏,膏狀漿液可能無法滿足要求,需要配合其他工藝和材料。本文結合重慶兩江大橋主塔基礎圍堰堵漏工程,對膏漿堵漏技術進行了系統(tǒng)的分析與研究。1大橋長約400m重慶兩江大橋包括東水門長江大橋和千廝門嘉陵江大橋,其中東水門長江大橋長約950m,千廝門嘉陵江大橋長約840m。重慶兩江大橋(東水門長江大橋)的主塔P1墩采用雙壁鋼沉井圍堰進行支護、開挖施工,為保證基坑的開挖,進行了兩次封底混凝土施工,封底混凝土總厚度達3.5～4m,但兩次封底混凝土施工均在抽水過程中被擊穿,造成江水涌入,無法進行橋墩承臺和上部結構施工,必須進行防滲處理。2項目的質量和處理方案2.1封底混凝土排水原理兩江大橋(東水門長江大橋)P1主塔位于重慶市東水門長江河道的石梁上,采取了水下爆破后堆沙筑島、現(xiàn)場拼裝鋼圍堰的施工方法。但由于石梁寬度有限,鋼圍堰不能全部下沉在石梁之上,加之水下爆破形成的作業(yè)平臺并不規(guī)則,致使鋼圍堰內主塔基礎混凝土2次封底施工后,鋼圍堰靠岸側懸空位置均不同程度出現(xiàn)了涌水,封底混凝土出現(xiàn)了局部破壞。鋼圍堰與石梁的位置如圖1所示。結合橋墩施工單位、監(jiān)理的介紹,分析封底混凝土漏水原因主要如下。(1)第一層封底混凝土施工前,基底填島的砂子、虛渣層未能徹底清理干凈,導致第一層封底混凝土施工過程中,將砂子推趕到環(huán)帶混凝土邊緣,形成薄弱層;同時由于澆筑點距離較遠,兩點投料的混凝土相互推進過程中,將砂子推到一起,形成砂包,導致混凝土澆筑厚度變薄,形成薄弱層;引起第一層封底被擊穿,但局部位置仍存在薄弱層。第一層澆筑過程中,由于機械設備的限制,導致投料點較少、并且不能澆筑到混凝土低洼地帶,致使?jié)仓c位置均偏高,中間位置偏低的現(xiàn)象,最終導致第二層封底混凝土局部位置厚度變薄,形成薄弱層。(2)第一層混凝土被擊穿后,上涌大量砂子,可清理大部砂子,小部分砂子會懸浮在水中,當水靜止后,將沉淀在第一層封底混凝土表面。(3)由于鋼護筒是坐落在第一層封底混凝土頂面上,鉆孔過程中需要砸碎、并穿過第一層封底混凝土,則會使樁基周邊位置的混凝土出現(xiàn)裂隙、甚至會使部分第一層混凝土碎裂,致使水滲透到第二層封底混凝土底面形成水壓力。綜上所述,主要由于第一層封底混凝土透水后,導致第二層薄弱層位置再次被擊穿,形成了孔洞。2.2層厚及施工難點結合工程地質情況與特點,通過現(xiàn)場踏勘,從承臺基礎防滲施工角度分析,本工程有如下幾個特點。(1)采用低樁承臺,承臺底部(防滲處理)位于江水位以下11～15m,需進行水下施工(現(xiàn)場情況見圖2),靜水壓力較大。(2)第一層封底混凝土平均層厚1.5m,第二層封底混凝土平均層厚2.5m,兩層混凝土間可能有夾砂,均從薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)裂縫,產生涌水,并可能存在較大的空洞。(3)基巖上分布有2～4m爆破產生的塊石,透水率大,且部分區(qū)域可能存在一定流速。(4)工期緊,任務重,施工場地有限。要求施工方案必須簡便、施工設備輕便,且必須安全可靠。(5)防滲處理工作需在鋼圍堰頂部的臨時平臺進行,與封底混凝土頂面(承臺底部)之間存在20多米的臨空,其中圍堰內水深8～10m,為施工造成了較大的困難。(6)施工場地位于長江內,處理材料及施工方法均需考慮對長江水體造成的污染及影響。分析常用的處理方法,結合本工程具體情況,采用了速凝膏漿結合穩(wěn)定性漿液灌漿技術進行圍堰防滲和加固處理。3快速冷塊技術3.1改善膏體及半封式土體材料特性水泥膏漿基本特征是膏漿的剪切屈服強度值大于其本身重力的影響。速凝水泥膏漿是在普通水泥膏漿的基礎上加入一定量的速凝劑配制而成,采用速凝水泥膏漿堵漏可以縮短和控制膏漿的凝結時間,有利于動水條件下的堵漏和防滲,能節(jié)省灌漿材料和時間。速凝膏漿有四個主要的特征:(1)抗水流沖釋性可以提高膏體作為整體抵抗水流的稀釋和沖刷作用;(2)賓漢體的流動特性和擴散特性可以使膏體能最大限度地充滿架空地層;(3)觸變性可以提高膏漿的擴散范圍和抗沖蝕能力;(4)凝結時間可控性有利于膏漿適應于不同開度、不同流速的地層防滲施工,并可控制漿液的擴散范圍。3.2快速研磨石膏漿的施工技術(1)施工設備膏漿可以利用常規(guī)水泥灌漿的孔位進行灌漿施工,但速凝水泥膏漿需要采用特制的攪拌系統(tǒng)和泵入系統(tǒng)進行施工。(2)孔口返漿或壓至初始孔內膏漿的施工可以采用自上而下、分段填壓式灌筑;膏漿的配比通常分為4～6級,通過漿液變換標準逐級變濃;一般可以孔口返漿或孔內有壓作為結束標準。膏漿的屈服強度較大,其擴散范圍受到一定約束,故孔排距應比常規(guī)水泥灌漿小。4現(xiàn)場施工采用速凝膏漿結合穩(wěn)定性漿液灌漿技術,可以概括為:孔口封閉純壓式、分段分序灌筑。4.1施工工藝(1)外排孔、內排孔施工為保證防滲效果和幕體在水土壓力下的自身穩(wěn)定,在靠近石梁兩側(靠岸和主河道)的部分,沿著鋼沉箱內側布置兩排灌漿孔,排距1.0m,梅花形布置,外排孔距離鋼沉箱內側1m。先進行外排孔的施工,再進行內排孔施工。每排孔共分兩序進行施工,灌漿孔距為2.5～3m,局部區(qū)域可根據(jù)注漿和施工情況布置加密補強孔。因場地等因素對鉆孔布置產生影響,無法施灌,根據(jù)實際情況作了局部調整。在靠近石梁的部分,布置一排灌漿孔,灌漿孔距為2.5～3m。在圍堰的中部區(qū)域,考慮到灌注樁、封底混凝土完整性,布置孔間距為3～5m(孔位布置見圖3)。(2)孔深灌漿孔孔深進入基巖底部0.5～1m,承臺底部封底灌漿孔的孔深要求低于承臺底部2～3m。(3)頂面滑固與鉆孔主要采用風動錨桿鉆機成孔。由于施工平臺與封底混凝土頂面存在20多米的臨空,先在平臺連接好20m長的套管,直接用吊車吊到孔位位置,而后進行鉆孔施工。(4)化學灌漿材料根據(jù)被灌地層的狀況、灌漿目的,本著造價低,易于取材和不易引起不良后果等原則決定,采用了速凝水泥膏漿和穩(wěn)定性水泥灌漿材料,并輔以一定的外加劑以實現(xiàn)10m水深以下地層灌漿的可控性。(5)長期灌排膏漿、改灌速凝膏漿灌漿采用1次成孔、孔口封閉、孔內純壓、自下而上的灌漿施工工藝。灌漿段長一律為2m,先灌筑穩(wěn)定性漿液,以保證對微小裂隙的灌筑效果,如不能起壓或灌筑過程太長,則改灌速凝膏漿。如果內排孔的灌漿是以膏漿灌筑結束的,在其附近進行補強灌筑。(6)序孔的灌漿壓力Ⅰ序孔采用0.1～0.3MPa的灌漿壓力,Ⅱ序孔采用0.3～0.5MPa的中等灌漿壓力。最后序次孔的最終灌漿壓力大于水壓的2倍左(0.3MPa)。(7)無串走漿和止?jié){①若臨近孔沒有明顯的串、跑漿現(xiàn)象,盡量達到結束灌漿壓力。②由于在水下10m進行灌漿,嚴格控制撥出套管長度,在封底混凝土中的套管剩0.5～1m長時可在正常壓力下結束灌漿。③若發(fā)現(xiàn)臨近孔產生串、跑漿現(xiàn)象,在采取間歇、止?jié){等有效措施無效后,結束;待凝后在附近鉆孔進行補強。(8)計算序列根據(jù)布孔情況,先灌筑Ⅰ序孔,再灌筑Ⅱ序孔。(9)救濟措施若在灌漿過程中出現(xiàn)不能按照灌漿壓力正常結束的孔段,可采用熱瀝青灌漿等措施。4.2混凝土圍堰防滲效果結合現(xiàn)場鉆孔情況,由于圍堰內的中間區(qū)域混凝土厚度基本均達3m左右,且完整性較好,灌漿時吃漿量很小,實際施工過程中該區(qū)域減少了一定量鉆孔。經過18d的緊張施工,共完成鉆孔54個,灌筑膏漿約700m3,單孔最大水泥耗量達52t,鉆孔時出現(xiàn)最大脫空達3m。抽水開挖后圍堰內情況如圖4所示,防滲效果顯著。(1)通過圍堰底部防滲帷幕工程的施工、抽水和開挖后的效果檢查,可以認為速凝膏漿結合穩(wěn)定性漿液灌漿技術是適合于本工程實際情況的,其對水下大孔洞地層的封堵效果明顯。(2)采用速凝膏漿結合穩(wěn)定性漿液灌漿技術在本工程中的工效可滿足整個進度計劃要求,工程造價比較經濟、合理。(3)采用預制20m套管直接放到孔位的方法有效解決了施工平臺與封底混凝土頂面之間20多米臨空的施工困難,而且提高了施工效率,是本工程能順利完成的重要保證。(4)采用灌漿壓力結合套管拔管長度控制水下灌漿結束的措施有效保證了灌漿效果,可為類似工程提供參考。5封底混凝土水泵處理(1)對于存在嚴重脫空、一定水流速度地層的水下防滲堵漏工程,速凝水泥膏漿