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(zhì)量，應(yīng)提供水源保護(hù)的施工環(huán)境。關(guān)閉大壩是最常見的方法。開挖后圍堰止水失效時(shí),在圍堰內(nèi)外水頭差的作用下,大多數(shù)工程均會(huì)出現(xiàn)較大的滲漏通道,必須進(jìn)行處理。多年來(lái),國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者對(duì)大通道滲漏問題進(jìn)行了許多研究,但是該問題仍未得到徹底解決,未形成1個(gè)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(jí)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(diǎn),也各有自身的不足,在使用的時(shí)候要視情況而定,有時(shí)還需多種方法配合使用才能達(dá)到預(yù)期的目的。其中,水泥-水玻璃灌漿堵漏對(duì)于滲漏量中等、流速中等的通道,可在短時(shí)間內(nèi)取得較好的效果,對(duì)大股水流流動(dòng)的通道很難奏效,費(fèi)用高,會(huì)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(guān)鍵是尋找滲漏通道,對(duì)于單一通道的封堵效果較為理想;級(jí)配料灌漿堵漏需配合其他手段,關(guān)鍵是要找出全部重點(diǎn)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(jié)時(shí)間可控性能對(duì)過(guò)水通道進(jìn)行封堵,但對(duì)于特大漏量和較高流速地層的滲漏,膏狀漿液可能無(wú)法滿足要求,需要配合其他工藝和材料。本文結(jié)合重慶兩江大橋主塔基礎(chǔ)圍堰堵漏工程,對(duì)膏漿堵漏技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究。1大橋長(zhǎng)約400m重慶兩江大橋包括東水門長(zhǎng)江大橋和千廝門嘉陵江大橋,其中東水門長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)約950m,千廝門嘉陵江大橋長(zhǎng)約840m。重慶兩江大橋(東水門長(zhǎng)江大橋)的主塔P1墩采用雙壁鋼沉井圍堰進(jìn)行支護(hù)、開挖施工,為保證基坑的開挖,進(jìn)行了兩次封底混凝土施工,封底混凝土總厚度達(dá)3.5～4m,但兩次封底混凝土施工均在抽水過(guò)程中被擊穿,造成江水涌入,無(wú)法進(jìn)行橋墩承臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)施工,必須進(jìn)行防滲處理。2項(xiàng)目的質(zhì)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(zhǎng)江大橋)P1主塔位于重慶市東水門長(zhǎng)江河道的石梁上,采取了水下爆破后堆沙筑島、現(xiàn)場(chǎng)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(tái)并不規(guī)則,致使鋼圍堰內(nèi)主塔基礎(chǔ)混凝土2次封底施工后,鋼圍堰靠岸側(cè)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(jié)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(dǎo)致第一層封底混凝土施工過(guò)程中,將砂子推趕到環(huán)帶混凝土邊緣,形成薄弱層;同時(shí)由于澆筑點(diǎn)距離較遠(yuǎn),兩點(diǎn)投料的混凝土相互推進(jìn)過(guò)程中,將砂子推到一起,形成砂包,導(dǎo)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(guò)程中,由于機(jī)械設(shè)備的限制,導(dǎo)致投料點(diǎn)較少、并且不能澆筑到混凝土低洼地帶,致使?jié)仓c(diǎn)位置均偏高,中間位置偏低的現(xiàn)象,最終導(dǎo)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(huì)懸浮在水中,當(dāng)水靜止后,將沉淀在第一層封底混凝土表面。(3)由于鋼護(hù)筒是坐落在第一層封底混凝土頂面上,鉆孔過(guò)程中需要砸碎、并穿過(guò)第一層封底混凝土,則會(huì)使樁基周邊位置的混凝土出現(xiàn)裂隙、甚至?xí)共糠值谝粚踊炷了榱?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(dǎo)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(diǎn)結(jié)合工程地質(zhì)情況與特點(diǎn),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,從承臺(tái)基礎(chǔ)防滲施工角度分析,本工程有如下幾個(gè)特點(diǎn)。(1)采用低樁承臺(tái),承臺(tái)底部(防滲處理)位于江水位以下11～15m,需進(jìn)行水下施工(現(xiàn)場(chǎng)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(chǎn)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(chǎn)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(wù)重,施工場(chǎng)地有限。要求施工方案必須簡(jiǎn)便、施工設(shè)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(shí)平臺(tái)進(jìn)行,與封底混凝土頂面(承臺(tái)底部)之間存在20多米的臨空,其中圍堰內(nèi)水深8～10m,為施工造成了較大的困難。(6)施工場(chǎng)地位于長(zhǎng)江內(nèi),處理材料及施工方法均需考慮對(duì)長(zhǎng)江水體造成的污染及影響。分析常用的處理方法,結(jié)合本工程具體情況,采用了速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù)進(jìn)行圍堰防滲和加固處理。3快速冷塊技術(shù)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(qiáng)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(chǔ)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(jié)時(shí)間,有利于動(dòng)水條件下的堵漏和防滲,能節(jié)省灌漿材料和時(shí)間。速凝膏漿有四個(gè)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(dòng)特性和擴(kuò)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(kuò)散范圍和抗沖蝕能力;(4)凝結(jié)時(shí)間可控性有利于膏漿適應(yīng)于不同開度、不同流速的地層防滲施工,并可控制漿液的擴(kuò)散范圍。3.2快速研磨石膏漿的施工技術(shù)(1)施工設(shè)備膏漿可以利用常規(guī)水泥灌漿的孔位進(jìn)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(jìn)行施工。(2)孔口返漿或壓至初始孔內(nèi)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(jí),通過(guò)漿液變換標(biāo)準(zhǔn)逐級(jí)變濃;一般可以孔口返漿或孔內(nèi)有壓作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。膏漿的屈服強(qiáng)度較大,其擴(kuò)散范圍受到一定約束,故孔排距應(yīng)比常規(guī)水泥灌漿小。4現(xiàn)場(chǎng)施工采用速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù),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(nèi)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(cè)(靠岸和主河道)的部分,沿著鋼沉箱內(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)1m。先進(jìn)行外排孔的施工,再進(jìn)行內(nèi)排孔施工。每排孔共分兩序進(jìn)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(bǔ)強(qiáng)孔。因場(chǎng)地等因素對(duì)鉆孔布置產(chǎn)生影響,無(wú)法施灌,根據(jù)實(shí)際情況作了局部調(diào)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(jìn)入基巖底部0.5～1m,承臺(tái)底部封底灌漿孔的孔深要求低于承臺(tái)底部2～3m。(3)頂面滑固與鉆孔主要采用風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)成孔。由于施工平臺(tái)與封底混凝土頂面存在20多米的臨空,先在平臺(tái)連接好20m長(zhǎng)的套管,直接用吊車吊到孔位位置,而后進(jìn)行鉆孔施工。(4)化學(xué)灌漿材料根據(jù)被灌地層的狀況、灌漿目的,本著造價(jià)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(shí)現(xiàn)10m水深以下地層灌漿的可控性。(5)長(zhǎng)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(nèi)純壓、自下而上的灌漿施工工藝。灌漿段長(zhǎng)一律為2m,先灌筑穩(wěn)定性漿液,以保證對(duì)微小裂隙的灌筑效果,如不能起壓或灌筑過(guò)程太長(zhǎng),則改灌速凝膏漿。如果內(nèi)排孔的灌漿是以膏漿灌筑結(jié)束的,在其附近進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)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(wú)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(dá)到結(jié)束灌漿壓力。②由于在水下10m進(jìn)行灌漿,嚴(yán)格控制撥出套管長(zhǎng)度,在封底混凝土中的套管剩0.5～1m長(zhǎng)時(shí)可在正常壓力下結(jié)束灌漿。③若發(fā)現(xiàn)臨近孔產(chǎn)生串、跑漿現(xiàn)象,在采取間歇、止?jié){等有效措施無(wú)效后,結(jié)束;待凝后在附近鉆孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。(8)計(jì)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(jì)措施若在灌漿過(guò)程中出現(xiàn)不能按照灌漿壓力正常結(jié)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(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況,由于圍堰內(nèi)的中間區(qū)域混凝土厚度基本均達(dá)3m左右,且完整性較好,灌漿時(shí)吃漿量很小,實(shí)際施工過(guò)程中該區(qū)域減少了一定量鉆孔。經(jīng)過(guò)18d的緊張施工,共完成鉆孔54個(gè),灌筑膏漿約700m3,單孔最大水泥耗量達(dá)52t,鉆孔時(shí)出現(xiàn)最大脫空達(dá)3m。抽水開挖后圍堰內(nèi)情況如圖4所示,防滲效果顯著。(1)通過(guò)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(rèn)為速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù)是適合于本工程實(shí)際情況的,其對(duì)水下大孔洞地層的封堵效果明顯。(2)采用速凝膏漿結(jié)合穩(wěn)定性漿液灌漿技術(shù)在本工程中的工效可滿足整個(gè)進(jìn)度計(jì)劃要求,工程造價(jià)比較經(jīng)濟(jì)、合理。(3)采用預(yù)制20m套管直接放到孔位的方法有效解決了施工平臺(tái)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(jié)合套管拔管長(zhǎng)度控制水下灌漿結(jié)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(duì)于存在嚴(yán)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