多相介质超深刻槽修建防冲墙(钟汉华,傅凌云,冷涛)

时间：2021-01-14 08:05:44　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要: 黄龙滩电站尾水渠右导墙由于长期受水流冲刷，临河侧基础形成冲坑，对冲坑的处理曾用水下不扩散混凝土直接回填冲坑进行应急处理。此次工程是在以前工作的基础上先在临河侧钻孔进行灌浆防止渗水，并用钢筋束进行锚固，然后用微差控制爆破法在导墙基础上开挖长46.5m、深24.95m的深槽，槽身穿过混凝土、钢筋混凝土、岩石等不同介质，岩石风化破碎，地质结构复杂，在施工过程中随时有大量漏水和垮塌的危险。通过用堵漏剂堵住集中漏水点、素喷支护、网喷支护、混凝土支护等方式保护施工场面，最后采用C35抗冲磨钢筋混凝土回填。

关键词: 导墙;多相介质;超深;刻槽;加固;黄龙滩水电站

中图分类号: TV7 文献标识码: A

1 工程概况

黄龙滩水电站位于汉江支流堵河的下游，湖北省十堰市黄龙镇上游4km处，是以发电为主，兼有城市供水、改善航运、养鱼等综合效益的大（二）型水利水电工程。枢纽主要建筑物有拦河坝、泄洪道、发电引水系统及厂房、开关站、升船机及供水系统等。大坝基础为片岩，坝型为混凝土重力坝。1974年电站原装机2×7.5万kW（2002年后扩建，另建一座厂房，增容装机2×8.5万kW，电站总装机容量32.0万kW）。工程规模为Ⅱ等，其主要建筑物为2级。工程于1969年4月开工，1976年底完建。电站尾水渠宽约31m，渠深约10m，水深1～5m不等。电站自1974年竣工至今运行了30多年，经历多次泄洪的冲刷，尾水右导墙产生了较大的破坏，出现了大小不一的冲坑。1985年在右导墙外侧修筑了一道防冲墙，因防冲墙位置处于泄流的主要回流区（回流速度高达7～10m/s），且防冲墙浇筑质量不高，经过几次泄洪的冲刷，旧防冲墙又出现了几个较大的冲坑，冲坑内大部分钢筋错位，冲坑范围已穿透现刻槽位置，为安全度汛，采用了水下不扩散混凝土直接回填处理。

本次修建的钢筋混凝土防冲墙位于该电站尾水渠右导墙外侧164.95m平台处，自尾0+012.5至尾0+059.0止，长46.5m，距厂房10m，距大坝约120m。槽顶部高程164.95m，底部高程140.00m，深24.95m，防冲墙墙体面积约1160m2 。墙体刻槽外侧（靠河床一侧）槽壁混凝土较薄，最小壁厚仅为4m，刻槽尾端与尾水导墙尾端相连且嵌入导墙约50cm，如图1所示。深槽由顶宽2.0m渐变至底宽1.5m，成槽后现浇混凝土强度等级为C35的钢筋混凝土，与1985年修筑的防渗墙共同组成抗冲体系。槽上部5m左右为厂房右导墙混凝土护脚，下部基岩处在黄龙—草店大断层破碎带上，刻槽要通过混凝土、钢筋混凝土、岩石等不同介质，且岩石风化破碎，地质条件复杂，三面临水，需保留保护的混凝土厚度小，这些均给刻槽爆破增加了很大的难度。此刻槽爆破区距厂房、大坝距离较近，爆破环境复杂，必须严格控制爆破地震波、飞石，确保电厂不跳闸，大坝、厂房等建筑物、尾水右导墙一期水下混凝土、1985年防冲墙、新施工的锚桩兼防渗灌浆孔等不受破坏和人员安全。

本期工程主要工程量为:防渗灌浆1360m，锚桩960m，防冲槽开挖2048m3 ，C35混凝土回填2048m3 ，槽内钢筋制安88t，以及相应开挖支护、防渗工程。

2 刻槽施工准备工作

在刻槽前先在槽身两侧进行防渗补强灌浆，灌浆后在灌浆孔内置放钢筋束形成锚桩。

2.1 防渗灌浆

（1）孔位布置。在拟新建防冲墙外0.5m布置灌浆孔，孔距2.5m，共布置48个孔。

（2）孔深控制。灌浆孔深按照设计孔深要求，K1～K16为35m深，K17～K48均为25m深。本期共造灌浆孔48个，进尺1360m。

（3）造孔、洗孔。采用50型潜孔钻造76灌浆孔至要求孔深，用高压风水枪（1MPa）冲洗孔内积水、残渣，直至回水变清为止。

（4）灌浆。①灌浆材料:胶凝材料强度等级采用宝石集团42.5普通硅酸盐水泥，细骨料采用小于2mm细砂（孔隙较大时采用）。②灌浆方法:地质条件较好时，采用自下而上灌浆;地质条件较差时，采用自上而下分序分段灌浆。③灌浆顺序:灌浆顺序采用间隔跳跃式方法（2序或3序逐渐加密法）连续灌注。④压水试验抽检:整个灌浆工程结束后，进行了压水试验抽检。在1MPa的压力下，钻孔单位吸水率均小于设计要求值，抽检结果满足设计要求。

2.2 锚桩施工

每个灌浆孔内设3根φ28HRB335级钢筋作锚桩，锚桩采用3根φ28钢筋搭接焊，接头错开3m，单根φ28钢筋加长采用绑焊焊接，考虑到下锚方便，绑条采用两根φ20钢筋替代单根φ28钢筋（长60cm），焊口为单面焊。

钻孔经过高压风、水反复洗孔后，采用台架及钻机卷扬下锚，每下锚3m后用夹板固定3根锚筋，分别绑焊连接各根φ28钢筋，直至下锚到设计孔深。

3 爆破开挖施工

3.1 施工方案

根据此刻槽爆破的施工特点、要求，采取预裂爆破、微差挤压爆破等先进的爆破技术，深孔爆破与浅孔爆破相结合，采取有效的安全措施，确保工程质量、施工进度及安全。

为避免槽顶部约40cm厚钢筋混凝土整块抬起，先用浅孔爆破，沿开挖线开挖约40～50cm深并切断钢筋。

采取预裂爆破沿两侧开挖线形成贯通裂缝，减弱主爆孔爆破时地震波强度，使槽壁尽可能平整、光滑，减少超挖、欠挖。因主爆孔只有一个临空面，横断面小，岩石夹制作用大，而人工清渣又必须保证爆破的岩石不仅要松动，而且要翻起移位。因此用φ150mm钻机沿横断面钻出密集炮孔，形成侧向临空面，主炮孔利用此临空面采取微差爆破逐排起爆。通过试验炮优化爆破参数，精心施工，严密组织，确保安全。

爆破石渣用绞车垂直提升运至槽口，转运至弃渣点。开挖过程中，随时进行堵漏和支护，防止槽壁出现大量渗水和垮塌。

3.2 钻孔机械及爆破器材

采用50型潜孔钻机4台，孔径分别为φ150mm（主炮孔）、φ80mm（预裂孔）;Y26手持风钻4台，20m3 空压机1台。因孔内可能有水，采用φ32mm、每卷重200g、长度22cm的乳化炸药，1～12段毫秒延期塑料导爆管雷管、导爆索。因爆区在电厂附近，为避免射频及杂散电流的影响，不用电雷管，采用火雷管导火索起爆导爆管。

3.3 预裂爆破

3.3.1 爆破参数

（1）炮孔直径D=80mm，沿槽两侧开口边线用潜孔钻钻垂直孔。

（2）炮孔深度L为6～10m。预裂孔1次钻到槽设计底部高程，而后孔内填砂子，每次预裂爆破时，用高压风吹至所需深度，每次预裂爆破要达到同一高程。

（3）炮孔间隔a=0.4m。

（4）线装药密度q1 为0.2～0.4kg/m。根据试验炮的结果及每层混凝土、岩石的强度、破碎程度作适当调整。

（5）孔口不装药长度L2 为0.8～1m。坚硬完整岩石取小值，风化破碎岩石取大值。如孔内有水，不装药段可不填塞，但为减少爆破声响，减少空气冲击波，不装药段可用砂子填塞。

3.3.2 装药结构

将乳化炸药卷按设计药量连续或间断绑在导爆索和竹片上，孔底1m药量加倍，口部1m药量适当减少。

3.3.3 起爆网络

依据所限制的单响药量，确定单响炮孔个数。同一侧、同一响炮孔用导爆索串联，毫秒延期雷管起爆。微差时间，同排每响间隔25～50ms，排间50～100ms。

3.4 主炮孔爆破

3.4.1 爆破参数

炮孔直径40mm，炮孔深度2～3m，炮孔间隔0.53m，炮孔排距0.4m，炸药单耗1～2kg/m3 。爆破参数将根据试验炮效果、岩石坚硬程度及完整破碎情况作调整。单孔药量为0.2～0.3kg。

3.4.2 装药结构及堵塞

采用单卷连续装药或分段间隔装药。分段装药时，上部为单孔装药的30%，下部70%，堵塞长度0.6m左右。干孔用黄土堵塞，水孔用稻草堵塞。

3.4.3 起爆网络

采用孔内孔外相结合导爆管微差起爆网络。孔内分段装药时，同一孔上下时间间隔25ms，同一排4个炮孔为一响，排间用孔外毫秒雷管延时，逐排起爆，时间间隔30～50ms。

3.5 安全措施

3.5.1 爆破地震波的控制

控制单响药量，严格控制厂房处的地震波垂直震动速度小于国家安全规定标准，即Vp ≤5cm/s，以此来确定单响药量。

根据公式:

即控制单响药量不超过10kg;当爆区距厂房40m时，即控制单响药量不超过40kg。

根据每次爆区中心到厂房的实测距离，确定单响药量。

最近处R=10m，Q≤1.36kg。

3.5.2 飞石的控制

优化爆破参数，合理确定每孔药量，既保证爆破效果，又不使装药过量，造成飞石距离过远，爆破时炮孔采用草袋、竹夹板等材料防护。

3.5.3 制定严密的安全警戒措施

分类存放各种爆破器材，专人看守，制定严格的爆炸品出入库登记制度，每天爆破后剩余的爆炸物品要收回入库。

划定安全警戒区，规定明确的爆破准备—起爆—解除警戒的信号，各主要交通要道派专人警戒。

每次爆破后均要认真检查爆破情况，如有哑炮，待正确处理完毕后，方可解除警戒，清理现场。

3.6 出渣

槽口段采用人工直接出渣，倾渣于河侧。随着槽深增加（不小于1.5m），出渣方式改为人工装渣，人力绞车或卷扬机提渣方案。倾渣距离较远时，采用斗车倾渣方案。

3.7 临时支护

支护是槽向下延伸的保证，根据掘进过程中的具体情况，采用了相应的临时支护措施。

（1）素喷支护。上游仓局部区域槽壁岩石相对完整或断层破碎带胶结较好，槽壁仅因爆破原因形成一些张开并未连通的裂隙，采取素喷支护措施，充填张开裂隙，防止掉块。

（2）网喷支护。由于开挖区位于黄龙—草店断层破碎带上，槽壁节理、裂隙较为发育，节理裂隙相互切割，易组合形成不稳定体。此种情况下，可采用网喷支护措施，即在支护段槽壁按一定排距、行距用手持式风钻打1～2.5m深的锚杆孔，通过插筋、灌浆固结、挂钢丝网、喷射机喷厚8～10cm混凝土进行护壁。

（3）混凝土支护。中游仓断层破碎带较为松散、含泥量高，处于泡水状态，易垮易塌，采用混凝土支护，即清除塌方的松散岩体，将未塌方的岩体用锚杆固定，在槽壁处立模，回填C20混凝土，预埋钢支撑，钢管一端套在锚杆上，另一端与1985年钢筋笼焊接。

3.8 排水堵漏

由于槽挖范围离尾水渠、河边较近，尾水水位相对较高，加之原混凝土质量较差，且下伏断层破碎带槽内渗水现象不可避免，为了使槽挖顺利进行，采取了排水堵漏措施。

（1）下游仓下端槽壁渗水、滴水较小，采取槽壁彩条布覆盖方法，变槽内水明渗、明滴为彩条布内暗流，为槽内施工人员创造良好的施工环境。对渗水较大且不集中的区域，采取凿槽嵌缝、堵漏封堵等施工方法对其进行堵漏，采用水泵将槽内积水抽出。

（2）相对于下游仓，上游仓的地质条件相对较好，槽内渗水主要为集中渗水，因其节理裂隙相互交错，无法封堵，采用引水措施，集中漏水，然后用水泵排水，保持槽内相对干的施工环境。

（3）由于中游仓位于黄龙-草店断层破碎带，槽内渗水非常大，采用凿槽嵌缝，堵漏灵、水玻璃封堵和引水相结合的方法，取得了很好的效果。

上游槽和下游槽开挖断面满足设计要求，即顶宽1.7m，底宽1.5m。中间槽开挖10m后，刻槽两侧岩体破碎（而施工单位未按设计要求进行补强灌浆），左侧断层破碎带开始坍塌，发现此情况后，及时用钢板、槽钢和钢套管进行衬护，但实际开挖槽宽最窄处只有1.3m，后经设计单位验算，可满足设计要求。

4 抗冲磨钢筋混凝土施工

二期防冲墙长45.7m，宽1.5～2m，槽深24.95m。墙体C35混凝土分3仓浇筑（先下游仓，后上游仓，再中间仓），每仓长度均为15.23m。由于槽壁外侧较薄，相应外水水头较高（水头10～15m），渗透途径多，水文地质条件较为复杂，加之槽深较大，混凝土连续浇筑，施工较为困难。

因混凝土强度高，采用FDN混凝土高效减水剂以减少用水量，水灰比为0.45，施工中严格控制称量装置的精确度及灵敏度。混凝土采用两台JZ-350型拌和机拌和，受施工场地限制，防冲墙施工混凝土采用斗车运料，在槽口布置3个溜筒下料入仓，采用插入式振捣器振捣，浇水养护。

5 施工中的几点体会

（1）从深槽的施工条件分析，槽内渗水和槽壁垮塌对施工开挖的影响较大，若不采取适当的预加固措施（灌浆和锚桩），则无法保证施工的顺利进行。

（2）刻槽施工进入下部时，外江水头较大，渗水和垮塌现象较为频繁，要切实加强观测，发现问题及时处理。

（3）深槽施工中，要避免更多地扰动围岩，必须采用减震爆破技术，减少单响药量。

（4）必须完善施工管理中的应急预案与机制，要有处理突发事故和减少损失的前瞻性。

作者简介: 钟汉华，男，湖北水利水电职业技术学院，副教授，高级工程师。

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