獅子坪水電站壓力管道中、上平段滑道施工

劉孟俊， 徐 旸

(中國(guó)葛洲壩四川三峽分公司，四川成都 610072)

1 獅子坪水電站采用滑道的原因

一般認(rèn)為:滑道是旅游區(qū)、廠礦獨(dú)有的，但獅子坪水電站壓力管道上平段施工部位處于317國(guó)道上方，垂直高差達(dá)250 m。壓力管道為地下埋藏斜井式，傾角60°，采用一條主管經(jīng)兩個(gè)“卜”形岔管分為3條支管分別向3臺(tái)機(jī)組供水的聯(lián)合布置形式。壓力管道直徑3.9 m，長(zhǎng)4～4.8 m，重9.8～12 t。壓力管道分為上平段、上斜段、中平段、下斜段、下平段，其中下平段到上平段洞口的垂直高差為169.667 m。由于地形條件限制，施工平臺(tái)由整體鋼筋石籠填筑形成，到上平段根本無(wú)法開(kāi)辟車輛通行道路。為滿足壓力管道運(yùn)輸和上平段其它施工材料、設(shè)備垂直運(yùn)輸?shù)男枰?，在上平段和中平段之間需要修建一座供上平段交通洞出渣、上斜井、上平洞壓力鋼管運(yùn)輸、混凝土澆筑的通道——滑道?；酪砸惶谞恳嚭退土闲≤囉脕?lái)運(yùn)輸壓力鋼管及其它施工材料，滑道總長(zhǎng)為289 m，縱向坡角為37°。滑道采用雙軌，上平段和中平段支洞均有輕軌與滑道垂直連接，軌道寬度為2.0 m，軌道選用24 kg/m輕軌。由20 t卷?yè)P(yáng)機(jī)提供動(dòng)力。

2 滑道總體鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)應(yīng)力設(shè)計(jì)施工

(1)工作狀態(tài)下，I18橫向連接工字鋼排距為1.5 m，不考慮沖擊載荷?；赖膽?yīng)力情況:最大應(yīng)力為89.705 MPa(圖1)。

圖1 滑道應(yīng)力分布圖

(2)計(jì)算結(jié)果分析。滑道材料選用Q235，其許用應(yīng)力為177 MPa。由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，滑道在正常工作狀態(tài)下最大應(yīng)力為89.705 MPa，結(jié)構(gòu)是安全的?；揽v向支承梁采用H型鋼，其下部與樁基上預(yù)埋鐵板凳焊接，上部鋪枕木，枕木上鋪輕軌，H型鋼之間采用工字鋼I18相連?？紤]到以上結(jié)構(gòu)的應(yīng)力太大，于是把I18橫向連接工字鋼改為I25b工字鋼，排距為0.5 m，牽引繩的固定或轉(zhuǎn)向滑輪采用16 t起重滑車，牽引繩的支承采用托滾，滑道部分的托滾固定在工字鋼I18上，卷?yè)P(yáng)機(jī)至轉(zhuǎn)向滑輪之間的托滾根據(jù)需要布置，確定位置后其基礎(chǔ)采用水泥沙漿固定。在滑道靠近上平段處布置定位機(jī)構(gòu)，當(dāng)輸送車運(yùn)行到上平段時(shí)，由人工監(jiān)控切斷卷?yè)P(yáng)機(jī)電源并操縱定位機(jī)構(gòu)使輸送車準(zhǔn)確定位。

3 滑道基礎(chǔ)形式選擇、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)承載力分析、單樁承載力及變位分析

3.1 滑道基礎(chǔ)形式選擇

從現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖掌子面揭示的土層看，堆積體塊石最大粒徑為30～100 mm，并含有較大塊徑的孤石。用四分法取代表試樣在室內(nèi)進(jìn)行篩分試驗(yàn)和顆粒比重試驗(yàn)，得出三個(gè)取樣點(diǎn)堆積體顆粒比重在2 730～2 740 kg/m3之間，其平均比重為2 740 kg/m3。

滑道基礎(chǔ)應(yīng)保證樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的承載力設(shè)計(jì)要求，樁基礎(chǔ)的沉陷不得超過(guò)建筑物的沉降允許值、水平位移和垂直沉降并滿足變形控制值要求，以使結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性良好。為減少山體邊坡的開(kāi)挖與回填，減少環(huán)境破壞，滑道基礎(chǔ)采用樁基結(jié)構(gòu)。沿軌道下方設(shè)兩排，樁基中心連線與兩條軌道截面形心重合。樁基孔徑為100 cm，縱向水平間距為300 cm。人工開(kāi)挖，樁身為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

為保證滑道的整體穩(wěn)定，單排樁柱之間鋪設(shè)1根HK20CH型鋼，并滿足加固要求。橫向用I18工字鋼進(jìn)行連接，I18工字鋼沿滑道間距為150 cm。后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，增設(shè)了80 cm ×80 cm鋼筋混凝土地梁，以加強(qiáng)樁基的整體性。

為保證滑道的整體穩(wěn)定，在施工過(guò)程中，工字鋼和鋼筋通過(guò)焊接連接為整體，縱向連接的H型鋼之間通過(guò)預(yù)埋在樁基的鋼板凳連接板用電焊將其連接為整體。

3.2 滑道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)承載力分析

滑道坡度為37°，最大承載重物為壓力鋼管，內(nèi)徑為3.9 m，長(zhǎng)度為4 ～4.8 m，重量為 10 t。承載重物的小車重4 t，運(yùn)輸平臺(tái)重4 t，再考慮滑道上部結(jié)構(gòu)自重，計(jì)算荷載按200 kN考慮。(1)考慮通道對(duì)施工工期和下方人員、國(guó)道的安全影響;(2)軟弱或不良地基上的建筑物可能存在偏心荷載;(3)地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均的碎石土等，其自重固結(jié)未完成;考慮在最不利的狀況下，小車重心側(cè)向偏移，全部重量均傳遞作用在單樁上，此時(shí)單樁最大垂直荷載為119.8 kN，水平荷載為98.16 kN。

3.3 單樁承載力及變位分析

樁正截面受壓承載力按下式計(jì)算:

式中 Nou為軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取200 kN;φ為鋼筋混凝土樁的穩(wěn)定系數(shù)，取φ=1;fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)C30混凝土，取15 N/mm2;為鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)于Ⅱ級(jí)筋，取310 N/mm2;A為樁截面積，m2;A＇為全部縱向鋼筋截面積，配筋率一般在0.3 ～0.65%，初按0.3%配筋率計(jì)算;Ψc為基礎(chǔ)施工工藝系數(shù)，取0.9。

經(jīng)計(jì)算，Nou=14.34 ×103kN，滿足要求，

再用靜力法進(jìn)行單樁承載力、單樁水平承載力分析、單樁沉降的計(jì)算、單樁水平荷載下的變位計(jì)算(表1)。

正常情況下，多根樁共同參與受力。樁基礎(chǔ)樁距≥3 d(d為樁徑)，樁不超過(guò)兩排，樁基的豎向抗壓承載力即為各單樁豎向抗壓承載力之和。樁間工字鋼和H型鋼連接處理，有利于提高結(jié)構(gòu)整體受力性能。

表2 樁徑為1 m的樁基承載力和變位計(jì)算結(jié)果匯總表

對(duì)于小滑車牽引問(wèn)題，我們將錨桿錨固于巖體中，巖體滿足錨固要求的一個(gè)重要條件是完整性。對(duì)于滑道正上方巖體，其完整性受巖體裂隙和弱面發(fā)育影響有很大的不確定性。為保證安全，通過(guò)錨桿錨固等措施使被錨固巖體成為一個(gè)協(xié)同工作的整體。為此，綜合考慮，將安裝滑輪的錨桿長(zhǎng)度確定為6 500～10 500 mm，入巖長(zhǎng)度為6 000 ～10 000 mm。

同時(shí)，另安設(shè)長(zhǎng)度為3 000～6 000 mm的錨桿，對(duì)受力巖體沿垂直弱面方向進(jìn)行錨固。

4 中平洞至上平洞滑道基礎(chǔ)固結(jié)灌漿施工方法

4.1 樁基布置

中平洞至上平洞滑道采用雙軌道，軌道之間的間距為2 m，滑道下起點(diǎn)高程為2 230 m，起點(diǎn)至上終點(diǎn)高程為2 399.667 m，軌道總長(zhǎng)283 m，垂直高差為169.667 m，距離長(zhǎng)、高差大給灌漿工作帶來(lái)很大困難。將滑道樁基澆筑在由滑坡體碎石堆積起的覆蓋層上，表面1～1.5 m為巖體崩塌碎石，1 m以下為碎石、砂土混合體，結(jié)構(gòu)十分松散、無(wú)膠結(jié)，透水性強(qiáng)。滑道樁基采用人工挖樁澆筑，鋼筋籠及鋼筋混凝土護(hù)壁，現(xiàn)澆灌注樁為基礎(chǔ)。樁基縱向用H型鋼連接，橫向樁基為鋼筋混凝土連接，在外側(cè)各1 m周邊范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿加固處理。

4.2 樁基灌漿孔的布置

樁基橫向每排設(shè)置5孔，孔間距為1 m。兩樁基中心點(diǎn)布設(shè)1孔，樁基兩側(cè)距中心點(diǎn)1 m各設(shè)1孔，樁基中心設(shè)1孔。樁基縱向排距1.5 m，即在兩排樁基中心上設(shè)1孔。

4.3 固結(jié)灌漿程序

按圖放樣布孔→鉆孔→預(yù)埋灌漿鋼花管→灌漿孔檢查驗(yàn)收簽證→壓力水沖洗裂隙→灌漿→封孔→檢查孔布孔→鉆孔(取芯)→壓水 →封孔(驗(yàn)收)。

4.4 固結(jié)灌漿的施工方法

分兩期灌漿，第一次灌漿結(jié)束后，經(jīng)取芯檢查再確定是否進(jìn)行第二次灌漿。

(1)灌漿孔的形成。因固結(jié)灌漿孔均位于松散堆積體上而不能直接成孔，故先用電動(dòng)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)、56 mm的鉆頭鉆至孔深位置，起鉆后將長(zhǎng)3 m，直徑40 mm的鋼花管打入孔內(nèi)預(yù)埋。將鋼花管的一端頭20 cm處加工成圓錐體，另一端頭加焊鋼筋箍，在加鋼筋端頭50 cm往下、每10 cm呈梅花形鉆灌漿小眼，見(jiàn)圖2。

圖2 灌漿花管示意圖

(2)鉆孔沖洗。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，其目的是將鋼花管周邊的泥渣沖洗干凈，使用壓力水沖洗延續(xù)10 min。

(3)壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)在裂隙沖洗后進(jìn)行，試驗(yàn)孔數(shù)不宜少于總數(shù)的5%，試驗(yàn)采用單點(diǎn)法。壓入流量穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):在規(guī)定壓力下，每5 min測(cè)讀注入量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1.0 L/min即可結(jié)束，取最終值為計(jì)算值。

(4)簡(jiǎn)易壓水。灌前簡(jiǎn)易壓水在裂隙沖洗時(shí)進(jìn)行，每隔5 min讀一次數(shù)，連續(xù)四次讀數(shù)即可，最終值為計(jì)算值。

(5)灌漿材料。水泥使用新鮮普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)為 P.042.5，制漿站集中制備 0.5∶1的純水泥漿，外加劑采用減水劑。針對(duì)地質(zhì)條件，送漿壓力使用0.3 MPa。

(6)灌漿技術(shù)要求采用孔外循環(huán)，孔口封閉，將壓力表安裝在進(jìn)漿管上，全孔一次性純壓式灌漿法。水灰經(jīng)選用1∶1、0.5∶1兩個(gè)比級(jí)。灌漿開(kāi)始使用1∶1的水灰比，遵循由稀變濃變漿原則。

5 結(jié)語(yǔ)

獅子坪水電站在由滑坡體碎石堆積起來(lái)的覆蓋層上澆筑樁基、結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)建造的滑道投入運(yùn)行后共計(jì)運(yùn)輸壓力鋼管223 m、約600多 t，混凝土7 000 m3，轉(zhuǎn)運(yùn)石渣9 700 m3，并進(jìn)行了調(diào)壓井、引水隧洞的材料及混凝土運(yùn)輸，其性能良好，完全滿足了安全及生產(chǎn)需要。