小型水庫(kù)工程中混凝土防滲墻穿壩下涵管施工方案對(duì)比分析

周建波,賀小淳

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司,成都 610066;2.深圳市深水兆業(yè)工程顧問有限公司,廣東 深圳 518000)

1 工程概況

深圳市龍崗區(qū)石豹水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程主要建設(shè)內(nèi)容:壩體設(shè)置混凝土防滲墻;新建輸水隧洞(洞徑為DN2000);溢洪道進(jìn)行現(xiàn)狀修復(fù),增設(shè)消力池;對(duì)現(xiàn)狀壩下涵管進(jìn)行封堵,對(duì)現(xiàn)狀閘門及啟閉設(shè)施進(jìn)行拆除;新建100m2防汛倉(cāng)庫(kù)(含配電房);對(duì)防汛道路進(jìn)行硬化處理;修復(fù)完善大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施等。

本工程大壩混凝土防滲墻厚度為600 mm,最大深度16.34m,大壩壩頂高程為58.90m。壩橫0+018～0+024段防滲墻底高程45.84m,深度為13.06 m。該處壩下涵管高程48.96 m,管徑DN500,厚度5 mm,距壩頂9.94m。因此為保證大壩防滲墻的連續(xù)性及防滲性能[1],需對(duì)交叉部位涵管進(jìn)行截?cái)嗵幚怼?/p>

2 混凝土防滲墻穿壩下涵管施工方案

由于該水庫(kù)防滲墻與壩下涵管存在施工沖突,為保證水庫(kù)大壩防滲墻的防滲效果,同時(shí)確保防滲墻的連續(xù)性,必須對(duì)壩下涵管進(jìn)行截?cái)嗵幚韀2],因此提出壩下涵管人工切割、旋挖鉆機(jī)切割破拆、管周旋噴灌漿、沖擊鉆沖擊破拆四種施工方案。

2.1 人工切割方案

該方案主要是在防滲墻與涵管交叉位置從壩頂向下打設(shè)直徑1m,壁厚10 mm的鋼護(hù)筒,再掏土到涵管高程位置后,人工下至鋼護(hù)筒底部對(duì)涵管進(jìn)行切割破除作業(yè),最后采用C30細(xì)石混凝土對(duì)涵管進(jìn)行封堵,封堵完成后施工防滲墻。

壩下涵管封堵與所在槽段防滲墻的施工順序?yàn)?采用鋼護(hù)筒下沉至涵管高程→采用抓斗掏挖筒內(nèi)填土→人工下至筒底機(jī)械切割破拆壩下涵管→鋼護(hù)筒外槽段開挖→外拔鋼護(hù)筒→和開挖槽段一并施工防滲墻→壩下涵管回填封堵(分為防滲墻前后兩段),以形成完整的防滲體結(jié)構(gòu)。

2.2 旋挖鉆機(jī)切割破拆

該方法主要是采用旋挖鉆機(jī)攜帶撈砂斗(牙輪)鉆頭對(duì)原壩下涵管進(jìn)行破拆,旋挖鉆機(jī)的鉆孔孔徑為1.2 m,采用1.2 m鋼護(hù)筒進(jìn)行防護(hù)。

涵管破拆與所在槽段防滲墻的施工順序?yàn)?壩下涵管采用C30細(xì)石混凝土回填封堵→根據(jù)圖紙位置放出旋挖鉆機(jī)鉆孔中心位置→采用旋挖鉆機(jī)取土→下壓直徑1.2 m鋼護(hù)筒2 m→旋挖鉆機(jī)取土→下壓直徑1.2 m鋼管2 m→取土與下壓鋼護(hù)筒循環(huán)開挖至涵管高程→更換撈砂斗(牙輪)頭旋挖截?cái)嗪堋纬鲣撟o(hù)筒→采用沖擊鉆繼續(xù)沖擊涵管截?cái)辔恢酶叱讨练罎B墻設(shè)計(jì)底高程→施工防滲墻。

2.3 管周旋噴灌漿方案

該方案主要是在不破除涵管的情況下,采用高壓旋噴樁帷幕灌漿相結(jié)合的方式對(duì)管道兩側(cè)進(jìn)行加固,提高壩下涵管與防滲墻交叉段的防滲效果的施工方法。

(1)壩下涵管與防滲墻交叉段防滲處理方法:在涵管兩側(cè)造孔,利用高壓旋噴設(shè)備將涵管進(jìn)口及兩側(cè)基礎(chǔ)以下強(qiáng)風(fēng)化帶沖散,再噴水泥漿形成高噴墻與混凝土防滲墻形成完整的防滲體系。高壓旋噴墻以下,至5 Lu線以下5 m,進(jìn)行帷幕灌漿。沿防滲墻軸線進(jìn)行帷幕灌漿。

(2)防滲墻與壩下涵管交叉:防滲墻與壩下涵管預(yù)留2 m寬缺口,管道中心線左右各1m,管心以上留1m。

(3)旋噴灌漿:旋噴灌漿防滲墻前后各一排,中間缺口位置一排,總共24個(gè)旋噴灌漿孔,直徑1.2 m,孔距0.8 m,孔深14m。

2.4 沖擊鉆沖擊破拆方案

該方案是利用沖擊鉆沖擊截?cái)喱F(xiàn)狀DN500壩下涵管。沖擊鉆的鉆孔孔徑為1.0m。對(duì)涵管兩側(cè)各3 m位置打設(shè)兩排充填灌漿孔進(jìn)行灌漿,灌漿孔間距1.5 m,共設(shè)置12個(gè)灌漿孔,灌漿深度為11m。

涵管破拆與所在槽段防滲墻的施工順序?yàn)?壩下涵管采用C30細(xì)石混凝土回填封堵→測(cè)量定位→沖擊成孔→沖擊截?cái)嗪堋^續(xù)造孔達(dá)到防滲墻設(shè)計(jì)底高程→清渣沉渣清理→和開挖槽段一并施工防滲墻→該段防滲墻上下游采用充填灌漿。

3 各方案對(duì)比分析

3.1 不同因素對(duì)比分析

各施工方案工期、安全、投資對(duì)比分析如表1所示。其中人工切割方案中鋼護(hù)筒下沉及焊接5 d,人工切割1 d,有限空間作業(yè)審批15 d,合計(jì)17 d;旋挖鉆機(jī)切割破拆方案中設(shè)備組織進(jìn)場(chǎng)2 d,鉆進(jìn)機(jī)鋼護(hù)筒埋設(shè)及焊接2 d,旋挖截?cái)嗉颁撟o(hù)筒拔除2 d,合計(jì)6 d;管周旋噴灌漿方案中設(shè)備組織進(jìn)場(chǎng)2 d,旋噴樁施工4 d,合計(jì)6 d;沖擊鉆沖擊破拆方案中沖擊鉆組裝時(shí)間約2 d,沖擊截?cái)鄷r(shí)間約2 d,合計(jì)4 d。

表1 投資對(duì)比分析

綜上所述,從投資角度分析,投資最小的為沖擊鉆沖擊破拆方案,投資最大的為旋挖鉆機(jī)切割破拆;從安全性角度分析,人工切割風(fēng)險(xiǎn)最大,旋挖鉆機(jī)切割破拆、管周旋噴灌漿、沖擊鉆沖擊破拆安全性都較高;從工期角度分析,人工切割耗時(shí)17 d,工期最長(zhǎng),旋挖鉆機(jī)切割破拆與管周旋噴灌漿均耗時(shí)6 d,沖擊鉆沖擊破拆耗時(shí)最短。

3.2 各方案施工效果對(duì)比分析

3.2.1 人工切割方案

該方案對(duì)大壩無擾動(dòng)且保證了防滲墻的連續(xù)性,防滲效果較好。但是該方案需人工下至筒底破除涵管混凝土包封及切割破除涵管,作業(yè)步驟較多,且屬于有限空間作業(yè),施工風(fēng)險(xiǎn)大。工人需要穿戴防護(hù)服、呼吸設(shè)備、通風(fēng)、照明裝置及切割破除等裝備進(jìn)入,1m直徑鋼筒作業(yè)空間較為狹窄,不利于操作,安全風(fēng)險(xiǎn)較高,與其他方案對(duì)比分析施工難度較大,不建議采用。

3.2.2 旋挖鉆機(jī)切割破拆方案

該方案施工可靠性較高,對(duì)大壩擾動(dòng)較小且保證了大壩防滲墻的連續(xù)性及防滲效果,施工的安全性高。但是該方案由于現(xiàn)場(chǎng)工程量較小,配套設(shè)備較多,且旋挖鉆機(jī)為大型設(shè)備,進(jìn)場(chǎng)及施工費(fèi)用較高,同時(shí),受到小型水庫(kù)進(jìn)場(chǎng)道路狹窄、坡陡等地形限制,大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)比較困難,該項(xiàng)目中不建議采用。

3.2.3 管周旋噴灌漿方案

該方案施工難度相對(duì)較小,可靠度較高,且不需對(duì)壩下涵管進(jìn)行破除,對(duì)大壩擾動(dòng)影響小,施工的安全性高。缺點(diǎn)是防滲墻在壩下涵管處無法形成整體,且基巖防滲需采取帷幕灌漿予以加強(qiáng)[3],對(duì)壩下涵管處滲漏處理得不徹底,無法保證施工質(zhì)量。

3.2.4 沖擊鉆沖擊破拆方案

該方案施工工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備與防滲墻成槽設(shè)備共用,無其他設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用,造價(jià)低,施工采用全機(jī)械作業(yè),施工安全性高。缺點(diǎn)是沖擊鉆截?cái)嗪軐?duì)大壩存在一定擾動(dòng),需對(duì)該段防滲墻上下游側(cè)進(jìn)行充填灌漿,對(duì)擾動(dòng)處進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

目前,針對(duì)防滲墻穿越大壩涵管的處理方法較少。為保證防滲墻的連續(xù)性及抗?jié)B性能,本文通過對(duì)人工切割、旋挖鉆機(jī)切割破拆、管周旋噴灌漿、沖擊鉆沖擊破拆四種方案分別從工期、安全性、投資控制及施工效果進(jìn)行對(duì)比分析,分析結(jié)論如下:

(1)如果施工道路滿足大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng),且造價(jià)富裕,優(yōu)先考慮旋挖鉆機(jī)切割破拆進(jìn)行施工。該方案施工可靠性較高,對(duì)大壩擾動(dòng)較小且充分保證了大壩防滲墻的連續(xù)性及防滲效果,施工的安全性高。

(2)如果施工進(jìn)場(chǎng)道路、施工平臺(tái)狹窄、坡陡等限制,優(yōu)先考慮沖擊鉆沖擊破拆進(jìn)行施工。該方案工期短、造價(jià)低,安全性可控,雖然該方案對(duì)壩體造成一定程度的擾動(dòng),但可以通過對(duì)該段防滲墻上下游側(cè)進(jìn)行充填灌漿消除影響。