江坪河水電站深厚覆蓋層防沖樁板聯合施工技術

楊大明，張玉平，劉 瑜，吳冬明，李先付

(1.中國葛洲壩集團市政工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.湖北能源集團溇水水電有限公司，湖北 恩施 445801)

1 工程概況

1.1 消能防沖工程

江坪河水電站下游河道消能防沖工程采用“大口徑防沖板(樁)+邊坡面板”措施，防護軸線左右岸各600 m。防沖板(樁)形式：①Ⅰ型。板樁聯合結構，上部板厚2 m，深12～28 m，下部樁徑2.0 m，樁長7～23 m，布置在沖刷重點防護區；②Ⅱ型。樁徑1.5 m，樁長12～20 m；③Ⅲ型。防沖板厚1.5 m，板深7～16 m。防沖樁作用為保證邊坡整體穩定，防沖板防護表層覆蓋層、強風化巖體被沖(淘)刷；防沖樁基礎深入沖坑底部1/3樁身長，防沖板深入弱風化巖體3～5 m，板(樁)頂布置混凝土連梁連接，使防沖設施具有較好的整體性。連梁間隔布置1 000 kN級長30～45 m預應力錨索，上接厚1.0 m護坡混凝土，防護上部邊坡坡面。消能防沖結構斷面見圖1。

圖1 消能防沖結構斷面示意

1.2 工程地質

下游河道防護區范圍內，河流流向為S73°E～S90°E，枯水期河水位約295 m，河面寬40～70 m，水深0.5～3 m。防護區兩岸地形坡度左岸為40°～50°，右岸為35°～45°。根據物探地震波測試，覆蓋層厚度為3～32 m，地震波波速為1 650～2 100 m/s，可分為2層，下部為堰塞湖沉積相灰黑色粘土夾砂或為砂礫石、塊石夾黑色腐植質砂質粘土，上部為現代河流沖積物或堆積物，由砂礫石、棄渣及漂石組成，下伏基巖為強風化的灰綠色薄層鈣質粉砂巖、板巖夾灰巖條帶。左岸為斜交順向坡，發育斷層F134、F271等，邊坡強風化及以上巖體內發育1組NE向的順坡向中傾角節理面，還發育1組NW向的陡傾角節理面。這2組節理面在弱風化及以下巖體中發育少，連續性差。斷層F134、F271等與層面、2組節理面切割形成的塊體對邊坡穩定不利，可能會出現小型楔體崩塌和滑動失穩。

1.3 工程水文

溇水流域屬副熱帶季風氣候區，雨量充沛，氣候溫和，四季分明，是長江流域著名的暴雨區之一。本流域年內降雨分配很不均勻，主要集中在4月～8月，此間降水量可占全年降水量的70%左右。降雨受山區地形變化的影響，分布不均，一般隨地勢增高雨量增加，陡漲陡落，防洪度汛風險高，壓力大。

2 施工工藝

2.1 防滲方案選擇

防沖樁板緊靠河床左右兩側施工，常年枯水位高程為293～295 m，左右岸人工挖孔樁板深達35 m，底部高程左岸為275 m，常水位以下施工深達20 m。覆蓋層深厚，多為塊石、礫石等棄渣堆積松散體，結構松散，架空現象明顯，易塌方、透水、涌水；下部基巖完整性較差，斷層、夾層、破碎帶較多，裂隙、節理發育，滲水同樣很大。采用抽排方式排水難以滿足開挖作業要求，需防滲處理后才能保證挖孔樁板順利進行。同時，還要保證邊坡穩定，道路暢通安全，防洪度汛安全，作業人員人身安全和施工進度。因此，做好防滲處理是本工程樁板施工能否順利進行的關鍵。

現場條件是河道狹窄(40～70 m)，邊坡高陡，且施工部位上部左岸有電站1號交通要道，右岸有2號交通要道，結構不能內移，向外的施工平臺不得影響防洪度汛安全，平臺修建寬度極為有限。防滲施工為臨時工程，必須盡快完成，以滿足主體進度要求。防滲方案及其施工工藝必須滿足現場條件和工期要求，保證樁板施工順利進行。通過對防滲墻、固結灌漿、高壓旋噴灌漿3種方案的對比分析(見表1)，最終確定本工程的防滲處理選采用“上部覆蓋層高壓旋噴灌漿[1]+下部基巖帷幕灌漿”相結合的方式。

2.2 高噴與帷幕灌漿結合施工

2.2.1布置方式

結合現場條件，采用“覆蓋層內高壓旋噴灌漿[2]+(樁下)基巖帷幕灌漿[3]”組合的形式。防滲處理斷面見圖2。高壓旋噴灌漿和帷幕灌漿均為水泥漿灌注，布置方式為：

(1)靠河側。在距樁板軸線2.3、3.05 m處覆蓋層內布置2排高壓旋噴灌漿，孔間距0.8 m，排距0.75 m，起噴高程305 m，深入弱風化巖層1 m。距>樁板軸線外側3.05 m處的基巖內，沿高壓旋噴灌漿孔下部布置1排帷幕灌漿孔，間距1.6 m，終孔深度比防沖樁深1.0 m。

表1 覆蓋層3種防滲方式選擇對比

圖2 防滲處理斷面(單位：m)

(2)靠山側。利用高噴樁對內側邊坡覆蓋層起到一定的固結作用，防止挖樁過程中井壁覆蓋層發生坍塌而引起邊坡不穩定。在距樁板軸線2.0 m處覆蓋層內布置1排高壓旋噴灌漿，孔間距0.8 m，起噴高程右岸為310 m，左岸為305 m，深入弱風化巖層1 m；基巖內沿高壓旋噴灌漿孔下部布置1排帷幕灌漿孔，間距1.6 m，終孔深度比防沖樁深1.0 m，高壓旋噴灌漿孔和其下部的帷幕灌漿孔鉆孔角度外傾3°。

(3)橫向設置。為使防滲結構形成一個封閉體，需在左、右岸樁板防滲部位的上、下游設置“覆蓋層內高壓旋噴灌漿+(樁下)基巖帷幕灌漿”，布置方式同靠山側。

2.2.2覆蓋層內高壓旋噴灌漿

采用跟管鉆機鉆孔Φ150，孔內下Φ110PVC套管護壁，然后鉆噴機下入高噴管進行高壓旋噴施工。分2個工序進行施工。

(1)參數。旋轉速度20～30 r/min，提升速度5～10 cm/min，噴嘴2.0～3.2 mm，壓縮空氣壓力0.6～0.8 Mpa，噴漿壓力25～40 MPa，高噴漿量70～100 L/min，高噴漿液密度1.4～1.5 g/cm3，回漿密度≥1.3 g/cm3。

(2)施工工藝流程。測量定位→鉆機就位造孔→高噴機就位→制漿供漿→噴漿成樁→機具清洗→移機至下一孔位。

(3)質量控制。鉆孔孔位、孔斜、間排距符合設計要求，各種材料滿足規范要求。注漿管分段提升的搭接長度不得小于10 cm。高噴灌漿過程中，出現壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況時，立即查明原因并及時采取措施排除故障。如發現漿液噴射不足，影響設計直徑時，應復噴。

(4)質量檢查。高壓旋噴灌漿是沿防滲樁板井周邊布置了1圈高壓旋噴孔，本身已形成了1個圍井，高壓旋噴灌漿完成后，進行樁板聯合井下開挖時一并檢查。

2.2.3基巖帷幕灌漿

靠河側和靠山側各布置1排帷幕灌漿孔，均位于已施工的高壓旋噴灌漿孔基礎上，孔距1.6 m。其中，靠河側帷幕孔布置在最外排已施工的高噴孔部位。內、外側帷幕灌漿均在首先完成其上部覆蓋層內的高壓旋噴灌漿，且待其凝固強度達到鉆孔不被破壞時(一般7 d后，具體根據同條件試件和天氣溫度調整控制)再進行掃孔施工帷幕灌漿。帷幕孔深超過防沖樁底部1 m，分3序施工，采用自上而下分段灌漿法，分段長度不超過8 m。覆蓋層全段埋設孔口管，內徑90 mm。

(1)施工工藝流程。鉆機定位→鉆孔→鉆孔沖洗→高噴樁內阻塞→裂隙沖洗(簡易壓水防滲) →灌漿→封孔。

(2)灌漿壓力。采用0.1 ～1.0 MPa。

(3)灌漿結束標準。①在規定的壓力下，注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注60 min，或注入率不大于1.0 L/min時，繼續灌注90 min，灌漿可以結束。②灌漿過程中如發現回漿失水變濃，應改稀一級新漿灌注，效果不明顯繼續灌注90 min可結束。③當長時間達不到結束標準時，應報請監理人共同研究處理措施。

(4)封孔。每孔灌漿結束后，驗收合格的灌漿孔才能進行封孔。采用置換和壓力灌漿封孔法。

(5)質量檢查。在灌漿施工過程中，做好各道工序的記錄、質量控制和檢查，以過程控制保證工程質量。

2.3 防滲效果

經過對防滲部位覆蓋層開挖檢查，其防滲和固化效果較好，作業井內滲水較小，滿足正常施工。高噴體對井壁周圍覆蓋層松散體固結良好，減少了塌方發生，減少了混凝土回填工程量，降低了井挖安全風險。

3 防沖樁板聯合施工技術

3.1 設計方案

3.1.1招投標階段

江坪河水電站下游河道防護工程左右岸主沖刷區防沖樁板在招投標階段設計方案是：直徑2 m的樁+直徑2 m的板間隔布置，樁深16～35 m，板深5～22 m。防沖樁板相間方案見圖3。采用人工挖孔法施工，襯砌混凝土采用C20，厚20 cm。此方案存在以下不利施工的因素：

圖3 防沖樁板相間方案(單位：m)

圖4 防沖樁板聯合方案(單位：m)

(1)防沖樁板分別單獨施工，分割單元太小，結構整體性較差。

(2)防沖樁板軸線較長，需安排多個作業面同時施工。按照相關安全規范要求，挖孔樁相鄰作業面必須具有一定安全距離(相鄰2根樁施工間距不小于4.5 m)，由于防沖樁直徑僅2 m，需分序間隔施工，最少得分4序施工，施工周期很長，工期無法滿足下閘蓄水要求。

(3)由于防沖樁板采用人工挖孔法施工，直徑2 m空間狹小，開挖出渣時作業人員避讓空間有限，且防沖樁深達35 m，長期超高受限空間下作業，安全風險太高。

3.1.2施工階段

基于工程工期、結構整體性和安全性等因素，對本工程防沖樁板采用“上部寬豎井[4]+下部圓形樁”相結合的樁板聯合施工建議優化方案。將防沖樁板結構優化調整為：上部防沖板8 m×2 m(長×寬)+下部直徑2 m的圓形樁。上部板深7～28 m，下部樁深6.2～20 m。防沖樁板聯合方案見圖4。施工工序由原來的最少4序變為2序，加快了施工進度，滿足下閘蓄水要求；增強了樁板結構的整體性及抗沖能力；防沖板施工作業面加大，有了可躲避空間，施工安全風險有效降低。

圖5 樁板聯合施工示意(單位：m)

3.2 防沖樁板聯合施工

3.2.1施工程序

防沖樁板聯合結構分為Ⅰ序和Ⅱ序相間施工，先進行Ⅰ序樁板施工，施工開挖完成并進行樁板結構混凝土澆筑完成后，再進行Ⅱ序樁板施工。樁板聯合施工示意見圖5。施工程序見圖6。

圖6 樁板聯合施工程序

3.2.2井口布置及防護

樁板聯合部位在進行鎖口施工時，Ⅰ、Ⅱ序樁板井統一施工，鎖口施工層高1.0～1.5 m。井口周邊澆筑混凝土高出井口20 cm(寬15～20 cm)作為攔水埂兼踢腳板，完成井口鎖口施工3～7 d后回填Ⅱ序樁板井口，進行Ⅰ序樁板井的垂直運輸提升系統安裝和調試，并進行井口防護安裝。出渣側(臨河側)由于經常進行作業活動，為便于操作和保證安全，此處設計為可自由開合的伸縮式防護欄，且伸縮欄桿在開合的任一位置均能保持穩定，其他三面采用固定欄板，高度均為1.2 m。

3.2.3覆蓋層開挖支護

樁板井在開挖過程中為保證作業面安全，需對樁板井進行開挖支護[5]。樁板井每開挖1層即支護1層，每層高度為0.6～1.5 m。在覆蓋層內防沖板的結構凈截面尺寸為8 m×2 m，開挖護壁襯砌厚50 cm，防沖板開挖尺寸9 m×3 m，布置雙層鋼筋，豎向筋Ф18@250，橫向筋Ф20@200。在襯砌混凝土上安裝I20a工字鋼支撐，間排距為1.6 m×1.2 m，鋼支撐兩側支座處豎向設置I16槽鋼，連接固定鋼板厚度為10 mm。樁板聯合開挖區域內的覆蓋層為松散堆積體或沖積體，采用人工開挖，2 t卷揚機配0.2 m3渣斗吊運出渣。利用中間的鋼支撐，在其上部鋪設防護板進行遮蓋，為井下人員在出渣過程中提供避讓空間。

開挖施工過程中做好安全監測工作，并檢查樁板井中心軸線及尺寸、標高，以樁板孔口的定位線為依據，逐節校測，符合設計要求，逐層往下循環作業，將樁板井開挖至設計深度，經驗收合格后進行下道工序施工。

3.2.4巖石開挖及支護

樁板井內的覆蓋層開挖完進入基巖后，井內石方開挖采取自上而下分層爆破開挖，分層厚度為1.5～2.2 m，根據開挖巖層地質情況進行調整。手持式風鉆鉆孔，孔徑Φ40，人工出渣。

基巖段的樁板井開挖采用小炮眼、密孔、小藥量、周邊光面爆破的松動爆破方式，減少超挖和對支護混凝土結構的損傷。樁板井開挖至完整基巖或弱風化巖石內時，根據巖層地質情況，采用錨桿(Ф22，L=1.5 m)+掛鋼絲網或素噴混凝土方式支護，噴護混凝土為C20，厚7～10 cm。井內空間狹小，噴混凝土作業時，作業工人必須穿戴好防護用品，并佩戴好防護面罩和護目鏡，確保作業安全。

3.2.5通風散煙

爆破后會排出有害氣體和灰塵，采用適當灑水降塵和5.5 kW壓入式鼓風機送風。當樁板井深超過10 m后，孔底空氣自然流動條件較差，為安全和提高工效，用鼓風機連續向孔內送風。經檢查無有害氣體后，施工人員方可下井繼續作業。

3.2.6襯砌混凝土橫向側壁拆除

Ⅰ序防沖樁板混凝土澆筑完成后7 d左右開挖Ⅱ序樁板井施工。按照設計要求，橫向襯砌混凝土護壁(防沖板與板之間)需要拆除。采用“靜爆劑+風鎬”破碎拆除。開挖Ⅱ序樁板井過程中，隨分層開挖隨拆除Ⅰ序橫向襯砌混凝土護壁。為保證襯砌混凝土橫向護壁拆除時不損壞已澆筑的相鄰樁板結構混凝土，Ⅰ序樁板結構混凝土澆筑前，沿橫向襯砌混凝土護壁鋪貼滿厚2 cm的泡沫板，將襯砌混凝土與樁板結構混凝土分隔開。

3.2.7防沖樁板結構鋼筋混凝土施工

防沖樁板聯合開挖完成，經監理工程師驗收后，進行樁板結構混凝土澆筑施工[6]。先進行鋼筋安裝，下部樁體鋼筋在鋼筋加工廠制作完成鋼筋籠后，采用25 t汽車吊吊裝入井內，并輔助以人工井內安裝綁扎相結合的方式完成；防沖板鋼筋采取人工在井內進行安裝。鋼筋連接主要以套筒機械連接為主，焊接(搭接)為輔的相結合的方式施工。防沖板鋼筋在井內安裝時從下向上順序綁扎，綁扎時架設腳手架(竹跳板)并拴好安全帶，嚴禁攀扶鋼筋上下。在樁井下進行鋼筋焊接作業時，采用5.5 kW的鼓風機向井內壓入空氣，確保井內的通風供氧排煙。

樁板鋼筋制安完成，相關的埋件、監測設施等均已安裝完畢，再次清理樁板井內浮渣雜物，排除積水，經監理工程師檢查驗收后方可開始澆筑混凝土。樁板井內混凝土盡可能一次連續灌注完畢，若施工縫不可避免時，在板底以上3 m設施工縫。樁板混凝土澆筑至樁頂連梁底部。自孔底及孔壁滲入的地下水上升速度較大時(參考值>6 mm/min)，采用水下灌注混凝土樁的方法，將混凝土導管埋入水中灌注混凝土。

3.3 防沖板結構相互銜接施工

防沖板結構縫為32 m一道。為保證安全，開挖和澆筑時為8 m一段，設置豎向臨時施工縫。為使板與板接縫處銜接緊密，在防沖板開挖襯砌時將護壁混凝土鋼模板制作成鍵槽形式，使護壁混凝土澆筑后形成鍵槽形狀。澆筑Ⅰ序防沖板結構混凝土時，在臨時施工縫處，將結構水平鋼筋一端安裝鋼筋連接套筒緊貼分隔泡沫板進行預埋，并保護好套筒，保證在混凝土澆筑時內部不進水泥漿。Ⅱ序防沖樁板開挖拆除橫向護壁后，對已澆筑的Ⅰ序防沖板結構混凝土施工縫混凝土面人工鑿毛，鑿出套筒并清理干凈，部分未保護好而進入混凝土的個別套筒，采用專用清理工具進行清理，便于Ⅱ序防沖板結構混凝土施工時鋼筋能和Ⅰ序板相連接，形成整體。

3.4 質量控制

施工前做好技術交底，施工過程中加強測量檢查控制，保證樁身開挖垂直度符合要求。嚴格材料檢驗、檢測驗收程序，杜絕不合格材料進場。強化質量過程管控和驗收程序，做好鋼筋加工等成品或半成品的質量檢查。通過監理及有關單位驗收，并做隱蔽驗收記錄。

澆灌樁身混凝土前應再次清理孔底虛土，排除積水，經監理驗收簽證后，方可開始澆筑混凝土。在透水層區段預留的護壁泄水孔，在澆灌樁身混凝土前予以堵塞或妥善引排至結構混凝土外，不得影響澆筑質量。混凝土澆灌必須采用溜管或導管(Φ250)接到孔底，并認真做好記錄。樁板混凝土澆灌完成應嚴格控制每根樁的頂面標高，并在護壁上刻畫出標高控制點。

橫向護壁混凝土拆除時，鉆孔要控制好角度，不得穿越護壁或深入已澆筑防沖板混凝土內，避免拆除時損傷防沖板結構混凝土。臨時豎向施工縫要進行人工鑿毛，做好縫面處理；過縫鋼筋的每根套筒必須鑿出并清理干凈，保證鋼筋連接可靠。

4 結 語

江坪河水電站下游河道防護工程在人工開挖的樁板聯合部位周邊采用“覆蓋層內高壓旋噴灌漿+(樁下)基巖帷幕灌漿”相組合防滲的形式，適應現場多種受限的外部地理環境，解決了深厚覆蓋層的防滲和開挖塌坍的問題，降低了度汛和生產作業風險。經第三方質量檢測，防沖樁板97.7%為Ⅰ類樁，其他為Ⅱ類樁，質量滿足設計要求[7]。

采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結合的樁板聯合施工方式，施工工序由原來的最少4序變為2序，保證了安全、質量和工期，滿足下閘蓄水要求。同時，增強了樁板結構的整體性及抗沖能力，提高了施工效率。