狮子坪水电站压力管道中、上平段滑道施工

刘孟俊， 徐 旸

(中国葛洲坝四川三峡分公司，四川成都 610072)

1 狮子坪水电站采用滑道的原因

一般认为:滑道是旅游区、厂矿独有的，但狮子坪水电站压力管道上平段施工部位处于317国道上方，垂直高差达250 m。压力管道为地下埋藏斜井式，倾角60°，采用一条主管经两个“卜”形岔管分为3条支管分别向3台机组供水的联合布置形式。压力管道直径3.9 m，长4～4.8 m，重9.8～12 t。压力管道分为上平段、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为169.667 m。由于地形条件限制，施工平台由整体钢筋石笼填筑形成，到上平段根本无法开辟车辆通行道路。为满足压力管道运输和上平段其它施工材料、设备垂直运输的需要，在上平段和中平段之间需要修建一座供上平段交通洞出渣、上斜井、上平洞压力钢管运输、混凝土浇筑的通道——滑道。滑道以一套牵引车和送料小车用来运输压力钢管及其它施工材料，滑道总长为289 m，纵向坡角为37°。滑道采用双轨，上平段和中平段支洞均有轻轨与滑道垂直连接，轨道宽度为2.0 m，轨道选用24 kg/m轻轨。由20 t卷扬机提供动力。

2 滑道总体钢结构及基础应力设计施工

(1)工作状态下，I18横向连接工字钢排距为1.5 m，不考虑冲击载荷。滑道的应力情况:最大应力为89.705 MPa(图1)。

图1 滑道应力分布图

(2)计算结果分析。滑道材料选用Q235，其许用应力为177 MPa。由以上计算结果可以看出，滑道在正常工作状态下最大应力为89.705 MPa，结构是安全的。滑道纵向支承梁采用H型钢，其下部与桩基上预埋铁板凳焊接，上部铺枕木，枕木上铺轻轨，H型钢之间采用工字钢I18相连。考虑到以上结构的应力太大，于是把I18横向连接工字钢改为I25b工字钢，排距为0.5 m，牵引绳的固定或转向滑轮采用16 t起重滑车，牵引绳的支承采用托滚，滑道部分的托滚固定在工字钢I18上，卷扬机至转向滑轮之间的托滚根据需要布置，确定位置后其基础采用水泥沙浆固定。在滑道靠近上平段处布置定位机构，当输送车运行到上平段时，由人工监控切断卷扬机电源并操纵定位机构使输送车准确定位。

3 滑道基础形式选择、基础设计承载力分析、单桩承载力及变位分析

3.1 滑道基础形式选择

从现场开挖掌子面揭示的土层看，堆积体块石最大粒径为30～100 mm，并含有较大块径的孤石。用四分法取代表试样在室内进行筛分试验和颗粒比重试验，得出三个取样点堆积体颗粒比重在2 730～2 740 kg/m3之间，其平均比重为2 740 kg/m3。

滑道基础应保证桩身混凝土强度满足桩的承载力设计要求，桩基础的沉陷不得超过建筑物的沉降允许值、水平位移和垂直沉降并满足变形控制值要求，以使结构整体稳定性良好。为减少山体边坡的开挖与回填，减少环境破坏，滑道基础采用桩基结构。沿轨道下方设两排，桩基中心连线与两条轨道截面形心重合。桩基孔径为100 cm，纵向水平间距为300 cm。人工开挖，桩身为C30钢筋混凝土结构。

为保证滑道的整体稳定，单排桩柱之间铺设1根HK20CH型钢，并满足加固要求。横向用I18工字钢进行连接，I18工字钢沿滑道间距为150 cm。后根据现场实际情况，增设了80 cm ×80 cm钢筋混凝土地梁，以加强桩基的整体性。

为保证滑道的整体稳定，在施工过程中，工字钢和钢筋通过焊接连接为整体，纵向连接的H型钢之间通过预埋在桩基的钢板凳连接板用电焊将其连接为整体。

3.2 滑道基础设计承载力分析

滑道坡度为37°，最大承载重物为压力钢管，内径为3.9 m，长度为4 ～4.8 m，重量为 10 t。承载重物的小车重4 t，运输平台重4 t，再考虑滑道上部结构自重，计算荷载按200 kN考虑。(1)考虑通道对施工工期和下方人员、国道的安全影响;(2)软弱或不良地基上的建筑物可能存在偏心荷载;(3)地基内有厚度较大或厚薄不均的碎石土等，其自重固结未完成;考虑在最不利的状况下，小车重心侧向偏移，全部重量均传递作用在单桩上，此时单桩最大垂直荷载为119.8 kN，水平荷载为98.16 kN。

3.3 单桩承载力及变位分析

桩正截面受压承载力按下式计算:

式中 Nou为轴心抗压强度设计值，取200 kN;φ为钢筋混凝土桩的稳定系数，取φ=1;fc为混凝土抗压强度设计值，对C30混凝土，取15 N/mm2;为钢筋的抗压强度设计值，对于Ⅱ级筋，取310 N/mm2;A为桩截面积，m2;A＇为全部纵向钢筋截面积，配筋率一般在0.3 ～0.65%，初按0.3%配筋率计算;Ψc为基础施工工艺系数，取0.9。

经计算，Nou=14.34 ×103kN，满足要求，

再用静力法进行单桩承载力、单桩水平承载力分析、单桩沉降的计算、单桩水平荷载下的变位计算(表1)。

正常情况下，多根桩共同参与受力。桩基础桩距≥3 d(d为桩径)，桩不超过两排，桩基的竖向抗压承载力即为各单桩竖向抗压承载力之和。桩间工字钢和H型钢连接处理，有利于提高结构整体受力性能。

表2 桩径为1 m的桩基承载力和变位计算结果汇总表

对于小滑车牵引问题，我们将锚杆锚固于岩体中，岩体满足锚固要求的一个重要条件是完整性。对于滑道正上方岩体，其完整性受岩体裂隙和弱面发育影响有很大的不确定性。为保证安全，通过锚杆锚固等措施使被锚固岩体成为一个协同工作的整体。为此，综合考虑，将安装滑轮的锚杆长度确定为6 500～10 500 mm，入岩长度为6 000 ～10 000 mm。

同时，另安设长度为3 000～6 000 mm的锚杆，对受力岩体沿垂直弱面方向进行锚固。

4 中平洞至上平洞滑道基础固结灌浆施工方法

4.1 桩基布置

中平洞至上平洞滑道采用双轨道，轨道之间的间距为2 m，滑道下起点高程为2 230 m，起点至上终点高程为2 399.667 m，轨道总长283 m，垂直高差为169.667 m，距离长、高差大给灌浆工作带来很大困难。将滑道桩基浇筑在由滑坡体碎石堆积起的覆盖层上，表面1～1.5 m为岩体崩塌碎石，1 m以下为碎石、砂土混合体，结构十分松散、无胶结，透水性强。滑道桩基采用人工挖桩浇筑，钢筋笼及钢筋混凝土护壁，现浇灌注桩为基础。桩基纵向用H型钢连接，横向桩基为钢筋混凝土连接，在外侧各1 m周边范围内进行固结灌浆加固处理。

4.2 桩基灌浆孔的布置

桩基横向每排设置5孔，孔间距为1 m。两桩基中心点布设1孔，桩基两侧距中心点1 m各设1孔，桩基中心设1孔。桩基纵向排距1.5 m，即在两排桩基中心上设1孔。

4.3 固结灌浆程序

按图放样布孔→钻孔→预埋灌浆钢花管→灌浆孔检查验收签证→压力水冲洗裂隙→灌浆→封孔→检查孔布孔→钻孔(取芯)→压水 →封孔(验收)。

4.4 固结灌浆的施工方法

分两期灌浆，第一次灌浆结束后，经取芯检查再确定是否进行第二次灌浆。

(1)灌浆孔的形成。因固结灌浆孔均位于松散堆积体上而不能直接成孔，故先用电动回转式钻机、56 mm的钻头钻至孔深位置，起钻后将长3 m，直径40 mm的钢花管打入孔内预埋。将钢花管的一端头20 cm处加工成圆锥体，另一端头加焊钢筋箍，在加钢筋端头50 cm往下、每10 cm呈梅花形钻灌浆小眼，见图2。

图2 灌浆花管示意图

(2)钻孔冲洗。冲洗压力为灌浆压力的80%，其目的是将钢花管周边的泥渣冲洗干净，使用压力水冲洗延续10 min。

(3)压水试验。压水试验在裂隙冲洗后进行，试验孔数不宜少于总数的5%，试验采用单点法。压入流量稳定标准:在规定压力下，每5 min测读注入量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1.0 L/min即可结束，取最终值为计算值。

(4)简易压水。灌前简易压水在裂隙冲洗时进行，每隔5 min读一次数，连续四次读数即可，最终值为计算值。

(5)灌浆材料。水泥使用新鲜普通硅酸盐水泥，水泥标号为 P.042.5，制浆站集中制备 0.5∶1的纯水泥浆，外加剂采用减水剂。针对地质条件，送浆压力使用0.3 MPa。

(6)灌浆技术要求采用孔外循环，孔口封闭，将压力表安装在进浆管上，全孔一次性纯压式灌浆法。水灰经选用1∶1、0.5∶1两个比级。灌浆开始使用1∶1的水灰比，遵循由稀变浓变浆原则。

5 结语

狮子坪水电站在由滑坡体碎石堆积起来的覆盖层上浇筑桩基、结合钢结构建造的滑道投入运行后共计运输压力钢管223 m、约600多 t，混凝土7 000 m3，转运石渣9 700 m3，并进行了调压井、引水隧洞的材料及混凝土运输，其性能良好，完全满足了安全及生产需要。