框格式地下连续墙在水电站除险加固中的应用

□刘琳琳□董永霞□王耀军（商丘市水利建筑勘测设计院；黄河勘测规划设计有限公司）



框格式地下连续墙在水电站除险加固中的应用

□刘琳琳1□董永霞1□王耀军2（1商丘市水利建筑勘测设计院；2黄河勘测规划设计有限公司）

摘要：天桥水电站除险加固工程基坑开挖过程中发生渗透破坏，基坑塌陷难以下挖，设计者另辟蹊径采用框格式地下连续墙作为基坑开挖过程中的临时性挡土墙。该挡墙在开挖过程中既承担侧向水压力、土压力等水平向荷载，又承受顶部的垂直向荷载，此类工程措施在国内及水利水电行业内未见报道。文章主要介绍了框格式地下连续墙的主要结构特点、技术难点，供类似工程参考。

关键词：框格式地下连续墙；挡土墙；应用

1　工程概况

天桥水电站于1978年建成投产，后经有关部门鉴定为泄洪能力偏低，列入除险加固工程范围。除险加固主要内容包括新建两孔泄洪闸和四个排沙底孔，同时对土坝进行加高。坝顶高程均为838 m。2009年3月开工建设，2012年12月完工。

在基坑开挖期间，泄洪排沙闸下游基坑开挖到约814.50 m高程，开挖边坡塌陷，集中渗漏和围堰变形较为严重。综合分析，现场发生上述情况，主要是由渗透破坏、淤积物固结沉降变形和抗滑稳定等因素所引起的，其中渗透破坏为主要原因。基坑难易继续下挖，但是下游基坑仍要继续下挖以形成永久过流面。经过多方论证，对下游消力池右岸墙采用了新的设计方案。即：下游消力池右岸墙的基础开挖不再进行；在现有高程822～815 m范围内抬高右岸一线的混凝土建筑物建基面高程；建基面以下采用钢筋混凝土地下连续墙框格墙布置形式，建基面以上仍按常规混凝土挡墙设计，在具备开挖条件后再完成地下连续墙左侧的贴坡挡墙基础及消力池本身的开挖。

2　下游消力池右岸墙的整体结构布置

消力池右岸墙由框格式地下连续墙和连续墙顶部框格盖重及临水侧贴坡挡墙三部分组成。地下连续墙的竖向钢筋伸入上部框格盖重的底板，上部框格盖重和左侧贴坡挡墙相连部分通过钢筋连接，三部分连成一个整体，共同组成下游右岸墙。顶部框格结构和临水侧贴坡挡墙设沉陷缝，共分10段，段长不等。挡墙底部与基岩接触面布φ25锚杆增强稳定性。815 m以上混凝土框格结构盖重，宽15 m，顶高821 m。贴坡挡墙816.20 m以下为重力式，816.20 m以上为扶壁式。扶壁间距与框格结构隔墙一致。扶壁后填料与框格结构内回填砂砾石。剖面图见图1。

图1　下游消力池右岸墙剖面图

3　地下连续墙布置及结构

根据现场地质条件和实验情况，经设计优化后，地下连续墙总体布置为框格形式。结合开挖后基岩出露情况，框格混凝土地下连续墙共长136 m，宽15 m。顺河流向设置3道钢筋混凝土连续墙。其中临河侧2道并排，分别厚0.80 m，1 m，背侧一道厚0.80 m。临河侧与背河侧墙间距15 m。垂直河向每5.80 m设置素混凝土隔墙一道，厚1m。地连墙根部深入基岩1 m，顶部高程815 m。地下连续墙最小深度7.50 m，最大深度17.50 m，从上游至下游逐渐加深。其平面布置及纵剖面布置见图2、图3。

图2　框格式地下连续墙平面布置图

图3　框格式地下连续墙纵剖面图

4　框格式挡墙的主要技术难点

4.1成槽

连续墙施工之前，先做了试验段，实验结果成槽困难，坍塌频现。影响槽壁稳定性的主要因素有地基土质条件、泥浆性质、地下水位、地下连续墙的开挖形状、施工过程等。，为了能顺利成槽，设计者针对工程塌方的主要原因是地下水位高、地基土质条件差的特点，对混凝土地下连续墙两侧淤积土采用高压旋喷置换处理，提高地基土的稳定性，同时为减少土压力，对框格墙内部810 m以上淤泥质土部分进行局部砂土置换。高喷置换处理后效果很明显，成槽过程中蹋方明显减少，顺利成槽。

4.2接头处理

地下连续墙虽称为连续墙，但受钢筋混凝土连续墙施工工艺的限制，必须将连续墙分为若干墙段分段施工。在先行墙段施工时，多在墙段两侧设置接头装置以形成良好的接头，避免形成渗漏水的途径或者强度薄弱点。常规的地下连续墙接头按受力状态不同，有柔性接头、半刚性接头和刚性接头三种类型，但是无论哪种接头类型施工起来都需要复杂的工艺。复杂的接头处理，一方面会增加施工难度，延长工期，另一方面框格连续墙有“一”、“T”“┛”形多种接头，可借鉴经验极少，对施工单位的施工技术要求更高。

顺水流向三道地连墙按常规地下连续墙施工工艺分段，5.80 m一个槽段。槽段间接头不做特殊处理。此种情况下整面地下连续墙不能整体承受水平向荷载，基本靠单片施工墙段承受水平向荷载。为增加单片墙的承载能力和提高槽段间接头处薄弱环节的强度，设计者采取了以下两种措施。一方面在顺水流向，即施工期间的临空侧并排设置两道地下连续墙，两道地下连续墙的接口互相错开布置；另一方面在每段5.80 m长的单片墙体的中间部位设置隔墙，使临水侧和背水侧两道顺水流向地连墙与隔墙，形成“工”字形结构。隔墙与地连墙之间的“T”形接头，靠后期的消力池侧开挖完成地下连续墙暴露之后，在接头部位设置锚杆连接。这样两道并排墙接头错开，避免了接头处的强度薄弱，隔墙的设置也有效的分解降低了单片墙体承受横向荷载的荷载峰值。

4.3左侧消力池开挖期地下连续墙的安全保证措施

在框格式地连墙临水侧即消力池侧开挖形成临空面后，为防止左侧临空的地连墙在侧向土压力及水压力作用下出现“鼓肚子”或墙体强度不足现象，保证工程安全，我们根据天桥工程实际情况，从设计与施工两个方面进行考虑采取了多种措施。

设计方面，采取了以下措施：地连墙底部嵌岩1 m深；临空侧地连墙并排做两道，两道墙接头错开；地连墙顶部加做常规框格式空箱做盖重；地连墙框格内部高喷灌浆，局部砂土置换，以降低框格内土压力；在地连墙临空面设排水孔，降低墙后水压力；开挖期间在地连墙横向隔墙部位打速凝锚杆，更快更好的保证框格式地连墙的一体性。

施工方面，结合天桥框格式地连墙的特点，采取以下措施：开挖过程中做好安全监测工作，一旦发现变形过大或速度过快，应立即停止开挖，并采取回填等必要措施，确保框格式挡土墙的安全；开挖时分层分段开挖，框格式地连墙挡土高度从上游到下游逐渐变大，开挖时从上游开始分层分段开挖；开挖过程中，排水孔及锚杆支护及时，锚杆宜采用带锚头速凝锚杆，并对锚杆施加一定预应力；开挖完成后，应及时浇筑第一层混凝土，尽量缩短地连墙凌空侧的凌空暴露时间，快速降低地连墙承受横向荷载的实际高度，确保工程安全。

5　地下连续墙的施工顺序及要求

为保证消力池开挖时，框格地下连续墙的安全，消力池右岸一线总体施工顺序确定为：混凝土地下连续墙施工→框格墙内高喷施工→地下连续墙上部混凝土结构施工→上部框格墙内部回填→安全监测→右岸墙开挖（锚杆及排水孔同时施工）→右岸贴坡混凝土浇筑。右岸墙开挖时从上游至下游分层分段进行，3 m一层；直径为28 mm的支护锚杆长度6 m，从高至低间距0.80 m布置打入每道横向地连墙内；直径为110 mm的排水孔间排距3 m布置在锚杆之间。

施工过程中，对框格式地连墙的变形进行监测，一旦发现异常，应立即停止施工，并采取回填、减载等必要的措施进行处理。

6　连续墙成墙质量

连续墙成墙之后，根据消力池侧开挖暴露出来的墙面外观，肉眼可看到极个别的部位有保护层脱落、钢筋外漏现象，墙体基本均匀密实，墙体接头处不存在明显缺陷。通过钻孔取芯检查和试验，未发现混凝土离析和墙体夹泥等质量缺陷，混凝土强度及其他设计指标均满足设计要求。

7　结　语

地下连续墙作为基础处理的一种工程措施，在水利水电工程中主要还是用做基础防渗——防渗墙，用于其他目的的地下连续墙并不多见。工程采用框格式地下连续墙作为基坑开挖过程中的临时性挡土墙，不但承受顶部结构的竖向荷载更重要的是承受墙后侧向土压力及水压力，国内未见其他报道。框格式地下连续墙在天桥水电站基坑开挖中作为挡土墙的成功应用，拓展了地下连续墙在我国水利水电工程中的应用范围，丰富了水利水电工程基坑开挖临时性支护和深厚覆盖层基础处理方法，作为一种重要的基坑支护技术可以减少开挖量，缩短工期，对工程建设周期和工程经济指标均有一定改善，类似工程有借鉴意义。

参考文献

［1］倪金华，毛锦来，等.复杂地质条件下的超长超宽地下连续墙施工技术［J］.施工技术，2011（6）.

［2］冯永祥，伍宇腾，等.框格式地下连续墙基础在桐子林水电站导流明渠工程的应用［J］.大坝与安全，2011（3）.

（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

中图分类号：TV551. 4

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2016）04-0068-02

作者简介：刘琳琳（1982-），女，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

收稿日期：2016-02-01