小型水库工程中混凝土防渗墙穿坝下涵管施工方案对比分析

周建波,贺小淳

(1.中国水利水电第五工程局有限公司,成都 610066;2.深圳市深水兆业工程顾问有限公司,广东 深圳 518000)

1 工程概况

深圳市龙岗区石豹水库除险加固工程主要建设内容:坝体设置混凝土防渗墙;新建输水隧洞(洞径为DN2000);溢洪道进行现状修复,增设消力池;对现状坝下涵管进行封堵,对现状闸门及启闭设施进行拆除;新建100m2防汛仓库(含配电房);对防汛道路进行硬化处理;修复完善大坝安全监测系统,渗流监测设施等。

本工程大坝混凝土防渗墙厚度为600 mm,最大深度16.34m,大坝坝顶高程为58.90m。坝横0+018～0+024段防渗墙底高程45.84m,深度为13.06 m。该处坝下涵管高程48.96 m,管径DN500,厚度5 mm,距坝顶9.94m。因此为保证大坝防渗墙的连续性及防渗性能[1],需对交叉部位涵管进行截断处理。

2 混凝土防渗墙穿坝下涵管施工方案

由于该水库防渗墙与坝下涵管存在施工冲突,为保证水库大坝防渗墙的防渗效果,同时确保防渗墙的连续性,必须对坝下涵管进行截断处理[2],因此提出坝下涵管人工切割、旋挖钻机切割破拆、管周旋喷灌浆、冲击钻冲击破拆四种施工方案。

2.1 人工切割方案

该方案主要是在防渗墙与涵管交叉位置从坝顶向下打设直径1m,壁厚10 mm的钢护筒,再掏土到涵管高程位置后,人工下至钢护筒底部对涵管进行切割破除作业,最后采用C30细石混凝土对涵管进行封堵,封堵完成后施工防渗墙。

坝下涵管封堵与所在槽段防渗墙的施工顺序为:采用钢护筒下沉至涵管高程→采用抓斗掏挖筒内填土→人工下至筒底机械切割破拆坝下涵管→钢护筒外槽段开挖→外拔钢护筒→和开挖槽段一并施工防渗墙→坝下涵管回填封堵(分为防渗墙前后两段),以形成完整的防渗体结构。

2.2 旋挖钻机切割破拆

该方法主要是采用旋挖钻机携带捞砂斗(牙轮)钻头对原坝下涵管进行破拆,旋挖钻机的钻孔孔径为1.2 m,采用1.2 m钢护筒进行防护。

涵管破拆与所在槽段防渗墙的施工顺序为:坝下涵管采用C30细石混凝土回填封堵→根据图纸位置放出旋挖钻机钻孔中心位置→采用旋挖钻机取土→下压直径1.2 m钢护筒2 m→旋挖钻机取土→下压直径1.2 m钢管2 m→取土与下压钢护筒循环开挖至涵管高程→更换捞砂斗(牙轮)头旋挖截断涵管→拔出钢护筒→采用冲击钻继续冲击涵管截断位置高程至防渗墙设计底高程→施工防渗墙。

2.3 管周旋喷灌浆方案

该方案主要是在不破除涵管的情况下,采用高压旋喷桩帷幕灌浆相结合的方式对管道两侧进行加固,提高坝下涵管与防渗墙交叉段的防渗效果的施工方法。

(1)坝下涵管与防渗墙交叉段防渗处理方法:在涵管两侧造孔,利用高压旋喷设备将涵管进口及两侧基础以下强风化带冲散,再喷水泥浆形成高喷墙与混凝土防渗墙形成完整的防渗体系。高压旋喷墙以下,至5 Lu线以下5 m,进行帷幕灌浆。沿防渗墙轴线进行帷幕灌浆。

(2)防渗墙与坝下涵管交叉:防渗墙与坝下涵管预留2 m宽缺口,管道中心线左右各1m,管心以上留1m。

(3)旋喷灌浆:旋喷灌浆防渗墙前后各一排,中间缺口位置一排,总共24个旋喷灌浆孔,直径1.2 m,孔距0.8 m,孔深14m。

2.4 冲击钻冲击破拆方案

该方案是利用冲击钻冲击截断现状DN500坝下涵管。冲击钻的钻孔孔径为1.0m。对涵管两侧各3 m位置打设两排充填灌浆孔进行灌浆,灌浆孔间距1.5 m,共设置12个灌浆孔,灌浆深度为11m。

涵管破拆与所在槽段防渗墙的施工顺序为:坝下涵管采用C30细石混凝土回填封堵→测量定位→冲击成孔→冲击截断涵管→继续造孔达到防渗墙设计底高程→清渣沉渣清理→和开挖槽段一并施工防渗墙→该段防渗墙上下游采用充填灌浆。

3 各方案对比分析

3.1 不同因素对比分析

各施工方案工期、安全、投资对比分析如表1所示。其中人工切割方案中钢护筒下沉及焊接5 d,人工切割1 d,有限空间作业审批15 d,合计17 d;旋挖钻机切割破拆方案中设备组织进场2 d,钻进机钢护筒埋设及焊接2 d,旋挖截断及钢护筒拔除2 d,合计6 d;管周旋喷灌浆方案中设备组织进场2 d,旋喷桩施工4 d,合计6 d;冲击钻冲击破拆方案中冲击钻组装时间约2 d,冲击截断时间约2 d,合计4 d。

表1 投资对比分析

综上所述,从投资角度分析,投资最小的为冲击钻冲击破拆方案,投资最大的为旋挖钻机切割破拆;从安全性角度分析,人工切割风险最大,旋挖钻机切割破拆、管周旋喷灌浆、冲击钻冲击破拆安全性都较高;从工期角度分析,人工切割耗时17 d,工期最长,旋挖钻机切割破拆与管周旋喷灌浆均耗时6 d,冲击钻冲击破拆耗时最短。

3.2 各方案施工效果对比分析

3.2.1 人工切割方案

该方案对大坝无扰动且保证了防渗墙的连续性,防渗效果较好。但是该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,作业步骤较多,且属于有限空间作业,施工风险大。工人需要穿戴防护服、呼吸设备、通风、照明装置及切割破除等装备进入,1m直径钢筒作业空间较为狭窄,不利于操作,安全风险较高,与其他方案对比分析施工难度较大,不建议采用。

3.2.2 旋挖钻机切割破拆方案

该方案施工可靠性较高,对大坝扰动较小且保证了大坝防渗墙的连续性及防渗效果,施工的安全性高。但是该方案由于现场工程量较小,配套设备较多,且旋挖钻机为大型设备,进场及施工费用较高,同时,受到小型水库进场道路狭窄、坡陡等地形限制,大型设备进场比较困难,该项目中不建议采用。

3.2.3 管周旋喷灌浆方案

该方案施工难度相对较小,可靠度较高,且不需对坝下涵管进行破除,对大坝扰动影响小,施工的安全性高。缺点是防渗墙在坝下涵管处无法形成整体,且基岩防渗需采取帷幕灌浆予以加强[3],对坝下涵管处渗漏处理得不彻底,无法保证施工质量。

3.2.4 冲击钻冲击破拆方案

该方案施工工艺简单,设备与防渗墙成槽设备共用,无其他设备进出场费用,造价低,施工采用全机械作业,施工安全性高。缺点是冲击钻截断涵管对大坝存在一定扰动,需对该段防渗墙上下游侧进行充填灌浆,对扰动处进行处理。

4 结论

目前,针对防渗墙穿越大坝涵管的处理方法较少。为保证防渗墙的连续性及抗渗性能,本文通过对人工切割、旋挖钻机切割破拆、管周旋喷灌浆、冲击钻冲击破拆四种方案分别从工期、安全性、投资控制及施工效果进行对比分析,分析结论如下:

(1)如果施工道路满足大型机械设备进场,且造价富裕,优先考虑旋挖钻机切割破拆进行施工。该方案施工可靠性较高,对大坝扰动较小且充分保证了大坝防渗墙的连续性及防渗效果,施工的安全性高。

(2)如果施工进场道路、施工平台狭窄、坡陡等限制,优先考虑冲击钻冲击破拆进行施工。该方案工期短、造价低,安全性可控,虽然该方案对坝体造成一定程度的扰动,但可以通过对该段防渗墙上下游侧进行充填灌浆消除影响。