小型洞室充砂溶洞地基防渗处理施工工艺
周发海，刘文，刘阳，谭红斌
(中国水利水电第八工程局有限公司基础公司)
1 引言
黔中水利枢纽一期工程由水源工程、输配水一期工程组成，水源工程选在三岔河中游六枝与织金交界的平寨河段，坝址位于平寨—木底下寨之间的峡谷河段，水库正常蓄水位1331.00m，总库容10.89 亿m3，死水位1305.00m，水库电站装机136MW。工程等别为Ⅰ等，属大（1）型工程。拦河大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，防渗帷幕采用“坝基及两岸近坝段+左岸远端”的方案。左岸帷幕灌浆工程工程地质条件复杂，大坝水头高，帷幕灌浆工程量大，设计灌浆下限及边界最终根据先导孔资料确定，帷幕下限的最大深度达236m，分成4层灌浆，即ZⅠ层、ZⅡ层、ZⅢ层、ZⅣ层，帷幕线平面投影总长1851m。
在施工过程中各层廊道在不同程度均遇大型溶洞、溶槽、软弱夹层带等不良地质情况，其中底层廊道ZⅥ层灌浆平洞桩号0+296～0+230m段全断面为中细砂致密充填，有少量孤石，形态极不规则，沿灌浆平洞方向长约66.0m、方向约N34°E，洞顶高程最高1214.40m，洞底最低高程约1189.00m，溶洞断面一般高15～20 m，最大高度25m，一般宽13～15m，最宽24m，溶洞体积约1.6万m3，充填物主要为细沙土夹崩块石。由于溶洞处于底层灌浆平洞帷幕轴线上，其充填的砂层渗透性较强，将影响水库正常蓄水功能，因此需要对该溶洞进行防渗处理，降低其渗透性，并保证其渗透稳定和防渗体结构安全。
2 砂层基础防渗处理结构设计
2.1 砂层防渗结构形式
充砂溶洞防渗结构，上部大部分采取全挖全填，考虑到安全问题，边墙局部留有砂层的地带，后期采取灌浆处理的施工方法进行；底板以下采取防渗墙结构形式，防渗墙沿水库的帷幕防渗线方向布置，远离水库的一侧布置有传力墙，传力墙与防渗墙垂直布置，防渗墙和传力墙均采取嵌入式孔桩依次交替布置，以提高墙体整体连接性，而传力墙则与基岩相结合，进一步提高防渗墙体结构的稳固性，待完成后再进行灌浆加固处理。
2.2 配合比设计
黔中工程施工任务紧而繁重，为顺利按时完成施工生产任务，确保充砂溶洞处理后满足设计防渗要求。这就需从工程经济角度出发，合理选择施工技术方案，根据现场实际情况，寻求专家的意见，最终决定对充砂溶洞上部采取全挖全填，下部采用防渗墙辅以灌浆的方式进行，同时根据现场实际情况和设计防渗标准要求，对混凝土配合比进行了经过近3个月的试验和研究，从材料用量的理论计算与实际值之间的差异关系，改进泵送混凝土配合比的设计，延长混凝土凝结时间，改善混凝土的流动性，以确保工程质量。最终上部采用C20混凝土回填，下部防渗墙采用C30W8F100混凝土。
3 施工程序
结合现场实际情况，将砂层段防渗墙施工分成A、B、C3个区域（见图1），3个区域可同时施工，各区域具体施工程序如下：
图1 砂层现开挖现状图
（1）A区：利用挖机将0+260～0+230段孔桩整体开挖深度约2m→充填物、杂物清除→测量放样→钢筋制安→立模板→0+260～0+230段混凝土衬砌→1号、2号、3号、A1号′、A2号′孔桩开挖、护壁、灌注施工→1号′、2号′、3号′、A1号、A2号孔桩开挖、护壁、灌注施工。
（2）B区：利用挖机将0+280～0+260m段孔桩整体开挖深度约2m→充填物、杂物清除→测量放样→钢筋制安→立双层模板→0+280～0+260m段混凝土衬砌→4号、5号、6号、B1号′桩开挖、护壁、灌注施工→4号′、5号′、B1号、B2号桩开挖、护壁、灌注施工。
（3）C区：施工准备→充填物、杂物清除→测量放样→钢筋制安→立双层模板→0+296～0+280m段混凝土衬砌→7号、8号孔桩开挖、护壁、灌注施工→6号′、7号′、8号′、C1号桩开挖、护壁、灌注施工。
4 防渗墙施工
4.1 工艺流程
测量放样及定桩位→开挖第一节桩孔砂层（整体2.0m）→桩基中心位置检测→放置附加钢筋、支护壁模板→浇筑第一节护壁混凝土→安装运输架→安装卷扬机→安装活底吊桶、照明灯、通风机、水泵等→开挖、吊运第二节桩孔砂层→放置附加钢筋、支护壁模板→桩基中心位置检测→浇筑第二节护壁混凝土→依次往下循环作业→开挖扩底部砂层→检查验收桩孔→安装混凝土导管或串筒→浇筑桩身混凝土→桩顶位置→桩基成品检测、验收。
4.2 开挖桩孔砂层及出渣通道
（1）开挖顺序。先利用小型挖机将整体挖槽2.0m，然后分两序进行人工挖孔桩施工，地下水位或渗水量不大的可同时开挖，但渗水量较大的孔，应超前开挖，集中抽水，以降低其他孔的水位。
（2）桩孔开挖时，先开挖桩孔中间部分的石砂，然后以孔桩中心线分为迎水面和背水面，先开挖迎水面（或背水面）孔桩，背水面（或迎水面）暂用于出渣通道，待迎水面（或背水面）完成护壁之后，再进行背水面（或迎水面）开挖，以保证手推车有足够的出渣通道。用手推车将渣倒入装载机，通过装载机装入自卸车中，近坝段由连接灌浆平洞的ZD5施工支洞运至2号渣场，远坝段由连接灌浆平硐的ZD7施工支洞运至3号渣场。孔桩开挖时应控制好其截面尺寸，根据砂层的不同，确定开挖节段高度（约1m为宜）；当遇到岩壁不稳定特殊情况时，开挖节段高度可适当减少，以保证其施工安全和成孔性。
（3）开挖时若能采用挖机配合开挖，将加快施工效率，若无法利用挖机开挖，采用人工开挖。
（4）挖孔过程中做好原始记录，发现地质情况有变化时，应立即汇报，从施工工艺及安全设施上采取措施。
4.3 桩基中心位置检测
每一节段桩孔开挖完成后，检查孔径、垂直度及中心偏位，每一节段挖孔成型后，检查孔位中心是否与桩中心在同一垂直线上，其偏差不大于5cm。每层必须检查其孔位及孔径符合要求后方可支模板，以保证整个桩基的护壁厚度、孔径及垂直度。
4.4 钢筋制安、支护壁模板安装
（1）每一节段桩孔开挖完成后，进行钢筋制安。严格按设计图纸及规范要求制作安装，钢筋的型号、长度、式样符合设计要求，钢筋焊接和绑扎要符合规范要求，钢筋安装要注意预留保护层，并按设计要求在节与节之间必须安放附加钢筋。
（2）护壁模板通过拆上节、支下节的方式重复周转使用，模板必须有足够的刚度，模板用木桩加固支撑，其中轴线与桩中心在同一垂直线上，偏差不大于1cm，以保证桩基的垂直度符合规范要求。模板之间用卡具、扣件连接固定，可在多节模板的上、下端各设一道用槽钢或角钢做成的内钢圈作为内支撑，以防止模板受力变形。为防止模板跑模，应在两对边增设木桩，作为水平支撑。
（3）模板安装牢固后，检测模板的位置，以保证桩孔的平面位置及其垂直度。
4.5 第一节护壁混凝土浇筑
第一节孔桩完成后，应立即放置模板，浇筑护壁混凝土，采用人工浇筑、人工振捣，坍落度控制在16～18cm。混凝土护壁要保证混凝土强度及其厚度，洞内施工温度接近室温，浇筑8h后方可拆模。
4.6 安装垂直运输架
垂直运输架用提升钢框架作为承重结构，配置慢速电动卷扬机提升；门式工字钢梁架作为承重结构，配置电动葫芦提升及横移。第一节段桩孔浇筑完混凝土后，桩孔旁的钢框架，通过三角架的转动横移，门式工字钢梁架安装在桩孔正上方，通过电动葫芦提升，沿工字钢梁横向移动。
4.7 开挖、吊运第二节段及以下节段桩孔
（1）从第二节段开始，利用提升设备运渣，当吊桶在桩孔上方1.0m时，横移或转动，使吊桶离开桩孔上方，吊桶在小推车内卸渣，用小推车经背水侧（或迎水面）或搭设木桥运输至装载机，倒置铲斗内，然后装入自卸车，竖向平均运距约7m，水平平均运距约50m。
（2）桩孔挖至规定的深度，检查孔的尺寸，施工人员修整孔壁使上下垂直顺直。
（3）在检查桩孔尺寸、中心位置合格后，拆除第一节护壁模板。然后进行锚杆安装，锚杆孔深、尺寸、材质、长度应符合设计及规范要求。接下来进行钢筋制安，并按设计要求放置附加钢筋。护壁模板一般采用拆上节支下节的方式依次周转使用，模板上口留出高度为10cm的混凝土浇筑口。
（4）第二节以下开挖存在跨桩出渣的施工难题，为保证施工安全，便于施工，可利用迎水侧（或背水侧）通道，通过手推车将洞渣转移至装载机铲斗内，通道靠桩侧应设置安全防护栏，防止人、车通行时，掉入开挖桩内，必要时可搭设木板桥，为保证手推车安全通过，木板桥两侧应设置不低于50cm的护栏。
4.8 浇筑第二节及以下护壁混凝土
（1）模板支好后，检测模板的中心位置、支撑情况，当符合要求后浇筑第二节段及以下节段护壁混凝土，混凝土用吊桶运送到孔内，人工入模、振捣密实。
（2）节段往下循环操作，将桩孔挖至设计高程，用钢钎插探桩底地质情况是否与图纸相符，清除风化岩石，深入弱风化岩石深度不小于50cm，基底地质情况与设计不符时，应即时上报监理工程师，签署验底记录。
4.9 质量检查
成孔后在自检的基础上，做好施工原始记录、办理隐蔽工程验收手续，经对桩尺寸、高程、桩位、垂直度全面检查签字后，方可灌注混凝土。混凝土浇筑完成后进行芯样检测（包括抗压强度、抗渗、密实度等）。本工程经检测质量满足设计要求。详见表1和表2。
表1 防渗墙混凝土强度检测报告
表2 防渗墙混凝土抗渗检测报告
5 结语
经过一次大汛期的安全有效运行及大坝监控仪器数据表明，利用人工掏槽辅以小型机械成墙施工技术，不仅解决了小型洞室遇大型充砂溶洞处理的难题，而且降低了施工成本，达到了预期目标，其防渗效果较为理想，综合效益显著。小型洞室充砂溶洞处理的关键在于根据资料详细分析其地质情况，确定发育范围，在施工过程中科学合理的组织，不断优化施工方案，确保工程安全可靠运行，本次充砂溶洞的成功处理可给类似工程提供参考。