[求助]：砼水下施工的资料

indal

那位有砼水下施工的资料，能不能传点上来？
关于导管法施工的要点及要求是什么？？
谢谢

学一招

斑竹，这篇文章有用吗？
==================================================

五强溪水电站右消力池修复设计

周立本

（中南勘测设计研究院，湖南 长沙410014）


    关键词：消力池；修复设计；五强溪水电站
    摘  要：五强溪水电站右消力池在“96·7”洪水期间遭受严重破坏，产生一巨大冲坑，汛后对右消力池进行了修复施工，后又对冲坑回填的水下混凝土进行了补强处理。经1998年多次大洪水的考验后，右消力池未发现异常情况。1998年11月至1999年3月，又对水下混凝土进行了第二次补强处理，水下混凝土的质量进一步提高。根据冲坑回填混凝土后的三维有限元计算分析，右消力池修复后，可满足大坝稳定与应力传递要求，消力池底板的稳定得以保证，其不均匀沉陷在允许范围内，因此可以认为，右消力池修复后可满足工程安全运行要求。


1 右消力池破坏情况
1.1 破坏原因分析
    五强溪水电站位于湖南省沅陵县境内的沅水上，其消能建筑物为“表孔宽尾墩—底孔挑流—消力池”联合消能工。由枢纽初期运行及其取得的相应原观资料所证实，联合消能工的综合消能效果非常理想。
    1996年7月，沅水发生了有水文记载以来最大的洪水，且具多峰特点，坝址出现2次超过40000m3／s的洪峰，根据省防汛总指挥部的统一调度，为保护下游桃源、常德及洞庭湖等地区人民的生命财产安全，在工程尚未完建的情况下，要求严格控制下泄流量不超过26 400 m3／s,使库水位逼高至113.26 m，超过正常蓄水位5.26 m，接近5000年一遇洪水的库水位，而下游水位仅67.40 m，远低于相应洪水的下游水位。由于当时右3孔溢流堰下游的溢流面尚未完建，6号表孔不能开启，1、3、4号孔只能小开度开启，因而泄洪过程中右消力池发生了严重破坏。
    1996年12月，五强溪建设公司组织有关人员对右消力池的破坏进行了分析，并对右消力池进行修复设计，于1997年5月，修复施工基本完成，右消力池基本具备过水条件。1997年冬，经钻孔取样检查，发现右消力池冲坑回填的水下混凝土质量较差，遂组织了对消力池水下混凝土的补强设计与施工，1998年度，又对其进行了第二次补强设计与施工。经最终质量检查，可满足工程运行的要求。
1.2 破坏情况
    右消力池宽72.00 m,长131?185 m（包括部分反弧段，即从坝址0+65.00至0+196.185），消力池底板厚4.0 m，混凝土自下而上分3层浇筑，层厚分别为1.5、1.5、1.0 m。1996年洪水过后，发现右消力池有破坏迹象，用测深仪初步测量得知破坏相当严重，逐决定在尾坎下游做围堰，对右消力池进行抽水检查，经抽水至高程41.00 m后进行水下测量，其破坏情况大致如下：在右消力池内形成一个顺水流方向的大冲坑，冲坑长约50 m，宽约25(上游)～16 m（下游），冲坑上游离坝趾约13 m，冲坑中线大致在2号孔中线向下游的延长线上，冲坑最深点在坝下0+122.00处，坑底高程约2.5 m，即冲坑最大深度约40 m。此外，冲坑四周板块亦有部分被揭掉1～2 m厚混凝土，其范围为：冲坑上游5～6 m,两侧15～20 m,下游30～40 m。更为严重的是，冲坑四周岩体被严重淘刷，使四周残留的板块处在危险的倒悬状态，这种倒悬范围，冲坑左右两侧为15～16 m,上游侧为8～10 m，下游侧为15～16 m,也就是说，深坑部位孔口面积约1 200 m2,而计及倒悬部位的面积，即冲坑最大部位的水平投影面积达2.300 m2，冲坑的体积超过5万m3，特别是冲坑上游端离坝址最近处仅3～4 m，严重危及大坝安全。
2 右消力池修复设计
2.1 安全稳定复核与施工期加固措施
2.1.1 大坝与消力池冲坑边坡的安全复核?
    右消力池冲坑形成后，14、15号坝段下游部分地基岩体临空，威胁大坝安全，同时消力池冲坑四周岩体倒悬，其周边岩体特别是左侧顺向坡岩体可能失稳，因此大坝与冲坑边坡必须进行安全复核。
    大坝上游库水位按108.00 m计，下游按施工中抽水至高程30.00 m考虑，由于岩层倾向右岸，且14、15号坝段分缝处岩层内存在走向平行河床、倾向近乎垂直的F200断层，因此取不利的15号坝段进行计算。15号坝段沿坝基面的抗滑稳定原计算成果已有富余，因此本次主要复核沿基岩内各种层面与构造面滑动的抗滑稳定情况。计算表明，15号坝段沿齿槽底部的层面与节理面的抗滑稳定，按纯摩公式计算，抗滑稳定安全系数k=1.15，满足要求；沿坝基的缓倾角层面（倾向下游，倾角8.7°）抗滑稳定，按纯摩公式计算，k=1.13，满足要求；沿基岩内的软弱夹层（倾向右岸，倾角32°～35°）与F200组成的棱体滑动按纯摩公式计算，结果为沿3个不同棱体滑动时，安全系数分别为k1=0.97，k2=0.98，k3=0.93，考虑到计算中留有部分余地，因此可以认为该坝段仍处于基本稳定状态，但在施工中应采取严密监测措施。
    消力池冲坑边坡岩体由于坡脚严重淘刷，特别是左侧岩体为顺层边坡，形势更为严峻，根据复核结果，其各滑动面的抗滑安全系数k远小于1.0，不满足稳定要求，必须先对边坡岩体采取加固措施才能在冲坑内抽水。
2.1.2 施工期加固措施?
    如上所述，消力池冲坑边坡岩体处于不稳状态，特别是冲坑抽水后可能产生突发性失稳，必须采取加固措施。
    边坡加固比较了预应力锚索与锚桩两个方案，考虑到预应力锚索对岩体与消力池底板的附加影响较大，且施工比较复杂，因此决定采用锚桩对边坡岩体进行加固处理。根据边坡稳定所需的抗剪力及冲坑的形状与两侧边坡的倒悬情况，其布置了3排锚桩，其中左侧2排，右侧1排，分别布置在坝左0+062.000、坝左0+058.000和坝左0+014.000处，每排28孔，共84孔，孔距2 m，孔深13.0～21.0 m。左侧锚桩孔倾向左岸，倾角70°；右侧锚桩孔倾向右岸，倾角亦为70°。锚桩孔孔径130 mm，孔内置5.36钢筋，用M40微膨胀水泥砂浆灌实，砂浆内加适量早强剂。此外，由于冲坑四周的底板处于倒悬状态，为了防止抽水后底板坍落，对其采取了支撑措施，除了利用浇筑水下混凝土的导管起支撑作用外，另在每块板下增设2根300 mm的支撑钢管，管内用C20水下混凝土灌实。
2.2 右消力池修复方案
    右消力池除底板应按原设计修复外，修复设计的关键是冲坑部位须采用何种方案回填才能确保质量和工期。经计算，为确保大坝安全与消力池冲坑周边边坡的稳定，冲坑抽水不能低于高程30.00 m，则其高程30.00 m以上可采用常态混凝土回填，而其高程30.00 m以下为水下作业。设计上比较了水下混凝土与压浆混凝土两个方案。
    水下混凝土回填方案，即高程30.00 m以下采用C20水下混凝土回填，用导管法施工，采用水下不分散混凝土施工工艺，导管间距3～4 m，要求水下混凝土均匀连续上升，导管应埋置于水下混凝土内，不允许导管提出水面。要求水下混凝土和易性好，坍落度16～18 cm。
    压浆混凝土（即预填骨料压砂浆混凝土）方案，混凝土强度等级为C20，采用双导管法施工，骨料采用粒径为40～150 mm，间断级配粒径碎石，其孔隙率为40%～45%，抛骨料前预埋灌浆花管，间距6 m左右，用泵送砂浆灌注，为便于泵送，采用细度模数小于2.00，最大粒径不大于2.5 mm的河沙配制沙浆，压浆时应连续均匀上升，以确保压浆混凝土质量。
    两方案各有利弊，考虑到压浆混凝土的质量要可靠一些，且其预填骨料对冲坑边坡的稳定有利，因此设计上曾推荐高程30.00 m以下采用预填骨料压浆混凝土回填方案。后考虑施工单位的具体情况，对施工方案又作了修改。1996年12月28日，建设公司组织设计、施工单位和咨询专家召开了专题讨论会，会议同意施工单位采用水下混凝土回填方案，同时为争取工期，又从施工期安全考虑，同意在水位40.00 m时即用浮船做施工平台开始进行水下混凝土施工。
2.3 各部位施工技术要求
2.3.1 水下混凝土施工技术要求?
    冲坑在高程32.00 m以下全部采用水下混凝土回填，其主要技术要求为：强度等级C20，尽量采用二级配骨料，如泵送有困难，可采用一级配。要求混凝土的流动性好，坍落度16～18 cm，初凝时间不少于24 h。采用水下导管下料逐渐提升导管法施工，导管直径不小于200 mm，使水下混凝土均匀上升，导管下端应埋置于混凝土内，不允许管口提出混凝土表面。
    由于深坑面积太大，因此分三仓进行浇筑。第一仓先浇桩号0+100.00下游高程15.00m以下的坑底部分，然后在其上浇一反坡，在桩号0+100.00处为高程15.00 m左右，下游端浇至高程25.00 m左右。第二仓浇0+100.00上游部位，浇至高程32.00 m。第三仓再浇下游部位至高程32.00 m。第二仓是确保大坝安全的关键部位。要使各导管均匀下料，仓面均匀上升，该部位不允许出现冷缝面。下料导管的间距根据混凝土的流动半径确定，一般3～4 m，由于冲坑面积太大，次要部位的间距最大可放到6 m左右。在倒悬部位，在底板上钻孔布置下料管，且各仓内深坑部位与倒悬部位应同时浇筑。
2.3.2 高程32.00～38.00 m范围内施工技术要求?
    水下混凝土浇至高程32.00 m后，可将冲坑内积水抽干，本范围内采用C20常态混凝土回填，其主要要求有：
    （1）仓面处理。冲坑侧壁及倒悬部位顶板的松动岩体全部清除，采用高压水冲洗干净，水下混凝土顶部虚渣及松散不合格的混凝土全部凿除，用高压水冲洗干净，排除积水。
    （2）锚筋设置。原设计的消力池底板锚筋为36@1500，深6.3 m，即深至高程31.0 m，此锚筋是底板的抗浮稳定所要求，因此应予恢复。要求从高程32.00 m开始设置36@1500锚筋，且伸至高程41.90 m处用弯钩与底板表层钢筋相扣，施工中有钢结构格构柱的可采用“等强度代换”原则，倒悬板部位不便设锚筋的，则改成待混凝土浇筑完后从消力池底板上打孔设锚桩，孔距3.0 m，孔径110 mm,孔深至高程31.50 m，孔内下钢筋桩，每根钢筋桩用4.36钢筋与1.10灌浆管组成，孔内用M30微膨胀水泥砂浆灌实。
    （3）混凝土浇筑。由于本范围内属冲坑回填，因此混凝土的分层分块不做特殊要求，可由施工单位根据浇筑能力确定。要求从上游往下游浇，分层振捣密实，特别是倒悬部位必须回填密实。
2.3.3 消力池底板修复要求?
    高程38.00～42.00 m的消力池底板直接关系到工程安危，因此对其修复有严格要求：
    (1)仓面处理。高程38.00 m处的仓面用风镐打毛，排除积水，若某块底板下部混凝土是分仓浇筑的，则分缝处铺并缝钢筋25@250。钢筋长4 m，分布筋25@250。凡上、下层浇筑间隔超过7d的，铺2～3 cm厚M30水泥砂浆。高程38.00 m的排水系统（包括排水廊道与排水沟）应按原设计恢复，并应保证通畅。
    (2)锚筋设置。深坑部位的锚筋（或格构柱）伸至顶部钢筋网处与其相扣；浇表层破坏区混凝土则在老混凝土上打孔设32@1000垂直锚筋，锚筋伸入老混凝土内不小于1.5 m，顶端做成弯钩与底板顶层钢筋相扣；对于其余未破坏的消力池底板，为加强高程41.00 m处层面的结合，全部在底板上打孔布设25@1000锚筋，锚筋底部高程40.00 m，孔内用M30微膨胀砂浆灌实。对于部分破坏的底板，除结构缝外，侧壁均设25@1000水平插筋，插筋长1.5 m，新老混凝土内各长0.75 m，孔内亦灌M30微膨胀水泥砂浆。
    (3)键槽与止水。底板按原设计分缝，结构缝处设键槽，且设两层铜片止水（原为一层铜片一层橡胶止水），分别设在高程41.10 m与41.50 m处。非结构缝处、新老混凝土结合处设一道BW-Ⅱ型膨胀止水条，止水片与止水条必须搭接可靠，确保其形成封闭系统。
    (4)混凝土浇筑。底板按原设计分块，每块不允许再分仓，分两层浇筑。表层厚度不小于1.2 m，每层内用台阶法浇筑。两层间浇筑时间超过7 d的，按施工缝处理。混凝土强度等级，底层为C25,表面为C35，浅层破坏区全部采用C35。骨料采用三级配，施工时必须充分振捣，加强表面保护与养护，防止裂缝产生。
    (5)回填灌浆。由于冲坑四周底板倒悬严重，回填混凝土顶部可能脱空，因此应进行回填灌浆。倒悬板部分利用锚桩孔进行回填灌浆，采用栓塞法进行灌注，塞子栓于高程37.00 m处，以免堵塞高程38.00 m处的排水系统，施工中先灌M25砂浆，待吸浆量较小时改为0.5∶1水泥浆，灌浆压力采用0.2 MPa。为加强回填混凝土与侧壁的结合，冲坑周边布置一排灌浆深孔，孔距3 m，孔底穿过水下混凝土深入基岩内2 m，采用自上而下分段钻灌，灌浆压力为0.2～0.5 MPa，各段用0.5∶1浓浆一次灌注，分2序孔相间灌注。
    (6)高程41.00 m浇筑面接缝灌浆。未破坏的底板，可从侧面看到高程41.00 m处的层面结合不良，甚至有淘空现象，其空隙宽达1～3 cm，当从板上打孔穿过这一层时，大部分孔均有失水现象。因此除加设锚筋增强该层的连接外，还通过锚筋孔用0.5∶1的水泥浆对该层面进行灌注，灌浆压力采用0.15 MPa。
    (7)表面磨损的处理。右消力池未破坏的底板在泄洪过程中被石渣严重磨损，其深度数厘米不等。凡深度大于10 cm的，要求仓面处理后浇C35一级配混凝土；深度小于10 cm的，仓面处理后，用M45硅粉砂浆进行修补，压实抹光。
3 右消力池水下混凝土补强及综合评价
    右消力池修复工程除了冲坑的水下混凝土浇筑之外，均为常规施工方法，而冲坑因体积达5万余m3，最大深度达40.0 m，最大投影面积达2 300 m2，其规模之大为国内外所罕见。特别是冲坑在高程32.00 m以下采用水下混凝土回填，并采用浮箱做施工平台，由于仓面大、工程量大、时间紧迫、施工强度特别大，而其质量的好坏直接影响消力池底板的应力分布与变形，同时关系到大坝的安全，因此3.3万m3水下混凝土的浇筑质量是大家关注的焦点。1997年底对右消力池冲坑水下混凝土进行了钻孔检查，揭示水下混凝土整体性差、吸水率大、物探检查波速较低，因此于1997年12月至1998年4月采用水泥灌浆手段对水下混凝土进行了全面的补强处理，经再次钻孔检查，水下混凝土的密实性确有很大提高，吸水率明显降低，物探检查的波速也有所提高。
    1998年沅水又连续发生大洪水，五强溪水库6～8月相继发生5次超过15 000 m3／s的大洪水，其中7月23日最大入库流量达35 000 m3／s，最大下泄量达23 000 m3／s，9个表孔与5个底孔全部参与了泄洪，右消力池经历了修复后的一次严峻的考验，经汛后抽水检查，右消力池完好无损，未出现任何异常情况。
    在1998年7月的五强溪水电站大坝安全鉴定会议上，与会专家认为右消力池冲坑回填的水下混凝土虽然经第一次补强处理后质量有较明显提高，但尚不能满足设计要求，为工程安全计，有必要对水下混凝土再进行补强处理，因此在1998年11月至1999年3月对水下混凝土进行了第二次补强处理设计与施工，共完成灌浆孔190个，灌入水泥量757.5 t，此外对遗留的表面磨损部位及底板混凝土裂缝也都进行了修补和处理。
    根据最终14个检查孔的资料，水下混凝土经第二次补强灌浆后，其质量又有显著提高，具体表现在：水下混凝土的芯样获得率已提高到61%，较灌前的43%提高了18%；在检查孔中做的39段压水试验中，水下混凝土的吸水率已全部小于20 Lu，其中小于5 Lu的占31%，小于10 Lu的占64%；在倒悬部位水下混凝土接触处，做了14段压水试验，其吸水率也均小于20 Lu，其中小于5 Lu的占79%，小于10 Lu的占93%；在检查孔中取典型芯样所做的物理力学试验表明，中等以上的水下混凝土其物理力学性能基本达到了设计要求；在超声波测试及弹性波层析成像中，水下混凝土的波速绝大部分都高于3 300 m／s，波速小于3 300 m／s的低速体已降低到10.4%，较灌前的17.3%减少6.9%，低速体呈零星分布，且不连通；检查孔彩色电视观察到各孔孔壁较完整，没有出现明显的塌孔和地下水活动情况。
    通过对14、15号坝段与消力池底板和基岩的联合作用，并且模拟冲坑回填情况进行的整体三维有限元分析计算，在消力池冲坑回填后，即使不考虑回填混凝土对大坝坝基的抗力，也只有工况4（设计洪水泄洪工况）的安全系数K′略小于规范要求的3.0，（14、15号坝段单独受力及两坝段联合受力的安全系数K′分别为2.992、2.713、2.991），其余工况均满足要求，当考虑坝后抗力后，工况4中的安全系数亦大于3.0。因此可以认为，消力池修复后，大坝的抗滑稳定安全可以得到保证。另据坝趾的位移和应力成果，当冲坑回填水下混凝土的变形模量按C7.5混凝土的弹模计算时，坝趾最大水平位移为1.77 mm，水下混凝土的变形模量再折减到60%时，坝趾最大位移为1.87 mm；坝趾部位的主压应力在工况4和工况5较大，分别为0.5 MPa与0.55 MPa，这个应力也相当于坝趾部位传给消力池底板的应力，由于冲坑上部10.0 m厚为常态混凝土，这个应力是可以承受的，而在坝下0+070.000、高程32.00 m以下，各种工况的最大主压应力均小于0.24 MPa，此即大坝通过坝基传给水下混凝土的应力，通过两次补强后的水下混凝土，经前述的最后检查，其质量基本能满足设计要求，可以承受这种量级的应力。因此，可以认为，右消力池修复后可以满足大坝的稳定要求，且能有效地承受大坝传来的应力。
    原消力池底板厚4.0 m，根据计算，须设6.3 m深的锚筋，使消力池底板与4.7 m厚（扣去锚固长度后）的基岩有效地锚为一整体以满足底板的抗浮稳定要求。右消力池冲坑回填时，高程32.00 m以上为常态混凝土，且施工期用间距为4.0 m的60 cm×60 cm的格构柱从高程32.00 m一直伸至底板表层钢筋处（做施工平台用）并与之焊接，在倒悬部位，另布置了许多下料管、支撑管等构件，即冲坑上部10.0 m厚的常态混凝土已成为一整体，因此右消力池修复后，底板的抗浮稳定完全能满足原设计要求。
    消力池修复后，根据三维有限元计算，底板的沉降变位在工况10时最大值为1.82 mm（坝下0+080.000底板表面处），在工况5（校核洪水工况）时，消力池底板的最大沉降变位为2.69 mm（坝下0+130.000底板表面处），相邻底板相对沉降差最大值为0.35 mm（亦在工况5时），这种沉降变位值与相对变位差的量级均是较小的。再者，在计算时水下混凝土的变形模量已按C7.5混凝土的弹模并折减到60%考虑（即8.7 GPa），与水下混凝土最终质量检查及芯样物理力学试验成果进行对比，这是留有足够余地的。因此可以认为，消力池底板的不均匀沉陷值在允许范围内。
    综上所述，右消力池修复后，特别是经两次补强处理后，可以满足工程安全运行的要求，但在今后运行过程中，仍应加强观测，定期进行检查，若发现异常情况，及时研究处理。?
4 对今后泄洪建筑物运用的建议
    为了确保工程安全，对今后泄洪建筑物的运用提出如下建议：?
    （1）五强溪枢纽的防洪库容有限，其防洪高水位已经上级审查批准，应按原审批方案进行防洪调度，如要提高防洪高水位，应进行科学论证。
    （2）五强溪枢纽的下泄水流除中孔外，均采用底流消能，其下游水位与消力池内的水流流态直接关系到下泄水流的消能效果和工程安危，因此闸门调度应遵循设计提出的均匀、同步、对称开启的原则，应按设计提供的闸门调度程序开启闸门，进行科学合理的调度，使下泄水流均匀，增强消能效果。
    （3）闸门及其启闭机构均应保持良好的运行状态，在汛前应调试完善，使闸门能开启自如，满足消能要求。?
    （4）消力池在汛期应加强观测，汛后应进行检查，若发现异常情况（特别是右消力池），应进行抽水检查，并及时研究处理。

indal

谢谢！