(1)开挖原则及要求。
1)地质条件。河口村水库大坝两岸边坡高峻陡峭,总体呈不对称U形,左陡右缓,谷坡覆盖层较薄,大部分基岩裸露,河谷底部主要为河槽、漫滩和少量残存的Ⅰ级、Ⅱ级阶地及河流冲积、洪积层,一般厚度为30m。坝基处覆盖层最大厚度为41~87m,岩性为含漂石及泥的砂卵石层,夹四层连续性不强的黏性土,第一层顶石标高173~175m,厚2.0~3.7m,最厚6.6m。第二层顶石标高162m左右,厚0.5~1.5m,最厚6.4m。第三层顶石标高152~150m,厚2~4m,最厚6.2m。第四层顶石标高148~142.65m。砂层透镜体一般分布在河流凸岸,长30~60m,宽10~20m,厚0.2~0.5m,分布不连续。根据勘探资料,大坝坝基范围内发现的砂层透镜体有14处,主要分布在坝轴线附近。
右坝肩开挖边坡处于单斜构造区,断层等构造不发育,岩体较完整,且为逆向坡,边坡稳定条件较好;仅在∈1m 3 地层,工程地质特性较差,但不影响边坡稳定。
左坝肩边坡位于褶皱断裂发育区,构造发育,岩体破碎,F 11 逆掩断层及龟头山褶皱束分布在其间。边坡岩层多缓倾向坡外,形成顺向坡,但倾角一般小于10°。左坝肩分布的古滑坡体及其他第四系堆积物工程地质特性差,应进行清理。
2)开挖原则。开挖前详细了解工程地质结构,地形地貌和水文地质情况,开挖按照测量放线测设的开口线自上而下分层分段施工,每次开挖2.5m左右。在坝轴线基坑的上下游分别布置两台挖掘机进行作业,严禁自下而上或采取倒悬的开挖方法。施工中随时作成一定的坡势,以利排水。开挖过程中应避免边坡稳定范围形成积水。严格防止出现倒坡,避免大量的超挖。
3)坝基开挖的总体要求。为减少坝基的变形,根据大坝受力部位,结合河床基础地质的情况,应分区采取不同的开挖处理要求。
A.坝轴线上游至防渗墙之间基础由原河床高程175.00m挖至高程165.00m,旨在将上部变形较大的第一层黏性土夹层全部挖掉。坝轴线下游次堆石区覆盖层基础开挖至高程170.00m,基岩清除表层1.0m松散体。基础开挖至设计高程后如遇砂质透镜体、黏性土夹层及含土量偏高的砂石层应予以全部挖出或局部挖除。并采用过渡料进行换填,并控制其相对密度不小于0.75后方可。
B.对防渗墙、连接板、趾板及下游50m范围内基础变形较大区域应用高压旋喷桩加密的方法做专门的加固处理。
C.对两岸坝壳大部分为基岩的,清除表层覆盖层或松散岩石后即可填筑,坝壳两岸岸坡接坡不陡于1∶0.5控制。
D.趾板基础开挖要求:河床部位趾板基础覆盖层挖至高程165.00m,岸坡基岩应挖至强风化下限以下1m,不满足时,挖除后采用C15素混凝土回填。首先趾板在开挖到接近设计高程时,应预留保护层;其次应根据现场地质工程师的要求调整趾板开挖线。
趾板基础高边坡按1∶0.5~1∶0.75开挖,每隔20m设宽2m马道,并经边坡稳定计算,满足稳定要求。开挖后边坡岩石较差区域采用挂网喷锚支护,锚杆长4.0m和长6.0m,间排距2.0m,边坡岩石相对较好时采用随机锚杆素喷混凝土保护。
(2)开挖施工规划。坝基开挖顺序:施工准备→测量放线→施工排水→坝基开挖→保护层开挖→隐蔽工程验收。
1)施工道路布置。左岸坝肩山势陡峻,半坡无阶地或道路。在实际施工时,首先将左岸坝肩山体超过设计坝顶高程的部分爆破开挖至设计坝顶高程,形成施工平台并修筑道路与2号公路相连,作为上部开挖出渣道路,其余开挖渣料通过8号场内道路和上游围堰道路出渣。
右岸坝顶与场内4号路和7号路连接,用于上部开挖出渣道路。右岸半坡处(高程约226.00m)通往上游张庄村道路扩宽后作为出渣道路运往余铁沟场地平整。右岸坝坡脚修临时道路通往2号临时堆料场。
2)施工降排水。在基坑开挖前,先在开挖区内沿基线挖设排水沟并设置集水井,用潜水泵抽出基坑排到上游或下游基坑外。基坑采用明排水,在基坑开挖过程中,在坑内布置明式排水系统,即排水沟、集水井和水泵站。同时以不影响开挖和运输为原则,结合出渣方便,在中间或一侧布置排水沟,排水沟布置在建筑物轮廓线以外,随着开挖工作的进行,逐层设置(见图2.45、图2.46)。
图2.45 修建建筑物时基坑排水系统布置图
1—围堰;2—集水井;3—排水沟;4—建筑物轮廓线;5—排水方向;6—水流方向
图2.46 基坑开挖过程中排水系统布置图
1—运土方向;2—支沟;3—干沟;4—集水井;5—水泵抽水
排水沟的纵坡为3‰~5‰,集水井布置在基坑的一侧,井底低于沟底1~2m,井的容积至少能储存10~15min的抽水量。用强水泵抽出基坑,排到下游基坑外。每一个施工层施工时,排水沟的开挖在先,基坑的开挖作业在后,并在基坑开挖开口线外围挖截水沟,以防表面的流水流入基坑。
3)施工准备。内容包括:清除现场障碍物,平整场地,建立测量标桩,修建施工临时道路,施工机械设备和材料的准备,临建设施等。
4)测量放线。开挖前,首先根据设计文件,施工图纸和施工控制网点测放出大坝轴线与开挖开口线,测绘大坝的横断面图,计算开挖工程量、轴线、开挖轮廓线及原始地面测量结果,并经监理认可。
(3)左右坝肩岸坡土石方开挖。主要施工顺序:临时道路修建→测量放样→覆盖层清理→钻孔→预裂、松动爆破→石渣挖运。
1)岸坡开挖临时道路修建。根据各部位开挖高程不同以及现有交通条件和现场实际地形,布置修筑临时施工便道进入工作面,其中右岸布置3条临时场内施工道路,左岸布置2条临时场内施工道路。在施工过程中,按开挖分层或开挖梯段高度,再引场内支线道路至各个工作面,路面宽8.0~10.0m,最大坡度不陡于12%。
2)覆盖层清理及开挖。覆盖层土方开挖采用2m 3 挖掘机自上而下开挖,20~25t自卸汽车运输至监理工程师制定的弃渣场,TY220型推土机进行渣场平整及开挖区道路修建。右岸开挖结合趾板下游边坡开挖,共用临时道路。左右岸覆盖层机械开挖至岩石基础完成后,在坝体填筑前,用人工清理局部机械无法完全清理干净的部分。
3)左右坝肩岸坡石方开挖。开挖自上而下分层进行,石方开挖施工工艺流程为:测量放样→表层清理→机械钻孔→装药爆破→石渣清理。
采用深孔梯段辅以浅孔爆破方式开挖,100型潜孔钻机配合英格索兰ECM-580型和阿特拉斯D9型钻机钻孔,保护层开挖采用手风钻钻孔爆破,开挖石方采用2m 3 挖掘机挖装,20~25t自卸汽车运输至监理制定的弃渣场,TY160~TY220型推土机进行渣场整理。
(4)河床坝基覆盖层开挖。主要施工程序:测量放样→基坑降排水→坝基开挖→隐蔽工程验收。
基坑开挖设计深度约10m,为创造干地施工条件,在基坑开挖前,沿基坑上游开挖开口线以外开挖平行于坝轴线的排水沟和集水井,并始终保持排水沟及集水井低于基坑开挖底部高程2m以上,用22~45kW潜水泵抽排至上游围堰以上的河道内。开挖至接近设计基础高程1m时,在坝基填筑面外围挖设“田”字形排水沟,并设置集水井,用污水泵抽至上游集水坑集中抽排至上游河道;另外在基坑开挖区下游打2孔深井以拦截下游河道向基坑渗水,确保坝基水位低于设计建基面以下1m后再进行坝基基础面开挖。开挖至设计建基面时仍有黏土和粉细砂层时,及时报告监理和设计地质工程师进行现场鉴定,并继续开挖至砂卵石层后用过渡料换填处理。
基坑开挖时按照测量放线测设的开口线自上而下分层分段施工,每层开挖2.5m左右。开挖采用2m 3 挖掘机挖装,20~25t自卸车和TY160推土机辅助作业的施工方法进行,开挖料大部分运至坝后压戗区,其他运至2号临时弃渣场。
(5)趾板基础及保护层开挖。岸坡趾板为基岩,趾板基础保护层以上开挖原则同大坝左右岸开挖,趾板地基开挖面应力求平顺,避免陡坡和反坡,必要时可进行削坡和回填混凝土找平处理。趾板的建基面宜为坚硬、不冲蚀、可灌浆的基岩。对因地形地质条件限制,只能建于风化破碎或软弱夹层岩层时,应进行专门论证并采取相应加固措施。趾板上方的岩质岸坡应按稳定边坡或经加固处理后的稳定边坡开挖,以确保安全。趾板范围内的基岩如有断层破碎带、软弱夹层等不良地质条件时,应根据其产状、规模和组成物质,逐项进行认真处理,可用混凝土做置换处理,并加强趾板部位的灌浆。
趾板保护层开挖施工工艺流程:测量放样→表层清理→保护层钻孔→装药爆破→石渣清理→基础整平。
为保证建基面岩石的完整性,在进行建基面以上岩石爆破钻孔时预留1~2.0m保护层,保护层开挖采用光面爆破施工,保护层采用手风钻浅孔爆破法,爆破底部留20cm撬挖层,采用人工辅以风镐清理至建基面设计高程。保护层一次爆破的方法:其钻孔深度小于5m,孔径小于60mm。采用小型药卷,不耦合装药方式,孔底预留30cm不装药。其目的在于开挖面爆破时使趾板基础不受爆破力震动,确保基岩的完整。
趾板基础开挖的精度尺寸和底部高程符合设计要求,欠挖超挖小于20cm,开挖的范围向趾板上游延伸2m,向趾板下游延伸3m。
(6)坝基碾压及地质探洞封堵。坝基开挖至设计高程后,建基面非高压旋喷桩区域采用26t振动碾静碾2遍,振碾10遍,高压旋喷区域按设计要求静碾2~6遍。碾压后布置控制网点挖坑进行干密度、颗分实验及相对密度试验。检测结果如下:
壤土:干密度检测3组,检测值为1.6g/cm 3 、1.66g/cm 3 、1.66g/cm 3 。
砂(粉砂):干密度检测2组,检测值为1.49g/cm 3 、1.53g/cm 3 ;相对密度检测2组,检测值为0.72、0.82。
砂砾石:干密度检测3组,检测值为2.05g/cm 3 、2.06g/cm 3 、2.19g/cm 3 ;相对密度检测3组,检测值为0.77、0.78、0.80。
部分砂层透镜体、黏性土夹层等软弱不均匀基础挖出后用过渡料进行换填。
坝体填筑区范围内共封堵了3个探洞,分别为PD2、PD9、PD19,根据坝体填筑高度不断上升逐个封堵,PD2、PD9探洞采用浆砌石封堵,PD19探洞采用C15混凝土,并进行洞顶回填灌浆。
河口村水库大坝坝基覆盖层岩性及地层结构复杂,主要成分为砂卵石、大块孤石漂石,并含有黏性土夹层及砂层透镜体,部分基础虽然较密实,但整体基础均匀性差,大坝填筑后可能存在不均匀变形。为防止大坝面板及基础趾板、连接板、防渗墙沉降变形过大,需对大坝基础进行加固处理。根据设计要求对大坝基础混凝土防渗墙至下游53m范围采用高压旋喷灌浆进行加固处理。为了论证高压旋喷灌浆加固的可行性和加固效果,确定高压旋喷灌浆施工的有关技术参数及施工工艺,在加固处理前须对地基加固区进行高压旋喷生产性试验,同时对实验前后地基物理力学等指标进行检测。试验区在地基加固区中进行,试验区面积约520m 2 ,共布置50根桩。
(1)施工图设计要求。高压旋喷桩按设计通知要求布设,采用(新)三管法高压旋喷工艺施工,灌浆采用水泥浆。为了取得准确的地质资料,通过钻孔取样实验确定砂卵石层的范围、性质,以便确定灌浆参数。根据以往的施工经验和现场地质条件,高喷施工参数按表2.35选定,通过现场试验再调整。
表2.35 高压旋喷灌桩灌浆参数表
续表
其他参数如旋喷钻孔、浆液配比等要求按照《水利水电工程高压喷浆技术规范》(DL/T 5200—2004)的规定执行。最后根据试验结果确定合理的施工工艺及参数。
根据本工程工期和工作量,高压旋喷试验施工计划先采用150型地质钻机2台(配合金钻头)及全液压式跟管钻机EGL-100型2台,高喷台车1台,配高压水泵、空压机及泥浆泵、制浆设备2套。施工时,采用三班制连续作业,统筹安排、合理搭接、严格按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL 62—2014)的要求施工,最大限度地减少钻、灌工序间的相互干扰,以加快施工进度。
(2)浆液试验材料。
1)新三管法采用喷射注浆的水灰比初定为1∶1,并根据试验调整。灌浆浆液采用42.5级普通硅酸盐水泥浆,浆液密度1.4~1.5g/cm 3 。配合比试验测试内容包括浆液拌制时间、浆液密度等。
2)浆液存放时间:环境气温在10℃以下时,不超过5h;环境气温在10℃以上时,不超过3h;当浆液的存放时间超过有效时间时,按监理人指示,降低标号使用或按废浆处理。
3)灌浆试验采用符合国家标准的42.5级普通硅酸盐水泥,水泥细度要求通过80μm方孔筛筛余量不大于5%。出厂期超过3个月的水泥不使用。
4)灌浆用水采用现场河中水,其水质、水温符合灌浆要求。在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂以及监理工程师指示或批准的其他外加剂,其最优掺量要通过室内试验和现场灌浆试验确定。
(3)施工方法。
1)施工准备。
A.高压喷射灌浆前,将施工现场全面规划,开挖排浆沟和集浆池,作好回浆排放和环境保护措施。
B.修筑好设备进出场施工道路,平整施工平台。
C.将地质钻机、高喷台车、制浆设备、高压水泵和空压机等灌浆配套设备运至施工现场组装,按三重管法进行调试检查,确保全部设备处于完好状态,输浆管、水路、气路畅通。
2)测量布孔。按照施工图纸规定的桩位进行放样定位。定位桩要妥善保护,钻孔时再进行校核。
3)制浆。根据配合比试验进行制浆,配合比为1∶1,水泥称量误差不大于5%。水泥浆比重不小于1.4~1.5,用高速制浆机制浆。
制浆过程中要随时测量水泥浆比重,若浆液比重偏低,要随即加大水泥用量。
按照确定的浆液配比,钻孔终孔前提早一段时间配制浆液,浆液采用高速搅拌机搅拌,拌和时间不少于30s,保证浆液搅拌均匀,并不停地搅拌备用。
浆液温度控制在5~40℃之间,否则按废浆处理。浆液经过滤后使用,防止喷管在喷射过程中堵塞。
4)钻机就位、造孔。钻孔采用2台150型地质钻机(备用)、1台全液压式跟管钻机造孔,开孔孔径150mm,钻头采用硬合金钻头。
钻孔严格按照设计和规范要求进行,地层发生变化时,记录变化深度并报监理工程师确认,钻孔达到基岩面时提取岩芯并继续钻进0.3m,监理工程师认可后方可终孔。
钻孔前,埋设孔口管,将钻机按测量定位桩就位、安装,将钻头对准定位桩钻孔中心,保证立轴或转盘与孔中心对正,先用水平尺粗略整平、垫平机座和机架;然后在钻孔轴线位置及其垂直方向上各架设一台经纬仪,检查并调整钻杆垂直度,使其钻杆垂直,再一次检查孔位是否正确,使钻尖对中误差不超过10~20mm。
钻孔过程中,每钻进3~5m检查1次孔斜,用测斜仪测量1次孔斜,并及时调整钻杆垂直度纠偏,使钻孔垂直误差不超过1.5%。
造孔过程中,若发现孔内异常现象如掉钻、卡钻等,及时采取措施处理,并做好记录,各孔以设计孔深为控制孔深。
造孔过程中,详细完整记录钻孔深度、地层变化、掉钻等。
钻孔结束,会同监理工程师进行终孔检查验收,否则不得擅自终孔。钻进停顿或终孔待灌时,孔口要加盖保护。
5)高喷台车就位、地面试喷。钻机成孔后,钻机移位,高喷台车就位。将台车移至成孔处就位后,连接好水、气、浆管,开机在地面试喷,检查喷浆系统和各项指标是否符合要求。
6)下喷射管。当钻孔完成后,即将旋喷管插至孔底,在插管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,边射水边插管,水压力不超过1MPa,试喷检查喷浆系统运行良好时,然后开始旋喷喷浆。下喷射管时,喷射管缓慢插入孔内,直到孔底部。为防止泥砂堵塞喷嘴,下管前用胶布将其包住。
7)喷射灌浆。按施工设计的旋喷方法和确定的施工参数送高压水、压缩空气和水泥浆,待泵压、风压、水压达到设计规定值时,先对孔底进行原位高压旋喷1~3min,待浆液返出孔口且比重达到13kN/m 3 以上后,按设计提升速度提升喷管喷射,进行自下而上、连续旋喷作业,直至达到设计旋喷体高程后,再原位旋喷1~2min,即停止供水、送气和浆液,从灌浆孔中抽入喷浆管。
喷浆过程中,喷射管提升速度必须连续均匀,喷浆要均匀,计量要准确,保证水泥的掺入量不少于设计掺量。
喷射过程中,要经常检查风、水和泥浆泵的压力、浆液流量、空压机的风量、钻机的转速、提升速度以及旋喷角度、耗浆量等,如实记录喷射灌浆的各种施工参数、浆液材料用量、异常情况及处理措施等。
8)喷射灌浆过程问题处理。为保证高压旋喷桩的施工质量,对喷浆过程中出现的异常情况,按下列方法处理:
A.当测试的进浆、回浆比重与规定值不符合设计要求时,停止喷射,重新调整浆液水灰比,直至满足设计要求。
B.在任何情况下断喷(包括拆卸喷管),回复喷射时,将喷头下放30cm,采用搭接喷射处理后,方可继续提升喷射灌浆,并记录中断处深度和时间;如中断时间较长(超过3h),要对泵体输液管路进行清洗后继续喷射,复喷搭接长度不少于1.0m,并如实记录深度和时间。
C.在喷射中,如孔口冒浆量超过注浆量的20%时,通过提高灌浆压力或适当加快提升速度及旋转速度以减少冒浆量;如孔口不冒浆时,采取增大注浆量、减慢提升速度等方法,必要时将喷管再下沉0.5~1.0m进行复喷,待孔口返浆正常后,再恢复正常喷射。
D.高喷灌浆过程中,若孔内发生严重漏浆,采取以下措施处理:①孔口不返浆时,立即停止提升。孔口少量返浆时,降低提升速度;②降低喷射压力、流量,进行原位灌浆;③在浆液中添加速凝剂;④加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥黏土浆等;⑤向孔内填入砂、土等堵漏材料。
E.在进浆正常的情况下,若孔口回浆密度小,回浆量增大,降低气压并加大进浆浆液密度或进浆量。
F.高喷灌浆过程中发生窜浆时,填堵窜浆孔。待灌浆高喷结束,尽快对窜浆孔扫孔,进行高喷灌浆或继续钻进。
G.高喷过程中,采取必要措施保证孔内浆液上返畅通,避免造成地层劈裂或扰动。
H.高喷灌浆结束,利用回浆或水泥浆及时回灌,直至孔口浆面不下降为止。
9)喷射管冲洗。每完成一个孔喷射灌浆,要及时将钻孔、灌浆系统的搅拌头、喷浆阀门、喷浆管以及各管路用清水冲洗干净。
冲洗时将浆液换成水进行连续冲洗,起到管路中出现清水为止。然后移至下一个灌浆位,台班工作结束后,用清水冲洗储料罐、水泥浆泵、喷射装置和输浆管道,以备下个台班使用。
10)冒浆静压回灌。高压喷射作业结束后,要连续将冒浆回灌至孔内,直到孔内浆液面不再下沉、稳定为止。
11)封孔。冒浆静压回灌至孔口,直至浆液不再下沉时,有黏土泥团分层回填孔,直至施工平台顶部。
(4)施工注意事项。
1)下管喷射时,采取换低压送水、气、浆液的方法,防止喷嘴堵塞。
2)喷射时,必须随时根据风、水、浆液压力和流量、浆液比重,发现误差超标及时调整,特别要严密监视灌浆系统的运转情况,发现异常及时处理。
3)接换喷管时动作要迅速,防止塌孔和堵塞。
4)喷射过程中,接、卸、换管及事故处理后,再下管喷射时要比原停喷高度按规定下落0.3~1.0m。
(5)质量控制与检查。成立由业主、设计单位、监理单位和施工单位联合组成的质量管理小组,对试验区的施工过程进行监督。
1)施工过程中按“三检制”进行施工质量检查,质量责任到人,检查人员跟班作业,发现问题及时处理。
2)施工过程中,对钻孔和喷浆过程的主要施工参数进行严格检查和控制,如配合比是否符合设计要求,水泥和膨润土的称量误差是否在5%范围内,每钻进3~5m时检查一次孔斜,保证钻孔的垂直误差不超过1.5%等,并详细记录。记录项目包括钻孔时间、孔位、孔距、孔深、地层情况、始喷终喷时间、提速、始喷终喷高程、返浆情况、水泥用量等。
钻孔成型后相邻两次钻进的相邻孔位中心距误差不超过-50mm和+20mm,垂直度偏差不大于0.5%。所配制水泥浆稀稠一致、喷射装置提升速度要均匀一致,喷浆量必须满足计量要求。记录时间误差不大于5s,深度记录误差不大于5cm。
3)喷射过程中,要按监理人指示,施工完成后,待旋喷体达到一定强度,利用钻机清水钻检查孔。
4)检查孔采用回旋地质钻机在已固结的旋喷体上钻孔取芯,先进行钻取旋喷体样品观察分析和加工,然后送试验室检查旋喷凝结体施工质量是否达到设计要求。
(6)成桩后检测。高压旋喷桩实施后,进行了静载、跨孔波速、瑞雷波试验及挖开检查等手段检测,经检测加固后复合地基各物理力学性质均得到不同程度的提升,特别是最为重要的地基承载力和变形模量提高最为明显。高压旋喷桩改善了坝基河床天然地层的不均匀特性,明显提高了坝基河床砂卵石层整体承载能力和抗变形能力,达到了设计的预期目的。具体检测方法及要求见第2.2.1条。
趾板高边坡开挖分层高度约10m,每间隔高20m设置一级马道,马道宽2.0m。由于每级马道间边坡高差较大,坡比1∶0.5~1∶0.75。为边坡稳定,减少揭露岩面外露时间,避免因长时间暴露造成岩面风化,边坡开挖后需及时进行喷锚支护。边坡喷锚支护及排水孔造孔随边坡开挖由高至低分级进行,每开挖3~4m,立即进行锚杆孔、排水孔的造孔,造孔完毕后进行再次开挖,依次循环交替进行,分级马道间排水孔、锚杆孔的钻孔结束后,进行边坡清理挂渣、排险工作,在下级边坡预裂孔、爆破孔造孔结束,爆破完成后,即进行上级边坡脚手架搭设、锚杆制作安装、钢筋网片绑扎、边坡喷护工作。对于揭露出来的地质缺陷所显现的不稳定岩体,裂隙发育部位,通知地质设计工程师进行现场界定区域后进行随机锚杆造孔。边坡周围排水系统根据施工先后顺序、工序关键程度、各工序间的关系,适时进行施工。
(1)岩石锚杆。本标段岩石锚杆支护采用普通砂浆锚杆。分为系统锚杆和随机锚杆,间排距为2.0m,梅花形布置,锚杆长度分为4m和6m两种,排间交替布置,钢筋直径为 ϕ 25。
1)施工主要材料和机具。
A.主要材料。
钢筋:锚杆选用Ⅱ级普通螺纹钢筋,型号为 ϕ 25mm。
水泥:标号选用P.O42.5级普通硅酸盐水泥。
砂:采用最大粒径小于2.5mm的中细砂。其质地坚硬、清洁。
砂浆:水泥砂浆的强度等级不低于20MPa。
外加剂:外加剂品质不得含有对锚杆产生腐蚀作用的成分。使用前由实验室做掺合试验,试验结果上报监理工程师确认批复。
B.主要机具。
钻机:根据施工组织和开挖顺序,主要采用英格索兰ECM-580Y液压钻机成孔,局部设备无法就位的部位辅以手风钻造孔。
灌浆设备:锚杆孔内注浆采用2SNS型灌浆泵配合JJS-2B型搅拌桶注浆,NJ-6型拌浆机制浆。
2)施工方法及要点。本标段锚杆孔为下倾锚杆,采用“先注浆,后插杆”的方法施工,其施工程序:施工准备→钻孔→冲洗孔道→孔道注浆→锚杆制作、插杆→补注浆→拉拔检测。
A.钻孔。根据开挖后边坡揭露岩面,按照设计锚杆布置图,进行测量定位,在岩面上用红漆标定锚杆孔位置及孔深;钻孔成孔直径70mm,钻孔孔位偏差不大于10cm,孔深偏差不大于5cm。趾板开挖边坡中系统锚杆的孔轴方向垂直于开挖岩面,局部加强锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反,其与滑动面的交角大于45°。
局部手风钻造孔在搭设的脚手架工作平台上进行。
B.注浆。锚杆注浆前,锚杆砂浆的配合比委托科源实验室进行配比试验,设计提供的砂浆基本配合比范围为水泥∶砂=1∶1~1∶2(重量比),水∶水泥=0.38∶1~0.45∶1(重量比),实验室出具的砂浆配比报告单上报监理工程师确认。注浆工作在脚手架搭设的工作平台上进行,采用灌浆泵注浆;在注浆之前,采用压力风或压力水将锚杆孔彻底清洗干净,不残留石渣或石屑。
施工中采用“先注浆,后插杆法”,将注浆管插至距孔底50~100mm,随砂浆的注入缓慢匀速拔出,浆液注满后立即插杆,砂浆初凝前进行二次补浆。
C.加楔固定。注浆锚杆完成后,立即在孔口加楔固定,并将孔口作临时性堵塞确保锚杆插筋在孔内居中。锚杆施工完成后,3d内严禁敲击、碰撞拉拔锚杆或悬挂重物。
3)检验和试验。
A.注浆密实度检验。注浆前量取锚杆孔深及孔径,计算扣除锚杆钢筋占用体积后的净体积,注浆管插入深度较孔深小20cm,注浆开始后缓慢拔出注浆管,待锚杆孔砂浆饱满且向外翻浆时插入锚杆,同时在插入过程中观察孔内是否继续向外翻浆,在砂浆初凝固前视情况进行二次补浆。
B.拉拔试验。按作业分区,每300根锚杆抽查3根作为一组进行拉拔力试验。
砂浆锚杆灌注砂浆28d后,即进行拉拔试验。破坏性试验时,逐级加载至拔出锚杆或将锚杆拉断。喷锚支护中抽检的锚杆,当拉拔力达到规定值时,立即停止加载,结束试验。
C.钢筋、水泥、砂浆等原材料和半成品,按规定要求取样试验,并报送监理人。
D.套钻检查,按监理人的指示,对已注浆锚杆进行套钻检查,检查数量不超过锚杆根数的1%。
E.检验和试验资料及时送交监理。
(2)喷射混凝土。主要是指素喷射混凝土和挂设钢筋网喷射混凝土,喷射方法为湿喷法。喷射混凝土标号C20,坡面喷混凝土厚10cm。
1)主要材料和机具。
A.主要材料。
水泥:选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥,水泥标号P.O42.5级。
骨料:砂选用质地坚硬、细度模数宜为大于2.5的粗砂、中砂。使用时,含水率控制在5%~7%;粗骨料选用粒径5~10mm的、耐久的碎石。其骨料级配见表2.36规定的标准。
表2.36 喷射混凝土骨料级配表
外加剂:速凝剂的初凝时间不大于5min,终凝时间不大于10min。
挂网材料: ϕ 6钢筋网。
B.主要机具。喷射混凝土的制备均采用机械拌和,移动式0.35m 3 的混凝土拌和机在喷护现场进行搅拌,手推车人工上料,砂石料通过磅秤后按照配料单配比进行拌和,选用ALIVA-285型,喷混凝土三联机喷射混凝土。
2)喷射混凝土施工程序。喷射混凝土施工紧跟开挖工作面,在分层开挖过程中逐层进行,混凝土终凝至下一循环爆破开挖时间控制在不小于3周。
A.喷射混凝土施工。
a.边坡喷护准备工作。将开挖面及坡脚的松动石块清理干净,清除石渣及堆积物,挖除欠挖部分,并用高压风水枪冲洗喷护面。部分遇水易潮解的泥化岩层,采用压力风清理岩面。待喷面验收合格,在锚筋上设立喷厚标志(在锚筋稀少处,采用岩面上钻孔插入钢筋头,在钢筋头上标定喷护厚度)。喷厚标志设置时,其外端头低于喷射混凝土表面3~5mm,待混凝土喷射完毕,其喷面保证较为平整。对受喷面滴水部位采用埋设导管、盲管;对较大的渗水或管漏处,设置截水槽排水处理。
b.混合料的制备。喷射混凝土的配合比通过现场试验确定,配制的喷射混凝土满足设计强度及喷射工艺要求,并符合施工图纸的要求。速凝剂掺量通过现场试验确定。
拌和站拌制喷射混凝土的混合料时,各种材料要按施工配合比要求分别称量。允许偏差:水泥、速凝剂为±2%,砂、石各为±3%。搅拌时间2~3min,混合料达到搅拌均匀,颜色一致的要求。混合料在运输、存放过程中严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入,装入喷射机前过筛,并且随拌随用,存放时间不超过20min,保持物料新鲜。
速凝剂在混合料干拌时按比例投放,拌和均匀。
c.钢筋网制作安装。边坡需要挂网的部位和范围有地质设计工程师界定,挂网钢筋为 ϕ 6mm盘圆筋。首先对盘圆筋进行机械调直、按照挂网尺寸进行下料,坡面锚杆安装完毕后进行岩面清理,然后进行岩面钢筋网绑扎制作,网片规格150mm×150mm,凸凹程度跟贴岩面,随高就低,与岩面间隙不小于3cm,保护层不小于5cm,网片筋与锚杆筋外露岩面部位进行焊接,其余网格交叉点采用扎丝牢固绑扎。
d.喷射混凝土。
a)检查喷射机械及施工用水、风管路等设施,试运行正常,拌和、运输、喷射系统准备完毕后,先进性试喷,试喷正常后即进行喷射作业。
b)按先通风后送电,然后再投料的顺序进行作业。喂送混合料保持连续、均匀,施喷中使用助风管,协助管道畅通。
c)采用混凝土喷射机喷射混凝土。作业顺序采用自下而上分段分区方式进行,喷射距离控制在1.5~2.5m之间,区段间的结合部和结构的接缝处妥善处理,不得存在漏喷部位。
d)分层喷射。完成第一层喷射后,清理回弹物料,然后进行下一层喷射施工,下一层喷射在上层终凝后进行,若终凝1h后喷护,则需用压力风清洗喷面。
e)喷射作业时,连续供料,并保证工作风压稳定。完成或因故中断作业时,将喷射机及料管内的积料清理干净。冬季施工时,喷射作业区的气温不低于+5℃,混合料进入喷射机的温度不低于+5℃。
f)喷射混凝土的回弹率控制在不大于15%。
e.喷护混凝土养护。喷射混凝土终凝2h后,及时对喷射混凝土洒水养护。养护时间不少于7d,当冬季气温低于5℃时,采用塑料薄膜覆盖加以养护,喷射混凝土抗压强度达到10MPa前采取保温措施防冻。
f.质量检查和验收。
a)喷射混凝土施工前,向监理人员报送混合料配比报告及配合比试块试验报告,在测定喷射混凝土工艺质量和抗压强度达到要求后,才能进行喷混凝土施工。
b)喷层厚度检查。检查记录定期报送监理人,如未达到设计厚度,按监理指示进行补喷,所有喷射混凝土在监理人检查确认合格后才能验收。
c)黏结力试验。按监理人指示钻取 ϕ 100mm的钻孔、取出芯样进行喷混凝土与岩石间及喷层之间的拉拔试验,试验成果报送监理人。所有试件钻孔用干硬性水泥砂浆回填。
d)对喷混凝土中的鼓皮、剥落、低强或其他缺陷部位及时清理、修补,并经监理人确认验收。
(3)质量控制措施。
1)原材料由项目部统一采购,合格证、材质单、出厂报告单齐全,所购材料与试验配比材料一致,质量全部受控。
2)喷护前砂石料设立骨料标识牌、配合比、磅秤、斗车等计量工具,拌和设备试机完好,水电齐全,安全设施齐全,经自检合格后通知监理人员验收确认后开始喷护。
3)喷护前边坡用风管吹渣、洒水湿润,喷护顺序由低到高避免坡面挂渣影响喷护效果。喷护采用喷两遍的方法进行,在岩面打孔插外露10cm钢筋头的方法控制喷护厚度。喷护时排水孔用木塞封堵,喷护后达到合适强度时拔出木塞。边坡喷护范围为开口线外裹1m。
4)喷护混凝土在喷护结束24h后进行洒水养护,养护时间不少于7d。
5)喷护过程中对混合料的拌制加强检查,抽查的材料配比重量符合配料单要求,每班检查喷混凝土厚度。
6)根据喷护单元部位,现场进行喷护取样(一次区3组),进行同等条件下养护;养护龄期满后,将试块送第三方实验室进行检测。
(1)工程概况。河口水库右岸冲沟加固工程位于大坝轴线上游50m右岸边坡,冲沟下半部为坡积块碎石夹土,一般厚度为5~8m,以上为后期人工堆积的碎石、块石等大量弃渣,厚度5~14m。冲沟堆渣体积约6万m 3 ,表面松散、欠固结、空隙大,稳定性差,外边坡1∶2.2左右。根据设计要求需对冲沟进行加固,加固坡面部分采用混凝土网格梁及台阶,加网格梁结点布置的预力锚杆,中上部坡面砌石护坡,坡脚设抗滑挡墙的方案。
(2)主要施工方案。施工顺序:测量→下部挡土墙混凝土施工→坡面开挖修整→网格梁及台阶混凝土浇筑→坡面浆砌石→预应力锚杆→眺望台及护栏→场地清理验收。
1)下部挡土墙混凝土施工。下部挡土墙基础位于新鲜基岩上,施工时,采用人工清理覆盖层至基岩面,基岩面出露后,采用风镐及风钻清除风化层,为不扰动原有基岩,挡土墙位于基岩内的基槽,开挖尽量不采用爆破施工,采用风镐及人工凿成。人工开挖的石渣先清理至挡土墙外的混凝土趾板和下坝台阶位置,再由人工配合水冲倒运至坝前压盖上,再由压盖顶面清理至215.00m高程以下,靠近右岸边坡堆放整平。基面形成后,采用手风钻钻孔,埋设砂浆锚杆,然后进行模板、钢筋和混凝土施工。模板及钢筋等材料采用人工搬运至施工现场,混凝土浇筑时,在左右侧坡面架设溜槽至245m平台,再由人工装手推车运至浇筑部位上方的平台,由溜槽入仓,施工时安设排水管和伸缩缝。
2)坡面开挖修整。原有冲沟坡面上部需整体下挖5m左右,开挖工程量约10000m 3 ,由于坡面坡度为1∶2,垂直高差40m,坡面水平宽度又比较窄,运输车辆难以在坡面上施工。经比较分析,坡面开挖时,采用挖土机填筑临时道路供挖土机在坡面行走,从坡顶向坡下开挖,开挖石渣经多次倒运至坡顶,再装车运输。开挖至坡底后,再从坡底用挖土机配合人工修整坡面至坡顶。
3)网格梁及台阶混凝土浇筑。网格梁及台阶施工时,严格按照测量放线,精确预留好锚杆孔位置。网格梁及台阶施工模板采用钢模板和木模板相结合,混凝土采用溜槽下滑至施工面,再由人工入仓。网格梁和台阶浇筑时从下部向上部进行,浇筑时注意控制好台阶和网格边线和表面平整度,做到横平竖直,顺直美观。
4)坡面浆砌石。坡面网格梁完成后,即进行浆砌石施工,由于坡面太长,石料直接从坡顶向坡下滚落会砸坏面板和趾板,安全隐患较大。施工时在坡顶安设10t卷扬机,坡面上设置运输台车,运至现场的石料由人工搬运至运输台车,通过台车运输至砌筑工作面,再由人工从台车上搬运下来,移至砌筑部位。砌筑前先在台车行走部位从上向下砌筑运输通道,使台车在砌好的浆砌石上行走,然后由坡底向坡面进行浆砌石施工。
5)预应力锚杆。
A.钻孔:预应力锚杆锚固端深入基岩,自由端为坡面石渣,一般钻机成孔困难,容易塌孔,采用两台跟管钻机进行钻孔。施工时在坡顶高程277.00m平台上安装10t卷扬机,在坡面上安设钻机施工台车,卷扬机牵引坡面钻机平台上下移动。钻孔前,根据设计要求和地层条件,定出孔位,做出标记,钻机就位后,保持平稳,导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上,确保钻孔垂直坡面。在钻进过程中,精心操作,精神集中,合理掌握钻进参数、钻进速度,防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。钻孔完毕后,用清水把孔底沉渣冲洗干净。
B.锚杆安装。
a.在锚杆施工前,认真检查原材料型号、品种、规格及锚杆各部件的质量,并检查原材料和主要技术性能是否符合设计要求。施工前,取3根锚杆进行钻孔、注浆、张拉与锁定的试验性作业,以检验施工工艺和施工设备的适应性。
b.锚杆杆体的组装与安放:按设计要求制作锚杆,为使锚杆处于钻孔中心,在锚杆杆件上沿轴线方向每隔1.0~2.0m设置一个定中架。
c.锚杆为精轧螺纹钢,要平直、顺直、除油除锈。杆体自由段用塑料布或塑料管包扎,安放锚杆杆体时,防止杆体扭曲、压弯,注浆管宜随锚杆一同放入孔内,管端距孔底为50~100mm,杆体放入角度与钻孔倾角保持一致,安好后使杆体始终处于钻孔中心。若发现孔壁坍塌,重新透孔、清孔,直至能顺利送入锚杆为止。
C.注浆:注浆材料根据设计要求提供的水泥砂浆基本配合比配置试验后采用,浆液搅拌均匀,过筛,随搅随用,浆液在初凝前用完,注浆管路经常保持畅通,浆液硬化后不能充满锚固体时进行补浆,注浆量不得小于计算量。注浆完毕后将外露的钢筋清洗干净,并保护好。
D.张拉与锁定:锚杆张拉前至少先施加一级荷载(即1/10的锚拉力),使各部紧固伏贴和杆体完全平直,保证张拉数据准确。锚固体与台座混凝土强度均大于15MPa时(或注浆后至少有7d的养护时间),方可进行张拉。锚杆张拉至1.1~1.2设计轴向拉力值时,卸荷至锁定荷载进行锁定作业,锚杆锁定后,若发现有明显预应力损失时,进行补偿张拉,施工时注意锚杆和网格梁内的钢筋焊接,锚杆张拉锁定完成后,对锚杆外露端进行防腐处理。
所有施工内容完成后,清理现场,进行完工验收。