李立权

(深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518000)

1 工程概况

珠江三角洲的D2标工程是一座大型水利枢纽工程，沿途多为山区盆地，偶有低洼的断丘群。地形比较平坦，地面高度一般在10～20m左右；管道穿过房屋、运河、道路、桥梁和管道，主要地面控制包括：新建皮头河、工昌路、广桥路主干道、深圳六号线(在建)和工厂，这一部分是一个人口密集的区域。高新沙泵站的主要工程工作是从高新沙水库内抽水，经过泵站增压提升，再由高压管线将其送入沙溪高位水池。

高新沙泵站的进水口三维轴测图如图1所示。

图1 高新沙泵站进水口三维轴测图

由图1可知，高新沙泵站的进水口主要包括进水池、进水闸和引水管道。在进水池两侧，分别设置了悬臂和半重力挡土墙。进水闸共有6个孔，在闸门的上游至下游设有拦污栅和相应门槽，在拦污栅与相应门槽之间设有一道护壁。引水管直径DN2600，并设有6个排水管，在导流管和入水闸室之间设有过渡段，为整体混凝土结构。

2 计及复杂地质的水库除险加固工程

在复杂地质环境下，通过加固溢流坝段、平衡处理开挖面、补强处理大坝廊道、二次注浆和塌岸加固步骤，实现水库除险加固。

2.1 溢流坝段加固处理

丙乳砂浆是由水泥砂浆混合而成，搅拌时间为30～45min。在施工过程中，先用清水将表层打湿，保持其饱和面干燥[1]。为了确保工程质量，首先在底板上涂上丙烯酸乳液，然后在底板上分层进行压实。各层的厚度约为5mm。在粉刷压合时，应采取反向施工方法，使其与新的砂浆层的压力方向相反，以确保丙烯酸酯乳液砂浆层的稠度、表面的平滑、砂浆的铺设。用丙烯酸乳胶砂浆在经过约4h(表面稍微干燥)后喷洒水来保持或覆盖[2]。固化1d后，用丙烯酸乳液在表面涂上一层乳胶，使其密封性更好。水泥固化后，持续喷淋养护，使水泥表面保持湿润7d。

2.2 基于盾构施工的开挖面平衡处理

采用盾构施工方式平衡处理开挖面，其原理是通过压缩箱体土压力平衡土体上方的开挖面，开挖面平衡处理的详细步骤如下。

(1)严格控制出土量，保证每环出土量在65m3以内，一旦出现超掘现象，应立即停止施工，进行原因分析并采取注浆措施。

(2)在新陂头隧道施工中，以土压为主，气压为辅助模式。在盾构机停机和装配过程中，必须有专门的人员对其进行监控，土仓的压力损失不能超过0.1bar[3]。

(3)为了确保工作面正常使用，降低刀片磨损，必须在开挖时对工作面进行改造。在刀片前方土壤中注入泡沫剂，减小刀片扭矩，保证刀片加工具有一定和易性[4-5]。

2.3 大坝廊道补强处理

为了更好地了解碾压混凝土的局部孔洞及裂缝的真实状况，在正式灌浆之前，必须进行补强注浆[6]。大坝廊道补强孔序布置，如图2所示。

图2 大坝廊道补强孔序布置示意图

对于图2所示的补强孔序，设置的孔压水参数见表1。

表1 孔压水参数

廊道拱顶、上下游边墙及廊道底部的钢筋注浆孔与建筑物平面垂直，灌浆孔间距1.5m。走廊补强灌浆水压力测试时，灌浆孔总孔数应大于等于5%，注浆孔的导孔数量不能低于2%[7]。

2.4 注浆施工

采用同步注浆与二次注浆的方法，及时地填补了管片后壁的施工空隙，避免了沉陷。

(1)同步注浆。通过监测资料，对注浆量、注浆压力进行实时调节，既能有效地防止地表隆升，又能有效地控制塌陷。通过优化浆料比例、提高含沙量、减小浆液凝固收缩率、预防开挖断面收缩、确保地层稳定、控制沉陷[8-10]。

(2)二次注浆。在新陂头河下，盾构施工必须及时进行二次注浆。注浆时，要从上往下逐步加压，使之尽早达到设计要求。当注浆量较大时，应控制注浆压力，使浆液浓度由稀逐渐浓稠[11]；当注浆量保持不变时，应持续减少浆液注入量，当灌浆速度小于1L/min时，持续灌注半个小时后停止灌浆[12]。

2.5 塌岸加固处理

水库塌岸工程以浆砌石为主，采用M10水泥砂浆为黏结剂，其浆液厚度是设计厚度的1.5倍，注浆厚度8cm；灰泥砌筑面应放置干净、湿润(或干透的)石头上，砌筑砂浆的拐角点和接头要在同一时间进行。如果不能同时施工，则需留出临时休息区域，并在斜坡上铺设[13]。灰泥砌块的尺寸及布置允许的误差如下：顶面标高不大于10mm，长2m的上表面平整度不大于20mm；当石材放置到位后，立即进行竖向灌浆，并用振动(插入)捣致密实[14]。

3 防浪墙施工

根据水库除险加固过程，计算墙身模板受力情况，通过压力钢管设计、钢管防腐涂装、压力钢管焊接、结构缝设计制作防浪墙。

3.1 墙身模板受力计算

3.1.1浮力计算

考虑到混凝土与钢衬之间的粘附力，采用钢管自身重量与浮力平衡的原理，对钢管的浮力进行了计算。以延米为计算单元，钢管重力计算公式为：

G=mg

(1)

式中，m—钢管质量。在该参数支持下，钢管所受浮力计算公式为：

F浮力=ρ1gV1

(2)

式中，ρ1—混凝土密度；V1—钢管排开混凝土的体积。

在混凝土浇筑过程中，量水间内衬钢管所承受的浮力与钢管重力相同，应严格控制注浆速度，实现浇注过程稳定。

3.1.2压力计算

使用内部振捣器，振实混凝土时对防浪墙模板造成压力计算公式为：

F压力=ρ2tδεV2

(3)

式中，ρ2—混凝土表观密度；V2—混凝土体积；t—混凝土浇筑凝结初始时间；δ—外加溶剂对压力造成的影响系数；ε—影响修正系数。

3.2 模板设计

3.2.1压力钢管设计

根据水库闸钢管结构以及现场场地环境，设计的压力钢管如图3所示。

图3 钢管分节图示

由图3可知，钢管生产分节长度从上游至下游依次为：左岸，6、6、6、6、3、3、4.8、3.7、6m；中线，6、6、6、6、6、4.8、3.7、6m；右岸，6、6、6、6、6、4.8、3.7、6m。

3.2.2钢管防腐涂装

在确定压力钢管参数后，设计防腐涂装流程，如图4所示。

图4 钢管防腐涂装工艺流程

表面处理是保护涂层的关键，清除表面油脂、氧化皮是处理的关键环节。表面处理的主要目标是保证所有对防腐层性能有影响的杂质都被彻底清洗，从而降低了早期腐蚀概率；并使涂层表面粗糙，确保涂层具有足够的粘附性[15]。

3.2.3压力钢管焊接

在钢管纵向和环形焊缝焊接之前，要注意钢管位置和焊缝位置是否有裂缝，并及时观察焊缝口的油污、锈迹是否清理干净。在正式焊接压力钢管时，对于碳素和低合金的I级焊缝，不能留有定位焊缝；为了减小变形和收缩应力，应在焊接前确定好位置和顺序，由部件周边约束最大的部分开始，向约束较小部位推进。

3.3 结构缝设计

使用埋弧焊焊接压力钢管，保证焊道每一层厚度都要控制在4～5mm之间。在焊接过程中，一旦遇到某种原因而出现焊接中断问题，应在坡口内引弧、熄弧。设置电弧焊焊道连接间距为25mm，被焊零件的焊接端头的电弧和灭弧点必须与被焊材料相同或兼容。焊工完成后，进行自我检查。一、二类焊接自检合格后，用涂料在焊缝周围作相应标记。

3.4 模板制作

防浪墙混凝土的浇注分为2步：一步至楼顶，二步至墙体。在进行第二次注浆之前，应保持混凝土湿润，并且不能存在大量积水。经过工程人员验收后，才可进行下一步浇注，由此浇注得到的防浪墙模板如图5所示。

图5 防浪墙模板

由图5可知，混凝土浇筑厚度应符合投标文件技术条款规定的30～50cm，由此能够起到防浪效果。

4 试验

4.1 地表变形试验

根据国内外盾构工程的经验，结合该段特殊的地质条件，提出了一种以+10～-30mm为基础的地表隆升及沉降控制标准。地面沉降监测段的间隔为10m，分别位于线路的左、中、右和两侧，地表沉降监测点布置平面示意图如图6所示。

图6 地表沉降监测点布置平面示意图

在观测时，必须严格控制各种限制，每个点的读数偏差不得大于0.3mm，对于非水平路径的观测点，每个站点不得多于3个，如果超出了，则要重新读取后视点的读数进行检查。

使用所研究方法统计单点隆陷范围，见表2。

表2 单点隆陷范围统计分析 单位：mm

由表2可知，使用所研究方法单点隆陷范围在控制标准范围内，说明使用所研究方法地表变形是可控制的。

4.2 离心试验

采用数值模拟方式对离心试验完整过程进行数值模拟分析，模拟加载过程与离心试验保持一致。结合离心模型尺寸，构建数值模拟有限元模型，如图7所示。

由图7可知，该模型共存在12960个节点和10510个单元，对模型施加来自XYZ 3个方向的约束力。将地表变形沉降与离心试验测得的沉降进行比较，见表3。

图7 数值模拟有限元模型

由表3可知，使用所研究方法获取沉降深度统计结果与实际值只存在最大为9cm的误差。

表3 沉降深度统计分析

基于此，将所研究方法与实际变形情况进行比较，如图8所示。

图8 防浪墙变形结果对比

由图8可知，使用所研究方法与实际变形结果吻合，分布规律基本一致，最大沉降发生位置也吻合，说明使用该方法能够制作出理想防浪墙，使用该防浪墙统计2022年7月23日发生的较大洪水，洪水流域平均降雨量达到199mm，为了减轻下游防洪压力，水库错峰10h，截至2022年7月31日拦蓄洪水量，见表4。

由表4可知，使用所设计的防浪墙能够起到良好防浪效果。

表4 拦蓄洪水量 单位：万m3

5 结论

综上所述，本文研究涉及复杂地质的水库除险加固工程防浪墙施工技术，得出如下结论。

(1)地表变形试验直观体现了水库除险加固工程通过溢流坝段加固处理、盾构施工开挖面平衡处理、大坝廊道补强孔序布置、二次注浆、加固塌岸过程，表明所研究方法具有良好加固效果。

(2)通过离心试验体现了所研究方法防浪墙变形与实际变形结果吻合，在模拟150万m3洪水量范围内能够起到良好防浪效果。

本文研究具有良好的应用性，但在实际施工过程中步骤较为复杂，耗时较长，未来将进一步优化设计方案，从而提高施工效率。