山阳水库边坡工程中的浅孔和深孔切缝药包爆破施工技术

山阳水库位于黄河流域大汶河北支八里沟上游,徂徕山南侧,泰安市岱岳区良庄镇新庄村东300m处,是一座以防洪、灌溉及水产养殖综合利用的中型水库。水库大坝距京沪铁路12km,距京福高速公路、104国道13.5km,距泰良公路2.5km,距泰楼公路0.8km,距良庄镇1km。坝顶公路在主坝左坝肩与当地简易公路相连,对外交通比较方便。

水库枢纽由主坝、东副坝、北副坝、南放水涵洞、北放水涵洞和溢洪道等组成。

山阳水库等别为中型Ⅲ等工程,主要建筑物大坝、溢洪道、放水洞为3级建筑物,其余次要建筑物为4级建筑物。

本次除险加固的主要任务是对坝体、坝基、南放水洞、溢洪道及其他建筑物进行除险加固,完善防汛路、水库管理和监测设施等。

除险加固工程土方总开挖63631m3、清基清坡50449m3、土方总填筑161038m3、混凝土浇筑总量6263m3、砌石18765m3,钢筋419t、复合土工膜28759m2、高喷桩6952m。

工程所需的主要建筑材料有水泥、钢材、木材等,因施工现场距泰安等市县较近,在工程建设期间,上述物资均可由当地建材市场购买、水泥、钢材、木材运距均为30km；汽油、柴油在附近加油站购买,运距15km。

工程区附近土料丰富,质量满足需要,可就近选定料场开采。混凝土粗细骨料、块石料可由附近生产企业处购买成品料。

该工程附近有村庄和水库管理所,施工生产用水可自行抽取河水处理后使用,生活用水有条件时结合当地饮水方式解决,否则可拉水使用。施工供电考虑从附近网电引接,距离约1.0km。

4.1.2.1 自然条件

1.气象、水文

(1)气象。该流域处于泰山山系徂徕山前,属温带大陆性湿润半湿润气候,四季分明,春季干旱多风,夏季酷热多雨,秋季天高气爽,冬季严寒少雨雪,据泰安气象局多年实测资料统计,该地区多年平均降水量770mm,平均气温12.8℃,极端最高气温40℃,极端最低气温-22.4℃,多年平均蒸发量1081.8mm,最大冻土深50cm,全年主要风向为东北风,多年平均风速为2.6m/s。

(2)水文。

1)设计洪水。根据水文计算结果,山阳水库设计洪水成果见表4.1-12。

表4.1-12　山阳水库设计洪水成果表　单位：流量,m3/s；洪量,万m3

2)施工洪水。

a.汛期施工洪水。汛期施工洪水的计算同水库入库设计洪水,成果见表4.1-12。

b.非汛期施工洪水。根据水文计算结果,山阳水库非汛期施工设计洪水成果见表4.1-13。

表4.1-13　山阳水库非汛期施工设计洪水成果表

2.地形地质

坝址区位于牟汶河一级支流八里沟上游,海拔高度在127.00～140.00m之间,地势平缓,沟谷开阔。主坝址处河谷呈不对称“U”字形,宽700～800m。

坝址区地形起伏不大,高程一般在134.00～140.00m之间,属低山丘陵地貌。局部范围地形起伏较大,高差可达20m。区内植被较差,多为耕种土地。区内未见基岩出露,地表多被第四系黄土覆盖,厚度为3～24m,厚度变化较大。

大坝为均质土坝。主坝部位地层共分6层：①人工填土,②中粗砂,③壤土,④中粗砂,⑤残积土,⑥页岩。局部缺失第②层和第④层；东副坝坝基地层主要为页岩和第四系松散堆积物。第四系堆积物主要由壤土和残积土组成。壤土呈黄褐色,硬塑状,局部含有砾石。残积土呈灰白色～黄白色,残留原始痕迹；北副坝坝基由壤土和残积土组成。

溢洪道位于主坝右侧,为浆砌石渠,总长550m。溢洪道地层岩性主要为壤土、中粗砂和残积土。

放水洞位于主坝桩号0＋250.00处,为单孔无压半圆砌石拱涵,拱涵长50.5m,放水洞坐落在土基上,外围被壤土层覆盖,壤土为黄褐色,可塑～硬塑状,稍湿～饱和。

4.1.2.2 施工导流

该除险加固工程施工是在原有的水库大坝上进行施工,为此必须一边低水位运行,一边施工,在施工时间上会受到一定限制,因此应合理安排施工进度,要协调好施工时段与水库泄水两者关系。

1.导流标准

山阳水库除险加固工程主要是对大坝进行加固、防渗处理,对溢洪道进行改建,同时修建1条新的输水涵洞,废除原输水涵洞。为了降低导流难度,保证施工期间能够干地施工,施工前应首先放空水库,施工期必须解决好施工导流问题。

山阳水库是一座以防洪为主,兼顾灌溉、养殖的综合型水库。等别为中型Ⅲ等工程,主要建筑物大坝、溢洪道、放水洞为3级建筑物,其余次要建筑物为4级建筑物。根据 《水利水电工程施工组织设计规范》(SL 303—2004)规定,导流临时建筑物级别为5级,相应的土石类导流建筑物设计洪水标准为重现期10～5年。

因施工期间围堰主要保护新建的放水涵洞,围堰使用时间短,仅为一个枯水期,故该工程采用导流标准的下限值,即选择枯水期5年一遇设计洪水标准,相应的设计洪水流量为0.95m3/s。考虑放水洞建筑物在原大坝上开口施工,为保证建筑物施工安全,需考虑超标准设防,按20年一遇考虑临时度汛,可采用临时修筑子堰等措施加高围堰。

2.导流方式

因山阳水库改建工程需要修建一条新的放水涵洞,将原放水涵洞废除,故施工期间可以利用清淤后的原放水涵洞过流,在新的放水涵洞前修建土石围堰临时挡水,待放水涵洞完成后,将其拆除。

对于溢洪道的施工,其高程较高为134.60m,可以将其安排在枯水期进行施工,利用清淤后的原放水涵洞过流,可以保证其干地施工,不需要修建施工临时围堰,汛期过流度汛。

对于大坝上游坝脚处的基础防渗处理,处理平台高程为133.50m,可以将其安排在枯水期进行施工,利用清淤后的原放水涵洞过流,可以保证其干地施工,不需要修建施工临时围堰。

故该工程推荐利用围堰一次截断,利用清淤后的原放水涵洞泄流的导流方式。

3.导流建筑物设计

该工程施工期间,仅新建放水涵洞期间需要修建土石挡水围堰,故该工程导流建筑物仅为新建放水涵洞前的施工临时围堰。为保证泄水通畅,加大输水能力,应对放水涵洞洞前和洞内清淤。

围堰采用均质土围堰,由土料堆筑而成,堰基采用土工膜防渗。围堰前水位为132.40m,超高1.0m,即堰顶高程133.40m；围堰堰顶宽3.0m,最大高度3.0m,围堰背水面边坡1:2.0,迎水面边坡为1:2.0。

施工导流临时建筑物工程量见表4.1-14。

表4.1-14　山阳水库施工导流临时建筑物工程量

4.导流工程施工

围堰土石混合料筑料采用8t自卸汽车运输至工作面,59kW推土机铺筑、碾压；编织袋装土采用8t自卸汽车运输至工作面,人工堆筑。待新的输水涵洞完成后人工将其拆除。

4.1.2.3 料场选择与开采

山阳水库除险加固工程需要的主要建筑材料包括：混凝土骨料约14467t、砂卵石及碎石料约10306m3、粗砂6112m3、块石料约23779m3。其中块石料、砂石料拟选用商品料,土料场选定山阳土料场。

1.土料场选择与开采

山阳土料场位于右坝肩距坝址约300m的河流一级阶地和高漫滩上,地面高程142.50～145.80m,地形起伏不大,为第四系冲洪积壤土,开采运输较为方便,料层厚度3～4m,料场长350m,宽250m,料场总储量约26.25万m3。

颗粒中黏粒(d＜0.005mm)平均含量19.1%；粉粒(0.05～0.005mm)平均含量19.2%；土料以壤土为主,土样塑性指数为11.3,渗透系数平均值7.7×10-6cm/s。料场质量储量各项指标均符合规程要求。

土料开挖采用1m3挖掘机挖装,10t自卸汽车运输至填筑工作面,综合平均运距0.7～3.5km。

2.块石料、砂砾料与混凝土骨料

本次除险加固工程所需块石料、人工骨料、砂砾料用量较少,全部采用商品料。经地质调查,料场岩性为灰岩,岩性坚硬,质量较好,料源丰富,为前期工程施工和附近工程建设所利用。运距近,交通便利,质量和储量均能满足设计要求。

4.1.2.4 主体工程施工

为了减少河水对施工干扰,保证施工质量、进度与安全,施工单位应严格按照有关技术规范、规程,合理安排、精心施工。

1.土方开挖、回填

土方开挖采用1m3挖掘机挖装,10t自卸汽车运输至附近堆土场或弃渣场。

土方填筑属于常规施工,土料首先利用自身开挖土方,不足部分从料场采运符合质量指标要求的土料,用10t自卸车运输至坝作业面,74kW推土机推平,平铺厚度0.5m左右,使用小型平碾进行压实,搞好层间结合及施工段落之间的结合。机械无法压实的部位,用打夯机压实,碾压干容重应达设计要求。

2.复合土工膜铺设

首先按设计要求选购土工膜材料。在进场时由检测机构按《聚乙烯(PE)土工膜防 渗工程技术规范》(SL/T 231—1998)标准进行物理力学性能检测,在土工膜的物理力学性能达到规范要求后方可进场入库,其运输和贮存应符合有关规定。施工前应对坝坡进行整修,按设计坝面修整平顺、光滑,验收合格后方可进行下道工序。在铺设开始后,严禁在可能危害土工膜安全的范围内进行开挖、凿洞、电焊、燃烧、排水等交叉作业。

主坝坝坡土工膜采用人工铺设,方向为顺坝轴向。施工工艺应按以下顺序进行：铺设→剪裁→对正、搭齐→压膜定型→擦拭尘土→焊接试验→焊接→检测→修补→复检→验收。焊缝搭接面不得有污垢、砂土、积水(包括露水)等影响焊接质量的杂质存在,否则应用干纱布擦干、擦净膜面。铺设时,土工膜应自然松弛并与支持层贴实,不宜褶皱、悬空。施工中应及时清理膜下土料中的各种有害尖锐物体,严禁扎破土工膜。工作人员严格按操作规程施工,不得将火种带入施工现场；不得穿钉鞋、高跟鞋及硬底鞋在复合膜上踩踏。车辆等机械不得碾压一布一膜膜面及其保护层。

宜在气温5～35℃、风力4级以下并在无雨天气进行土工膜施工。铺设完毕、末覆盖保护层前,应在膜的边角处每隔2～5m放置砂袋压边。铺膜速度与砂砾垫层及干砌石施工相对应。检测、修补、复检、验收等程序都应该按规范的要求去做。

3.干砌石护坡施工

护坡施工时应先进行人工整坡。整坡完成后,先铺设砂砾石垫层,人工洒水、夯实,砂砾石垫层合格后可进行上游护坡砌石施工。砌石用石料应质地坚硬,不易风化,无剥落层或裂纹,其基本物理力学指标应符合设计规定。

4.混凝土施工

混凝土浇筑前,应详细检查仓内清理、模板、钢筋、预埋件、永久缝及浇筑前的准备工作,并经验收合格后方可浇筑。混凝土采用2台0.75m3拌和机拌和,10t自卸汽车运输。底板混凝土由10t自卸汽车直接入仓,平板式振捣器振捣密实,混凝土从一端向另一端浇筑,采用斜层浇筑法依次推进,一次成型,中间不留施工缝。边墙、顶拱、板梁、防浪墙等其他部位混凝土采用组合钢模立模浇筑混凝土,采用15t履带吊配1.5m3罐入仓,插入式振捣器振捣密实。

5.浆砌石施工

砌石工程应在基础验收合格后方可施工。砌石用石料应质地坚硬,不易风化,无剥落层或裂纹,其基本物理力学指标应符合设计规定。块石由1m3挖掘机挖装,10t自卸汽车运输至工地后,堆存于指定地点,然后由人工按设计要求砌筑。浆砌石用水泥砂浆,采用0.4m3砂浆搅拌机就近在使用地点拌和,人工胶轮架子车运输。(www.xing528.com)

6.高喷防渗墙施工

高压喷射防渗墙施工为常规方法,以分序加密的原则按两序进行,奇数孔为Ⅰ序孔,偶数孔为Ⅱ序孔,其中每隔20孔在Ⅰ序孔上布置1个先导孔,施工时先钻先导孔来确定地层尺寸,后钻喷其他Ⅰ序孔,间隔一定时间后再钻Ⅱ序孔。施工流程为钻机定位、钻孔、台车定位、下管喷射、成墙、检查验收。

灌浆用水可为未受污染且不含杂质的河水,水泥采用32.5级各项指标检验合格的普通硅酸盐水泥,施工参数根据现场工艺试验确定,并根据施工情况随时修正。钻孔采用1台150型地质钻机钻孔,孔径150mm,黏土泥浆护壁,孔斜不超过1%。孔深达到设计要求后停钻,并将喷射装置下至孔底,将水、气、浆的压力都调到设计值,当浆液密度大于1.2g/cm3时,且各项指标均达到设计值时,开始按预定的提升速度边喷射边提升,由下而上进行高压喷射灌浆。灌浆结束后及时重新拌制水泥浆液对已灌过的孔进行静压回灌,回灌标准为孔口的液面不再下降。

7.金属结构安装

该工程金属结构安装工程有闸门、启闭机等。钢闸门和启闭机制作与安装应符合《水 利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》(DL/T 5018—1994)和《水利水电工程启闭 机制造、安装及验收规范》(DL/T 5019—1994)的有关规定。

闸门由加工厂运至安装现场,在门槽部位搭设拼装平台,进行组装,然后用汽车起重机吊装。启闭机安装时应全面检查各部位总成和零部件,并符合相关规定。构件安装的偏差应符合设计和规范要求。

4.1.2.5 施工总布置

1.场内外交通

山阳水库位于黄河流域大汶河北支八里沟上游,泰安市岱岳区良庄镇新庄村东300m处。水库大坝距京沪铁路12km,距京福高速公路、104国道13.5km,距良庄镇1km。坝顶公路在主坝左坝肩与当地简易公路相连,对外交通可利用当地道路。

施工区内主坝与东副坝间坝顶不连通,施工道路利用当地路,但局部需改造路面,约1.5km；新建副坝与北副坝间无连接道路,为满足土石料等材料运输,拟修建连接路约1.5km,工程竣工后作为永久管理道路使用；从施工工厂到主坝新建0.3km施工道路,另需新建0.7km场内其他道路,路面宽6.0m,碎石路面。山阳水库施工场内施工道路特性详见表4.1-15。

表4.1-15　山阳水库施工场内施工道路特性表

2.施工工厂设施

该工程砂石料从当地购买,工程区不设砂石料加工系统。根据工程施工需要,主要施工工厂设施有：混凝土拌和站,综合加工厂,机械停放场,水、电系统及仓库。

(1)混凝土拌和站。混凝土浇筑总量约6263m3,根据施工进度安排及结构施工特点,混凝土最大浇筑强度为20m3/h,工程规模较小,工程布置比较集中,因此选用2台0.8m3混凝土搅拌机拌制混凝土,混凝土拌和站占地1000m2。

(2)综合加工厂。综合加工厂包括钢木加工厂、混凝土预制厂等。混凝土预制件有条件时,可考虑利用当地企业生产。综合加工厂占地1200m2。

(3)机械停放场。该工程离城镇较近,可提供一定程度的修理服务。在满足工程施工需要的前提下,本着精简现场机修设施的原则,工地仅设机械停放场,承担机械的停放和保养。机械停放场占地面积500m2。

(4)水、电系统。施工区用水分为两处：一处是主体施工区；另一处是施工工厂及生活区。主体施工区用水利用库水,水泵抽取,水池内澄清后使用；施工工厂及生活区用水接附近居民水管管网。

施工用电高峰负荷估约350kW,可由大坝附近10kV输电线路接入,距离约1.0km,工区内设额定容量约250kVA的10/0.4kV变压器2座。

(5)仓库。设置满足使用要求的简易仓库,用于存放施工所用物资器材,邻近综合加工厂布置,占地面积450m2。

3.施工总布置

(1)布置原则。坝后地势平坦,场地条件较好,距离近、施工方便。施工场区布置遵从以下原则。

1)方便生产生活、易于管理、经济合理。

2)施工布置紧凑,节约用地,取土和弃渣尽量少占或不占耕地。

3)尽量临近现有道路,减少施工道路工程量。

(2)生产生活设施布置。根据坝区地形、交通情况等因素,将施工工厂设施(混凝土拌和站、综合加工厂、施工车辆停放场、仓库、办公生活区等)集中布置在坝后的平地上。

主要生产、生活设施规模见表4.1-16。

表4.1-16　主要生产、生活设施规模表

(3)弃渣规划。该工程主体工程土方开挖63631m3、清基清坡50449m3、石方拆除11165m3、围堰拆除土方2328m3,清淤800m3,总计128373m3。其中,土方42674m3作为回填料利用,其余土方和清坡清基用于回填土料场,折合松方99129m3；工程拆除的石方全部弃渣,折合松方17083m3。弃渣场位于2.5km远处,占地面积为5694m2。土石方平衡见表4.1-17。

表4.1-17　土石方平衡表　单位：m3

4.施工占地

施工临时占地包括生产生活设施、料场、渣场、道路等,共61514m2。场内新建临时道路宽6m,平均占压宽按10m计,支线和改建道路不计占地。施工占地面积见表4.1-18。

表4.1-18　施工占地面积汇总表

4.1.2.6 施工总进度

1.编制原则及依据

该水库除险加固工程包括挡水大坝除险加固、副坝除险加固、改建溢洪道、新建放水洞等项目的施工。由于工程规模较小,施工时以中小型机械为主,配合人工施工。为了实现除险加固的目标,施工时应合理组织施工、加强管理。

编制本进度的主要依据为水利部编制的有关定额,根据工程特点和选用的施工方法及相应的施工机械,参照已建类似工程的资料,分析确定机械生产率,以期使施工进度经济合理。

2.施工总进度计划

主体工程主要工程量汇总见表4.1-19。

表4.1-19　主体工程主要工程量汇总表

工程施工总进度主要包括：准备工程、主坝加固工程、东副坝加固工程、北副坝加固工程、新增副坝加固工程、新建放水洞工程、改建溢洪道工程等,施工总工期15个月。考虑工程导流度汛要求,枯水期进行主坝上游坡施工、东副坝施工、北副坝施工、新增副坝施工,汛期进行下游坡施工。

(1)准备工程。准备工程主要进行场内道路建设及场地平整,风、水、电设施建设,施工临时住房以及施工工厂设施建设等,拟安排在第一年10月施工。

(2)主坝加固工程。大坝加固工程主要包括干砌石拆除、浆砌石拆除、坝顶清基、上游坡脚开挖及回填、高压定喷防渗墙施工、坝面整平碾压、复合土工膜铺设、砂卵石垫层及干砌石施工、下游排水棱体施工、下游护坡、排水沟以及坝顶道路施工、防浪墙施工等。

上游坝坡及岸坡施工安排在第一年11月至第二年5月,共完成清基、拆除及土方开挖120048m3,土方回填3544m3,碎石垫层5212m3,干砌方块石护坡5809m3,高压定喷防渗墙6610m,复合土工膜铺设28759m2。

下游坝坡施工安排在第二年6—12月,主要完成清基和下游棱体排水拆除6420m3,土方回填3280m3,耕植土填筑4920m3,排水棱体1056m3。

(3)东副坝加固。东副坝加固主要包括坝基坝坡清基、土方回填、垫层及干砌石施工、草皮护坡以及坝顶道路等。安排在第一年11月至第二年6月,共完成清基清坡39356m3,土方回填9469m3,耕植土填筑1764m3,垫层及干砌石13796m3。

(4)北副坝加固及连接路面工程。北副坝加固工程主要包括清基、土方回填、草皮护坡以及坝顶路面施工,安排从第二年4—6月施工,共完成清基2732m3,土方回填7749m3,耕植土填筑1133m3。

(5)新增副坝工程。新增副坝工程主要包括清基、土方回填、草皮护坡以及坝顶路面施工,安排从第二年4—6月施工,共完成清基1796m3,土方回填10454m3,耕植土填筑402m3。

(6)新建放水洞工程。放水洞工程主要包括导流系统施工、土方开挖、基础旋喷桩施工、混凝土浇筑、土方回填、原闸室拆除以及原放水洞封堵。

放水洞施工安排在第一年11月至第二年5月,共完成土方开挖6761m3,混凝土浇筑402m3,土方回填5754m3。

原放水洞封堵、原闸室及围堰拆除、新建消力池及护坦施工安排在新建涵洞完成后进行,安排在第二年4月中旬至5月底施工。

(7)改建溢洪道工程。溢洪道工程主要包括浆砌石及混凝土拆除、土方开挖、浆砌石施工、混凝土浇筑、土方回填及交通桥施工。

溢洪道土方开挖与东副坝土方回填同时进行,有用料直接运输上坝,安排在第一年12月至第二年2月施工,混凝土浇筑及土方回填安排在第二年3—12月施工,共完成土方开挖54202m3,土方回填21463m3,混凝土浇筑5008m3,浆砌石4441m3。

主体施工技术指标见表4.1-20。

表4.1-20　主要施工技术指标表

4.1.2.7 主要技术供应

1.主要建筑材料

工程所需主要建筑材料包括：混凝土骨料约14467t、砂卵石及碎石料约10306m3、粗砂6112m3、块石料约26353m3、水泥约5490t、钢材约438t、木材约30m3,土料约161461m3。

2.主要施工机械设备

根据各项工程施工时间,确定施工机械设备数量。其主要施工机械设备数量详见表4.1-21。

表4.1-21　主要施工机械设备统计表