摘要：向家壩水電站二期縱向圍堰上游段堰體結(jié)構(gòu)型式的比選優(yōu)化，是對修建沉井復(fù)合式導(dǎo)墻進(jìn)一步探討。涉及了導(dǎo)墻修建程序、陸上就地澆制沉井原位下沉的施工程序、沉井群的施工特性與對策，并就施工程序的關(guān)鍵項目、沉井下沉機制、沉井結(jié)構(gòu)計算條件提出了見解。
 
 

　　向家壩水電站是金沙江河段規(guī)劃的最后一個梯級電站。工程樞紐由攔河壩、右岸地下廠房、左岸壩后廠房、左岸垂直升船機和兩岸灌溉取水口等組成。

　　根據(jù)壩址地形，工程地質(zhì)、水文特性和樞紐布置等條件，采用分期導(dǎo)流方式。其導(dǎo)流程序為：第一期先圍左岸，在左岸灘地上修筑一期土石圍堰，在基坑中進(jìn)行左岸非溢流壩段及沖砂孔壩段的施工(包括預(yù)留6個導(dǎo)流底孔和做為二期導(dǎo)流使用的二期縱向混凝土圍堰)。第二期主河床截流，圍泄水壩段、左岸壩后廠房和左岸升船機等，待右岸工程具備擋水條件后，再行加高左岸非溢流壩段缺口，最后下閘封堵導(dǎo)流底孔，水庫蓄水。一期土石圍堰和二期縱向圍堰均修建在深厚的覆蓋層地基上，覆蓋層深達(dá)45～62m。根據(jù)施工總組織的進(jìn)度安排，二期縱向圍堰是在一期土石圍堰的防護(hù)下進(jìn)行施工的。二期縱向圍堰修建的難點在其上游段。

1 二期縱向圍堰上游段堰體的結(jié)構(gòu)型式

1.1　3種結(jié)構(gòu)型式

　　二期縱向圍堰上游段的結(jié)構(gòu)既要滿足第一期導(dǎo)流時的施工期安全，又要滿足第二期導(dǎo)流時的使用期安全。根據(jù)各部位受力條件與功能不同，將上游段分為臨空段、非臨空段、接頭段、導(dǎo)水段等4小段。除導(dǎo)水段外，其它段的建筑物均緊鄰一期土石圍堰的左岸坡腳，建筑物座落在深厚覆蓋層下的基巖上，深挖必傷其堰體坡腳危及堰坡穩(wěn)定，進(jìn)而影響一期土石圍堰的安全運用。

　　設(shè)計提出3種處理方案：軟基導(dǎo)墻方案；地連墻圍護(hù)井挖方案；沉井式擋墻方案。

1.2　選定沉井復(fù)合式導(dǎo)墻方案

　　在設(shè)計進(jìn)行三種方案相關(guān)結(jié)構(gòu)計算和對施工方法、進(jìn)度安排比較的基礎(chǔ)上，選擇了結(jié)構(gòu)可靠性較好，施工進(jìn)度保證性較高及投資最少的沉井擋墻方案。鑒于設(shè)計方案的沉井最大下沉深度達(dá)62.5m，實施該方案的難點在于地基不均勻沉陷引起的井身偏斜，糾偏影響工期；底部地層富含塊石，下沉速度慢。為此中國三峽總公司與設(shè)計單位邀請專家進(jìn)行了咨詢。設(shè)計單位按照減少沉井總體規(guī)模和下沉深度的意見，對原推薦的方案進(jìn)行了再次優(yōu)化。

　　優(yōu)化的成果是二期縱向圍堰上游段除導(dǎo)水段外，堰體均采用沉井復(fù)合式導(dǎo)墻方案，沉井擋墻做為導(dǎo)墻的一部分。沉井總個數(shù)減至9個，最大下沉深度為上游端9號沉井的52m。沉井鋼筋混凝土與井內(nèi)回填混凝土從23.02萬m³減為16.11萬m³，導(dǎo)墻混凝土從52.87萬m³減為41.67萬m³，優(yōu)化的成果是顯著的。詳見圖1(二期縱向圍堰上游段布置圖)；圖2(6、8號沉井剖面圖)。

2 沉井沉入覆蓋層和建基面特性

2.1　覆蓋層組成及特性

　　沉積共分三層，上部砂卵礫石層厚8～13m，下界面高程249～252m；中間砂層厚14～25m，下界面高程237～253m，該層含有少量透鏡體展布的含卵礫石質(zhì)砂壤土和含淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層；底部含崩(塊)石砂礫石層，厚高8～22m，基巖頂板高程208～231m。

　　覆蓋層特性中，對于沉井施工而言，上部砂卵礫石層的指標(biāo)是重要的。該層密度一般為1.76～2.11g/cm³(測井結(jié)果為1.85～2.15g/cm³)；相對密度在細(xì)料含量20%～7.8%時，干密度的平均值為2.45g/cm³左右。砂卵礫石層有較小的壓縮系數(shù)和較大的壓縮模量，中等荷重時(pi＝800kPa)壓縮系數(shù)最小為0.0003MPa^-1，最大為0.037Mpa^-1；壓縮模量最小值為37.04Mpa，最大值為333.33MPa。砂卵礫石層抗剪強度Φd為34.2°-38.4°(低密度)和39．5°～43.9°(高密度)。

2.2　建基面特性

　　建基面為T²₃厚至巨厚層微風(fēng)化至新鮮的中細(xì)砂巖。受立煤灣膝狀撓曲的影響，陡傾角節(jié)理裂隙相對較發(fā)育，加之巖層面及軟弱夾層構(gòu)成控制導(dǎo)墻墻體穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)面。對于相對較差的T₃^2-5和T₃^2-3地層，應(yīng)采用挖除后回填混凝土的方法處理。

3　修建沉井復(fù)合式導(dǎo)墻的程序

3.1　修建沉井式擋土墻

　　沉井是在一期土石圍堰已經(jīng)完成堰體(施工平臺以下部分)和堰基防滲處理以后，并在其阻斷河水和河床滲水的條件下施工的。為減少沉井下沉工程量，宜選擇較低的始沉場地高程，此時左側(cè)泄水渠的表層開挖高程應(yīng)在始沉場地高程以下。沉井下沉?xí)r的積水主要來自泄水渠覆蓋層及左岸坡的地下水補給與施工用水。

　　始沉場地高程的確定還與地層組成與承載特性有關(guān)，要采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┐_保底節(jié)沉井整體的自重能逐步地轉(zhuǎn)移到承載的覆蓋層上。

　　沉井下沉終位后，回填井內(nèi)的混凝土形成沉井式擋土墻。

4.1　施工準(zhǔn)備

　　(1)沉井施工前，應(yīng)對將沉人的地層及建基面的地質(zhì)勘探資料和成果進(jìn)行分析。特別是地下水的滲流或補給條件更為重要，必要時應(yīng)進(jìn)行補充的勘探。

　　(2)對始沉場地的平整碾壓，必要時應(yīng)進(jìn)行場地的換填，以滿足底節(jié)沉井全部自重荷載作用在刃腳踏面處承壓強度的要求。一般地基承載力應(yīng)大于0.3MPa。在壓實后的場地上應(yīng)沿刃腳踏面范圍內(nèi)外一定寬度，鋪筑30cm厚的砂礫石層，做為墊木的傳力墊層。

　　(3)預(yù)先進(jìn)行墊木加工、分段刃腳鋼護(hù)板加工和分段刃腳鋼筋網(wǎng)加工。鑒于刃腳內(nèi)鋼筋布置較多，加之鋼護(hù)板后有很多的錨筋，致使綁扎架立非常困難，建議鋼筋與鋼護(hù)板一并分段加工。

　　(4)吊運機械行走場地(或軌道)的鋪設(shè)，應(yīng)注意避開沉井下沉?xí)r坍塌區(qū)范圍，加強場地碾壓或鋪設(shè)剛性路面，以確保機 械安全運用。吊運機械鄰近或在坍塌區(qū)內(nèi)進(jìn)行吊運、墊渣、填渣作業(yè)時，造成始沉地面偏壓，是沉井下沉偏斜的重要原因，應(yīng)堅決禁止這種違規(guī)現(xiàn)象。

4.2 底節(jié)制作

　　(1)鋪設(shè)墊木，搗實砂礫石墊層。墊木的設(shè)置應(yīng)嚴(yán)格按照支撐設(shè)計的規(guī)定進(jìn)行，墊木材質(zhì)和尺寸要滿足沉井模板支撐與澆筑混凝土?xí)r承載的要求；也要滿足抽墊時，局部承壓的要求，一般以后者為控制。

　　(2)安裝拼焊刃腳鋼護(hù)板，注意控制拼焊變形。因不參予受力，拼接焊縫要求可適當(dāng)從寬。

　　(3)順序安裝支撐排架、架立內(nèi)模、綁焊鋼筋、架立外模。由于底節(jié)沉井的鋼筋含量達(dá)50～80kg/m³，綁焊鋼筋的工作量大、費時，必要時井壁鋼筋可采用沉井外鋼筋分片預(yù)制現(xiàn)場組裝，內(nèi)隔墻鋼筋現(xiàn)場安裝的辦法。

　　(4)澆筑平臺搭設(shè)，注意與模板、支撐排架脫離，避免由于沉降變形不一致而產(chǎn)生安全事故。對于澆筑完畢的混凝土應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真地養(yǎng)護(hù)，低溫季節(jié)可采用覆蓋保溫被通蒸汽加熱養(yǎng)護(hù)的辦法，以提高混凝土的齡期強度，及早拆除支撐與模板。

4.3 拆模抽墊

　　這一施工程序要完成沉井自重由排架支撐轉(zhuǎn)移至墊木支撐的工藝過程；還要完成由墊木支撐轉(zhuǎn)移至始沉地面砂礫石層支撐的工藝過程。這是確保底節(jié)沉井澆制質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全并為正位下沉創(chuàng)造良好開端的施工程序，其中排架拆除與墊木抽除順序是底節(jié)沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計時一個控制性的工況。

　　(1)拆除支撐排架是在拆除澆筑平臺、沉井內(nèi)外側(cè)模板后進(jìn)行的�？傮w拆除順序：“先隔墻，后周邊，兩者時間要隔開”。其中隔墻排架拆除順序為“先長向，后短向”；周邊排架拆除順序為“先短邊，后長邊，最后是設(shè)計支承點”。拆除過程中應(yīng)注意觀察底節(jié)沉井頂部控制點的沉降變化，當(dāng)砂礫石地層壓實較均勻時，其各點沉降是均衡的。

　　(2)抽除墊木應(yīng)遵循“分批、對稱、斷續(xù)”與“隨抽隨回填(砂礫石料)”的原則，要平穩(wěn)地將墊木支撐轉(zhuǎn)移至砂礫石地層支撐。抽墊順序應(yīng)是“先短邊中心向兩端、再長邊中心向兩端、最后抽除設(shè)計支承點”。一般情況底節(jié)沉井頂部控制點均衡降沉的機率不大，大多向短邊或長邊一側(cè)微偏。此時應(yīng)及時調(diào)整抽墊的順序和每批的數(shù)量，加強回填砂礫石料的搗實工作。

　　(3)抽墊至最后順序時，設(shè)計支承點處的墊木將承受大部分的井身自重，墊木抽除后在空隙回填的砂礫石將承受少部分自重荷載。該大部分自重荷載會剪斷墊木。當(dāng)始沉場地砂礫石層的地基承載力較低時，設(shè)計支承點處的墊木將被壓人地層或斷裂，這時會增加墊木損壞的數(shù)量，一般損壞數(shù)量應(yīng)控制在15%的范圍之內(nèi)。

　　(4)加強抽墊過程中井身沉降傾斜位移的觀測，沉降傾斜過大時應(yīng)密切觀察井壁與隔墻頂部產(chǎn)生的剪切裂縫。

4.4 挖渣初沉與糾偏

　　(1)挖渣下沉按照“分層均勻除渣，及時排水，同步掏挖”的原則。挖渣順序是：先中間后四周，先短邊后長邊，間隔挖留支點，掏支點井下落。

　　(2)為使底節(jié)沉井順利正位下沉，應(yīng)特別注意下沉過程中井周地層的變化。圖3表示出井周地層變化的分區(qū)。其中坍塌區(qū)砂礫石層的細(xì)料大部分流人沉井內(nèi)被挖除，受擾動區(qū)、蠕 動區(qū)的共同作用致使地面沉陷。擾動區(qū)地層中的細(xì)料在掏挖刃腳部位時流人井內(nèi)，地層中的粗料(塊石、崩塊石)受下沉井壁帶動和蠕動區(qū)土體壓力而向井壁移動，成為產(chǎn)生井壁摩阻力的主要因素。

　　(2)上節(jié)井身澆制時，盡量糾正下段井身的偏斜，下口與下節(jié)沉井的上口相接，繼承了下口的軸線偏移；上口在偏移不大的前提下，應(yīng)將偏移的軸線扭轉(zhuǎn)至正確位置。

　　(3)沉井沉至終位時，應(yīng)進(jìn)行建基面及嵌巖驗收。驗收的內(nèi)容包括井底平面位置偏差，建基面地質(zhì)缺陷處理，井身裂縫調(diào)查及滲水排引措施等。澆筑回填混凝土之前應(yīng)對沉井內(nèi)部井壁、基巖表面進(jìn)行清洗，清除殘留巖渣。