简要信息

   【获奖类型】应用二等奖
   【任务来源】横向委托
   【课题编号】TG050122
   【课题起止时间】2005年11月～2007年3月
   【完成单位】中水科技
   【主要完成人】符  平、张金接、杨  锋、赵卫全、邢占清、杨晓东、黄立维

    立项背景

    在水电工程中，几乎所有的工程都要进行围堰截流施工；在大江大河上修建的桥梁，其桥墩基础一般采用低桩承台，承台底部位于基岩中，为避免进行水下混凝土施工，保证进行正常的基坑开挖和基础承台混凝土浇筑，通常也需要设置挡水围堰。因此，围堰的止水效果直接关系到工程能否顺利进行。

    重庆鱼洞长江大桥是我国首座轻轨与公路交通并行的大桥，是重庆市政府2004年开工建设的“八大民心工程”之一, 市重点建设项目。大桥全长1541.6m，桥面正宽41.6m,最大跨度265m，是目前国内第二长跨度。大桥主桥墩（14#、15#桥墩）位于长江主河槽两侧，横跨长江，桥墩基础均采用低桩承台，承台底部位于枯水位以下6.5m，承台入岩2m。为保证承台正常施工，在水中填筑了土石施工岛。原设计大桥15#桥墩上游幅围堰采用钢筋混凝土沉井接钢刃角方案，由于岩层坡度变化较大等原因，实际施工中沉井只能部分沉到基岩，靠近主河槽部位沉井仍处于砂砾石层中，河水通过沉井刃角下部的砂砾石层涌入沉井内的基坑内，涌入量约为3000m3/h，导致沉井内无法进行正常的混凝土承台和桩基的施工,未能按计划完成。由于15＃墩上游幅是整个大桥的控制性节点，工期紧迫，2005年底枯水期要确保15#墩上游幅基础完工，墩身出水面，并力争完成15#墩下游幅基础钻孔桩施工。但承台基坑开挖中存在以下施工技术难题:(1)必须设法隔开沉井围堰北半圈范围内卵石层及其以上快速流动的江水；(2)必须设法排除承台基坑范围内岩层中的较大裂隙水。

    业主经过多次专家论证，寻求有效的解决方案。我院在防渗堵漏方面技术力量雄厚且有丰富的经验。业主经专家论证认为我院提出的方案切实可行，施工成本低，且能满足工期要求，遂委托我单位进行堆石围堰动水堵漏技术研究，并组织现场实施。同时对15＃下游幅基础帷幕灌浆支护代替沉井围堰展开研究。

    研究内容

    主要研究内容包括：

    （1）土石围堰防渗技术研究

    详细对比分析了高喷灌浆、静压灌浆、混凝土防渗墙等常规土石围堰防渗技术及相应施工方法，分析了以上方法在架空结构严重的堆石体围堰中的不足，尤其是在施工工期很短时，以上方法都存在一定困难。

    （2）膏浆材料性能室内试验及动水堵漏模型研究

    对灌浆拟采用的水泥膏浆的物理力学性能和抗水流冲击性能进行室内试验研究，主要包括：水泥膏浆配比试验研究、水泥膏浆的物理、力学性能试验研究、水泥膏浆抗冲室内模拟试验研究。

    通过对各种浆液的配比试验研究和室内抗冲模拟试验研究，推荐适宜配方，用于现场堵漏施工，并根据室内性能试验和抗冲模拟试验的结果对现场堵漏灌浆过程进行指导。

    （3）膏浆材料制浆设备开发研究

    针对普通制浆设备搅拌转速单一、搅拌浆液浓度低、动力小、容量小等问题，研发了大容量、高效制浆搅拌机，成功解决了现场施工中的制浆问题。

    （4）鱼洞大桥15#墩上游幅防渗堵漏（有沉井）方案设计研究

    根据现场施工条件，对鱼洞大桥15#墩上游幅围堰防渗堵漏（有沉井）方案进行研究，以及灌浆帷幕设计及渗流和稳定性计算。

    （5）鱼洞大桥15#墩下游幅防渗和支护（无沉井）方案设计研究

    下游幅围堰地质情况与上游类似，由于上游幅围堰沉井在下沉过程中由于岩面不平整、坡度较大，导致沉井下沉不到位，同时考虑到工期，故下游幅围堰不采用沉井支护，而直接做防渗帷幕和进行基坑开挖。主要对围堰基坑的防渗和固结灌浆与自然放坡结合的联合支护方案进行设计研究。

    （6）鱼洞大桥15#桥墩上游幅围堰防渗现场施工材料及工艺研究

    主要包括：膏浆孔的布置、膏浆灌浆施工工艺、灌浆方式、灌浆次序、浆液配比、灌浆压力、浆液变换标准、结束标准、抬动观测等。

    （7）鱼洞大桥15#桥墩下游幅围堰防渗施工现场施工材料及工艺研究

    主要包括：现场速凝膏浆灌浆施工、固结灌浆施工和化学浆液灌浆施工研究。

    （8）负责进行14＃桥墩下游幅围堰堵漏施工、15#桥墩上游幅围堰防渗施工、15#桥墩下游幅围堰防渗加固施工。

    创新点

    主要创新点包括：

    （1）开发的速凝水泥膏浆灌浆材料具有较强的整体抗水流冲击性能、良好的可灌性和可控性。研究提出膏浆配比系列，可适用于不同的堆石孔隙率和水流条件堆石体围堰防渗堵漏。所开发的速凝水泥膏浆灌浆材料，具有灌浆效果明显、工效高、减少浆液浪费等优点。

    （2）提出了合适的水泥膏浆堵漏施工工艺，并在现场工程中得到了成功应用；自行研制的大容量高效制浆搅拌机在工程中得到了很好的应用，取得了良好的效益。

    （3）工程实践表明，采用先布孔后进行渗流稳定分析的设计思路和方法是可行的，渗流稳定分析是必要的，计算结果与工程实际基本吻合。

    （4）首次在国内将膏浆技术应用在桥梁基础工程中。所采用的速凝膏浆结合稳定性浆液灌浆技术，成功解决了鱼洞长江大桥主桥墩堆石体围堰动水防渗堵漏的工程难题。
    （5）采用防渗和固结灌浆与自然放坡结合的联合支护,可对块石架空结构堆石体围堰起到很好的稳定和支护作用，在复杂地质条件下，可替代沉井支护方案。

    应用前景及社会经济效益

    该研究成果已在多个水利水电工程中得到成功应用，如广西乐滩水电站10#坝基和船闸施工围堰堵漏、重庆彭水电站围堰堵漏等工程。该项技术在襄俞铁路二线达州段铁路桥墩水下承台基坑的防渗中也得到了成功应用。这些工程均取得了良好的经济效益。

    采用本研究成果应用于鱼洞长江大桥14＃、15＃桥墩上游幅围堰施工较原设计方案在正常施工情况下降低成本40%以上，施工工期缩短50%。

    采用本研究成果应用于鱼洞长江大桥15#下游幅围堰防渗加固，在充分论证的基础上，取消了原设计的沉井方案，采用基础帷幕灌浆结合放坡支护。采用现有施工方案是原设计方案工程造价成本的40%，节约直接工程费达60%以上。在施工工期方面，原设计沉井方案直线工期（沉井施工75天＋打桩施工45天）115天；现有方案帷幕防渗施工与打桩施工同时进行，该方案直线工期仅为50天。经比较缩短工期70天，工期缩短了58%，这为后期工程的顺利进行创造了有利条件。