玻璃纤维筋在即有库区取水口预留岩坎中的应用

作者:查重猫     发表时间:2021-06-30 06:55:58   浏览次数:16



  摘要:山西中部引黄工程水源工程取水口位于即有库区内,采用预留岩坎方式作为临时围堰,利用玻璃纤维筋代替热轧螺纹钢,达到了加固预留岩坎的作用。采用爆破方式进行岩坎拆除,拆除效果较好,玻璃纤维筋在水利工程中的有效利用,极大的提升了施工效率,保证了施工安全及质量。

  关键词:玻璃纤维筋;预留岩坎加固;爆破拆除

  一、前言

  一提到玻璃纤维筋,工程上更多的人会想到市政地铁施工,在地铁盾构中进出站围护桩均采用玻璃纤维筋,根据其材料特点,极大的提高了施工效率、降低了施工成本、提升了施工效率,在市政地铁施工中发挥着不可替代的作用[1]。如此较好的施工材料,运用到水利工程中效益将十分明显,经过前期大量的调研、技术分析,使得玻璃纤维筋成功运用到水利工程中。

  二、工程概况

  山西中部引黄工程位于山西省忻州市保德县境内,工程包括取水工程和输水工程。取水工程从取水口至地下泵房,沿线长约2.5km。主要建筑物包括取水口、1#引水隧洞、沉沙池旁通洞、2#引水隧洞、沉沙池、放空洞、地下泵站、进水池、进水池泄水洞、放空洞、引出水压力管道、出水池等建筑物。地下泵站装机容量9.1万kW,设计取水流量23.55m3/s,规划年供水6.02亿m³。

  取水口位于天桥电站库区大坝上游380m处的黄河左岸,本段黄河流向NE35°~40°,河底高程820m左右,岸坡为基岩岸坡、较陡峻,天然坡度70°~80°,紧邻S249省道。库区正常蓄水位834m,设计洪水位835.1m。取水口基础高程824m,项目综合比选施工方案后采用预留岩坎方式作为挡水围堰,预留岩坎顶部高程为835m,基坑底部高程为824m,基坑深11m。受库区岸边水流冲蚀影响,大部分边墙形成倒悬,预留岩坎位置整体呈“”形,最薄厚度1.77m,最宽厚度5.59m。

  三、工程地质

  取水口EL836.6~EL827.5高程地层时代为奥陶系中统峰峰组下段第二岩组(02f1-2),岩性为薄层~中厚层状灰岩,棕灰色,脆性较大,易碎,强风化。主要发育层面节理裂隙,闭合,平直粗糙,构造节理裂隙为闭合~稍张,个别为张开,充填方解石,粘土及注浆,为Ⅴ类围岩。

  取水口EL827.5~EL824.0高程地层时代为奥陶系中统峰峰组下段第一岩组(02f1-2),岩性为薄层泥灰岩夹薄层灰岩及团块状角砾状灰岩,泥灰岩为浅黄色,遇水后软化,强度降低,为较软岩,灰岩脆性较大,易碎,为强风化。沿层面及裂隙多处为渗水,局部为滴水。岩体较破碎,极不稳定,为Ⅴ类围岩。

  四、材料选取

  根据多波束水下地形扫描技术,测得预留岩坎水下剖面图,通过三维非线性弹塑性损伤有限元计算,综合分析,预留岩坎顶部采用3排ф219钢管桩进行加固,基坑内采用三层内支撑加固预留岩坎,内支撑采用钢筋混凝土进行施工。

  基坑内支撑在水利工程中较为常见的施工方法是采用热轧螺纹钢作为支撑骨架,但由于项目的特殊性,预留岩坎加固施工完成后,需要爆破一次性拆除成功。热轧螺纹钢屈服强度较大,具有延展性,根据爆破拆除施工经验,爆破冲击可以破坏钢筋混凝土结构,但无法保证爆破冲击波可将热轧螺纹钢粉碎,可能发生爆破后螺纹钢扭扎成团的现象,增加后续水下作业施工难度,因此预留岩坎加固需为后续施工考虑:①需保证预留岩坎刚度;②不影响后续爆破拆除施工[2]。

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  经多方调研后,采用新型材料全螺纹玻璃纤维筋替代热轧螺纹钢可以避免上述爆破施工风险,玻璃纤维筋具备螺纹钢与混凝土黏结较好的特点,其抗拉强度为热轧螺纹钢的2倍,重量却只有螺纹钢的1/4,该材料抗剪强度相对较低,弹性模量为螺纹钢的2/3~1/5,易于切割,主要由高强玻璃纤维为增强材料,以合成树脂为基体材料,并掺入适量辅助剂复合而成的复合材料,直径有3~32mm。[3]经过三维有限元模拟分析,倒挂混凝土板和内撑梁的最大配筋率取值1.23%和1.64%,采用Φ28玻璃纤维筋作为主筋,Φ8玻璃纤维筋作为箍筋,附检测报告表1。

  五、玻璃纤维筋内支撑施工

  预留岩坎内支撑系统包括倒挂井壁混凝土和混凝土内支撑梁,迎水侧井壁采用倒挂井混凝土施工,随各层开挖完成,从上至下逐层浇筑完成。在832.0、826.0、824.45m高程设三层“八字”内撑梁。其中832.0及829.0m层为玻璃纤维筋混凝土梁,尺寸分别为宽40×高60cm、宽30×高60cm,824.45m采用DN300钢管支撑梁(钢管内采用M25水泥浆回填密实)代替混凝土梁。

  预留岩坎833.5~835m位于库区水头较小段,迎水侧井壁采用喷锚支护,预留岩坎833.5m以下倒挂井壁混凝土厚分为30、70、80cm三种。岩坎内表面布置28@1m×1m、L=2.5m(锚入1.0m、外露1.5m、外露端做成弯钩)锚杆;倒挂井壁混凝土随基坑开挖逆作法施工,分层进行浇筑。考虑混凝土结构布置大量钢筋后难以拆除,为减少后期拆除难度,倒挂井壁混凝土内侧配ф28@20cm玻璃纤维筋网,“八字”内支撑梁主筋采用28@20cm玻璃纤维筋、箍筋采用ф8@20cm玻璃纤维筋。因835m~824m间内支撑板混凝土分层浇筑完成,浇筑上一层混凝土时需预留出下一层混凝土玻璃纤维筋接头,结合分层开挖支护施工高度,接头长度按50cm控制。另内支撑梁最大跨度为6.57m,内支撑板梁混凝土拆模时间将占据基坑内开挖平台面较长时间,考虑梁为临时结构,为使832.0、829.0m高程梁施工完成后能尽早恢复下部开挖,在832.0、829.0m高程每根梁底部新增两根I25工字钢(共8根),兼做梁底模支撑系统,每根I25工字钢两端各与两根28、L=1.5m(入岩1.2m)插筋焊接牢固。

  “八字”内支撑梁混凝土在开挖时进行浇筑,后期取水口结构混凝土浇筑完成方进行拆除,内支撑梁在结构混凝土内部分无法拆除,故将内支撑混凝土标号统一为结构混凝土同标号C25W4F200。待取水口满足闸门挡水时,对预留岩坎进行爆破拆除。首先采用电镐将建筑物结构以外的四道“八字”梁凿除,用手持切割机将梁内玻璃纤维筋切断,吊车将该部分梁体吊出。施工图1~3。

  六、玻璃纤维筋爆破拆除

  预留岩坎爆破拆除时,为保证倒挂井壁混凝土顺利拆除,玻璃纤维筋混凝土最大厚度0.8m,且倾斜上下台阶分层,不具备从顶部钻直孔的条件,采用φ40mm孔径钻头从倒挂井壁混凝土侧面钻孔,间排距0.4m×0.3m,孔底距离岩石面0.15m,堵塞长度0.2~0.3m,采用φ32mm药卷连续装药,孔内导爆索插入药卷置于孔底,孔外导爆索串联,分区域分段位雷管引爆[4],玻璃纤维筋在爆破高温高压作用后粉碎断裂,预留岩坎成功完成一次性爆破拆除作业。见图4。

  七、结束语

  在预留岩坎施工过程中,选择全螺纹玻璃纤维筋代替热轧螺纹钢起到较好的作用,既满足了预留岩坎的结构稳定,同时也为后续岩坎拆除创造了条件。玻璃纤维筋在水利工程中的顺利应用是前期技术调研比对的结果,为后续同类型水利工程施工提供了参考[5]。——论文作者:周国凯1,万新2,刘念2

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