挡水墙设计与施工

1挡水墙设计与施工1.概况望儿山金矿“南风井贯通工程”施工前，井下涌水量已达到470m3/h，且深部各中段在逐步形成采准工程，不断揭露新的出水点，为保证安全贯通，防止淹井事故的发生，水平放水贯通前必须封堵望儿山金矿井巷内几处无效出水点，以缓解井下排水压力，降低排水费用。在南风井贯通工程施工期间，先后设计施工四座挡水墙，分别是－270m19#穿出水、－350m4#穿出水、－310m25#穿掌子面涌水和南风井-310m水平中段涌水封堵（南风井贯通后施工），封堵矿坑涌水量达到400m3/h，大大地缓解井下排水压力。根据矿床水文工程地质资料可知，矿坑对应地表沟系发育地段和含矿蚀变带与围岩接触地段，大多为构造破碎带，岩石破碎稳固性较差，节理裂隙发育，含丰富的地下水，导水性好，是矿区地下水进入矿坑的主要迳流通道；揭露时，涌水水量大（大于50m3/h），水压较高（1.8MPa）。如－270m19#穿、－350m4#穿涌水量分别为100m3/h、80m3/h左右，并产生不同程度的冒顶；－310m25#穿掌子面涌水量120m3/h左右（包含放水钻孔高压阀门的漏水）；以及南风井-310m水平中段涌水量100m3/h以上。都是发育在含矿蚀变带与围岩接触地段。2.挡水墙设计挡水墙施工质量的好坏是与挡水墙的厚度、强度、防渗性能和施工工序质量控制等诸多因素有密切的关系。如有一个环节没有控制好，则可能引起挡水墙的渗漏或倒塌，造成不良的突水后果。2．1引起挡水墙渗漏或倒塌原因分析（1）混凝土体积收缩。墙体与围岩之间产生裂隙因而引起渗漏。混凝土中多余水份的散失或湿度下降，产生干缩；混凝土中热量的散失或温度下降，产生冷缩；由于骨科级配差，加水量过多，捣实较差，产生沉缩；这些作用的综合结果就是体积收缩，当收缩应力大于混凝土与围岩的粘接强度时，混凝土与围岩间产生裂隙，在重力作用下，顶板的裂隙比两邦的裂隙大，压力水就沿着这些裂隙渗漏出来。混凝土的体积收缩是挡水墙渗漏的基本原因。（2）施工操作质量不良，如封顶不严不实，特别是迎水面的高顶处容易封顶不严，振捣不实，对靠近两帮围岩，预埋管的周围特别是下部更容易疏忽；施工缝、特别是水平施工缝，由于灌注时未能做到连续灌注，新老施工缝接茬胶结不严，灌注前围岩未清洗，底板积水排除不彻底等等，使混凝土中产生孔洞、空隙、裂隙，以及这些孔洞、空隙裂隙多余水份蒸发造成各种方向的空隙和毛细管连通，就造成了良好的渗水通道。（3）围岩性质及地质构造，断层裂隙导致透水。当围岩的层理节理、裂隙发育又互相连通，断层走向与墙体中心线一致或斜交时，则压力可以越过墙体的周围，渗漏至墙背水面。（4）挡水墙设计的强度小于地下水静水压力产生的外推力，以及挡水墙设计厚度过小，产生的磨擦力不能抵挡地下水静水压力产生的外推力，是导致挡水墙倒塌的主要原因。2．2挡水墙厚度与强度的计算2挡水墙计算方式不同，计算结果也不同；选择的条件和参数不同，计算结果也不同。因此，选择符合实际条件、合理且安全系数有保障的挡水墙计算公式，是确保挡水墙施工质量与封堵涌水成功的关键。通过比较分析，采用以下两个公式计算挡水墙厚度与强度，是比较合理和符合实际的。（1）B=Pc×r/［Ó］+0.3r其中：Pc：最大静水压力（MPa）；r：井巷荒断面半径（m）；［Ó］：混凝土允许抗压强度（MPa）。挡水墙强度验算公式为：P=K×（E2+2R0E）/［2（R0+E）2］其中：E：墙厚（m）；R0：井筒净半径（m）；K：壁材料允许抗压强度（MPa）=R/n（式中：R为材料极限抗压强度；n为安全系数）。当P＞Pc时，挡水墙厚度才能满足施工要求。通过计算得出：挡水墙厚度B=3.5m，且P＞Pc。（2）B=P0×S×λ/［τ］×L其中：B—挡水墙厚度，m；S—井巷荒断面积，m2；P0—静水最大压力，MPa；λ—过载系数，1.1～1.2；［τ］—岩石允许抗剪强度，MPa；L—巷道周边长度，m。通过计算得出：挡水墙厚度B=3.1m。根据（1）和（2）公式计算结果进行分析，选用挡水墙厚度B=3.5m，是比较合理和更加安全。2．3挡水墙施工设计施工工序：清围岩→刷帮、挑顶→打锚眼→引水浇底→砌内墙→浇灌砼→埋导水管、安装锚杆焊接钢筋→砌外墙（布设注浆管）浇灌砼→充填注浆→关闸阀墙体结构如下：1002200砼挡水墙里端面33.挡水墙施工3．1技术要求与施工防渗措施砌封堵墙的目的是封堵涌水点，因此，在保证混凝土墙体抗压强度、抗剪强度都达到要求的前提下，要求墙体能起到防渗的作用，必须防止关闭阀门后被封闭的水体大流量的从墙体与围岩接触处渗出。封堵墙施工防渗措施：为提高封堵墙的堵水率，使封堵墙达到理想的堵水效果，施工封堵墙时必须在如下几方面采取适当的防渗措施。500锚杆150放水管1寸注浆管砼挡水墙外端面8003000水流方向220045°240170035003003000350400240150泄水管及阀门补强注浆管锚杆24眠墙16钢筋网4（1）清底：在浇灌混凝土前，须将底部浮渣全部清理干净，清理的范围按照墙体尺寸前后各延长50cm，特别注意的是：在清理掉底部大岩块的同时，须将小的岩渣尽可能清理干净。（2）挑顶：为使浇灌混凝土时能充分接顶，在墙体位置须进行挑顶，挑顶范围为：墙体内侧往内1.0m至墙体外侧往外1.0m。与之对应的挑顶深度为：0～0.5m。挑顶宽度：60～80cm。（3）浇灌：浇灌墙体前，用井下带压水管将左、右帮岩壁及顶部冲洗干净，浇灌时须加强振捣，特别要保证混凝土周边与围岩形成一体。接顶时在不同深度预埋2～4根注浆管以备顶部充填注浆用，并注意保护墙体顶部注浆管口。（4）顶部充填注浆：混凝土浇灌结束达到养护期后，为防止关闭阀门后被封闭的水体从墙体顶部渗出，须进行顶部充填注浆。注浆顺序为先深孔，后浅孔。3．2挡水墙施工（1）刷帮、挑顶：首先，选择一岩石质量相对较好的地段，根据设计的尺寸大小测量并标定好；其次，在拟建墙的中线部位均匀钻9个锚杆孔，孔深1.5m；然后，在外墙前后1.0m的范围内进行挑顶挑邦，与之对应的挑顶挑邦深度为：0～0.5m，使之形成倒楔字形状；最后，对巷道两邦和顶板围岩进行刷邦，清理不稳的围岩，并进行清底清渣。（2）埋管引水：首先，在拟建挡水墙的中心线附近埋设两根孔径为150mm的泄水管，并安装固定好；其次，采用沙袋构筑临时挡水墙，使涌水大部分从泄水管流出；然后，采用粘土封堵其它小的出水点，尽量减少其它出水点的水量，确保使95%的涌水从泄水管流出。（3）干水泥封底：由于拟建挡水墙内的积水未能排净，如果直接浇灌砼，可能使砼产生离析，影响挡水墙的施工质量。采用干水泥进行封底，一是可以使积水与干水泥直接混合，减少积水；二是由于干水泥的粒度小，浓水泥浆可在较短的时间内封堵出水的小裂隙。干水泥数量应根据现场积水量大小而确定，其原则是积水没有增加，水泥浆的浓度控制在0.6~0.8之间，干水泥封底的厚度一般为0.2~0.3m。（4）砌内墙、安装锚杆焊接钢筋网：内墙的宽度为24cm，用水泥砂浆砌红砖，确保内墙的垂直度和稳定性；在与围岩接触处采用浓水泥砂浆充填，使内墙与围岩成为一整体。以9根锚杆为基点，采用Ф16cm的圆钢进行焊接，成为网度为0.2m×0.2m钢筋网，主要是增大挡水墙的强度和抗性。（5）砌外墙（布设注浆管）浇灌砼：外墙的宽度为24cm，砌墙的速度与混凝土浇灌的速度保持一致。浇灌砼时，必须使用振动器进行振动，确保混凝土密实和混合均匀，同时，在围岩左右两侧和顶端布设预留1寸注浆管。混凝土浇灌时一定要保持浇灌的连续性和不间断性，否则，在交替浇灌的混凝土中可能产生裂隙或孔隙，是挡水墙产生渗漏的主要原因。（6）充填注浆：待混凝土初凝，利用预留的注浆管进行充填注浆，注浆压力控制在0.3~0.5MPa，注浆量一般较少，视现场施工的质量和地质条件而定，采用纯水泥配浆，浆液水灰比一般为0.8：1。（7）关闭闸阀：挡水墙施工完后，混凝土达到养护期，可以关闭泄水管闸阀。关闭闸阀时，开始关闭的速度不要太快，当闸阀承受较大压力时，关闭的速度加快，同时应观察挡水墙是否产生裂缝或渗水情况。4.效果与建议（1）先后设计施工了四座挡水墙，分别是－270m19#穿出水、－350m4#穿出水、－5310m25#穿掌子面涌水和南风井-310m水平中段涌水封堵（南风井贯通后施工），封堵矿坑涌水量达到400m3/h，大大地缓解井下排水压力。（2）四座挡水墙的封堵效果达到98%以上，其中两座堵水率为100%，另外两座出现少量渗水情况，但不影响其正常使用，通过一年多的使用观察，未发现水量增大的趋势。（3）挡水墙施工是一项细致的技术工作，只有在施工过程中负责每一个技术环节，认真落实把关，按照施工设计质量要求层层实施，才能达到封堵的目的。