1、水塔施工簡述
1.1取水塔式的取水為國內首例，與現行的取水方式相比，具有適應性強，進水口在水庫死水位以下，可連續不斷地為水庫供水；供水系統可以在無水狀態下檢修，是一種先進的取水方式，為今后在現有的水庫、湖泊等水源處引取水開辟了一種新的取水方式，有推廣應用價值。
1.2預置布袋調平封固塔基技術，構思巧妙，完全避開了水下作業，使取水塔調平精度高，封固堵漏效果好，且該項技術施工工藝簡單，速度快，不需專用大型機具，效益顯著，對深水中沉井等構筑物的調平封固施工有參考、借鑒價值。預置布袋灌注砂漿調平封固塔基技術的關鍵是砂漿灌注量的控制，砂漿灌注量在施工前不易確定，水塔施工中僅靠潛水員水下觀察，較難從量上準確控制。灌注量可按布袋充滿量體積的70%-85%控制，各倉灌注量一致，按要求灌完砂漿后，立即加載，使布袋承受一定的壓力，加載量控制在使塔身下沉量小于15cm以內，這樣灌注量易于控制，但也要求灌注時間短（小于砂漿初凝時間）、布袋強度高。
1.3摻絮凝劑水下不分散混凝土及導管導向法混凝土封底水塔施工工藝，與傳統的水塔施工方法相比，不受環境、設備等因素對水塔施工的制約，能夠保證水下水塔封底混凝土的施工質量，是一種有推廣價值的封底混凝土施工新技術、新工藝。由于本水塔施工工程封底混凝土體積大，混凝土水化熱大，混凝土強度增長緩慢。因此，對于大體積水下混凝土施工，為保證混凝土質量，要解決處理好混凝土水化熱問題，在選材宜選用水化熱較小的水泥，并采取必要的降溫等措施，確保水塔施工混凝土質量。
1.4塔底豎井采用“雙液、分層、控壓、限量”注漿固結止水技術，妥善地解決了注漿壓力與塔身穩定的關系，固結止水效果好，確保了豎井開挖的順利進行，為今后類似工程的水塔施工提供了寶貴的實踐經驗。
2、概述
深水取水塔是為某一大型火力發電廠供水而建造的。取水塔座落在水庫中，距水庫大壩260m．通過塔內豎井與庫底水平引水隧洞連通，形成一整套完整的供水系統。
取水塔塔址處水深33m，水下地表層為砂礫石層，厚約3m，下層為片麻狀崗巖。由于受F9斷層影響，基巖裂隙發育，工程地質條件十分復雜。取水塔嵌入基巖1.8m。
塔式取水國內尚無先例，沒有成功的水塔施工經驗可供借鑒，且水深大，制約水塔施工因素多。該工程水塔施工必須解決好以下四個難題：
①深水基礎開挖。砂礫石層可采朔抓斗結合吸泥機開挖，基巖開挖必須解決深水水下爆破及確保水庫大壩安全。②塔基的調平封固。由于基巖在深水中不可能整平到使塔身座落其上不產生傾斜，且塔身刃腳與凸凹不平的基巖間的空隙也影響封底混凝土的質量，如何使塔身落底后既平穩又能使刃腳底與基巖間沒有空隙，是本工程需解決的另一難題。③深水大體積混凝土封底。水深33m，封底面積72.4m2．一次灌注封底混凝土500m3．封底的成功與否，是本工程的成敗關鍵之一。④塔底豎井開挖。如何在不髟響塔身穩定的前提下，解決好塔內封底混凝土與基巖接觸面及塔底基巖破碎層的滲漏水問題，確保豎井安全、順利開挖也是本工程的一大難題。同時由于水上作業，水塔施工場地受限，水塔施工工期問題也很突出。本文就有關注漿等新技術進行重點介紹。
3、水塔施工中注漿新技術的開發應用
3.1水塔塔基預置布袋灌注砂漿調平封固技術
水塔塔基開挖后，采用錘擊法整平基底。鑒于深水中基巖整平難度大，取水塔又是處于深水中長細比較大的構筑物，對安裝調平要求高，不允許塔底與基巖間有孔隙存在，因此，必須對塔基進行整平及堵漏處理。塔基的整平處理可采用在水下灌注混凝土臺座，堵漏用袋裝混凝土，但該方法水下作業量大，速度慢，成本高，本水塔施工工程不宜采用。經研究比較，借鑒日本橋梁建設經驗，決定采用在塔身刃腳處予置布袋灌注漿調平封固塔基技術。預置布袋注漿調平封固塔基技術主要是借助砂漿的流動性及良好的可塑性，使砂漿充滿布袋達到調平塔基及封堵空隙的目的。
圖1塔基調平封固方案圖
3.1.1水塔施工參數的設計及選擇
(1)布袋的制做與安置
布袋材料宜選用強度高、柔軟、透水性小的帆布、化纖等織物。帆布價格低，料源廣，經測試其強度及透水性均滿足要求，是理想的布袋材料。
取水塔基礎整平相對誤差為30cm，取水塔水中沉至刃腳距基礎高點20cm時懸停開始灌注砂漿，此時刃腳距基礎低點50cm。布袋縫成園筒形，直徑80cm，展開長32cm。布袋上每隔64cm設一灌注漿孔口，孔口處安設法蘭盤以利連接注漿鋼管。兩孔口管間用帆布設置橫向隔斷，使其分倉灌注砂漿，以保證灌注效呆。布袋外每隔50cm設縱橫向尼龍繩加固布袋。
圖2布袋結構尺寸圖
(2)砂漿配合比
砂漿標號按M10設計。
水泥：425#普通硅酸鹽水泥。
砂子：河砂，用中砂，用4mm篩子篩一遍。
絮凝劑：天津產丙烯系列UWB型絮凝劑。
由于砂漿為水下灌注，為使砂漿具有抗水沖刷能力，摻入2%絮凝劑拌制水下不分散砂漿。經室內試驗及現場模擬試驗，選用配合比如下：
水泥：砂：水：絮凝劑=1:3:0.52:0.02
(3)灌注量
布袋灌注砂漿量直接影響到調平塔基及堵空隙效果，因為灌多了布袋可塑性差，灌少了空隙充填不滿，兩者都達不到調平塔基封堵空隙的目的。灌注量以模擬試驗布袋灌注量為參考，同時在灌注過程中要安排潛水員進行水下觀測、檢查，確保灌注量適中。
3.1.2灌注施工
首節雙鋼殼塔身制作好后下水前，用尼龍緝把布袋綁于刃腳處事先焊好的鋼環上，同時用強度較低的細線把折疊好的布袋攏在刃腳上，以免掛破布袋，接好鋼管后下水。
基礎開挖整平達到要求后，用駁船牽引塔身就位，就位后塔身繼續制做接高、下沉，始終保持2m高度。當水塔塔身刃腳距基底20cm時，塔身懸停開始向布袋內灌注砂漿。為減小水對砂漿灌注過程中的沖刷，確保砂漿灌注的飽滿度，采用砂漿泵接Φ50軟膠管，膠管由鋼管內通入布袋中，向布袋內直接灌注砂漿。水塔施工時要按隔倉對稱灌注，由潛水員在水下進行檢查，當布袋飽滿、空隙填實，即停止灌注砂漿。
3.1.3加載、檢查
布袋灌注砂漿結束后，向雙鋼殼壁內注水加載，使塔身有小量下沉，下沉量控制在5cm以內，并嚴禁塔身晃動，以免砂漿沒有達到相應強度受擠壓破碎。當砂漿強度達到設計強度的40%以上時，向雙鋼殼壁內對稱注水加載。加載后，由潛水員進行水下檢查，確認布袋飽滿，刃腳與基巖間無空隙，同時實測塔身垂直度誤差僅有1‰（塔軸心偏斜值與塔高之比）。實踐表明，調平、封堵空隙效果都很理想，達到了預期目的。
3.2水下不分散混凝土封底施工技術
取水塔封底混凝土施工水深達33m，封底面積刃腳底部達72.4m2，刃腳以上部分也有50.3m2，一次封底混凝土數量近500m3。封底混凝土設計強度為C20，要求混凝土整體性好，不漏水。
水下封底混凝土采用導管法是項成熟的技術，但由于受水塔施工場地、混凝土灌注能力制約，無法保證幾根導管同時灌注。如按單導管順序灌注，若布置4根導管，經測算正常情況下每根導管灌注一遍的時間間隔達3h以上，當第二遍灌注時導管內混凝土的流動性已經消失，流動困難，無法保證混凝土封底施工的順利進行。若采用預置砂石后灌水泥漿的灌漿混凝土，則無法保證混凝土的均勻、整體及抗滲性，會給塔底豎井開挖增加困難。
經分析，上述兩種方法在本水塔施工工程中都不宜采用。為此，采用水下不分散混凝土技術進行封底水塔混凝土施工。
水下不分散混凝土就是在拌制混凝土時摻入一定量的絮凝劑，使混凝土的粘稠性、和易性得以改善，混凝土遇水沖刷時水泥與骨料基本不分散，在水中能自行沉實攤平。該項技術是70年代以來發展起來的一項新技術，它以其優越性能在水下水塔混凝土施工中得到了廣泛應用。根據有關資料介紹，采用水下不分散混凝土技術施工水下混凝土構筑物時，有過水深9m時將混凝土從水面上直接傾入要灌注的部位，仍可確保混凝土灌注質量的實例。但在大水深(水深>10m)條件下，尚無實踐經驗。
本工程由于水深達33m，且封底面積大，為減小混凝土受水沖刷的程度及確?；炷凉嘧⒉课?，經研究分析，決定采用導管導向法新工藝，即導管不；看入混凝土中，始終與已灌好的混凝土表面保持一小段距離，混凝土通過導管落入要灌注的部位。
3.2.1水下不分散混凝土的試驗研究
為充分掌握水下不分散混凝土的性能，為選定的水塔施工方案提供必要的參數，進行了大量的實驗，試驗情況如下：
(1)原材料
水泥：大連產五羊牌425#普通硅酸鹽水泥。
砂：天然河砂，中砂。
粗骨料：河卵石，粒徑0.5-4cm。
絮凝劑：天津產丙烯系列UWB型絮凝劑。
(2)配合比：
泥凝土設計標號為C20，設計陷度為18-22cm。根據混凝土設計及工作性能要求，選取的理論配合比為：
水泥：砂：粗骨料：水=1:1.665：2.498：0.56
絮凝劑摻量為水泥重量的2%。
(3)試驗結果
a．相同配合比、水灰比條件下，普通混凝土與水下不分散混凝土有關性能及強度情況如表1。
由上表可見，相同條件下，水下不分散混凝土坍落度明顯提高，和易性改善，強度略有降低。
b．用手握裹水下不分散混凝土易成團，松開時有抽絲現象，粘度大，手觸有粘著滑膩感。手握混凝土在水中擺動，混凝土不分散，水泥漿不易被沖掉。
c．試驗表明水下不分散混凝土陷度損失快，陷度與時間有如下關系見圖3。
d．水下不分散混凝土具有一定的緩凝性，初、終凝時間為普通混凝土的1.3-1.9倍。
e．水下不分散混凝土在空氣中與在水中下落1.5m做成的試件強度分別為23.6MPa和21.7MPa，可見一定的水流沖刷作用對水下不分散混凝土的強度影晌較小。
圖3陷度與時間關系曲線
試驗結果表明，水下不分散混凝土和易性很好，遇水沖刷有較強的穩定性，并由于其初凝時間的延長，使其能夠用于大面積混凝土封底多導管逐個灌注施工。
3.2.2幾個問題的分析、處理
深水中封底混凝土水塔施工采用導管導向法工藝為國內首次采用，沒有經驗可借鑒。水塔施工中必須處理好以下幾個問題：
(1)混凝土通過導管落下時，由于活塞作用導管中的水對已灌好的混凝土有沖擊作用，影響混凝土灌注質量。為減小沖擊影響，每斗混凝土都要砍球，球用浮力較大的充氣皮球，改變球的數量可調整沖擊程度。實踐表明，采用兩個球沖擊已經較小了。
(2)混凝土在導管中基本不受水沖刷，混凝土一出了導管就有水的沖刷問題了。為此，導管與混凝土面越近越好，但考慮導管中水對混凝土的沖擊及一斗混凝土的錐體高度，導管口與混凝土的表面距離以1.0-1.5計算為宜。
(3)混凝土灌注時間間隔最長為多少方能保證兩次灌注的混凝土形成良好的整體。要保證兩次灌注混凝土整體性，后灌混凝土必須在已灌注的混凝土初凝前進行灌注。試驗表明，由于絮凝劑有緩凝作用，兩次混凝土灌注的時間間隔最長不超過4h。
3.2.3封底混凝土施工
(1)導管布置
導管選用Φ325無縫鋼管，根據混凝土擴散半徑，布置4根導管，導管等間距地布置在半徑（以取水塔中心為園點）為3.1m的圓周上。
(2)灌注作業
在灌洼水下混凝土前，對基底先進行清洗，確保封底混凝土與基巖的良好結合。作業時，4根導管要對稱、輪流灌注。施工中要經常測量混凝土面的標高，當管口與混凝土面高差小于30cm時，要及時上提導管。
取水塔封底混凝土灌注完半個月后，抽干水檢查，封底混凝土不漏水，整體性及強度指標均滿足設計要求。
3.3塔底豎井注漿固結止水開挖技術
塔底豎井穿過封底混凝土及塔下基巖與水平引水隧洞連通，由于封底混凝土與基巖接觸面及塔底基巖受F9斷層影響部位，裂隙發育，透水嚴重，開挖豎井前必須要進行注漿止水處理。取水塔自重雖近3500t，但基底平均壓應力僅0.115MPa，因此在注漿時既要滿足固結止水的要求，又要不擾動塔身。根據塔所處地質情況及取水塔自身特點，采用了“雙液、分層、控壓、限量”的注漿施工方案。
3.3.1注漿參數設計
(1)注漿材料：
水泥、水玻璃、緩凝劑配合比（體積比）為：水泥：水玻璃=1：0.5；水泥漿水灰比為0.8。
(2)注漿孔布置
單孔漿液擴散半徑按2.5m計算。
(3)注漿量
單孔注漿量按下式計算：
Q=πR2Lna
式中Q——單孔注漿量(m3)
R——單孔漿液擴散半徑(m)
L——注漿段長(m)
n-巖層裂隙率
a-漿液在巖層裂晾內的充填系數，取0.3-0.9
(4)注漿壓力
接觸面及擾動層注漿對塔身穩定有影響，其單孔注漿壓力所產生的合力應小于取
水塔自重力與浮力的差值，即：
p.s.α
s——單孔漿液擴散面積(1112)
α——漿液在巖層裂隙中的充填系數，取α=0.6
W——取水塔自重力(N)
F——取水塔所受浮力(N)
擾動部位以下部分注漿時，由于其對塔身穩定已無影響，故采用高壓注漿，注漿壓力取2.0MPa。
3.3.2注漿施工
按設計孔位埋設孔口管，孔口管為巧56，長約3.5m的無縫鋼管，灌注50cm厚混凝土止漿墻，管外露10-20cm。由于注漿孔為垂直孔，為防止鉆孔浮渣回落造成堵孔，鉆孔時留20-50cm余量。接觸面注漿孔鉆至接觸面下0.7m，第二層注漿孔鉆至接觸面下3．0m，第三層注漿孔鉆至接觸面下15m，鉆孔注漿順序是先中間孔，再6#-*7#--8#--9#--2#--3#--4#--5#孔，每鉆好一個孔后，即按注漿參數進行注漿。由于采用了鉆一孔，注一孔的方法，后鉆的孔起到了對前孔注漿效果的檢查作用，因而省去了專設檢查孔。
3.3.3量測監控
為監控取水塔的穩定，注漿前在取水塔的頂部設置了兩根互相正交的透明水平連通管，管內有彩色液體，通過液面的變化來監測取水塔穩定；還在塔頂設置了四個相互對稱的水準點，注漿時用水準儀觀測其絕對高程的變化。
抽干水后經開挖檢查，注漿固結止水效果理想，堵水率達93%，固結體7d單軸抗壓強度達5.2MPa。
