水電站混凝土防滲墻接頭方式的研究與應(yīng)用

張建偉,劉海華,張建云

(1.浙江麗水玉溪水利樞紐有限責(zé)任公司,浙江 麗水 323000;2.云和縣防洪工程有限公司,浙江 云和 323600;3.國(guó)電浙江甌江水電開(kāi)發(fā)有限公司,浙江 麗水 323000)

1 工程概況

某水電站大壩的基礎(chǔ)采用了混凝土防滲墻防滲處理技術(shù),同時(shí)結(jié)合帷幕灌漿進(jìn)行基礎(chǔ)防滲,從左到右,整個(gè)基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)分為:左岸平洞基巖帷幕灌漿 (樁號(hào)0-150～0+000 m)、左岸岸坡防滲墻 (A段:樁號(hào)0+000～0+l50 m)及墻下基巖帷幕灌漿、河床段防滲墻(B段:樁號(hào)0+150～0+308 m)、右岸岸坡防滲墻 (C段:樁號(hào)0+308～0+411 m)、右岸臺(tái)地覆蓋層防滲墻 (D段:樁號(hào)0+411～0+710 m)及墻下覆蓋層帷幕灌漿5大部分。

左岸平洞基巖帷幕灌漿及左岸岸坡墻下基巖帷幕灌漿深達(dá)80m,為二排孔;左岸岸坡防滲墻深20～50 m,墻厚為1m,需嵌入基巖;河床防滲墻深30～60 m,墻厚為1.2 m,為懸掛式防滲墻。右岸岸坡及右岸臺(tái)地基礎(chǔ)防滲處理工程項(xiàng)目分4層,第1層為地面明挖現(xiàn)澆混凝土墻,墻深15 m,墻厚1.0 m;第2層為在高程2 639.5 m,平臺(tái)上施工的防滲墻,墻深70.5 m(0+610～710 m段為78.5 m),墻厚l.0 m;第3層為在底板高程為2 602m廊道內(nèi)施工的混凝土防滲墻,墻厚1.0 m,墻深60～84 m;第4層為墻下覆蓋層帷幕灌漿,深達(dá)120 m。另外,由于是先施工廊道,后施工廊道頂部的臺(tái)地防滲墻,該防滲墻在廊道頂與廊道襯砌鹼之間的連接也采用帷幕灌漿處理。

2 防滲墻槽段劃分

(1)左岸墻厚1 m,由于地層較密實(shí),采用鉆劈法施工,I、II期槽均為長(zhǎng)為6.6 m(含接頭),3個(gè)主孔,2個(gè)副孔,主孔長(zhǎng)1.0 m,副孔長(zhǎng)1.6 m,如左岸2 618.6 m平臺(tái)I、II期槽長(zhǎng)均為8.0 m,4個(gè)主孔,3個(gè)副孔;而III期槽則為雙反弧接頭,雙反弧接頭弧頂間長(zhǎng)度為1 m。

(2)右岸墻厚1 m,地層條件也比較好,采用鉆劈法施工,I、II期槽槽長(zhǎng)均為7.4 m,每個(gè)槽孔分3個(gè)主孔、2個(gè)副孔,主孔長(zhǎng)為1.0 m,副孔長(zhǎng)2.2 m。

(3)河床段墻厚1.2 m,地質(zhì)條件差,塌孔、漏漿嚴(yán)重,由于施工工期緊,任務(wù)重,沒(méi)有考慮劃小槽段,但中間為了防止大面積塌槽,保持施工平臺(tái)穩(wěn)定,采取了打單樁的方式,如在樁號(hào)0+258.4～0+259.6 m處就打了一個(gè)單樁。河床0+150.0～0+259.6 m I期槽長(zhǎng)為6.8m,4個(gè)主孔,3個(gè)副孔,主孔長(zhǎng)1.2 m,副孔長(zhǎng)0.67 m;II期槽長(zhǎng)為7.5 m(含接頭),5個(gè)主孔、4個(gè)副孔,主孔長(zhǎng)1 m,副孔長(zhǎng)0.62 m。河床0+259.6～0+310 m段I、II期槽長(zhǎng)均為7.2 m,每個(gè)槽孔分3個(gè)主孔,2個(gè)副孔,主孔長(zhǎng)l.2 m,副孔長(zhǎng)1.8m。

(4)廊道內(nèi)防滲墻施工分兩部分,0+310～0+430.0m段以沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工為主,施工I期槽,I期槽長(zhǎng)為6.4 m,分3個(gè)主孔,2個(gè)副孔,主孔長(zhǎng)1.0 m,副孔長(zhǎng)1.7 m,液壓銑接頭,其槽長(zhǎng)2.8 m。0+430～0+610 m以液壓施工為主,沖擊反循環(huán)鉆機(jī),配合施工,該大壩工程防滲墻大部分孔深超過(guò)70 m,對(duì)于這種超深的防滲墻,其槽段之間的連接是防滲墻成敗的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外常用的鉆鑿法和接頭管(板)對(duì)于這種超深的防滲墻是不適用的,尤其是在高標(biāo)號(hào)混凝土墻體材料中使用鉆鑿法,工效較低,成本高,因墻體和周?chē)貙訌?qiáng)度差異太大而易造成鉆孔偏斜,質(zhì)量難以保證。因此,大壩工程防滲墻接頭是該工程重點(diǎn)研究的技術(shù)難題之一,在施工過(guò)程中采用了套接鉆鑿法、置換法、雙反弧法、單反弧法等多種接頭處理型式,不斷的總結(jié)和實(shí)踐,取得了一些成熟的可靠的經(jīng)驗(yàn)。

3 防滲墻的接頭方法

3.1 雙反弧法

雙反弧接頭法是用沖擊反循環(huán)鉆機(jī),防滲墻先施工I、II期槽段,待I、II期槽段混凝土澆筑完成后,再用雙反弧鉆頭采用反循環(huán)方式施工I、II期槽段間小槽段(相當(dāng)于III期槽),其槽長(zhǎng)1～2.2 m,清理澆筑后使I、II期之間連接成一個(gè)封閉的整體。

接頭采用雙反弧法的優(yōu)點(diǎn)主要是克服了傳統(tǒng)的套接法需重復(fù)鉆孔的弊病,節(jié)約了施工成本;但雙反弧實(shí)施的前提條件是I、II期槽端頭孔的孔斜率必須很小、偏斜方向基本一致、無(wú)大的塌方,這樣才有利于雙反弧的順利成槽。

該大壩工程防滲墻進(jìn)行了不同部位、不同長(zhǎng)度的雙反弧接頭試驗(yàn),最長(zhǎng)的雙反弧槽為2.2 m長(zhǎng),最短的雙反弧槽為1.05 m長(zhǎng),通過(guò)試驗(yàn)證明,1.1 m長(zhǎng)雙反弧槽最有優(yōu)勢(shì),能保證質(zhì)量,操作方便,工效較高;而2.2 m長(zhǎng)雙反弧槽擴(kuò)孔施工時(shí)平衡不易控制,很容易卡鉆,造成鉆孔事故。因此,采用雙反弧連接時(shí),宜首選1.1 m長(zhǎng)雙反弧槽。

右岸2 639.5 m平臺(tái)及2 602.5 m平臺(tái)防滲墻底部與廊道之間的結(jié)合處理方法,是先施工防滲墻,后施工廊道,在廊道開(kāi)挖施工中防滲墻底部的情況被揭示出來(lái),這也是防滲墻施工史上第一次將70 m以上的深墻底部挖出來(lái),直觀(guān)的展示在世人面前;從開(kāi)挖出來(lái)的墻體底部情況看,墻體均勻、平直,尤其是雙接頭部位連接緊密,弧形規(guī)則。

3.2 單反弧法

單反弧法接頭是在雙反弧接頭法的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的,其接頭的連接原理是相同的,它們的區(qū)別在于槽段劃分上,雙反弧槽長(zhǎng)一般是墻厚的1.1～1.15倍,只有一個(gè)單孔,而單反弧槽長(zhǎng)則可按II期槽槽長(zhǎng)要求來(lái)劃分,可以有多個(gè)主孔與副孔。

單反弧法施工的過(guò)程為:在相鄰I期槽澆筑后,先用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工兩端主孔(即單反弧導(dǎo)向孔),導(dǎo)向孔終孔驗(yàn)收合格后,再用雙反弧鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔,邊擴(kuò)邊采用反循環(huán)方式將主孔內(nèi)的石碴抽出,直至終孔,將I期槽端頭孔混凝土半圓弧周邊的泥皮及部分混凝土鑿除后,形成單反弧接頭面;單反弧槽的另一端也類(lèi)似進(jìn)行施工,形成另一個(gè)單反弧接頭面;槽的中部采用常規(guī)的I、II期槽的劈打法施工,即先打主孔,后采用鉆劈法施工副孔,直至整個(gè)槽段成槽。

單反弧接頭處理的最大優(yōu)勢(shì)如下:接頭和II期槽是一個(gè)整體,可減少一半的墻體接頭數(shù)量;且相鄰一期槽可同時(shí)施工,克服了雙反弧接頭槽因?yàn)樘潭粨舸┑谋撞?使得施工周期縮短;單反弧接頭施工過(guò)程中,雙反弧鉆具一邊對(duì)接頭孔混凝土進(jìn)行劈打,另一邊則是劈打的槽孔內(nèi)的原始地層,可盡避免卡鉆事故,即使發(fā)生了卡鉆、埋鉆等事故也可以通過(guò)鉆孔旁邊的主、副孔進(jìn)行處理。

該工程防滲墻,從工效對(duì)比上看,單反弧接頭優(yōu)于雙反弧接頭,而套接接頭工效再高也屬無(wú)效的工效,因?yàn)槭侵貜?fù)造孔,從防滲墻施工總體角度來(lái)看,工效還是最低。

3.3 套接法

套接法即套打接頭法,是一種傳統(tǒng)的防滲墻接頭施工方法,其方法是先施工I期槽,待I期槽澆筑完成且其墻體混凝土達(dá)到60%的強(qiáng)度后,再在I期槽兩端的端頭孔位置套打一個(gè)主孔,將接頭部位的墻體混凝土全部鑿除,然后施工II期槽,接頭與II期槽構(gòu)成一個(gè)整體槽段進(jìn)行澆筑,這樣搭接連成一個(gè)整體。由于該大壩防滲墻設(shè)計(jì)的混凝土等級(jí)較高,墻體混凝土強(qiáng)度高,不宜采用此種接頭型式,僅在左岸及河床防滲墻孔淺的部位采用了套接法。

3.4 置換法

置換法是根據(jù)套接法的原理演變而成的,槽段劃分與套接法完全相同,但和套接法相比,能節(jié)約墻體材料,節(jié)省鉆孔時(shí)間,提高工效。其具體施工方法為:在I期槽成槽澆筑時(shí),采用軟性材料或筐狀裝置下置到I期槽孔兩端的端頭孔內(nèi),再進(jìn)行混凝土澆筑;混凝土澆筑完成后,在I期槽孔兩端的端頭形成軟體接頭或空心接頭,最后按照套接法的施工方法套打該兩端的接頭,然后施工II期槽,接頭與11期槽構(gòu)成一個(gè)整體槽段進(jìn)行澆筑,這樣搭接連成一個(gè)整體,完成了置換法接頭施工。置換法要求軟體接頭材料或空腔在I期槽混凝土澆筑過(guò)程中少產(chǎn)生不均勻變形(即I期槽的端頭混凝土的垂直度很好,且成半圓狀)。這種方法同樣只使用于左岸及河床防滲墻孔淺的部位。

左岸岸坡在30m孔深段采用Φ 90 mm鋼筋籠置換接頭,在I期槽成槽澆筑時(shí),將鋼筋籠下置到I期槽孔兩端的端頭孔內(nèi),利用鋼筋籠在I期槽孔兩端的端頭孔內(nèi)形成相對(duì)的空腔,在施工II期槽前先用Φ 100 m的圓形鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔,并將鋼筋籠的鋼筋、麻桿、及三色布打碎撈出,這樣可以大大節(jié)約墻體混凝土和套打接頭的時(shí)間。具體做法是:采用Φ 16mm的鋼筋作為主筋制作圓形鋼筋籠,鋼筋籠外面裹一層麻桿和三色布,防止在槽孔澆筑過(guò)程中混凝土進(jìn)入到鋼筋籠內(nèi),底部用預(yù)制混凝土塊封底,同時(shí)起到壓重作用,防止鋼筋籠上浮。

4 結(jié) 語(yǔ)

在施工過(guò)程中,首先要依據(jù)設(shè)計(jì)及勘探提供的資料,根據(jù)不同地基槽段要求優(yōu)選用最佳防滲墻接頭連接方法。