沖擊鉆成槽工藝在柏峰水庫混凝土防滲墻施工中的應(yīng)用

何旭斌,陳建斌

(義烏市水務(wù)局,浙江 義烏 322000)

1 工程概況

義烏市柏峰水庫位于東陽江支流吳溪(大田溪)上游,壩址位于赤岸鎮(zhèn)柏峰村,距義烏市區(qū)約20 km。水庫控制集水面積23.4 km2,水庫總庫容為2 267萬m3,正常蓄水位120.71m,相應(yīng)庫容1 810萬m3,工程按50 a一遇洪水設(shè)計,2 000 a一遇洪水校核。是一座以灌溉為主,結(jié)合防洪、發(fā)電、供水等綜合利用的中型水利工程。

原水庫主壩采用黏土心墻砂殼壩,最大壩高為38.5m,壩頂高程126.13 m,防浪墻頂高程127.13m。原副壩最大壩高18.5m,壩頂長235m。該水庫經(jīng)30多年的運行,主壩在壩身滲流穩(wěn)定、壩坡穩(wěn)定、壩基滲漏和壩肩繞壩滲漏等方面存在安全隱患,嚴重威脅壩體安全和正常效益發(fā)揮。該水庫由金華市水利局組織大壩安全鑒定為二類壩,本工程采用壩軸線混凝土防滲墻加固方案處理,并于2009年1月施工。

2 混凝土防滲墻成墻施工工藝

2.1 造孔成槽

2.1.1 布置施工平臺

工程采用CZ-30沖擊鉆機,施工平臺設(shè)置在防滲墻軸線上游側(cè),原壩頂寬度只有5m不能滿足抓斗施工所需8～10m寬的施工平臺的要求。將壩頂土方開挖至124.5m高程形成寬為10m左右的施工平臺。在防滲墻軸線的下游側(cè)設(shè)置平行壩軸線的排渣排漿溝,斷面尺寸40 cm×40 cm,再按80m間距沿背水坡修建2根φ300PVC排渣排漿管,將廢渣、廢漿水排至下游壩腳沉漿池,所有廢渣運至棄渣場。

2.1.2 修筑導(dǎo)向槽

導(dǎo)向槽是在壩頂表面沿防滲墻軸線方向設(shè)置的臨時構(gòu)筑物。導(dǎo)向槽起著標定防滲墻位置,成槽導(dǎo)向,鎖固槽口,保持泥漿液面,槽孔上部孔壁保護,外部荷載支撐等的作用。導(dǎo)向槽的穩(wěn)定是混凝土防滲墻安全施工的關(guān)鍵。本工程導(dǎo)向槽兩側(cè)墻體采用50 cm×100 cm矩型斷面C15鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),槽內(nèi)凈寬85 cm。其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 沖擊鉆施工平臺剖面圖(單位:cm)

2.1.3 槽段劃分

混凝土心滲墻厚度為80 cm。

槽段劃分為Ⅰ、Ⅱ序槽段,根據(jù)設(shè)備及地質(zhì)條件確定Ⅰ、Ⅱ序槽段開挖長度同為8m,每個槽段分為2個主孔及1個副孔,先施工Ⅰ序槽段,后施工Ⅱ序槽段。槽孔劃分見圖2。

圖2 槽孔劃分示意圖(單位:cm)

2.2 護壁泥漿

泥漿在造孔成槽過程中起固壁、懸浮、攜渣、冷卻鉆具和潤滑的作用,成墻后還可增加墻體的抗?jié)B性能,本工程泥漿采用膨潤土拌制,泥漿配合比為水1 000 kg、膨潤土60～80 kg、Na2CO33～4 kg。

泥漿的性能指標見表1所示。

新制泥漿經(jīng)過24 h膨化后,利用供漿管輸送至槽孔內(nèi)使用,成槽及槽段澆筑過程中回收的泥漿,經(jīng)凈化后可重復(fù)使用。槽孔孔口泥漿面在成槽過程中保持在導(dǎo)向槽頂面以下30～50 cm范圍內(nèi)。

表1 新制固壁泥漿性能指標

2.3 防滲墻體灌筑

2.3.1 清孔換漿

槽段終孔驗收合格后進行清孔換漿工作,Ⅱ期槽孔終孔后還需進行接頭孔的刷洗。本工程清孔方法采用泵吸反循環(huán)法。清孔設(shè)備采用6 PS型泥砂泵配設(shè)JHB-100型震動除砂機及旋流器。

清孔時,將排碴管下入孔內(nèi),排碴管底口距離孔底50～100 cm,啟動泥砂機泵,孔底泥碴漿被吸出孔外至泥漿凈化系統(tǒng),被凈化后的泥漿回流槽孔內(nèi)。同時,向槽內(nèi)不斷補充新鮮泥漿。清孔時還可以下入鉆頭不斷攪動孔底沉積物,以徹底清除沉碴。一個單孔清孔完畢后,移動鉆機及排碴管,逐孔進行清孔。本工藝具有清孔效率高,孔內(nèi)淤積少等特點。如果單元槽段各孔孔深不一時,清孔次序為先淺后深。

槽段清孔換漿結(jié)束前將鋼絲刷子安裝在鉆機鉆頭上,緊貼一、二期混凝土結(jié)合面,分段上下反復(fù)提動,達到刷子上不帶泥屑,孔底淤積不再增加,即接頭面清洗合格。

清孔換漿結(jié)束1 h后,達到下列標準:①孔底淤積厚度不大于10 cm;②泥漿參數(shù)為:槽內(nèi)泥漿比重不大于1.1 g/cm3,黏度不大于35 s,含砂量不大于3%。清孔換漿工作可以結(jié)束。

2.3.2 槽段混凝土灌注

清孔換漿結(jié)束后,下設(shè)混凝土灌注導(dǎo)管,導(dǎo)管內(nèi)徑為250mm。一期槽段長度為8m,下設(shè)3套導(dǎo)管,兩側(cè)導(dǎo)管距槽端1～1.5 m;二期槽段由于套抓接頭,槽段長度為9.6m,下設(shè)3套導(dǎo)管,兩側(cè)導(dǎo)管距孔端1.0m;同時,槽段內(nèi)導(dǎo)管間距不大于3.5 m。導(dǎo)管底部距槽孔底板不大于25 cm,當(dāng)槽底高差大于25 cm時將導(dǎo)管置于控制范圍的最低處。

灌注前導(dǎo)管內(nèi)置入可浮起的隔離塞球,灌注時先注入水泥砂漿,隨即注入足夠的混凝土,擠出塞球并埋住導(dǎo)管底端,避免混凝土與泥漿混合。

灌注過程中每30m in測量1次混凝土面,每2 h測量一次導(dǎo)管內(nèi)混凝土面,根據(jù)混凝土面上升情況,決定導(dǎo)管的提升長度。導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋深最小不得小于1.0m,最大不得大于3.0m,在保證埋深的前提下,隨著混凝土面的上升,用吊車提升導(dǎo)管,并將頂部的部分導(dǎo)管拆除。

槽孔內(nèi)混凝土面上升至槽口時,采用泥漿泵抽出濃漿,并提升導(dǎo)管,減小埋深,增加混凝土的沖擊力,直至混凝土頂面超出設(shè)計墻頂標高 0.5 m,即可停止?jié)仓?拔出導(dǎo)管。

2.4 槽段接頭處理

相鄰槽段的銜接部分即為接頭,本工程采用鉆鑿法進行接頭連接,即一期槽段澆筑完畢12 h后,視混凝土強度進行二期槽段造孔時,將一期槽段混凝土套抓35 cm,以保證接頭質(zhì)量。

3 沖擊鉆成槽造混凝土防滲墻技術(shù)在施工中常見問題及其處理

3.1 坍塌、漏漿

槽段在成槽過程中會出現(xiàn)局部坍塌和大面積坍塌,當(dāng)出現(xiàn)局部坍塌時加大泥漿密度,出現(xiàn)大面積塌孔時用優(yōu)質(zhì)黏土 (摻入20%水泥)回填到坍塌處以上1～2m,待沉積密實后再進行施工,同時在相應(yīng)地段減小槽段開挖長度。

槽段成槽開挖過程中,有時會出現(xiàn)的漏漿現(xiàn)象,出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象常采用處理措施有:①平拋黏土,加大泥漿比重或拋入鋸末進行堵漏;②松散地層,造孔應(yīng)循序漸進,預(yù)防在先,穩(wěn)中求快;③保證泥漿供應(yīng)強度和質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)漏漿及時補充;④對泥漿漏失嚴重的地層用速凝水泥等特殊材料處理,必要時還應(yīng)對槽孔進行回填。

3.2 孔斜的處理

施工中造成防滲墻發(fā)生孔斜的原因有多種,其中沖擊鉆造孔施工控制不好是主要問題。當(dāng)槽孔施工發(fā)生孔斜時,將使防滲墻體的有效厚度減少以及將影響墻體的連續(xù)性,因此,孔斜的控制尤為重要,可采取如下措施:①改變鉆頭規(guī)格、形狀。在沖擊鉆施工中要勤測勤量,及時掌握孔形情況,如發(fā)現(xiàn)孔斜,則可在鉆頭上加焊一圈鋼筋,以擴大鉆頭直徑,進行擴孔改變孔斜,或在孔斜的相反方向加焊耐磨鋼塊進行修孔;②利用沖擊鉆機修孔。當(dāng)發(fā)現(xiàn)孔斜時,可用10～25 cm石料回填至偏斜段頂部,重新進行該段造孔,并加大造孔進程的測斜密度,嚴格控制。

3.3 導(dǎo)管堵塞

成墻灌注混凝土過程中有時會出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞,針對導(dǎo)管堵塞采用搗、頓等方法疏通,如果無效將導(dǎo)管全部拔出、沖洗、并重新下設(shè),用泥漿泵抽凈導(dǎo)管內(nèi)泥漿后繼續(xù)澆筑,同時還要核對混凝土面高程及導(dǎo)管長度,確認導(dǎo)管的埋入深度。該段墻體重新下導(dǎo)管澆筑混凝土,處理不慎,極易造成斷樁、夾層等質(zhì)量問題,應(yīng)盡量避免。并在質(zhì)量檢測中,加強取芯、壓水試驗等檢測。

3.4 提 脫

當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土面過低時、突然大幅度下降或有泥漿由管底進入管內(nèi)時應(yīng)立即下放導(dǎo)管,增加埋深,直到管內(nèi)情況正常。當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管提脫后,如管內(nèi)進入較多泥漿而與混凝土嚴重混漿現(xiàn)象時,可下入導(dǎo)管,用泥漿泵抽出管內(nèi)泥漿,再繼續(xù)澆筑。如導(dǎo)管反復(fù)出現(xiàn)提脫,確認槽內(nèi)泥漿與混凝土大量混漿時,應(yīng)停止?jié)仓磾鄻短幚怼?/p>

3.5 防滲墻質(zhì)量檢查

檢查方法包括混凝土拌和機口或槽口隨機取樣檢查,鉆孔取芯檢查,鉆孔壓(注)水試驗,芯樣室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗等。

4 結(jié) 語

從現(xiàn)場開挖檢查、鉆孔取芯檢查結(jié)果分析,混凝土防滲墻無論外觀質(zhì)量還是物理力學(xué)指標都滿足設(shè)計要求,取得了防滲效果。實踐表明,沖擊鉆成槽造混凝土防滲墻技術(shù)在南方大壩除險加固工程中,具有施工速度快,施工不受雨季影響,可靠性高等特點,是水庫大壩混凝土防滲墻施工中較好的施工措施。隨著混凝土防滲墻技術(shù)的迅速發(fā)展,施工機具的不斷創(chuàng)新和完善,經(jīng)濟效益的不斷提高,其用途將日益廣泛,具有推廣性。