胡永東
(上饒市水利科學(xué)研究所 334000)
淺議反循環(huán)沖擊鉆工法建混凝土防滲墻在橫峰縣姚源水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用
胡永東
(上饒市水利科學(xué)研究所 334000)
本文介紹了反循環(huán)沖擊鉆工法建混凝土防滲墻在姚源水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用情況?!娟P(guān)鍵詞】 反循環(huán)沖擊鉆 混凝土防滲墻 除險(xiǎn)加固 應(yīng)用
姚源水庫(kù)位于江西省橫峰縣港邊鄉(xiāng)港邊村,距縣城15km。壩址以上控制流域面積11.5km2,水庫(kù)總庫(kù)容1069萬(wàn)m3,是一座以灌溉為主,兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利工程。樞紐建筑物主要由大壩、溢洪道、引水建筑物及電站廠房等組成。加固前大壩為粘土心墻土壩,心墻填筑質(zhì)量差,滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求;壩基存在厚約2~2.5m的砂礫石層,壩腳老河床段出現(xiàn)集中滲水點(diǎn),伴有細(xì)粉砂等顆粒帶出,壩基漏水嚴(yán)重。
此次大壩防滲設(shè)計(jì)只考慮壩體防滲置于壩軸線處的壩中垂直防滲方案;而對(duì)于上游防滲方案,由于大壩為心墻壩,新的防滲體難以處理至壩中防滲相對(duì)較好的心墻體,致使兩道防滲體間夾有一透水體,反而不利于上游壩體穩(wěn)定,況且上游施工圍堰工程量太大,故不予以考慮。對(duì)于壩中垂直防滲方案,重點(diǎn)考慮壩體下部、壩基面及透水基巖的防滲處理。
壩體防滲處理方案較多,根據(jù)大壩工程地質(zhì)、地形、建材條件,參照類似工程經(jīng)驗(yàn),比選國(guó)內(nèi)防滲處理較為成熟的施工工藝,按壩身加固防滲材料及施工工法不同,對(duì)反循環(huán)沖擊鉆工法造混凝土防滲墻、液壓抓斗工法造混凝土防滲墻、旋噴水泥樁防滲墻[旋噴樁孔孔距1.0m,成樁有效直徑1.2m(按三管法考慮),有效墻厚0.66m]三種方案進(jìn)行比較。從經(jīng)濟(jì)上看,反循環(huán)沖擊鉆工法造混凝土防滲墻約每平方米造價(jià)為600元左右,液壓抓斗工法造混凝土防滲墻每平方米造價(jià)為500元左右,旋噴水泥樁防滲墻每平方米造價(jià)為600元左右,液壓抓斗工法造混凝土防滲墻最便宜;但由于到達(dá)姚源水庫(kù)途經(jīng)港邊鄉(xiāng)政府,路途遠(yuǎn)且過(guò)幾座橋梁,對(duì)于笨重的液壓抓斗機(jī)械通行存在較大的困難,若一定要通行,必須對(duì)橋梁及鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道進(jìn)行改造,液壓抓斗進(jìn)場(chǎng)條件較差;旋噴樁的垂直度控制難度較大,樁底部施工質(zhì)量難以得到保證,并且目前尚未形成簡(jiǎn)便而有效的控制措施對(duì)壩體防滲墻體質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè);而反循環(huán)鉆機(jī)可以在弱風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化巖層中成槽,因此,對(duì)于壩體和壩基可以形成統(tǒng)一的混凝土防滲墻,該方法施工工藝可靠、成墻質(zhì)量有保證。故此次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)選用反循環(huán)沖擊鉆工法造混凝土防滲墻對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理,對(duì)壩基、壩肩防滲結(jié)合地質(zhì)建議,采用帷幕灌漿防滲處理。
反循環(huán)沖擊鉆工法造混凝土防滲墻布置范圍為大壩0+000~0+224樁號(hào),混凝土防滲墻墻中心線與加固后的壩軸線重合,但仍在原粘土心墻內(nèi)(施工前先找出心墻位置,若防滲墻軸線偏出心墻位置,則相應(yīng)防滲墻軸線由設(shè)計(jì)單位提出變更)。
根據(jù)該工程地質(zhì)條件,選用反循環(huán)鉆機(jī)成槽施工工藝,反循環(huán)鉆成孔施工方法是:在樁頂處設(shè)置護(hù)筒(直徑比樁徑大15%左右),護(hù)筒內(nèi)的水位要高出自然地下水位2m以上,以確保孔壁的任何部分均保持0.02MPa以上的靜水壓力,以保護(hù)孔壁不坍塌,因而鉆挖時(shí)不用套管。鉆機(jī)工作時(shí),旋轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿端部的鉆頭鉆挖孔內(nèi)土。在鉆進(jìn)過(guò)程中,沖洗液從鉆桿與孔壁間的環(huán)狀間隙中流入孔底,并攜帶被鉆挖下來(lái)的巖石鉆渣由鉆桿內(nèi)腔返回地面,與此同時(shí),沖洗液又返回孔內(nèi)形成循環(huán)。反循環(huán)鉆機(jī)混凝土防滲墻采用槽段式混凝土防滲墻,是用沖擊鉆或回轉(zhuǎn)鉆將處理層鉆成1.8m一段的槽段。鉆孔時(shí)用泥漿固壁,并帶出鉆屑,鉆到巖石后,用循環(huán)泥漿清除孔底碎屑,在泥漿下澆筑混凝土。先鉆第一期槽段(間隔一槽段),澆筑混凝土;一星期后鉆第二期槽段,將第一期槽段混凝土柱切削掉10~15cm,再澆混凝土,形成連續(xù)的槽段。因此,此次設(shè)計(jì)采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔造防滲墻,設(shè)計(jì)混凝土防滲墻墻頂部高程為120.00m,有效墻厚0.6m(鉆孔孔徑0.6m,每槽段1.8m),底高程深入強(qiáng)風(fēng)化基巖1m,最大墻高約28.0m。防滲墻與帷幕灌漿防滲系統(tǒng)相連接。
大壩混凝土防滲墻布置在原粘土心墻內(nèi),防滲墻造孔布置在120.50m高程,布置范圍為0+000~0+224樁號(hào),單排布孔,孔口高程120.50m,有效墻厚0.60m。墻身高度自墻頂(即120.00m高程)至伸入基巖1.0m,墻身最大高度為28.0m。
a.普通混凝土防滲墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,有效墻厚0.60m,抗?jié)B等級(jí)不小于W6。壓(注)水檢查標(biāo)準(zhǔn)為滲透系數(shù)不大于1×10-7cm/s。
b.墻體有效厚度為0.6m。
c.墻體深度。防滲墻設(shè)計(jì)深度既要滿足防滲要求,又要做到經(jīng)濟(jì)合理和便于施工,選定全封閉深墻設(shè)計(jì),墻底伸入基巖1.0m,最大深度28.0m。
d.墻體允許抗?jié)B比降。類比同類工程經(jīng)驗(yàn),墻體允許抗?jié)B比降采用j>60。
e.混凝土配合比?;炷僚浜媳葢?yīng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)成果,每平方米防滲墻用料為:水泥369kg,砂764kg,卵石1055kg,水192kg,混凝土坍落度控制在18~22cm,擴(kuò)散度控制在34~38cm。
f.主要建材要求。水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,卵石粒徑為10~20mm,砂料為中粗砂,造漿粘土要求塑性指數(shù)大于20,粒徑小于0.005mm的粘粒含量在50%以上,含砂量小于5%,SO2和Al2O3含量比為3~4。
g.固壁泥漿要求。在粘土和粉土層中鉆挖時(shí)泥漿比重可取1.02~1.04;在砂和砂礫等容易坍孔的土層中挖掘時(shí),必須使泥漿比重保持在1.05~1.08;當(dāng)泥漿比重超過(guò)1.08時(shí),則鉆挖困難;效率降低,易使泥漿泵產(chǎn)生堵塞或使混凝土的置換產(chǎn)生困難,要用水適當(dāng)稀釋,以調(diào)整泥漿比重;在不含粘土或粉土的純砂層中鉆挖時(shí),還須在貯水池中加入粘土,并攪拌成適當(dāng)比重的泥漿;造漿粘土應(yīng)符合下列技術(shù)要求:膠體率不低于95%;含砂率不大于4%;造漿率不低于0.006~ 0.008m3/kg。
成孔時(shí),由于地下水稀釋等使泥漿比重減小,可添加膨潤(rùn)土等來(lái)增大比重。膨潤(rùn)土溶液的濃度與比重的關(guān)系見(jiàn)下表。
膨潤(rùn)土溶液濃度比重關(guān)系表
h.質(zhì)量檢查:
?經(jīng)常檢查鉆孔孔位有無(wú)偏差,及時(shí)予以糾正;
?對(duì)墻體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆孔壓水試驗(yàn);
?墻體質(zhì)量檢查應(yīng)在成墻一個(gè)月以后進(jìn)行,檢查的方法主要采用開(kāi)挖觀察,必要時(shí)也可采用鉆孔取芯或其他無(wú)損檢測(cè)方法。該混凝土防滲墻開(kāi)挖檢測(cè)點(diǎn)定為2處,每處開(kāi)挖深為3.5m,開(kāi)挖長(zhǎng)度為4.0m,開(kāi)挖檢查部位在各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)束后,按筑壩的要求回填壓實(shí),壓實(shí)度不小于0.96。
i.特殊情況處理技術(shù)措施。由于在老河床段存在一原建壩時(shí)的施工導(dǎo)流管,地層嚴(yán)重漏漿,施工中迅速填入堵漏材料及回填槽孔,待凝一段時(shí)間后,重新開(kāi)槽建造混凝土防滲墻。
根據(jù)批復(fù)文件及設(shè)計(jì)文件等要求,目前,姚源水庫(kù)反循環(huán)沖擊鉆工法造混凝土防滲墻施工已完成,施工過(guò)程中未發(fā)生任何質(zhì)量事故,試塊試驗(yàn)樣本抗壓強(qiáng)度均大于20MPa,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。經(jīng)開(kāi)挖檢查,墻體垂直,墻體之間搭接完好,不見(jiàn)開(kāi)叉等現(xiàn)象;同時(shí)經(jīng)壓(注)水檢查,滲透系數(shù)平均值為6.0×10-8cm/s,滿足設(shè)計(jì)要求,防滲墻質(zhì)量?jī)?yōu)良。反循環(huán)沖擊鉆工法成槽工藝可適用于各種土、砂層、礫石、卵石、漂石、軟巖、硬巖等地層,墻深一般可達(dá)100m左右,有較廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,若能解決施工進(jìn)度及造價(jià)問(wèn)題,將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。