基于圍堰防滲墻施工技術(shù)措施

李 波

(中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司第一工程公司，湖北宜昌443002)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，樞紐建筑物主要有攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高223.5 MW。總裝機(jī)容量1 700 MW( 4 ×425MW) ，平均年發(fā)電量70.15 億kW·h。

上游圍堰為基礎(chǔ)全封閉混凝土防滲墻上接土工膜斜墻的土石圍堰，堰基覆蓋層采用全封閉塑性混凝土防滲墻，墻底嵌入基巖1.0 m，墻厚1.0 m。上游最大墻深約85 m，墻頂軸線長154 m，成墻面積8 340 m2。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

壩址區(qū)河谷狹窄，河谷形態(tài)呈較對(duì)稱的“V”形峽谷，河谷兩岸地形陡峻，臨河坡高＞800 m，基巖裸露，自然坡度一般55° ～65°。

2.2 地層巖性

據(jù)勘探揭示，上游圍堰河床覆蓋層厚60 ～75 m，層次結(jié)構(gòu)自下而上可分為4 層:

第1 層含漂卵砂礫石層，厚約11 ～27 m。第2 層黏質(zhì)粉土，厚約15 ～22 m; 該層粘質(zhì)粉土埋藏深，厚度變化大，具液化可能性。第3 層含泥漂卵砂礫石層，厚約15 ～37 m。第4層，孤漂卵砂礫石層，厚約1 ～15 m。

3 施工總體方案

采用CZ—6、CZ—9 沖擊鉆機(jī)進(jìn)行成槽施工，泥漿固壁;I、II 期槽采用套接，接頭孔采用接頭管連接;水下混凝土采用直升導(dǎo)管法澆筑。

3.1 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)及對(duì)策

3.1.1 施工重點(diǎn)

1) 該工程防滲墻在深厚覆蓋層中成墻，最大槽孔深85 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度之大，在目前國內(nèi)已施工的防滲墻工程中，也實(shí)屬罕見。

2) 防滲墻鉆孔穿越深厚覆蓋層形成槽段是整個(gè)防滲墻工程的施工重點(diǎn)。

3.1.2 施工難點(diǎn)

1) 覆蓋層深厚，地質(zhì)條件復(fù)雜。上游圍堰混凝土防滲墻最大深度達(dá)85 m，土層主要以孤石、漂石、卵石及砂礫石為主，孤石最大直徑達(dá)1 ～3 m，對(duì)防滲墻成槽極為不利，極易出現(xiàn)漏漿、塌孔、孔型不規(guī)則等孔內(nèi)事故。

2) 深墻段連接接頭施工難度大。由于防滲墻深度較深，采用常規(guī)套接鉆鑿法施工工效低，并且造成材料的浪費(fèi)，采用拔管法存在鑄管的風(fēng)險(xiǎn)。

3) 施工現(xiàn)場(chǎng)為“V”字型河谷，兩岸為陡傾角巖層，防滲墻嵌巖難度大。

4) 墻內(nèi)預(yù)埋灌漿鋼管安裝難度大。在深達(dá)85 m的槽孔內(nèi)預(yù)埋墻下帷幕灌漿鋼管，安裝、定位的難度大，而且易造成槽孔內(nèi)再次淤積，影響防滲墻混凝土澆筑質(zhì)量。

3.1.2 施工對(duì)策

1) 采用功率大、鉆頭重、進(jìn)度快、鉆孔深、特別適應(yīng)大塊石層的CZ—9 沖擊鉆機(jī)成槽。

2) 在鉆孔過程中，對(duì)于架空層進(jìn)行孔內(nèi)回填黏土加片石，用鉆頭擠壓密實(shí)架空層，同時(shí)加大固壁泥漿比重; 遇孤石可采用聚能爆破或槽內(nèi)鉆孔爆破輔以重錘沖砸方法進(jìn)行處理。主孔鉆進(jìn)發(fā)生漏漿時(shí)，采取黏土堵塞，副孔鉆進(jìn)發(fā)生漏漿則采用濃泥漿，膨脹粉泥漿或石粉、鋸末等措施堵塞。

4 主要施工方法及措施

4.1 固壁泥漿

4.1.1 選用的鉆孔泥漿原則

1) 根據(jù)膨潤土泥漿形成致密泥皮的性能，在本工程漂、卵、礫石層中能最大限度的確保槽孔孔壁的安全。

2) 墻底沉渣會(huì)加大墻體的沉陷變形，大量的沉渣如果混入墻體混凝土中，會(huì)形成墻體的薄弱部位，沉淀在混凝土表面的泥渣會(huì)降低混凝土澆筑速度。膨潤土泥漿能最大限度懸浮沉渣，減少孔底的沉淀物，保證孔底清孔后淤積厚度控制在10 cm范圍內(nèi)。

3) 膨潤土含砂量低，不易在孔底形成砂結(jié)層，有利于清孔。

4.1.2 泥漿材料選用

根據(jù)本工程特點(diǎn)，擬采用優(yōu)質(zhì)的II 級(jí)鈣基膨潤土泥漿進(jìn)行護(hù)壁。分散劑為工業(yè)碳酸鈉; 增粘劑選用中粘類羧甲基纖維鈉，配制泥漿用水采用新鮮潔凈的淡水。

4.1.3 泥漿配合比

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，擬定的新制膨潤土泥漿配合比為: 水: 膨潤土∶碳酸鈉= 1 000 L ∶60 ～70 kg ∶4～4.5 kg。

4.1.4 泥漿制備

1) 泥漿拌制選用高效、低噪音的ZJ—800 型高速回轉(zhuǎn)攪拌機(jī)。

2) 每罐膨潤土漿的攪拌時(shí)間為3 ～5 min。

3) 泥漿處理劑使用前，配成一定濃度的水溶液，以提高其效果。純堿水溶液濃度為20%，CMC 水溶液濃度為1.5%。

4.1.5 泥漿使用

1) 新制膨潤土漿需存放24 h，經(jīng)充分水化溶脹后使用。2) 儲(chǔ)漿池內(nèi)泥漿經(jīng)常攪動(dòng)，保持指標(biāo)均一，避免沉淀或離析。

4.2 成槽施工

4.2.1 槽段劃分

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件及施工設(shè)備的特點(diǎn)，一、二期槽長均劃分為7 m，三主二副，副孔寬2 m，槽段之間相互套接。上游防滲墻劃分為26個(gè)單元槽?；炷练罎B墻分兩序間隔造孔挖槽、澆筑墻體混凝土，其中先施工的為一期槽孔，后施工的二期槽孔將所有槽段連接成墻。單元槽孔由主孔及副孔組成，主、副孔相間布置。

4.2.2 造孔施工

4.2.2.1 鉆劈法施工

單元槽成槽施工過程中，先采用沖擊鉆機(jī)鉆鑿主孔至終孔，再劈副孔。在鉆進(jìn)過程中向孔中投入大量的黏土，一方面進(jìn)行沖擊擠密堵漏，另一方面提高泥漿黏度懸浮鉆渣，從而提高鉆孔時(shí)效。劈打副孔時(shí)，在相鄰的兩個(gè)主孔中放置接砂斗接出大部分劈落的鉆渣。

由于在劈打副孔時(shí)有部分鉆渣落入主孔內(nèi)，因此需要重復(fù)鉆鑿主孔。

在主、副孔鉆完之后，其間會(huì)留下一些殘余部分，這需要找準(zhǔn)位置，從上至下吧它們清除干凈。至此就可以形成一個(gè)完成的、寬度和深度滿足要求的槽孔。該法在深厚覆蓋層防滲墻施工中廣泛應(yīng)用。

4.2.2.2 平打法施工

單元槽成槽施工過程中，先將主孔施工到一定的深度，往孔內(nèi)回填1 ～2 m黏土，然后施工副孔及小墻，將副孔及小墻鉆進(jìn)至主孔孔深上面2m 左右時(shí)，再將主孔往下鉆進(jìn)一定深度，再采取上述方法施工副孔及小墻，直至終孔。此法適應(yīng)孤石較多、嚴(yán)重漏漿的地層。

4.2.3 特殊地層造孔方法

在鉆進(jìn)過程中遇到巨型塊石或懸于孔壁的探頭石，可使用特制的爆破筒置于巨石表面進(jìn)行爆破。即鉆孔爆破孤石。鉆進(jìn)至較深部位遇到直徑較大的塊石時(shí)，采用鉆孔爆破方法處理。鉆孔可采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，孔徑φ75 ～90 mm。鉆進(jìn)前一般先下套管到塊石表面，然后在套管周圍投放黏土封閉套管底口，以便鉆渣能返出孔外，并避免稀釋泥漿。

4.2.4 槽孔清孔換漿

1) 采用抽筒法，在清除孔內(nèi)廢渣的同時(shí)及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿。2) 對(duì)二期槽，在清孔換漿前應(yīng)用鋼絲刷鉆頭刷洗一側(cè)槽段接頭混凝土壁的泥皮，至刷子鉆頭不帶泥屑、孔底淤積不再增加為止。3) 采用沖擊鉆機(jī)造孔過程中形成的泥渣，經(jīng)凈化處理后的泥漿可以再重復(fù)使用，混凝土澆注時(shí)將未污染的泥漿抽出送至其它槽孔或泥漿池重復(fù)利用，被污染的泥漿排放到廢漿池。

4.2.5 終孔及清孔驗(yàn)收

1) 成槽后清孔換漿。補(bǔ)充新漿的數(shù)量以槽內(nèi)泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止; 下設(shè)預(yù)埋管件的槽孔，補(bǔ)充新漿的數(shù)量達(dá)到槽內(nèi)總漿量的1/3 左右即可。

2) 槽孔清孔換漿結(jié)束1 h后，應(yīng)達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn):

孔底淤積厚度≤10 cm;泥漿密度＜1.1 g/cm3;泥漿黏度＜35 s;泥漿含砂量＜5%。

3) 清孔結(jié)束合格后4 h內(nèi)澆注混凝土，若延長時(shí)間，需重新測(cè)量淤積厚度。

4.3 水下混凝土澆注

混凝土主要物理性能指標(biāo):入槽坍落度18 ～22 cm，擴(kuò)散度34 ～38 cm。坍落度保持15 cm以上的時(shí)間≥1 h;混凝土初凝時(shí)間≥6 h，終凝時(shí)間≤24 h。

槽孔墻體預(yù)埋件安裝就位后，下設(shè)φ320 鋼制導(dǎo)管，導(dǎo)管為插銷連接。一、二期槽距孔段距離為1 ～1.5 m，當(dāng)槽底高差大于0.25 m時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)調(diào)整到控制范圍的最低處，單根導(dǎo)管下設(shè)安裝完畢后應(yīng)復(fù)測(cè)距孔底間距。

水下混凝土澆注采用的隔水栓為球塞式，導(dǎo)管距孔底的距離大于球塞的直徑。待混凝土料充滿導(dǎo)管和分料斗后上提適當(dāng)距離讓混凝土一舉封住導(dǎo)管底。根據(jù)本工程槽段長度，首次混凝土澆注方量不少于8 m3。墻體混凝土澆筑必須從槽孔最深導(dǎo)管開倉，首開倉的一次連續(xù)入槽混凝土方量使導(dǎo)管埋入混凝土中不得＜1.2 m，在混凝土澆注中，控制各導(dǎo)管均勻下料，使槽內(nèi)混凝土面高差＜0.5 m，導(dǎo)管埋深≤6 m，≥2 m。根據(jù)混凝土上升速度和導(dǎo)管埋深及時(shí)起拔導(dǎo)管，槽孔內(nèi)混凝土面上升速度控制在3 ～7 m/h。槽孔混凝土終澆頂面高于設(shè)計(jì)墻頂線0.5 m。

4.4 防滲墻槽段連接

4.4.1 接頭管下設(shè)

防滲墻墻段連接采用“接頭管法”。接頭管下設(shè)孔位誤差±3 cm，偏斜率≤0.4%，接頭管在混凝土澆筑時(shí)應(yīng)經(jīng)?；顒?dòng)防止鑄管，拔管段混凝土處于凝固狀態(tài)后才能拔管，拔管的空孔段應(yīng)用泥漿充填。按槽孔深度配置接頭管。下設(shè)前檢查接頭管底閥是否正常，并在接頭管外表面涂抹潤滑油。

4.4.2 拔管

拔管法施工關(guān)鍵是要準(zhǔn)確掌握起拔時(shí)間，起拔時(shí)間過早，混凝土尚未達(dá)到一定強(qiáng)度，出現(xiàn)接頭孔縮孔和垮塌現(xiàn)象;起拔時(shí)間過晚，接頭管表面與混凝土的黏結(jié)力使摩擦力增大，增加了起拔難度，甚至接頭管鑄死拔不出來，造成孔內(nèi)事故。

5 防滲墻施工質(zhì)量控制與檢測(cè)

5.1 防滲墻造孔質(zhì)量控制

1) 各單孔開孔中心位置在設(shè)計(jì)防滲墻中心線上、下游方向的誤差≤3 cm。

2) 槽段端孔造孔質(zhì)量控制: 嚴(yán)格控制槽段端孔的偏斜率，保證孔斜率在3‰內(nèi)。一旦發(fā)現(xiàn)孔斜超標(biāo)，采取措施及時(shí)糾偏，糾偏的措施有: 掃孔、回填塊石、爆破、下放糾偏器等，可依具體情況選用。

3) 槽段副孔造孔質(zhì)量控制: 嚴(yán)格控制槽段副孔的偏斜率，保證孔斜率在4‰內(nèi)。副孔造孔偏斜控制跟主孔一樣，如發(fā)現(xiàn)偏斜超標(biāo)，除采取主孔可實(shí)施的糾偏法外，還可用抓斗糾偏。

5.2 槽孔檢測(cè)

造孔成槽后，造孔質(zhì)量檢測(cè)采用超聲波孔斜測(cè)定儀，測(cè)量槽孔任意斷面的孔徑、孔形、孔斜等參數(shù)。

5.3 防滲墻質(zhì)量檢查

1) 防滲墻成墻28 d后進(jìn)行鉆孔檢查，沿墻體軸線每隔80 m布置一個(gè)檢查孔，檢查孔分騎縫孔和墻體。

2) 鉆機(jī)選用XY—2 型地質(zhì)鉆機(jī)，騎縫孔與墻體孔為Φ130。檢查孔深度與防滲墻相同，檢查孔自上而下分段取芯鉆進(jìn)，分段壓水試驗(yàn)。分段長度一般為5 m。

檢查孔按機(jī)械壓漿封孔法進(jìn)行封孔: 封孔先用風(fēng)、水輪換沖洗，封孔材料采用水泥砂漿，水泥:砂=1∶1.3。

3) 墻體混凝土物理力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo)和抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值，合格率達(dá)95%以上，壓水檢查的標(biāo)準(zhǔn)為滲透系數(shù)≤1 ×10－6cm/s。

6 結(jié)束語

本工程施工過程中，依照上述的防滲墻技術(shù)方法、工藝質(zhì)量要求控制，使該防滲墻單元成槽環(huán)節(jié)中遇到的眾多不利因素和疑難問題得以順利解決，后續(xù)的終孔、澆筑水下混凝土工序可靠完成，成型的墻體檢測(cè)質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，從而說明特殊復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的深層防滲墻施工技術(shù)措施是可行的。

［1］王清友，孫萬功，熊歡. 塑性混凝土防滲墻［M］. 北京: 中國水利水電出版社，2008.

［2］高鐘璞. 大壩基礎(chǔ)防滲墻［M］. 北京:中國電力出版社，2000.

［3］中國水利水電基礎(chǔ)工程局. DL/T5199—2004 水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2004.