田德斌
(云南省德宏州麻栗壩水庫(kù)管理局 678701)
黃超群
(云南省水利水電學(xué)校 昆明 650202)
李保洪
(湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司 武漢 430061)
麻栗壩水庫(kù)位于云南省德宏州隴川縣境內(nèi)伊洛瓦底江水系瑞麗江一級(jí)支流南宛河上游,地理位置為東經(jīng) 97°58'、北緯 24°24'30″,距隴川縣城 33km,距昆明900km。水庫(kù)是以灌溉、防洪為主,結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。水庫(kù)控制流域面積294km2,年平均徑流量3.69億m3,水庫(kù)總庫(kù)容10665萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。大壩壩型為土質(zhì)分區(qū)壩(黏土心墻壩),最大壩高37.6m,壩頂長(zhǎng) 1172m,壩頂高程1000.60m,正常蓄水位994.70m,設(shè)計(jì)洪水位995.57m,校核洪水位998.38m。
壩址區(qū)主要分布地層為上第三系砂土夾黏土層及第四系堆積層,上第三系地層大都被第四系地層覆蓋。上第三系為洪水湖相沉積,總厚度大于500m,未見(jiàn)底界,其砂性土層及黏土層均屬軟弱巖土層。第四系主要為殘坡積土(以含礫砂壤土為主)、河床砂礫石以及兩岸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地堆積層。兩岸利用第四系紅壤土和砂卵礫石層作為壩基,河床部位挖除可能液化的砂層及砂卵礫石層,利用上第三系的砂性土和黏性土作為壩基。壩基砂卵礫石層和砂性土層透水性較大,存在壩基滲漏和滲透穩(wěn)定問(wèn)題,垂直防滲采用塑性混凝土防滲墻。
混凝土防滲墻為2級(jí)建筑物,其樁號(hào)為0+315.80~1+245.45,總長(zhǎng)929.65m,0+484.65~1+161.45段厚度為0.6m,其余段為0.4m,深度為3.52~37.03m不等,成墻面積24874m2。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為:抗?jié)B等級(jí)大于W6(S6),28天抗壓強(qiáng)度大于6MPa,彈性模量小于13000MPa,相對(duì)滲透系數(shù)小于10-8cm/s。
該工程投入的施工設(shè)備主要有:CZ—22型沖擊鉆機(jī)4臺(tái)、BH—07和GB—24型液壓抓斗各1臺(tái)、JS750型混凝土攪拌機(jī)2臺(tái)、BE—10泥漿攪拌機(jī)3臺(tái)、JJS—2B配漿攪拌機(jī)4臺(tái)、BW250/70型高壓泥漿泵2臺(tái)、汽車吊2臺(tái)、翻斗車(1.5m3)6輛。防滲墻造孔采用鉆抓法中的兩鉆一抓法,Ⅰ、Ⅱ期槽孔接頭套接孔采用套打一鉆的鉆鑿法,固壁泥漿采用黏土泥漿,混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法,墻體質(zhì)量采用鉆孔取芯和無(wú)損檢測(cè)兩種方法進(jìn)行檢測(cè)。施工工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 施工工藝流程
導(dǎo)向槽軸線即為防滲墻設(shè)計(jì)軸線,導(dǎo)向槽采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C15。導(dǎo)墻高1.5m,墻頂水平。40cm防滲墻兩墻之間凈距0.46m,60cm防滲墻兩墻之間凈距0.66m,截面形狀采用“┓┏”形。在導(dǎo)槽兩側(cè)頂面,距離防滲墻軸線0.6m處做防滲墻軸線平行控制線和槽段分界控制線。導(dǎo)向槽軸線偏差不大于3%,導(dǎo)向槽的導(dǎo)墻凈距誤差±10mm,墻頂高度誤差±10mm。導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。
圖2 導(dǎo)向槽剖面圖(單位:mm)
根據(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及施工需要,防滲墻上游側(cè)施工平臺(tái)寬度為6m,沖擊鉆、供電線路、電焊機(jī)等均布置在上游側(cè);下游側(cè)施工平臺(tái)寬度為9m,抓斗、倒?jié){平臺(tái)、回漿槽、出渣及澆筑等施工道路均布置在下游側(cè),平臺(tái)下鋪設(shè)排漿管道,平臺(tái)下游布置排漿溝;施工平臺(tái)高程大部分控制在高于防滲墻頂高程50~100cm。施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖3。
圖3 防滲墻施工平臺(tái)剖面圖(尺寸單位:mm,高程單位:m)
泥漿在造孔成槽過(guò)程中起支承孔壁、懸浮、攜帶鉆渣、冷卻鉆具和潤(rùn)滑的作用,成墻后還可增加墻體的抗?jié)B性能。優(yōu)質(zhì)泥漿有利于深槽造孔時(shí)的孔壁穩(wěn)定以及澆筑質(zhì)量的控制。施工中拌制護(hù)壁泥漿的黏土選用距離水庫(kù)4km的Ⅲ號(hào)黏土料場(chǎng)。黏土泥漿性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 黏土泥漿性能控制指標(biāo)
施工時(shí),經(jīng)常檢查槽孔中泥漿面高度,使其保持在導(dǎo)墻頂面以下0.3~0.5m。注意防止清水流入孔內(nèi),長(zhǎng)時(shí)間停鉆時(shí)注意攪動(dòng)泥漿,以保持其均一性,發(fā)現(xiàn)泥漿不符合要求時(shí),堅(jiān)決廢棄。
3.4.1 造孔成槽
土石壩防滲墻造孔施工主要有鋸槽法和挖掘法[1]。鋸槽法主要有往履射流式開(kāi)槽、鏈斗式開(kāi)槽、液壓式開(kāi)槽;挖掘法主要有沖擊鉆法、抓斗法、沖抓法。根據(jù)該工程地質(zhì)條件及生產(chǎn)性試驗(yàn)確定采用沖抓法,以充分發(fā)揮兩種機(jī)械的優(yōu)勢(shì)。沖擊鉆可鉆進(jìn)不同地層,抓斗效率高,抓斗在副孔施工遇到堅(jiān)硬地層時(shí),隨時(shí)可換上沖擊鉆機(jī)或用重鑿沖砸。造孔時(shí)注意副孔長(zhǎng)度必須小于抓斗最大開(kāi)度,避免出現(xiàn)漏抓的部位,或“小墻”。
3.4.1.1 槽段劃分
該防滲墻共劃分124個(gè)槽段,標(biāo)準(zhǔn)單元槽段長(zhǎng)度為7m,根據(jù)施工實(shí)際需要可適當(dāng)縮短或加長(zhǎng)槽段長(zhǎng)度。
3.4.1.2 槽段鑿孔
a.槽段劃分為Ⅰ、Ⅱ序槽段,每個(gè)槽段分為兩個(gè)主孔及一個(gè)副孔,先施工Ⅰ序槽段,后施工Ⅱ序槽段。
b.采用“兩鉆一抓法”施工:主孔用沖擊鉆鉆進(jìn),抽筒出渣;副孔用泥漿護(hù)壁,抓斗直抓。
c.遇有大孤石或大量漏漿的特殊地段,在確保安全的條件下,制定有效的處理措施方案后再實(shí)施。
d.Ⅰ、Ⅱ期槽孔接頭采用套打一鉆的鉆鑿法施工,接頭鉆鑿時(shí)間控制在Ⅰ期槽孔混凝土澆筑后24~36h。這種接頭方法工藝簡(jiǎn)單,不需專門(mén)的設(shè)備,形成的接縫可靠。
墻段連接質(zhì)量控制要點(diǎn):?接頭孔的空間位置與一期槽孔原主孔的位置保持一致;?控制二期槽孔清孔泥漿;?控制一期墻段端面刷洗質(zhì)量;?控制澆筑工藝。槽段接頭處理見(jiàn)圖4。
圖4 槽段接頭示意圖(單位:mm)
e.單個(gè)主孔終孔后,進(jìn)行孔深、孔斜、孔形驗(yàn)收和基巖的判定。整個(gè)槽孔完工后,進(jìn)行孔深、孔斜、接頭刷洗、泥漿比重、槽孔入巖的驗(yàn)收。
f.造孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[2]。保證槽孔孔壁平整垂直;不應(yīng)有梅花孔、小墻等。孔位中心允許偏差不大于3cm;孔斜率不大于0.4%,遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時(shí),其孔斜率不大于0.6%;對(duì)于Ⅰ、Ⅱ期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心任一深度的偏差值不大于設(shè)計(jì)墻厚的1/3,并采取措施保證設(shè)計(jì)墻厚。
3.4.2 清孔換漿
造孔驗(yàn)收合格后進(jìn)行清孔換漿工作。清空換漿采用抽筒抽取底部沉積物和稠泥漿,從孔口注入合格泥漿。Ⅱ期槽孔則在換漿的同時(shí)用鋼絲刷子鉆頭自上而下刷洗接頭孔壁上的泥皮,直到刷子鉆頭上基本不帶泥屑、孔底淤積不再增加為止。
清孔換漿結(jié)束后1h,控制四項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到下列清孔標(biāo)準(zhǔn)即為清孔換漿合格:孔底淤積厚度不大于10cm,孔內(nèi)泥漿的密度不大于1.30 g/cm3,黏度不大于30s,含砂量不大于10%。清孔驗(yàn)收合格后,必須在4h內(nèi)開(kāi)始澆筑防滲墻塑性混凝土。
該防滲墻工程水下混凝土采用直升導(dǎo)管法進(jìn)行澆筑。
3.5.1 導(dǎo)管安裝
根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合該工程槽段長(zhǎng)度及槽孔深度綜合因素考慮,合理配備了4套內(nèi)徑為230mm導(dǎo)管澆筑混凝土。導(dǎo)管施工安裝前,先進(jìn)行導(dǎo)管壓水試驗(yàn)檢測(cè)導(dǎo)管接頭處有無(wú)滲水現(xiàn)象,密封性必須滿足要求,避免澆筑時(shí)泥漿通過(guò)接頭滲入混凝土,影響混凝土質(zhì)量。導(dǎo)管用鋼墊支撐于導(dǎo)槽上,采用汽車吊垂直安裝于槽孔中心線,導(dǎo)管底口距槽底距離控制在15~25cm范圍內(nèi)。兩套導(dǎo)管間距不大于3.5m,一期槽端的導(dǎo)管距孔端或接頭管距離控制在1~1.5m,二期槽端的導(dǎo)管距孔端控制在為1m以內(nèi);當(dāng)槽底高差大于0.25m時(shí),導(dǎo)管應(yīng)布置在其控制范圍的最低處。
3.5.2 混凝土原材料及配合比
a.水泥。采用普通硅酸鹽水泥,每200t水泥取樣檢驗(yàn)一次。
b.粗骨料。采用一級(jí)配骨料,最大粒徑不大于20mm,含泥量不大于1%。
c.細(xì)骨料。采用河砂,質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔,級(jí)配良好,細(xì)度模數(shù)為2.4~2.8。
d.摻合料。采用鈉基膨潤(rùn)土。
e.外加劑。采用FTM混凝土高效泵送劑。
f.水。采用河水,水質(zhì)符合要求。
通過(guò)試驗(yàn)確定混凝土配合比,見(jiàn)表2。
表2 混凝土配合比
3.5.3 混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑
混凝土采用簡(jiǎn)易拌和站拌制、翻斗車運(yùn)輸,混凝土拌制后在拌和站機(jī)口進(jìn)行坍落度、擴(kuò)散度等指標(biāo)檢測(cè)合格后方可運(yùn)輸,并按規(guī)定取樣進(jìn)行抗壓、抗?jié)B和彈模試驗(yàn),嚴(yán)禁不合格的混凝土澆入槽孔內(nèi)。入孔坍落度控制在18~22cm,擴(kuò)散度控制在34~40cm,坍落度保持在15cm以上的時(shí)間不小于1h;初凝時(shí)間不小于6h,終凝時(shí)間不大于24h;混凝土的密度不小于2100kg/m3。混凝土拌和及運(yùn)輸能力不小于計(jì)劃澆筑強(qiáng)度的1.5倍,且應(yīng)保證澆筑能連續(xù)進(jìn)行,若因故中斷,時(shí)間不能超過(guò)40min,同時(shí)應(yīng)保證運(yùn)至孔口的混凝土具有良好的和易性。
混凝土澆筑前搭設(shè)好澆筑平臺(tái),其上設(shè)置儲(chǔ)料斗等。翻斗車將混凝土運(yùn)至澆筑現(xiàn)場(chǎng)直接倒入儲(chǔ)料斗,經(jīng)分料器流入導(dǎo)管漏斗,最后經(jīng)導(dǎo)管注入槽孔內(nèi)。開(kāi)澆前,在導(dǎo)管內(nèi)安裝可浮起的隔離塞球,以起到隔離水和混凝土的作用。開(kāi)澆時(shí),先往導(dǎo)管內(nèi)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。澆筑時(shí)遵循先深后淺、連續(xù)進(jìn)行、均勻上升的原則,邊澆筑邊采用汽車吊拔起導(dǎo)管。
澆筑過(guò)程中必須遵守以下規(guī)定:導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于1m,不大于6m;混凝土面應(yīng)均勻上升,上升速度控制在2~4m/h,各處高差控制在0.3m左右;至少每隔30min測(cè)量一次槽孔內(nèi)混凝土面深度,每隔2h測(cè)量一次導(dǎo)管內(nèi)混凝土面深度,并及時(shí)繪制混凝土澆筑圖,以便校正澆筑量;混凝土終澆頂面應(yīng)高于墻頂設(shè)計(jì)高程0.5m或與導(dǎo)槽頂面齊平;槽孔口應(yīng)設(shè)置蓋板避免混凝土散落到槽孔內(nèi);應(yīng)防止入管的混凝土將空氣壓入導(dǎo)管內(nèi)。
該工程為薄壁塑性混凝土防滲墻隱蔽工程,施工難度較大。施工前對(duì)可能遇到的混凝土防滲墻施工質(zhì)量和安全事故做到了提前預(yù)防和準(zhǔn)備,盡量避免槽孔坍塌等事故的發(fā)生。
首先在施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備了黏土、稻草、砂礫、水泥、鋸末、膨脹粉等堵漏材料;在造孔時(shí),遇到漏漿、塌孔等事故,則采用加大泥漿比重、注入堵漏材料的措施,確??妆诜€(wěn)定和槽孔安全。在一般漏失地層中造孔時(shí),注意觀察泥漿表面的變化,若有變化適當(dāng)提高泥漿黏度,及時(shí)補(bǔ)足泥漿。在強(qiáng)漏失地層中造孔時(shí),向孔內(nèi)分層(0.5~1.0m)投入堵漏材料,用沖擊鉆頭沖擊擠密改變地層結(jié)構(gòu)以改變漏失情況后再鉆進(jìn)。
混凝土澆筑中遇到塌孔,可采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土填筑,24h后再行造孔澆筑。如該工程63號(hào)槽深為30.10m,混凝土澆筑至離導(dǎo)槽頂面21.0m時(shí)導(dǎo)槽內(nèi)發(fā)生坍塌,掩埋深度13m,導(dǎo)管彎曲損壞。經(jīng)分析研究采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土進(jìn)行回填后,將62號(hào)、63號(hào)、64號(hào)槽段劃分為62號(hào)、63-1號(hào)、63-2號(hào)、63-3號(hào)、64號(hào)共5個(gè)槽段重新成槽進(jìn)行造孔混凝土澆筑。
避免發(fā)生導(dǎo)管堵塞的手段是有效地控制導(dǎo)管插入混凝土的深度。如發(fā)生堵管,首先可利用鉆機(jī)上下反復(fù)提升導(dǎo)管進(jìn)行抖動(dòng)疏通導(dǎo)管;如果無(wú)效,則在導(dǎo)管埋深允許的高度下提升導(dǎo)管利用混凝土壓力差降低混凝土的流出阻力,達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的;當(dāng)各種方法都無(wú)效時(shí),可考慮將導(dǎo)管全部拔出、沖洗、重新下設(shè),抽凈導(dǎo)管內(nèi)泥漿繼續(xù)澆筑,繼續(xù)澆筑前需核對(duì)混凝土面高程及導(dǎo)管長(zhǎng)度,確認(rèn)導(dǎo)管的安全插入深度。
造孔時(shí)若遇到漂石、孤石以及風(fēng)化巖塊等影響成槽工效時(shí),可用抓斗提升重鑿沖砸,也可在保證孔壁安全的前提下采取小鉆孔爆破或定向聚能爆破,然后再利用鉆機(jī)或抓斗進(jìn)行處理。
黏土地層造孔時(shí)常會(huì)出現(xiàn)槽孔收縮現(xiàn)象,施工時(shí)保持槽內(nèi)泥漿的密度,可有效防止槽孔縮孔。
發(fā)生孔斜的原因是多方面的,主要是地質(zhì)條件。孔斜將使墻體有效厚度減小,孔斜超標(biāo)時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修孔,確保成墻有效厚度滿足要求。當(dāng)主孔孔斜超標(biāo)時(shí)可進(jìn)行回填修孔,回填材料一般為砂卵石、碎石或低強(qiáng)度等級(jí)混凝土,或更堅(jiān)硬的大塊卵石。回填后按照鉆機(jī)操作要領(lǐng)緩慢重鉆,經(jīng)糾偏滿足設(shè)計(jì)要求后正常鉆進(jìn);當(dāng)副孔孔斜超標(biāo)時(shí),可用鉆機(jī)進(jìn)行孔口導(dǎo)向或糾偏,也可用抓斗糾偏。
掌握好抓斗抓取接頭孔Ⅰ期槽孔混凝土的時(shí)間是Ⅱ期槽孔成槽快慢的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。時(shí)間太短混凝土沒(méi)有凝固,時(shí)間太長(zhǎng)混凝土強(qiáng)度太高,抓取接頭孔適宜的時(shí)間為墻體澆筑后24h,最遲不超過(guò)36h。抓斗抓取時(shí)斗體一側(cè)為混凝土,另一側(cè)為土,斗體受力分布不均勻,容易造成槽孔沿軸線方向偏移,導(dǎo)致接頭質(zhì)量無(wú)法保證,同時(shí)嚴(yán)重影響造孔成槽進(jìn)度。
為防止出現(xiàn)因吊裝設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備配置偏少,施工中一旦出現(xiàn)機(jī)械故障,短時(shí)間內(nèi)如無(wú)法修好而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失及工程質(zhì)量的問(wèn)題,該工程采用6臺(tái)1.5m3翻斗車運(yùn)輸混凝土、兩臺(tái)12t汽車吊吊裝導(dǎo)管(1臺(tái)為備用),并經(jīng)常對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng),確保設(shè)備運(yùn)行工況良好。
該工程防滲墻設(shè)計(jì)墻底高程伸入相對(duì)不透水層以下2.0m,沖擊鉆鉆進(jìn)時(shí)需根據(jù)地質(zhì)報(bào)告將鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)底高程,采用重垂法測(cè)量實(shí)際孔深。液壓抓斗抓取深度應(yīng)通過(guò)實(shí)際取樣決定,每抓出一斗,觀察取出的巖樣,確定地層成分,取出的巖樣要保存,以便確定相對(duì)不透水層頂面高程。
開(kāi)澆前,導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)設(shè)置可以浮起的隔離球膽,初澆前先將料斗口用帶鋼繩鋼板封閉,向料斗內(nèi)注入一盤(pán)砂漿,再注滿混凝土,然后同時(shí)拉開(kāi)封底鋼板,料斗內(nèi)混凝土同時(shí)推擠球膽,通過(guò)球膽將泥漿從導(dǎo)管底部排出。預(yù)計(jì)混凝土到孔底后汽車吊輕提料斗,使球膽從導(dǎo)管底端浮出,混凝土填埋管底,并保證導(dǎo)管初次埋深不小于0.5m。澆筑前計(jì)算好上次封底的混凝土方量,導(dǎo)管封底后隨即向料斗內(nèi)注入混凝土。在澆筑過(guò)程中,控制各料斗均勻下料,并根據(jù)混凝土上升速度起拔導(dǎo)管,導(dǎo)管埋入混凝土的深度保持在1.0~6.0m?;炷凉?yīng)強(qiáng)度滿足混凝土面上升速度不小于2m/h的要求。
該工程采用鉆孔取樣和無(wú)損檢測(cè)兩種方法對(duì)防滲墻成墻質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。防滲墻養(yǎng)護(hù)期滿后,采用130mm直徑鉆頭鉆孔至終孔深度鉆芯取樣檢測(cè),檢查孔質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明:槽段芯樣滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,芯樣表面光滑、完整、骨料分布均勻,取芯率達(dá)90%以上,說(shuō)明混凝土質(zhì)地均勻,無(wú)夾泥、裂縫等質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)采用多道瞬態(tài)面波法、高密度地震映像法、垂直反射法以及彈性波透射層析成像法(簡(jiǎn)稱CT法)四種方法進(jìn)行綜合檢測(cè)、分析、對(duì)比,結(jié)論是:混凝土防滲墻達(dá)到了設(shè)計(jì)深度,未發(fā)現(xiàn)短墻和斷墻,墻體均勻性、連續(xù)性整體較好,局部區(qū)域強(qiáng)度超過(guò)設(shè)計(jì)要求。
塑性混凝土防滲墻既具有彈性模量低、極限應(yīng)變大、對(duì)周圍土體的適應(yīng)性強(qiáng)、和易性好的特點(diǎn),又具有成本低、成墻整體性好、厚度均勻連續(xù)、質(zhì)量可靠、防滲效果和耐久性都較好的優(yōu)點(diǎn)。麻栗壩水庫(kù)大壩基礎(chǔ)防滲墻采用兩鉆一抓法施工取得了施工速度快、對(duì)槽壁擾動(dòng)小、槽底淤積少、有效保證了槽壁穩(wěn)定、墻體質(zhì)量?jī)?yōu)良、防滲效果好的效果,其施工工藝具有一定的優(yōu)越性,在同類水利工程中具有較高的推廣應(yīng)用的價(jià)值?!?/p>
1 高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].北京:中國(guó)電力出版社,2000.
2 SL 174—96水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,1996.