水電站砂礫石面板壩混凝土防滲墻施工

張廣江

(六盤水市水務(wù)有限責(zé)任公司，貴州 六盤水553000)

1 工程概況

某裝機(jī)容量為20 MW，保證出力為2.9 MW，多年平均發(fā)電量為3 095 萬kW·h。水庫為年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位1 050 m，死水位為1 040 m，校核洪水位為1 054.2 m，水庫庫容為7 199 萬m3。電站大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，是本樞紐的主要建筑物之一，壩頂長272 m，最大壩高39.8 m，上下游壩坡為1∶1.6，由防滲墻、帷幕灌漿、混凝土面板、趾板共同組成防滲體系。

水庫庫區(qū)位于某河干流上，河道比降約為5‰，庫區(qū)河谷寬緩。壩址河谷是呈不對稱的“U”字形，谷底高程約為▽1020 m，寬底約200 ～250 m。壩址左岸地形陡峻、基巖裸露，高程1 050 m以下平均坡度約70°，山頂高程約1 200 m左右。右岸坡度約為23°，為一凸向河谷的小山梁，總體走向EW 向，長約750 m，底寬約420 m，小山梁底部1 020 m高程，底寬約300 m，梁頂最高點(diǎn)高程1 164 m，兩端為一埡口，頂部高程▽1 097 m。山梁北坡植被較好，坡度約40°，南坡植被少，坡度約35°。

壩址出露巖層為太古界變質(zhì)巖，華力西期中粗?；◢弾r及第四系覆蓋層。第四系覆蓋層主要為河床及階地卵礫石層，厚度約18 ～22 m，滲透系數(shù)K =50 ～80 m/晝夜。右壩肩砂壤土厚度4 ～20 m不等，北坡厚度約4 ～6 m，南坡厚度約16 ～20 m。壩址區(qū)無區(qū)域性斷裂構(gòu)造。

在壩址區(qū)附近及埡口處發(fā)現(xiàn)7 條斷層及4 條較大裂隙。斷層規(guī)模小，走向?yàn)镹EE 向，近SN 向及NW 向。壩址區(qū)巖體主要受到物理風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化厚度3 ～5 m，弱風(fēng)化厚度河床約30 ～40 m，兩岸約40 ～60 m。左岸陡壁存在卸荷現(xiàn)象，較嚴(yán)重卸荷帶水平寬度約5 ～8 m。

水電站大壩直接建在河床深厚覆蓋層上，采用混凝土面板、帷幕灌漿、防滲墻共同防滲。

防滲墻為槽板式防滲墻，墻厚80 cm，長196.8 m，平均墻深14.5 m，最大墻深19.1 m，最小墻深2.3 m，嵌入基巖深度為1 ～2 m，墻頂高程為1 014.7 m，共分為 27個(gè)槽段，造孔總進(jìn)尺4 806.3 m，總截水面積為3 468.5 m2?；炷练罎B墻墻身材料為C10 塑性混凝土。防滲墻通過連接板與大壩趾板柔性連接［1－2］。

由于大壩直接建在河床砂礫石層上，為了保證大壩安全運(yùn)行和控制滲流量，設(shè)計(jì)采用防滲墻對河床段砂礫石基礎(chǔ)進(jìn)行處理［3］。

防滲墻為槽板式防滲墻，防滲墻通過連接板與大壩趾板連接。防滲墻寬80 cm，最大墻深19.1 m，墻長196.8 m，墻頂高程為1 014.7 m，造孔總進(jìn)尺4 806.3 m，總截水面積為3 468.5 m2，墻體為C10 塑性混凝土。

2 水電站工程的幾個(gè)施工特點(diǎn)

2.1 工期緊

水電站合同工期為34個(gè)月，比初設(shè)工期39個(gè)月縮短了5個(gè)月，其中冬季占了18個(gè)月，而招標(biāo)又占用了一部分黃金時(shí)間;工程施工合同于1998年7月5日正式簽訂，1998年8月28日開工，實(shí)際開工時(shí)間比原計(jì)劃開工時(shí)間推遲了近兩個(gè)月，這樣實(shí)際施工時(shí)間比初設(shè)工期縮短了一年時(shí)間，使本來很緊張的工期矛盾更加突出。

所以，在施工過程中不得不調(diào)整施工部署，將一部分工程安排在冬季施工，這樣又給施工成本的控制增加了難度。

2.2 氣候寒冷，施工季節(jié)性強(qiáng)，有效施工時(shí)間短

水電站冬季受蒙古高壓和阿留低壓的控制，氣候寒冷干燥而漫長，壩址多年平均氣溫為1.3 ℃(為國內(nèi)工程所罕見，低于東北的關(guān)門山、小山、蓮花等)［4－5］。

2.3 冬季施工成本大

雖然冬季施工會(huì)增加施工成本，但由于工期緊，工程任務(wù)重，冬季仍然需安排部分施工任務(wù)。在冬季施工存在很多在正常氣候條件下難以克服的困難，如施工保暖等，施工成本往往很難控制。

2.4 混凝土骨料料源級配不佳

用于混凝土施工的天然砂礫石級配不理想，骨料風(fēng)化嚴(yán)重，砂、大石含量明顯偏多，而用量較大的小石明顯偏少，雖在砂石骨料篩分時(shí)增加了一臺(tái)顎式破碎機(jī)，仍然不能滿足施工需要，造成混凝土骨料篩分量增加，大量骨料浪費(fèi)，混凝土半成品成本增加［6］。

3 混凝土防滲墻施工特點(diǎn)

混凝土防滲墻施工具有如下特點(diǎn):

1)防滲墻嵌入基巖深度為1 ～2 m;

2)河床砂卵礫石疏松，透水性強(qiáng);

3)混凝土防滲墻施工，環(huán)保要求高，對棄漿、棄渣須妥善安排，泥漿排放需做處理，并盡可能提高泥漿的回收與重復(fù)利用;

4)施工期內(nèi)，施工道路和室外施工受氣候影響很大，特別是雨季及冬季，必須采取有效的渡汛、防寒措施，確保安全［7－8］。

4 施工方法

根據(jù)《該水電站混凝土防滲墻施工技術(shù)要求》，混凝土防滲墻施工采用CZ—22 型沖擊鉆造孔、泥漿固壁、水下直升導(dǎo)管法澆注混凝土的施工工藝，按《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》(SL174－96)的要求進(jìn)行施工及驗(yàn)收?？傮w施工程序?yàn)?一、二期槽孔間隔布置，先施工一期槽孔，后施工二期槽孔。

4.1 成孔

本工程采用“鉆劈法”進(jìn)行成槽施工，即利用沖擊鉆機(jī)對一個(gè)槽段的主孔進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)而成孔，副孔進(jìn)行劈打而成孔。

由于副孔已有左右兩個(gè)自由面，沖擊劈打后，松散的地層顆粒就會(huì)失去穩(wěn)定性而掉進(jìn)兩側(cè)的主孔，這樣，在主副孔造孔結(jié)束后，再處理干凈小墻便得以成槽。

根據(jù)該水電站壩址的地質(zhì)狀況、防滲墻施工的有關(guān)技術(shù)要求及現(xiàn)場施工場地等條件，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，我們選用CZ －22 型鋼絲繩沖擊鉆機(jī)，該機(jī)適應(yīng)地層能力強(qiáng)，造孔垂直度較高，能基本保證孔型質(zhì)量;結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，操作方便，但由于是不循環(huán)鉆進(jìn)，抽砂、排渣時(shí)不能正常鉆進(jìn)，所以，鉆進(jìn)工效較低［9］。

鉆機(jī)動(dòng)性主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 鉆機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

由于施工區(qū)地下水位高，壓力大，因而使孔壁具有不穩(wěn)定性，經(jīng)常發(fā)生掉塊和塌孔現(xiàn)象，尤其是17#～26#槽段，前平臺(tái)幾乎全部出現(xiàn)不同程度的塌陷，給正常的造孔工作帶來了極大難度。針對這一情況，在以往施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，及時(shí)總結(jié)本工程施工中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過改進(jìn)鉆進(jìn)工藝參數(shù)，調(diào)整泥漿性能參數(shù)，增加鉆頭的配重等，在努力避免發(fā)生孔內(nèi)事故的同時(shí)提高了鉆進(jìn)效率［10］。

4.2 泥漿制備與管理

混凝土防滲墻造孔與清孔作業(yè)所使用的泥漿均為膨潤土泥漿，其主要作用有固著孔壁、懸浮并攜帶巖屑、冷卻與潤滑鉆具等，因此其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系著鉆進(jìn)速度的快慢，直接決定著墻體質(zhì)量、墻底與基巖的結(jié)合質(zhì)量，并且對墻段間接縫的質(zhì)量也有一定影響。

根據(jù)《該水電站混凝土防滲墻工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，灤河兩岸現(xiàn)場部位土粒料場為壤土～砂壤土，其黏粒含量較低，為11.2%，含砂量大于10%，遠(yuǎn)達(dá)不到規(guī)范要求，針對這種情況，從距工地240 km的河北隆化購進(jìn)優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿。

在正常施工時(shí)，儲(chǔ)漿池內(nèi)放一排污泵，進(jìn)行自身循環(huán)泥漿，以保證不發(fā)生沉淀。每方泥漿的配比為:堿5.6 kg，水650 kg，膨潤土113 kg。泥漿的性能見表2。

表2 泥漿性能表

4.3 造孔質(zhì)量檢查及終孔驗(yàn)收

混凝土防滲墻工程是隱蔽的永久性建筑物，其質(zhì)量的優(yōu)劣更顯得尤為重要，而造孔質(zhì)量直接關(guān)系到成墻質(zhì)量，因此，從造孔準(zhǔn)備工作至造孔結(jié)束，必須進(jìn)行全過程的控制和檢查。在施工中，質(zhì)量控制按“防滲墻施工質(zhì)量控制網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行控制;質(zhì)量檢查由專職質(zhì)檢部門與造孔班組自檢結(jié)合進(jìn)行。檢查的主要項(xiàng)目有孔位、孔寬、孔斜、孔形等5 項(xiàng)。

4.3.1 孔位檢查

在垂直防滲墻軸線方向，以距離鋼絲繩最近一根鐵軌上外緣80 cm(1 ～14#槽段)、100 cm(15 ～26#槽段)來控制，其容許誤差±3 mm;在平行離滲墻軸線方向，以在鐵軌上注明的樁號來控制。日常檢查由機(jī)組人員隨時(shí)完成，現(xiàn)場技術(shù)人員不定期檢查，以保證孔位正確。終孔驗(yàn)收時(shí)，在前平臺(tái)一側(cè)平行防滲墻軸線距離80 cm布一基準(zhǔn)，進(jìn)行孔位檢查。

4.3.2 孔寬檢查

施工時(shí)，要求機(jī)組人員勤焊鉆頭，現(xiàn)場技術(shù)人員經(jīng)常檢查鉆頭外徑，以保證鉆漿外徑符合規(guī)范和技術(shù)要求。終孔驗(yàn)收時(shí)，使用符合要求的鉆頭進(jìn)行檢查。

4.3.3 孔斜檢查

采用孔斜偏差值換算法，即先將鉆頭提出孔外，以孔位中心距鐵軌或桅桿距離為標(biāo)準(zhǔn)，每下降2 ～5 m的孔口值與中心距相比，再換算出孔斜率值。正常施工時(shí)，機(jī)組人員每鉆進(jìn)一米測一次孔斜，半根據(jù)孔斜值確定繼續(xù)鉆進(jìn)或糾偏。

4.3.4 孔深檢查

孔深取決于嵌入基巖的深度，現(xiàn)場由設(shè)計(jì)及監(jiān)理的地質(zhì)人員進(jìn)行基巖鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果確定孔深，在終孔驗(yàn)收階段進(jìn)行驗(yàn)收。

4.3.5 孔形檢查

在進(jìn)行上述檢查的過程中，實(shí)際上也進(jìn)行了孔形檢查。一般檢查是否有梅花孔、扁孔、探頭石、較大的孔壁波浪形及孔底小墻。

4.3.6 終孔驗(yàn)收

單個(gè)槽孔的造孔作業(yè)全部結(jié)束后，須對槽孔進(jìn)行終孔驗(yàn)收。一般先由機(jī)組自檢，技術(shù)組復(fù)檢，確認(rèn)全部合格后，再請監(jiān)理、設(shè)計(jì)及九局質(zhì)安部一同會(huì)檢。

4.4 清孔換漿

槽孔終孔并自檢合格后，必須用新鮮的泥漿置換孔內(nèi)含有大量沙粒與巖屑的泥漿，并清除孔底淤積，二期槽孔還必須清除和刷洗其兩端接頭孔壁上附著的泥皮和絮凝物［11］。

本工程采用抽筒換漿法，對二期槽孔端采用鋼絲刷鉆頭刷洗法，驗(yàn)收時(shí)，由監(jiān)理、設(shè)計(jì)隨機(jī)確定抽檢的孔位，進(jìn)行泥漿比重、黏度、含砂量以及孔底淤積、端孔刷洗程度的檢驗(yàn)。

4.5 泥漿下混凝土澆筑

對于建造混凝土防滲墻而言，造孔只是手段，澆筑質(zhì)量合格的混凝土形成優(yōu)良的防滲墻才是目的。

本工程混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法，因此在澆筑過程中必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。

槽孔內(nèi)混凝土上升速度≥2 m/h，導(dǎo)管埋入混凝土深度控制在1 ～6 m，各處混凝土面高差≤0.5 m，在開澆和終澆階段適當(dāng)控制澆筑速度，并相應(yīng)增加測量次數(shù)，在澆筑過程中，用排污泵將槽內(nèi)頂部優(yōu)質(zhì)泥漿抽固泥漿池或其它槽孔，節(jié)約泥漿的同時(shí)減少澆筑管外漿柱壓力，混凝土終澆高程按要求高出設(shè)計(jì)高程0.5 m。

4.6 接頭工藝

對混凝土防滲墻而言，其相鄰墻間必須連接緊密，孔口至孔底的任意濃度連接處的墻厚必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

本工程一、二期槽孔間采用套打一鉆的方法進(jìn)行施工，這種方法，可以完善和修正接頭孔，有效地保證施工質(zhì)量。

5 施工中出現(xiàn)的問題及處理

本工程從開工到竣工，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及規(guī)程、規(guī)范組織施工，但由于該地區(qū)的某些特殊性，在實(shí)際施工過程中，不可避免地出現(xiàn)一些問題，下面便將在施工過程中出現(xiàn)的問題和處理方法予以說明:

5.1 C—17—2#孔(樁號:壩左0 +124.755 m)

在成孔過程中，由于地下水位高程沒有降至低于孔口高程2.0 m以下，8#機(jī)在正常鉆進(jìn)時(shí)，前平臺(tái)下部大面積塌陷，大量砂石滑入孔內(nèi)，使孔深驟然由21.7 m 上升為6.5 m，造成鉆頭被埋孔內(nèi)，處理未果。因該鉆頭所處位置已進(jìn)入基巖2 m，在征得設(shè)計(jì)及監(jiān)理同意后，決定放棄該鉆頭。為了不影響質(zhì)量，槽孔澆筑完畢后，在該處布置檢查孔，根據(jù)取芯情況確定是否再進(jìn)行局部處理。

5.2 混凝土接縫

由于該防滲墻的孔口高程為1 018.6 m，澆筑高程為1 015.2 m，中間尚有3.4 m 沒有澆筑，因此，在一期槽孔澆筑完畢后，這一段高程內(nèi)存在大量的淤積物，在澆筑二期槽段時(shí)，泥漿上返，沖刷淤積物，使部分淤積沿接頭滑入二期槽段落邊側(cè)，同時(shí)，混凝土澆筑即將終止時(shí)，壓力降低，不足以將這些淤積物擠壓出去，所以在一期、二期槽段的接頭處產(chǎn)生一小縫隙，形狀為楔形，長度為槽寬80 cm;寬度最大13 cm(上部)，最小3 cm(下部);深度為:靠近上游面一側(cè)深度為1.5 ～2.0 m左右，靠近下游面一側(cè)深度1.3～2.0 m左右，中間部分呈三角形，深度1 ～1.5 m左右。

此缺陷處理方法為:先將上、下游面沿墻壁一側(cè)下挖，直至達(dá)到底部連接部位，將縫隙內(nèi)的泥屑清洗干凈，孔壁進(jìn)行鑿毛處理，之后進(jìn)行支模澆筑。為安全起見，混凝土強(qiáng)度為C15，級配為一級配。

為避免此類事故的發(fā)生，在第二階段的施工中，我們采取了如下幾種措施:

1)接頭孔刷洗次數(shù)增多。

2)一、二期槽段的接頭處用閘板隔開，以防淤積物滑入。

3)二期槽段澆筑完畢后，用軟軸式振搗器在接頭處進(jìn)行振搗，使該處的混凝土擴(kuò)散均勻，與孔壁完全愈合。

6 結(jié) 語

本防滲墻工程經(jīng)過全休施工人員8個(gè)月的艱苦努力，本著“安全第一，質(zhì)量第一”的原則，在水電九局、設(shè)計(jì)及監(jiān)理等部門的大力配合與支持下，努力克服種種不利因素，保質(zhì)保量完成了施工任務(wù)。在施工過程中，機(jī)械設(shè)備性能可靠，完好率高;操作人員技術(shù)熟練;施工現(xiàn)場管理比較科學(xué);實(shí)際投入的施工人員雖然比計(jì)劃少，但在勞動(dòng)組合上既責(zé)任明確、落實(shí)到個(gè)人，又能做到根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)度，同時(shí)不斷加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，使工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)、文明施工等有關(guān)規(guī)程、規(guī)范與規(guī)定得到有效的貫徹執(zhí)行，從而提高了工程的綜合效益。施工中，還總結(jié)了不少寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為下一個(gè)工程提供了第一手資料。

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