水电站混凝土防渗墙接头方式的研究与应用

张建伟,刘海华,张建云

(1.浙江丽水玉溪水利枢纽有限责任公司,浙江 丽水 323000;2.云和县防洪工程有限公司,浙江 云和 323600;3.国电浙江瓯江水电开发有限公司,浙江 丽水 323000)

1 工程概况

某水电站大坝的基础采用了混凝土防渗墙防渗处理技术,同时结合帷幕灌浆进行基础防渗,从左到右,整个基础防渗系统分为:左岸平洞基岩帷幕灌浆 (桩号0-150～0+000 m)、左岸岸坡防渗墙 (A段:桩号0+000～0+l50 m)及墙下基岩帷幕灌浆、河床段防渗墙(B段:桩号0+150～0+308 m)、右岸岸坡防渗墙 (C段:桩号0+308～0+411 m)、右岸台地覆盖层防渗墙 (D段:桩号0+411～0+710 m)及墙下覆盖层帷幕灌浆5大部分。

左岸平洞基岩帷幕灌浆及左岸岸坡墙下基岩帷幕灌浆深达80m,为二排孔;左岸岸坡防渗墙深20～50 m,墙厚为1m,需嵌入基岩;河床防渗墙深30～60 m,墙厚为1.2 m,为悬挂式防渗墙。右岸岸坡及右岸台地基础防渗处理工程项目分4层,第1层为地面明挖现浇混凝土墙,墙深15 m,墙厚1.0 m;第2层为在高程2 639.5 m,平台上施工的防渗墙,墙深70.5 m(0+610～710 m段为78.5 m),墙厚l.0 m;第3层为在底板高程为2 602m廊道内施工的混凝土防渗墙,墙厚1.0 m,墙深60～84 m;第4层为墙下覆盖层帷幕灌浆,深达120 m。另外,由于是先施工廊道,后施工廊道顶部的台地防渗墙,该防渗墙在廊道顶与廊道衬砌硷之间的连接也采用帷幕灌浆处理。

2 防渗墙槽段划分

(1)左岸墙厚1 m,由于地层较密实,采用钻劈法施工,I、II期槽均为长为6.6 m(含接头),3个主孔,2个副孔,主孔长1.0 m,副孔长1.6 m,如左岸2 618.6 m平台I、II期槽长均为8.0 m,4个主孔,3个副孔;而III期槽则为双反弧接头,双反弧接头弧顶间长度为1 m。

(2)右岸墙厚1 m,地层条件也比较好,采用钻劈法施工,I、II期槽槽长均为7.4 m,每个槽孔分3个主孔、2个副孔,主孔长为1.0 m,副孔长2.2 m。

(3)河床段墙厚1.2 m,地质条件差,塌孔、漏浆严重,由于施工工期紧,任务重,没有考虑划小槽段,但中间为了防止大面积塌槽,保持施工平台稳定,采取了打单桩的方式,如在桩号0+258.4～0+259.6 m处就打了一个单桩。河床0+150.0～0+259.6 m I期槽长为6.8m,4个主孔,3个副孔,主孔长1.2 m,副孔长0.67 m;II期槽长为7.5 m(含接头),5个主孔、4个副孔,主孔长1 m,副孔长0.62 m。河床0+259.6～0+310 m段I、II期槽长均为7.2 m,每个槽孔分3个主孔,2个副孔,主孔长l.2 m,副孔长1.8m。

(4)廊道内防渗墙施工分两部分,0+310～0+430.0m段以冲击反循环钻机施工为主,施工I期槽,I期槽长为6.4 m,分3个主孔,2个副孔,主孔长1.0 m,副孔长1.7 m,液压铣接头,其槽长2.8 m。0+430～0+610 m以液压施工为主,冲击反循环钻机,配合施工,该大坝工程防渗墙大部分孔深超过70 m,对于这种超深的防渗墙,其槽段之间的连接是防渗墙成败的关键所在。

现在国内外常用的钻凿法和接头管(板)对于这种超深的防渗墙是不适用的,尤其是在高标号混凝土墙体材料中使用钻凿法,工效较低,成本高,因墙体和周围地层强度差异太大而易造成钻孔偏斜,质量难以保证。因此,大坝工程防渗墙接头是该工程重点研究的技术难题之一,在施工过程中采用了套接钻凿法、置换法、双反弧法、单反弧法等多种接头处理型式,不断的总结和实践,取得了一些成熟的可靠的经验。

3 防渗墙的接头方法

3.1 双反弧法

双反弧接头法是用冲击反循环钻机,防渗墙先施工I、II期槽段,待I、II期槽段混凝土浇筑完成后,再用双反弧钻头采用反循环方式施工I、II期槽段间小槽段(相当于III期槽),其槽长1～2.2 m,清理浇筑后使I、II期之间连接成一个封闭的整体。

接头采用双反弧法的优点主要是克服了传统的套接法需重复钻孔的弊病,节约了施工成本;但双反弧实施的前提条件是I、II期槽端头孔的孔斜率必须很小、偏斜方向基本一致、无大的塌方,这样才有利于双反弧的顺利成槽。

该大坝工程防渗墙进行了不同部位、不同长度的双反弧接头试验,最长的双反弧槽为2.2 m长,最短的双反弧槽为1.05 m长,通过试验证明,1.1 m长双反弧槽最有优势,能保证质量,操作方便,工效较高;而2.2 m长双反弧槽扩孔施工时平衡不易控制,很容易卡钻,造成钻孔事故。因此,采用双反弧连接时,宜首选1.1 m长双反弧槽。

右岸2 639.5 m平台及2 602.5 m平台防渗墙底部与廊道之间的结合处理方法,是先施工防渗墙,后施工廊道,在廊道开挖施工中防渗墙底部的情况被揭示出来,这也是防渗墙施工史上第一次将70 m以上的深墙底部挖出来,直观的展示在世人面前;从开挖出来的墙体底部情况看,墙体均匀、平直,尤其是双接头部位连接紧密,弧形规则。

3.2 单反弧法

单反弧法接头是在双反弧接头法的基础上演化而来的,其接头的连接原理是相同的,它们的区别在于槽段划分上,双反弧槽长一般是墙厚的1.1～1.15倍,只有一个单孔,而单反弧槽长则可按II期槽槽长要求来划分,可以有多个主孔与副孔。

单反弧法施工的过程为:在相邻I期槽浇筑后,先用冲击反循环钻机施工两端主孔(即单反弧导向孔),导向孔终孔验收合格后,再用双反弧钻头进行扩孔,边扩边采用反循环方式将主孔内的石碴抽出,直至终孔,将I期槽端头孔混凝土半圆弧周边的泥皮及部分混凝土凿除后,形成单反弧接头面;单反弧槽的另一端也类似进行施工,形成另一个单反弧接头面;槽的中部采用常规的I、II期槽的劈打法施工,即先打主孔,后采用钻劈法施工副孔,直至整个槽段成槽。

单反弧接头处理的最大优势如下:接头和II期槽是一个整体,可减少一半的墙体接头数量;且相邻一期槽可同时施工,克服了双反弧接头槽因为太短而被击穿的弊病,使得施工周期缩短;单反弧接头施工过程中,双反弧钻具一边对接头孔混凝土进行劈打,另一边则是劈打的槽孔内的原始地层,可尽避免卡钻事故,即使发生了卡钻、埋钻等事故也可以通过钻孔旁边的主、副孔进行处理。

该工程防渗墙,从工效对比上看,单反弧接头优于双反弧接头,而套接接头工效再高也属无效的工效,因为是重复造孔,从防渗墙施工总体角度来看,工效还是最低。

3.3 套接法

套接法即套打接头法,是一种传统的防渗墙接头施工方法,其方法是先施工I期槽,待I期槽浇筑完成且其墙体混凝土达到60%的强度后,再在I期槽两端的端头孔位置套打一个主孔,将接头部位的墙体混凝土全部凿除,然后施工II期槽,接头与II期槽构成一个整体槽段进行浇筑,这样搭接连成一个整体。由于该大坝防渗墙设计的混凝土等级较高,墙体混凝土强度高,不宜采用此种接头型式,仅在左岸及河床防渗墙孔浅的部位采用了套接法。

3.4 置换法

置换法是根据套接法的原理演变而成的,槽段划分与套接法完全相同,但和套接法相比,能节约墙体材料,节省钻孔时间,提高工效。其具体施工方法为:在I期槽成槽浇筑时,采用软性材料或筐状装置下置到I期槽孔两端的端头孔内,再进行混凝土浇筑;混凝土浇筑完成后,在I期槽孔两端的端头形成软体接头或空心接头,最后按照套接法的施工方法套打该两端的接头,然后施工II期槽,接头与11期槽构成一个整体槽段进行浇筑,这样搭接连成一个整体,完成了置换法接头施工。置换法要求软体接头材料或空腔在I期槽混凝土浇筑过程中少产生不均匀变形(即I期槽的端头混凝土的垂直度很好,且成半圆状)。这种方法同样只使用于左岸及河床防渗墙孔浅的部位。

左岸岸坡在30m孔深段采用Φ 90 mm钢筋笼置换接头,在I期槽成槽浇筑时,将钢筋笼下置到I期槽孔两端的端头孔内,利用钢筋笼在I期槽孔两端的端头孔内形成相对的空腔,在施工II期槽前先用Φ 100 m的圆形钻头进行扩孔,并将钢筋笼的钢筋、麻杆、及三色布打碎捞出,这样可以大大节约墙体混凝土和套打接头的时间。具体做法是:采用Φ 16mm的钢筋作为主筋制作圆形钢筋笼,钢筋笼外面裹一层麻杆和三色布,防止在槽孔浇筑过程中混凝土进入到钢筋笼内,底部用预制混凝土块封底,同时起到压重作用,防止钢筋笼上浮。

4 结 语

在施工过程中,首先要依据设计及勘探提供的资料,根据不同地基槽段要求优选用最佳防渗墙接头连接方法。