老虎嘴水电站左岸砂砾石坝基垂直防渗墙施工与质量控制

2010-03-21张铁骑陈杰

湖南水利水电 2010年5期

张铁骑陈杰

（中国水利水电工程建设咨询中南公司长沙市410014）

1 工程概况

老虎嘴水电站工程位于西藏自治区东南部的林芝地区工布江达县巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段梯级开发规划的第7个梯级。枢纽建筑物由泄洪洞、右副坝、引水发电系统、中间混凝土坝、溢洪道和左副坝组成。电站装机容量102 MW，最大坝高84 m，左岸砂砾石坝基上最大坝高35 m。

左坝肩有古河槽穿过，将左坝肩切割成一个孤岛，覆盖层深度最厚206.50 m，采用深度为80 m的混凝土防渗墙进行防渗处理，左岸坝基防渗墙施工和质量控制是本工程施工的关键点。

2 左岸覆盖层工程地质条件

老虎嘴电站左岸地面高程（3 298～3 340）m，覆盖厚度（105～174）m，最深206.50 m。覆盖层中上部为第四系全新世洪积块碎石土夹含粉土的中细砂或粉土质砾（I岩组），厚9 m～38 m～58.5 m，前缘薄中部厚；下部为冰水积含漂（块）石砂卵砾石夹含粉土的中细砂层（II岩组），厚28 m～68.5m～134 m，最厚197 m。含粉土的中细砂层（III岩组）厚（0.72～2.0）m，最厚（5～6）m，且集中分布在高程（3 292.50～3 289.00）m、（3 255.00～3 254.60）m、（3 223.80～3 220.60）m。含漂（块）石砂卵砾石层在天然状态下较密实，干密度较高，承载力和变形模量较高，渗透性强，易产生管涌型渗透破坏；含粉土砂层多数位于地下水位以上，且成因时代较早（Q3），产生振动液化的可能性不大。

3 防渗体选择的基本方法

（1）渗流控制标准。

老虎嘴工程由于在汛期一直处于弃水状态，且主要是防止坝肩绕坝渗流，所以，防渗的原则主要是防止坝基及两岸产生渗透破坏。根据地质报告的建议允许渗透坡降值JP＝0.1～0.2，砂砾石基础允许比降按0.17（建议最大值的85%）考虑。

（2）目前国内外深厚覆盖层防渗处理的基本方法。

目前，国内外的防渗主要方法分上游水平铺盖防渗和垂直防渗两种方法，或将两种相结合。当允许砂砾石地基有一定渗透流量时，可采用上游铺盖防渗；当需严格控制砂砾石地基的渗透稳定时，一般采用垂直防渗措施。

垂直防渗主要有各种防渗墙、帷幕灌浆和高压喷射灌浆等，而垂直防渗能够可靠、有效地截断渗流，是基础防渗的一种有效的处理措施，在不完全封闭透水地基的情况下，防渗效率较之水平铺盖防渗效率高。

（3）垂直防渗选择及实施情况。

高压喷射灌浆虽有施工简单、进度快的优点，但存在对地层敏感性强、缺少快速可靠的检查方法。对于粘性土、致密的沙层则喷射直径受到影响，尤其是地层中存在有较多大粒径（＞100 mm）的卵石、漂石时，防渗体的连续性不易保证。

由于老虎嘴左岸地层中存在较多大粒径（＞100 mm）的卵石、漂石，且存在有沙层，防渗深度大，故不考虑高压喷射灌浆。

通过以上分析，选择悬挂式混凝土防渗墙为老虎嘴左岸砂砾石垂直防渗体。

4 防渗墙布置和施工

4.1 防渗墙布置及施工方法

老虎嘴水电站左岸混凝土防渗墙分为入岩式和悬挂式两种，轴线总长290.30 m，墙体厚度1.0 m。混凝土防渗墙分为两种墙体，其中坝左0+009.12 m～坝左0+101.00 m，为C20F100W8二级配钢筋混凝土墙体，起始轴线长度64.03 m段为入岩式，入岩深度不小于1 m；坝左0+101.00 m～坝左0+300.00 m，为C20F100W8二级配普通混凝土墙体。坝左0+073.15 m至坝左0+300.00 m为悬挂式混凝土防渗墙，其中坝左0+073.15～坝左0+240.00混凝土防渗墙深度为80 m，坝左0+240.00～坝左0+300.00混凝土防渗墙深度为由80 m渐变到40 m。防渗墙设计成墙工程量为19 611 m2。

孔深50 m以上的槽段采用“两钻一抓”法施工，孔深50 m以下的槽段采用“钻劈法”施工，主要施工方法如下：

（1）孔深50 m以上的槽段采用“两钻一抓”法造孔，即采用CZF－1500型冲击反循环钻机钻主孔，采用钢丝绳抓斗抓副孔；孔深50 m以下的槽段采用“钻劈法”造孔，即采用CZF－1500型冲击反循环钻机钻主孔，然后劈打副孔成槽。

（2）6PS－210型砂石泵配ZX－200型泥浆净化机出渣、置换新鲜泥浆清孔，采用粘土膨润土泥浆护壁。

（3）采用混凝土拌和系统拌制混凝土，6 m3混凝土拌和车输送混凝土，泥浆下直升导管法浇筑混凝土。

（4）采用拔管法进行槽段连接。

（5）25 t汽车吊和抓斗下设钢筋笼，25 t汽车吊辅助浇筑。

本工程施工时，主孔施工以粘土浆为主，副孔施工以膨润土、粘土掺外加剂的混合浆液为主、清孔换浆采用膨润土泥浆。泥浆主要性能控制指标见附表。

附表泥浆性能指标

4.2 成槽施工

（1）槽孔划分（图1）。

图1 槽孔划分示意图

槽孔分两期施工，先施工一期槽孔，后施工中间的二期槽孔，墙段连接采用接头管方法施工。Ⅰ期槽槽长为6.6 m、Ⅱ期槽槽长为6.6 m（施工中特殊部位槽长做了适当调整）。

（2）成槽工艺。

采用“两钻一抓”法和“钻劈法”，副孔全部终孔后，需要“找”主副孔间的“小墙”，最终造出符合设计和规范要求的规整槽孔。

（3）成槽深度的确定及成槽质量检查。

槽孔终孔深度以地质详勘报告和先导孔资料为基础，结合槽孔造孔现场取样综合判断后确定。入岩段（坝左0+009.12至坝左0+073.15 m）主孔孔深控制以钻进至覆盖层与基岩接触面时通过冲击钻所取岩样确定基岩顶面，当基岩顶面确定后再钻进1 m后终孔，入岩段副孔孔深由2个相邻主孔的深度确定[即副孔深度=相邻浅孔孔深+（深孔孔深-浅孔孔深）×2/3]，当两个相邻主孔孔深相差较大时，中间的副孔也通过取样来确定终孔深度。

防渗墙槽形质量检查项目主要有槽孔长度、宽度、深度、孔斜率。由于单孔孔斜率决定了单元槽段的槽形，监理工程师将单孔孔斜率作为验收槽孔的主要抽查项目，并将槽形质量检查预控到单孔孔斜的检查。主孔未经检查验收合格不得钻劈副孔，只有副孔劈孔完成，经监理工程师同意后才可劈打小墙。验收方法均为“重锤法”，即利用冲击钻机单股钢丝绳悬吊直径1.0 m的钻头进行测量，验收时随着钻头深度的不断增加，测量孔口钢丝绳的偏斜尺寸（每2 m一个测点），利用相似三角形的原理计算出槽孔孔斜率。在单孔验收结束，再用冲击钻机单股钢丝绳垂吊直径1.0 m的钻头从槽孔的一端移动到另一端，每20 cm移动钻机一次，进行小墙检验，使防渗墙造孔始终有条不紊地进行，保证了防渗墙槽形一次检查验收合格。本工程防渗墙共52个槽孔孔形及小墙检验全部合格，孔斜率≤4‰。

（4）防渗墙槽孔清孔。

槽孔孔形经验收合格后，监理工程师方可同意进行清孔换浆，清孔采用抽桶和气举反循环法两种方法。

清孔换浆结束后1 h，在槽孔底部0.5 m部位取样，进行泥浆试验。孔内泥浆比重、含砂量、粘度均应满足设计技术要求[清孔换浆结束1 h后，槽孔内淤积厚度不大于10 cm；泥浆密度不大于1.15 g/cm3；泥浆粘度32 s～50 s（马氏漏斗）；含砂量不大于6%]，方可进行下道工序的施工；工程52个槽孔清孔验收全部合格。

（5）接头孔刷洗。

接头孔的刷洗采用具有一定重量的圆形钢丝刷子，通过调整钢丝绳位置的方法使刷子对接头孔孔壁进行刷洗，在此过程中，利用钻机带动刷子钻头自上而下和自下而上反复刷洗，从而达到对孔壁进行清洗的目的。结束的标准是刷子钻头不带泥屑，并且孔底淤积不再增加。

4.3 槽段连接

本工程槽段连接采用“接头管法”，一期槽孔清孔换浆结束后，在槽孔端头下设接头管，混凝土浇筑过程中及浇筑完成一定时段内，根据槽内混凝土初凝情况逐渐拔起接头管，在一期槽孔端头形成接头孔。二期槽孔浇筑混凝土时，接头孔靠近一期槽孔的侧壁形成圆弧形接头，墙段形成有效连接。该方法是目前国内外防渗墙槽段连接的较好方法，节约了套打接头混凝土时间，提高了功效；节约了墙体材料，降低了费用；确保了Ⅰ期槽与Ⅱ期槽套接厚度。Ⅰ、Ⅱ槽接头孔孔形质量好，孔壁光滑，不易在孔端形成较厚的泥皮，同时由于其圆弧规范，也易于接头的刷洗，不留死角，确保了接头的接缝质量。

4.4 钢筋笼及灌浆预埋管下设

（1）钢筋笼。

坝左0+009.12～坝左0+101.00混凝土防渗墙为C20F100W8二级配钢筋混凝土。下设钢筋笼防渗墙槽段长度分别为6.6 m和5.75 m，最大深度为80.0 m，每节钢筋笼长度为13.5 m，最深部位的钢筋笼分为6节，设计钢筋笼最大重量约为44.6 t，采用25 t汽车吊和抓斗下设，上下节钢筋笼在槽孔口采用单面搭接焊连接。

（2）灌浆预埋管。

根据防渗墙下帷幕灌浆设计图纸中灌浆孔的位置，在相应槽孔的钢筋笼上加装上灌浆预埋管，随钢筋笼一起下设；由于防渗墙下帷幕灌浆预埋管深度较大，最深处达到75 m以上，为保证帷幕灌浆成孔质量，在防渗墙孔深小于40 m时，预埋管采用Φ108 mm PVC管；当防渗墙孔深大于40 m时，预埋管采用Φ80 mm钢管。

4.5 槽孔浇筑

采用泥浆下直升导管法浇筑。导管底口距孔底（15～25）cm，混凝土开浇时采用压球法开浇，每套导管均下入隔离塞球。

开浇时，依据从最深孔处逐管开浇的顺序进行，待混凝土面上升至下一根导管底端高程时，此根导管开浇，并与前根导管保持连续浇筑。为防止混凝土过多进入未开浇的导管，施工中，将最深导管处的测绳放至孔底，随时监测混凝土面深度值。当该值比次深导管处的孔深小10 cm左右时，次深处导管开浇。依次类推，直至最后一根导管开浇。这样可以保证槽内混凝土面基本相平。

开浇后，严格控制混凝土面的高差和导管埋深以防混浆和夹泥，施工中具体措施是：各导管保持均匀进料，定时定点测量混凝土面高度（每半小时测量一次混凝土面深度）；绘制混凝土浇筑上升曲线、做好导管拆卸记录；二是在浇筑过程中控制好分料斗出口控制门的开度，使混凝土徐徐进入漏斗，控制好进料速度，以防产生“压气”和漫溢现象。

在临近终浇时，根据孔深和理论上升高度，及时确定所需混凝土量，并及时通知拌合站。为保证墙顶混凝土质量，终浇高程按超浇设计高程0.5 m控制；设计浇筑高程与孔口平齐时，孔口挤出纯混凝土后方可终浇。

监理工程师控制检查的主要项目：①浇筑导管埋设及其支撑应满足要求；②混凝土浇筑能力应能满足槽内混凝土面的上升速度不小于2 m/h；③清孔验收至混凝土入槽前的间隔时间应满足设计技术要求，且孔底淤积小于10 cm；④浇筑混凝土时，严格控制上升速度，保证槽内混凝土面均匀上升。

在浇筑现场，按照规范要求，批量抽检混凝土熟料的坍落度、扩散度等指标，并随机取样成型检测其28 d的抗压强度、渗透系数、弹性模量和抗冻强度等物理力学指标。

5 特殊情况处理

本工程地层比较复杂，特别是含漂（块）石砂卵砾石层，该地层透水性强，且含有大孤石，在施工中时常发生塌孔、漏浆、遇到大孤石的情况，为保证施工正常进行采取以下措施：

（1）槽孔渗漏、塌孔。

施工前备足大量的堵漏材料（如石灰、粘土等）；施工时密切关注成槽过程中的地层变化，地层较为疏松时控制成槽速度，采取“反复式”回填堵漏材料、重凿挤密的方法来事先预防，保持槽内泥浆面的适当高度，及时补充泥浆以保持孔口稳定。

（2）钻进时遇大孤石。

当钻进时遇大孤石采用孔内爆破和抓斗重凿法将其击碎。

（3）接头管起拔特殊情况处理。

3-12槽孔1、2号接头管曾在起拔过程中，剩余30.5 m时，起拔压力突然增大，致使拔管机因起拔压力过大，而锁死造成铸管。采用制作特殊的单反弧钻头，施工3-11槽5号主孔和3-13槽1号孔至铸管底部1.0 m，掏空接头管与原始地层的接触面，降低接头管与地层的摩擦阻力，再利用吊车起拔所铸接头管的措施处理成功。

6 防渗墙施工质量检查与评价

防渗墙施工结束，按规范及设计要求，共布置了6个检查孔，其中4个墙体取芯及注水试验检查孔，2个接缝取芯检查孔。4个墙体检查孔的孔深分别为23.36 m、79.10 m、79.20 m、79.22 m，各段注水试验结果均满足设计要求K≤i×10-8（i=1～9）。接缝检查孔取出岩芯，接缝连接密实，接缝刷洗干净，无泥质成分。检查孔岩芯照片见图2、图3。