水库除险加固塑性混凝土防渗墙施工技术

2011-12-21信阳市平桥区水利工程队

河南水利与南水北调 2011年20期

关键词：槽孔膨润土防渗墙

□廖涛（信阳市平桥区水利工程队）

□何泽霞（信阳市水利勘测设计院）

水库除险加固塑性混凝土防渗墙施工技术

□廖涛（信阳市平桥区水利工程队）

□何泽霞（信阳市水利勘测设计院）

尖山水库塑性混凝土防渗墙采用“钻抓法”成槽，泥浆护壁，“接头管法”连接，“泥浆下直升导管法”浇筑混凝土，从施工后的蓄水情况来看，坝体已无渗漏现象，防渗指标满足设计要求，对增加稳定、减少水资源流失起到重要的作用，为尖山水库更好地发挥作用提供了可靠的保证。尖山水库塑性混凝土防渗墙施工采用“钻抓法”成槽，泥浆护壁，“接头管法”连接，“泥浆下直升导管法”的成墙施工，作为尖山水库大坝渗漏除险加固的施工方案，并取得预期效果。

水库；塑性混凝土；防渗墙；施工工艺；质量检查

一、工程概述

尖山水库位于信阳市平桥区邢集乡，淮河支流柳河上，控制流域面积22.5km2。是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养鱼等综合利用的中型水库。水库防洪标准为50年一遇洪水设计，1000一遇洪水校核，水库总库容为1094万m3。水库于1966年动工兴建，1969年竣工。水库初建时为小（1）型水库，1973年扩建为中型水库，主要建筑物有大坝、溢洪道、东西输水洞等。

坝基为元古界浅变质岩系，岩性为云母石英片岩、角闪片岩等。呈强风化～弱风化状态。透水率为0.26Lu，属微透水体，满足设计与施工要求。大坝西侧山体岩性为云母石英片岩、角闪片岩等，夹石英岩脉，呈强风化～弱风化状态。表层岩体十分破碎，裂隙发育，透水率为16.2Lu，呈中等透水性。

防渗墙布置在原坝顶中心线下游2.0m处，为保证坝体防渗体连续性，左端与回填坝段粘土心墙搭接，则塑性混凝土防渗墙范围为0＋062～0＋385坝段及大坝至溢洪道左侧18m，总长341m。

尖山水库除险加固工程塑性混凝土防渗墙5686m2，其中粘土面积5175m2，基岩层面积511m2，采用液压开槽机成槽。

二、主要施工技术要求

一是，防渗墙土基采用液压开槽机开槽，三抓成槽（根据地质情况随时调整），按两序槽孔进行施工；二是，孔口导向墙基础修建在稳固的基础上；三是，保证槽孔壁平整垂直，孔位中心允许偏差≯3cm、孔斜率≯O.4%；遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，其孔斜率控制在0.6%以内，对于一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值不大于施工图纸规定墙厚的l/3，并采取措施保证设计厚度；四是，遇有大孤石或大量泥浆漏失的特殊地段，在确保安全的条件下，制定有效的处理措施报送监理人审批，并将处理记录提交监理人；五是，在造孔过程中，孔内泥浆面始终保持在导墙顶面以下50～100cm，严防塌孔，若孔内地质较好塌孔不严重可不用泥浆；六是，槽孔进入基岩面的嵌入深度符合施工图纸规定。采用测量方法确定岩面分布高程，岩芯妥善保存，基岩面经监理人检查确认；七是，造孔结束后，会同监理人进行槽孔质量检验，经监理人签认后，方可进行浇筑。

三、泥浆

泥浆材料符合下列要求:第一，粘土料选择粘粒含量＞30%、塑性指数＞20、含砂量＜5%、二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3～4的粘土。第二，膨润土成品料的品质符合SY5060—85的规定。新制膨润土成品泥浆或粘土泥浆性能指标分别符合SLl74-96表4.0.6和表4.0.7的规定。

循环使用的泥浆每隔1h检测一次性能指标，当泥浆超过规定的指标时，作废浆处理；废浆应集中排放到监理人指定的地点。

配制泥浆的水质符合JGJ63—89第3.0.4条的规定。按试验选定的配合比配制泥浆，粘土和水的加料量均称量计量，加料量误差＜5%，拌制泥浆所采用的外加剂及其掺量通过试验确定。储浆池内的泥浆定时搅动，不得结块和沉淀。若地质不易塌孔一般不用泥浆，干槽浇筑对防渗墙质量较好。

四、防渗墙临时工程布置

（一）施工平台

布置原则是既要满足设计要求，又要方便施工。

（二）导向槽及倒浆平台施工

为提高混凝土早期强度，使混凝土防渗墙尽早展开施工，在混凝土配方中加入适量的早强剂。导向槽开挖采用挖掘机开挖，人工辅助修坡。混凝土浇注采用人工撮料入仓，混凝土泵车运混凝土料到浇注仓位。

（三）设备及临时设施布置

根据现场实际情况，施工中采用“三抓成槽”法。液压抓斗布置在防渗墙轴线的下游侧，抓斗抓出的土基直接甩至抓斗后面的下游坡上。导向槽下游侧以外依次将倒浆平台、排浆沟、浆管、水管布置在合适的地方。

五、固壁泥浆

（一）选用固壁泥浆的原则

一是，根据膨润土泥浆形成致密泥皮的性能，在本工程施工中能最大限度的确保槽孔孔壁的安全。二是，墙底沉渣会加大墙体的沉陷变形，大量的沉渣如果混入墙体混凝土中，会形成墙体中的薄弱部位，沉淀在混凝土表面的泥渣会降低混凝土的浇筑速度。膨润土泥浆能最大限度悬浮沉渣，减少孔底的沉淀物，保证孔底成槽1h后淤积厚度控制在15cm范围内。三是，膨润土含砂量低，不易在孔底形成砂结层。分散剂采用当地化工厂生产的工业碱(Na2CO3)；增粘剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)；配制泥浆用水采用新鲜洁净的淡水。

（二）泥浆配合比

配合比确定前，按规定的检测项目进行膨润土性能测定，然后通过现场试验确定具体的配合比。

（三）泥浆制备与检验

一是，泥浆拌制选用高效、低噪音的ZJ-800型高速回转搅拌机。二是，每罐膨润土浆的搅拌时间为3～5min，实际搅拌时间，可通过试验确定后适当调整。三是，按规定的配合比配制泥浆，各种材料的加量误差不得＞5%。四是，新制膨润土泥浆检测合格后方可使用，检测项目及主要技术指标见表1。

表1 检测项目及主要技术指标表

（四）泥浆使用

一是，新制膨润土浆经充分水化溶胀后使用。二是，储浆池内泥浆经常搅动，保持性能指标均一，避免沉淀活离析。

六、防渗墙施工程序及施工工艺

（一）防渗墙施工程序

按照施工总体布置，防渗墙分段施工，按槽段划分，单号为一期槽，双号为二期槽。首先施工一期槽，再施工二期槽。分段作业，依次成槽。在同一槽内，先抓主孔，后抓副孔。

（二）防渗墙施工工艺

防渗墙施工工艺见图1。

图1 防渗墙施工工艺图

七、成槽施工

（一）槽段划分

根据本工程的地质条件及施工设备的特点，借鉴其他工程防渗墙工程施工的经验，在划分槽孔时考虑到提高抓斗工效，将副孔长度初步确定槽段长度为7m。施工中根据地层及槽孔孔壁稳定情况可以对槽段划分进行合理的调整。槽段之间采用接头管法套接。

（二）造孔

主孔施工：液压抓斗直接开挖施工，施工过程中采用泥浆护壁，浆面高程控制在槽口以下50～100cm，防止漏浆、塌孔，若地质较好不用采用泥浆护壁。副孔施工：两相邻主孔施工完毕，中间的副孔采用抓斗抓挖施工，基岩部分若抓斗抓挖不动，则采用冲击钻进行施工或重冲砸破碎后抓斗抓挖。

八、水下混凝土浇筑

一是，混凝土施工物理特性指标、混凝土配合比根据设计要求经试验确定。混凝土主要物理性能指标：入槽塌落度18～22cm，扩散度34～40cm。二是，混凝土灌注采用水下直升导管法，下设Φ250mm钢制导管，导管为丝扣连接。导管安装采用人工配合吊机安装，安装的间距、深度执行防渗墙施工规范。三是，水下混凝土浇筑采用球塞式隔水栓，导管距孔底的距离大于球塞的直径。待混凝土料充满导管和分料斗后上提适当距离，让混凝土一次封住导管底。四是，强制式搅拌机拌和均匀后由混凝土泵车送入溜槽，再由溜槽分流进入各个导管。在浇筑混凝土中，控制各导管均匀下料，使槽内混凝土面高差＜0.5m，根据混凝土上升的速度和导管埋深及时抽拔导管，槽孔内混凝土面上升速度控制在2m/h以上。

九、防渗墙槽段连接

防渗墙槽段连接采用接头管法。一期槽成槽后，在槽段两端孔位置下设Φ50cm钢制接头管，孔口固定，在混凝土浇筑过程中，根据混凝土初凝时间和混凝土面上升速度及上升高度起拔接头管。混凝土浇筑后接头管部位形成二期槽端孔，待二期槽成槽后连接成墙。接头管分节制作，插销连接，采用吊机起拔。

（一）接头管下设

按槽孔深度配置接头管。下设前检查接头管底阀是否正常，底管淤积泥砂是否清除，接头管接头的卡块、盖板是否齐全，锁块活动是否自如等。

采用吊机起吊接头管，先起吊底节接头管，对准端孔中心，垂直徐徐下放，一直下到销孔位置，用钢管对孔插入接头管，继续将底管放下，使钢管担在拔管机抱紧圈上，松开保护帽固定螺钉，用清水冲洗接头结合面，然后吊起第2节接头管，卸下接头保护帽，打开卡块盖，用清水将接头内圈结合面冲洗干净，对准接头插入，动作要缓慢，接头之间决不能发生碰撞，否则会造成接头唇部变形，使接头连接困难。用卡块卡接时，将卡块旋入并锁定。

吊起接头管，抽出钢管，下到第2节接头管销孔处，插入钢管，下放使其担在导墙上，再按上述方法进行第3节接头管的安装。重复上述程序直至全部接头管下放完成。

接头管下设前一定要对接头孔进行严格检测，保证接头孔的垂直度，下放过程中不能强拉硬放，防止破坏孔壁。

（二）拔管

拔管法施工关键是要准确掌握起拔时间，起拔的时间过早，混凝土尚未达到一定强度，出现接头孔缩孔和垮塌现象，起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的粘结力使摩擦力增大，增加了起拔难度，甚至接头管被铸死拔不出来，造成孔内事故。

十、特殊情况处理

（一）架空层造孔漏浆处理

主孔造孔中发生架空层漏浆采用回填当地粘土加片石并用液压抓斗挤压密实。副孔施工发生漏浆可采用回填膨润土粉、草末、稻壳、石灰或孔底灌注纯水泥浆加速凝剂处理、灌注低标号混凝土等堵搴架空层。根据以往施工经验，槽段的副孔施工时，须注意观察槽孔浆面的变化。

（二）塌孔处理

施工中遇到塌孔，采用渣土、粘土混合料回填槽孔至塌孔位置以上l.5m；再用液压抓斗压实，挤密孔壁。若坍孔较严重，可采用直升导管法回填灌注低标号混凝土填平，重新造孔。

（三）孔内遇孤、漂石爆破处理

1.孔内钻孔爆破

造孔过程中，当遇到大孤石或墙底坡度较大的嵌岩时，在孔内下设导向钢管，用XY-2型岩芯钻机在导向管内下钻孔。钻孔完毕，将药卷放置在小口径PVC管内形成爆破筒，用细铅丝吊放爆破筒到孔内爆破，将槽孔范围内的孤石或硬岩破碎成粒径＜（30～40）cm的碎块后再进行钻孔施工，以利于提高工效，保证墙体在陡坡的嵌岩深度。

孔内钻孔爆破采用非聚能圆筒形爆破筒进行。一般装填能够防水的胶质炸药，按q=0.5～O.8kg/m控制装药，用(Φ75PVC管制作爆破筒套下放到钻孔内，长度比爆破岩体厚度长20cm，用毫秒雷管分段起爆，爆破筒直径比钻孔孔径小3～4cm。施工时，可用细铅丝吊放入孔内，吊放前，准确丈量筒身及铅丝总长度并清洗钻孔，以保证爆破筒准确地下到设计位置。

2.孔内聚能爆破

采用定向聚能爆破解决不太大的孤石、漂石，可直接增加钻孔进尺，并能很好地破坏岩石光滑面，改善钻头着力点。采用孔内定向聚能爆破前，必须事先摸清孔内情况，包括孔深、孔形、地层、孔内泥浆主要指标、孔底淤积情况、孔底岩石的岩性及硬度等，然后制定出切合实际的爆破方案。在下放爆破筒之间，进行清孔换浆，以使爆破筒能够顺利的落在岩石顶面上，为使爆破筒稳定直立，可在筒身上加焊3条支腿或做钢筋框架。