水电站砂砾石面板坝混凝土防渗墙施工

张广江

(六盘水市水务有限责任公司，贵州 六盘水553000)

1 工程概况

某装机容量为20 MW，保证出力为2.9 MW，多年平均发电量为3 095 万kW·h。水库为年调节水库，正常蓄水位1 050 m，死水位为1 040 m，校核洪水位为1 054.2 m，水库库容为7 199 万m3。电站大坝为混凝土面板砂砾石堆石坝，是本枢纽的主要建筑物之一，坝顶长272 m，最大坝高39.8 m，上下游坝坡为1∶1.6，由防渗墙、帷幕灌浆、混凝土面板、趾板共同组成防渗体系。

水库库区位于某河干流上，河道比降约为5‰，库区河谷宽缓。坝址河谷是呈不对称的“U”字形，谷底高程约为▽1020 m，宽底约200 ～250 m。坝址左岸地形陡峻、基岩裸露，高程1 050 m以下平均坡度约70°，山顶高程约1 200 m左右。右岸坡度约为23°，为一凸向河谷的小山梁，总体走向EW 向，长约750 m，底宽约420 m，小山梁底部1 020 m高程，底宽约300 m，梁顶最高点高程1 164 m，两端为一垭口，顶部高程▽1 097 m。山梁北坡植被较好，坡度约40°，南坡植被少，坡度约35°。

坝址出露岩层为太古界变质岩，华力西期中粗粒花岗岩及第四系覆盖层。第四系覆盖层主要为河床及阶地卵砾石层，厚度约18 ～22 m，渗透系数K =50 ～80 m/昼夜。右坝肩砂壤土厚度4 ～20 m不等，北坡厚度约4 ～6 m，南坡厚度约16 ～20 m。坝址区无区域性断裂构造。

在坝址区附近及垭口处发现7 条断层及4 条较大裂隙。断层规模小，走向为NEE 向，近SN 向及NW 向。坝址区岩体主要受到物理风化，强风化厚度3 ～5 m，弱风化厚度河床约30 ～40 m，两岸约40 ～60 m。左岸陡壁存在卸荷现象，较严重卸荷带水平宽度约5 ～8 m。

水电站大坝直接建在河床深厚覆盖层上，采用混凝土面板、帷幕灌浆、防渗墙共同防渗。

防渗墙为槽板式防渗墙，墙厚80 cm，长196.8 m，平均墙深14.5 m，最大墙深19.1 m，最小墙深2.3 m，嵌入基岩深度为1 ～2 m，墙顶高程为1 014.7 m，共分为 27个槽段，造孔总进尺4 806.3 m，总截水面积为3 468.5 m2。混凝土防渗墙墙身材料为C10 塑性混凝土。防渗墙通过连接板与大坝趾板柔性连接［1－2］。

由于大坝直接建在河床砂砾石层上，为了保证大坝安全运行和控制渗流量，设计采用防渗墙对河床段砂砾石基础进行处理［3］。

防渗墙为槽板式防渗墙，防渗墙通过连接板与大坝趾板连接。防渗墙宽80 cm，最大墙深19.1 m，墙长196.8 m，墙顶高程为1 014.7 m，造孔总进尺4 806.3 m，总截水面积为3 468.5 m2，墙体为C10 塑性混凝土。

2 水电站工程的几个施工特点

2.1 工期紧

水电站合同工期为34个月，比初设工期39个月缩短了5个月，其中冬季占了18个月，而招标又占用了一部分黄金时间;工程施工合同于1998年7月5日正式签订，1998年8月28日开工，实际开工时间比原计划开工时间推迟了近两个月，这样实际施工时间比初设工期缩短了一年时间，使本来很紧张的工期矛盾更加突出。

所以，在施工过程中不得不调整施工部署，将一部分工程安排在冬季施工，这样又给施工成本的控制增加了难度。

2.2 气候寒冷，施工季节性强，有效施工时间短

水电站冬季受蒙古高压和阿留低压的控制，气候寒冷干燥而漫长，坝址多年平均气温为1.3 ℃(为国内工程所罕见，低于东北的关门山、小山、莲花等)［4－5］。

2.3 冬季施工成本大

虽然冬季施工会增加施工成本，但由于工期紧，工程任务重，冬季仍然需安排部分施工任务。在冬季施工存在很多在正常气候条件下难以克服的困难，如施工保暖等，施工成本往往很难控制。

2.4 混凝土骨料料源级配不佳

用于混凝土施工的天然砂砾石级配不理想，骨料风化严重，砂、大石含量明显偏多，而用量较大的小石明显偏少，虽在砂石骨料筛分时增加了一台颚式破碎机，仍然不能满足施工需要，造成混凝土骨料筛分量增加，大量骨料浪费，混凝土半成品成本增加［6］。

3 混凝土防渗墙施工特点

混凝土防渗墙施工具有如下特点:

1)防渗墙嵌入基岩深度为1 ～2 m;

2)河床砂卵砾石疏松，透水性强;

3)混凝土防渗墙施工，环保要求高，对弃浆、弃渣须妥善安排，泥浆排放需做处理，并尽可能提高泥浆的回收与重复利用;

4)施工期内，施工道路和室外施工受气候影响很大，特别是雨季及冬季，必须采取有效的渡汛、防寒措施，确保安全［7－8］。

4 施工方法

根据《该水电站混凝土防渗墙施工技术要求》，混凝土防渗墙施工采用CZ—22 型冲击钻造孔、泥浆固壁、水下直升导管法浇注混凝土的施工工艺，按《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》(SL174－96)的要求进行施工及验收。总体施工程序为:一、二期槽孔间隔布置，先施工一期槽孔，后施工二期槽孔。

4.1 成孔

本工程采用“钻劈法”进行成槽施工，即利用冲击钻机对一个槽段的主孔进行冲击钻进而成孔，副孔进行劈打而成孔。

由于副孔已有左右两个自由面，冲击劈打后，松散的地层颗粒就会失去稳定性而掉进两侧的主孔，这样，在主副孔造孔结束后，再处理干净小墙便得以成槽。

根据该水电站坝址的地质状况、防渗墙施工的有关技术要求及现场施工场地等条件，结合以往的施工经验，我们选用CZ －22 型钢丝绳冲击钻机，该机适应地层能力强，造孔垂直度较高，能基本保证孔型质量;结构简单，便于维修，操作方便，但由于是不循环钻进，抽砂、排渣时不能正常钻进，所以，钻进工效较低［9］。

钻机动性主要技术指标见表1。

表1 钻机主要技术指标

由于施工区地下水位高，压力大，因而使孔壁具有不稳定性，经常发生掉块和塌孔现象，尤其是17#～26#槽段，前平台几乎全部出现不同程度的塌陷，给正常的造孔工作带来了极大难度。针对这一情况，在以往施工经验的基础上，及时总结本工程施工中的经验教训，通过改进钻进工艺参数，调整泥浆性能参数，增加钻头的配重等，在努力避免发生孔内事故的同时提高了钻进效率［10］。

4.2 泥浆制备与管理

混凝土防渗墙造孔与清孔作业所使用的泥浆均为膨润土泥浆，其主要作用有固着孔壁、悬浮并携带岩屑、冷却与润滑钻具等，因此其质量的优劣直接关系着钻进速度的快慢，直接决定着墙体质量、墙底与基岩的结合质量，并且对墙段间接缝的质量也有一定影响。

根据《该水电站混凝土防渗墙工程地质勘察报告》，滦河两岸现场部位土粒料场为壤土～砂壤土，其黏粒含量较低，为11.2%，含砂量大于10%，远达不到规范要求，针对这种情况，从距工地240 km的河北隆化购进优质膨润土造浆。

在正常施工时，储浆池内放一排污泵，进行自身循环泥浆，以保证不发生沉淀。每方泥浆的配比为:碱5.6 kg，水650 kg，膨润土113 kg。泥浆的性能见表2。

表2 泥浆性能表

4.3 造孔质量检查及终孔验收

混凝土防渗墙工程是隐蔽的永久性建筑物，其质量的优劣更显得尤为重要，而造孔质量直接关系到成墙质量，因此，从造孔准备工作至造孔结束，必须进行全过程的控制和检查。在施工中，质量控制按“防渗墙施工质量控制网络”进行控制;质量检查由专职质检部门与造孔班组自检结合进行。检查的主要项目有孔位、孔宽、孔斜、孔形等5 项。

4.3.1 孔位检查

在垂直防渗墙轴线方向，以距离钢丝绳最近一根铁轨上外缘80 cm(1 ～14#槽段)、100 cm(15 ～26#槽段)来控制，其容许误差±3 mm;在平行离渗墙轴线方向，以在铁轨上注明的桩号来控制。日常检查由机组人员随时完成，现场技术人员不定期检查，以保证孔位正确。终孔验收时，在前平台一侧平行防渗墙轴线距离80 cm布一基准，进行孔位检查。

4.3.2 孔宽检查

施工时，要求机组人员勤焊钻头，现场技术人员经常检查钻头外径，以保证钻浆外径符合规范和技术要求。终孔验收时，使用符合要求的钻头进行检查。

4.3.3 孔斜检查

采用孔斜偏差值换算法，即先将钻头提出孔外，以孔位中心距铁轨或桅杆距离为标准，每下降2 ～5 m的孔口值与中心距相比，再换算出孔斜率值。正常施工时，机组人员每钻进一米测一次孔斜，半根据孔斜值确定继续钻进或纠偏。

4.3.4 孔深检查

孔深取决于嵌入基岩的深度，现场由设计及监理的地质人员进行基岩鉴定，根据鉴定结果确定孔深，在终孔验收阶段进行验收。

4.3.5 孔形检查

在进行上述检查的过程中，实际上也进行了孔形检查。一般检查是否有梅花孔、扁孔、探头石、较大的孔壁波浪形及孔底小墙。

4.3.6 终孔验收

单个槽孔的造孔作业全部结束后，须对槽孔进行终孔验收。一般先由机组自检，技术组复检，确认全部合格后，再请监理、设计及九局质安部一同会检。

4.4 清孔换浆

槽孔终孔并自检合格后，必须用新鲜的泥浆置换孔内含有大量沙粒与岩屑的泥浆，并清除孔底淤积，二期槽孔还必须清除和刷洗其两端接头孔壁上附着的泥皮和絮凝物［11］。

本工程采用抽筒换浆法，对二期槽孔端采用钢丝刷钻头刷洗法，验收时，由监理、设计随机确定抽检的孔位，进行泥浆比重、黏度、含砂量以及孔底淤积、端孔刷洗程度的检验。

4.5 泥浆下混凝土浇筑

对于建造混凝土防渗墙而言，造孔只是手段，浇筑质量合格的混凝土形成优良的防渗墙才是目的。

本工程混凝土浇筑采用直升导管法，因此在浇筑过程中必须连续进行，不得中断。

槽孔内混凝土上升速度≥2 m/h，导管埋入混凝土深度控制在1 ～6 m，各处混凝土面高差≤0.5 m，在开浇和终浇阶段适当控制浇筑速度，并相应增加测量次数，在浇筑过程中，用排污泵将槽内顶部优质泥浆抽固泥浆池或其它槽孔，节约泥浆的同时减少浇筑管外浆柱压力，混凝土终浇高程按要求高出设计高程0.5 m。

4.6 接头工艺

对混凝土防渗墙而言，其相邻墙间必须连接紧密，孔口至孔底的任意浓度连接处的墙厚必须达到设计要求。

本工程一、二期槽孔间采用套打一钻的方法进行施工，这种方法，可以完善和修正接头孔，有效地保证施工质量。

5 施工中出现的问题及处理

本工程从开工到竣工，严格按照设计要求及规程、规范组织施工，但由于该地区的某些特殊性，在实际施工过程中，不可避免地出现一些问题，下面便将在施工过程中出现的问题和处理方法予以说明:

5.1 C—17—2#孔(桩号:坝左0 +124.755 m)

在成孔过程中，由于地下水位高程没有降至低于孔口高程2.0 m以下，8#机在正常钻进时，前平台下部大面积塌陷，大量砂石滑入孔内，使孔深骤然由21.7 m 上升为6.5 m，造成钻头被埋孔内，处理未果。因该钻头所处位置已进入基岩2 m，在征得设计及监理同意后，决定放弃该钻头。为了不影响质量，槽孔浇筑完毕后，在该处布置检查孔，根据取芯情况确定是否再进行局部处理。

5.2 混凝土接缝

由于该防渗墙的孔口高程为1 018.6 m，浇筑高程为1 015.2 m，中间尚有3.4 m 没有浇筑，因此，在一期槽孔浇筑完毕后，这一段高程内存在大量的淤积物，在浇筑二期槽段时，泥浆上返，冲刷淤积物，使部分淤积沿接头滑入二期槽段落边侧，同时，混凝土浇筑即将终止时，压力降低，不足以将这些淤积物挤压出去，所以在一期、二期槽段的接头处产生一小缝隙，形状为楔形，长度为槽宽80 cm;宽度最大13 cm(上部)，最小3 cm(下部);深度为:靠近上游面一侧深度为1.5 ～2.0 m左右，靠近下游面一侧深度1.3～2.0 m左右，中间部分呈三角形，深度1 ～1.5 m左右。

此缺陷处理方法为:先将上、下游面沿墙壁一侧下挖，直至达到底部连接部位，将缝隙内的泥屑清洗干净，孔壁进行凿毛处理，之后进行支模浇筑。为安全起见，混凝土强度为C15，级配为一级配。

为避免此类事故的发生，在第二阶段的施工中，我们采取了如下几种措施:

1)接头孔刷洗次数增多。

2)一、二期槽段的接头处用闸板隔开，以防淤积物滑入。

3)二期槽段浇筑完毕后，用软轴式振捣器在接头处进行振捣，使该处的混凝土扩散均匀，与孔壁完全愈合。

6 结 语

本防渗墙工程经过全休施工人员8个月的艰苦努力，本着“安全第一，质量第一”的原则，在水电九局、设计及监理等部门的大力配合与支持下，努力克服种种不利因素，保质保量完成了施工任务。在施工过程中，机械设备性能可靠，完好率高;操作人员技术熟练;施工现场管理比较科学;实际投入的施工人员虽然比计划少，但在劳动组合上既责任明确、落实到个人，又能做到根据实际情况灵活调度，同时不断加强施工现场管理，使工程质量、安全生产、文明施工等有关规程、规范与规定得到有效的贯彻执行，从而提高了工程的综合效益。施工中，还总结了不少宝贵的实践经验，为下一个工程提供了第一手资料。

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