二塘沟水库坝基混凝土防渗墙设计施工的技术难点和对策

2015-04-08韩守都余华英

水利规划与设计 2015年1期

韩守都，余华英

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000)

1 前言

在水利水电行业内，受条件所限，常遇到在深厚覆盖层上修建大坝的工程，尤其新疆目前待开发的项目越来越集中在新疆南疆叶尔羌河流域上，叶尔羌河河床多为深厚覆盖层，且地层地质条件极为复杂，修建水利工程，坝基的基础处理难度难来越大。随着20世纪80年代初，葛洲坝水利枢纽大江围堰防渗墙首次液压抓斗、拔管法防渗墙接头施工，1997年四川冶勒水电站完成了101m深槽试验施工，1998年黄河小浪底主坝防渗墙完成;2008年新疆下坂地深102m的混凝土防渗墙单槽孔的施工完成。基础混凝土防渗墙越来越普遍使用，与其它防渗型式相比较混凝土防渗墙有自己的优势:墙体的结构尺寸、墙体材料的渗透和力学性能可根据工程要求和地层条件进行设计和控制，几乎可适应于各种地质条件，从松软的淤泥到密实的砂卵石、甚至漂石和岩层中，虽然施工有难易之分，但都可建成防渗墙;与其它防渗措施相比，防渗墙的防渗效率较高、耐久性好、用途广泛、施工方法成熟，检测手段简单直观，工程质量可靠。

2013年5月中旬顺利施工完成的新疆吐鲁番地区二塘沟水库工程大坝基础防渗墙，最大成墙深度50m，墙厚1．0m，并在墙内预埋帷幕灌浆管，墙下帷幕灌浆深度30～50m。二塘沟水库工程大坝基础防渗墙成功的技术和经验，为类似工程提供了有益的参考经验。

2 工程概况

二塘沟水库位于新疆鄯善县二塘沟河中游河段，是一个具有灌溉、石油供水、防洪等综合效益的水利工程，总库容2360万 m3，拦河坝坝高63．80m，属中型Ⅲ等工程，大坝为3级建筑物。枢纽由沥青混凝土心墙砂砾石坝、开敞式溢洪道、泄洪兼导流洞、放水灌溉洞组成。大坝坝顶宽度为8m，坝长337m，上游坝坡坡度为1∶2．25，下游坝坡坡度为1∶2．0。坝基基础防渗采用混凝土防渗墙加1排帷幕灌浆型式，防渗墙深入基岩。

坝址区河床与河漫滩宽122m，表层岩性主要为Qal4砂卵砾石，河床为深厚覆盖层，层次结构复杂，据钻孔揭示，覆盖层一般厚30～60m，自上而下可划分4层:第①层深度0～6．0m，为河床表层，地表细颗粒冲失，沉积颗粒粗大，最大粒径1000mm左右，结构疏松，透水性强，渗透系数40m/d，相对密度 0．72 ～0．77;第②层深度 6．0m～13m，颗粒组成与第①层基本一致，结构较松散;第③层深度13～42m，颗粒较小，以砂卵砾石层为主，局部夹少量薄层状含土砂砾石层，较上部颗粒变小，大蛮石、卵石粗大颗粒含量减少，结构密实，渗透系数17m/d左右，上部可见粗细颗粒互层现象，局部可见浅层承压水;第④层深度42～50m，为含漂石的砂卵砾石层，砂砾石粒径粗大，结构密实。坝址河床覆盖层均以卵砾石粗颗粒为主，粗颗粒起到了骨架支撑作用，砂和粉粒含量少，充填于粗颗粒的空隙中，卵砾石地层密实度自上而下逐渐增高，波速自上而下逐渐增大。

3 混凝土防渗墙设计

河床坝基宽124m，由于河床覆盖层深厚、渗漏问题突出，故设计决定采用槽孔混凝土防渗墙防渗，墙长125m，最大深度50m，面积5320m2，厚度1．0m，设计强度等级C20，抗渗等级W10，弹性模量E控制在22～31．5Gpa，入孔坍落度18～22cm，扩散度34～40cm，最大骨料粒径不大于40mm，槽孔孔斜率不大于0．3%，预埋灌浆管的孔斜率不大于0．3%。顶部通过采用混凝土基座(C25、W6、F200)与沥青混凝土心墙连接，基座宽3．0m，厚1．5m，墙下基岩设1排帷幕灌浆。先浇防渗墙，后进行帷幕灌浆，与两岸及坝肩防渗帷幕一起形成完整的防渗体系。施工期间，河床覆盖层左右岸坡基岩处，先导孔查明岸坡基岩形态，然后进行防渗墙施工，并加密、加强帷幕灌浆，保证防渗墙与岸坡基岩接触紧密。在防渗墙施工前进行地质复勘工作，复勘孔每个一期槽布置一个，两岸陡坡段适量增加，复勘孔根据冲击钻穿透覆盖层，在槽孔内布孔勘探。

4 混凝土防渗墙施工

4.1 槽段划分及造孔成槽

防渗墙施工分两期进行，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔。综合考虑地层、墙体深度、设备能力等，防渗墙槽段划分为两种形式:深槽段划分遵照“Ⅰ期小槽、Ⅱ期大槽”的原则，即所有Ⅰ、Ⅱ期槽槽长为6m，主孔1．0m，副孔1．5m;浅槽段槽长8．0m，主孔1．0m，副孔2．5m，共分22个槽段。防渗墙成槽采用“三钻两抓”法，主孔采用CZ-6型冲击钻机钻凿成孔。副孔上部覆盖层为抓斗施工，底部基岩采用CZ-6型冲击钻机钻凿，直至终孔深度。防渗墙在造孔成槽过程保证槽孔壁平整垂直，孔位中心允许偏差不大于3cm、孔斜率不大于0．3%。

施工平台宽度为17m，上游7m铺设卧木、枕木和轻轨作为钻机施工平台，下游10m作为抓斗作业、倒渣、下设预理管、混凝土浇筑、临时交通等施工平台。导墙轴线与防渗墙轴线平行一致，采用全断面开挖后立模浇筑钢筋混凝土梯形断面，高度2．0m。

固壁泥浆采用高性能泥浆，以粘土浆及膨润土浆为主，不良地层段采用新型白色MMH正电胶泥浆，保证固壁效果，使深墙顺利施工。

4.2 先导孔施工及确定基岩面

为了准确判定基岩顶面的高程，确保防渗墙底部深入基岩内，当孔深接近预计基岩面时，即应开始取样，对岩渣样成分进行分析，直至岩样判定为基岩。若岩渣确定基岩较困难时，为确保防渗墙底部深入基岩内，防止因基岩成份的孤石、卵石或上部掉块等因素造成岩样误判，根据现场施工情况分析，选择合适的、已初判孔底为基岩的主孔或副孔，架设地质取芯钻机，并下套管至孔底，采用双管单动钻具取岩芯验证，实际取芯进尺4～12m。在坝轴线河床段坝基7个槽段完成了9个取芯验证钻孔，钻孔最大间距为28m，最小间距为2．5m，经钻孔取芯，岩芯呈柱状，清晰明了。为此，可靠的验证并确定了实际的基岩面形态和高程，保证防渗墙可靠嵌入岩石。

4.3 墙体混凝土浇筑

防渗墙浇筑混凝土前，槽孔用抽筒清渣并置换新鲜泥浆清孔，定位架和桁架结构固定预埋管下设预埋灌浆管，混凝土浇筑导管采用快速丝扣连接的Φ250的钢管，导管埋入混凝土内的深度保持在1～6m之间，防止泥浆进入导管内，混凝土必须连续浇筑，槽孔内混凝土上升速度不小于2m/h，并连续上升至高于设计规定的墙顶高程以上0．5m。混凝土防渗墙施工接头处理采用“接头管法”进行槽段连接，接头管起拔采用YBJ-800型大口径液压拔管机。

4.4 墙体质量检查

防渗墙成墙28天后进行钻孔检查，检查孔分为骑缝孔和墙体孔，且保证接头孔段至少有一个检查孔。钻机选用XY-2型地质钻机，检查孔直径不小于110mm。检查孔深度小于防渗墙设计深度2．0m，自上而下分段取芯钻进，分段作压(注)水试验。

墙体质量检查结果表明，混凝土强度22．5～28．2MPa，弹性模量为 27．6 ～ 29．3Gpa，抗渗指标大于W10，满足设计要求。

5 大坝基础处理的难点及对策

5.1 大坝基础处理难点

大坝基础混凝土防渗墙为整个大坝工程的关键线路，其工程难点如下:地层条件较差，表层为强漏失地层，粗颗粒漂卵石含量高，有粒径超过1m的孤石，覆盖层有较大水头和水量的承压水，危及槽孔的施工安全。防渗墙深度50m，预埋管施工难度大、工期紧。根据河道径流情况，防渗墙只能在10月～次年5月枯水期施工。

5.2 采取的对策

(1)冬季施工应对措施

设置混凝土拌合楼据施工现场较近，进行骨料加热及混凝土运输系统保温，尽可能选择温度高的时段连续浇筑。采用先进设备，减少人员投入。造孔设备以抓斗为主，抓斗机械化程度高，生产人员少。

(2)强漏失地层成槽

河床表层13m具强渗透性，是主要的渗漏通道，造孔时泥浆大量漏失，严重时会发生槽孔坍塌事故。因此采取槽孔造孔前预灌浓浆，以封闭强漏失地层的渗漏通道，为造孔创造有利条件。当造孔发生漏浆时，迅速向槽内投入粘土、碎石土、锯末、水泥等堵漏材料，并及时向槽内补浆，以避免塌槽事故的发生。必要时采用新型高亲水速凝材料堵漏。

(3)墙段连接

采用“接头管法”的槽孔连接方法有效地保证Ⅰ、Ⅱ期槽孔的搭接厚度，不仅质量好，而且节约混凝土浇筑和钻孔时间，有利于缩短工期。

(4)大块径孤石钻进

大块径孤石岩性坚硬，冲击钻进工效低，孤石形状不规则，易歪孔，修孔时间长，影响进度和工期。主要对策为槽内爆破和重凿(锤)冲砸，在防渗墙造孔中遇大块径孤石时，采用全液压工程钻机跟管钻进，在槽内下置定位器进行钻孔，钻到规定深度后，提出钻具，在漂卵石、孤石部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后漂卵石、孤石被破碎，加快了钻进速度;若在造孔过程中遇大孤石，影响成槽工效时，使用钢丝绳抓斗提升10吨以上重凿冲砸破碎后，然后利用抓斗抓取。