石板沟水库工程防渗墙及帷幕灌浆施工技术

张 龙

(甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

石板沟水库地处天祝藏族自治县境内，天祝藏族自治县位于甘肃省中部，黄河北岸，隶属于甘肃省武威市，位于武威市的南部。其地理位置为北纬36O46＇～37O53＇、东经102O02＇～103O38＇，总面积为6558km2。兰新铁路和国道312线由东南向西北穿越天祝县，县乡交通以公路为主，对外交通尚属便利。石板沟位于天祝县域西北部，河道顺直，呈基本对称的“U”字形，河谷底宽为150～350m，河床自然比降为4%～6%。库区主要为石板沟沟道，沟谷较开阔，两侧无阶地。沟底漫滩发育，现为草场。地层岩性主要为上三叠统延长群(T3yn)砂岩、砂质页岩、炭质页岩以及第四系各种成因的松散堆积物，库区地质构造作用不强烈。河谷覆盖层埋深为7～18m，基岩大面积出露，库周两岸基岩面高于正常蓄水位线，岩层倾向库内。

2 防渗墙施工

2.1 修筑施工平台

混凝土防渗墙施工平台主要包括冲击钻平台、倒浆沟及混凝土运输浇筑设备平台。泥浆管道、水管、动力线路布置在钻机下游侧；混凝土浇筑设备沿施工轴线布置在操作平台上游侧。根据本工程项目施工特点及实际施工要求，初步设计施工平台宽12m，长118m。为便于施工，在填筑碾压施工平台时高出原始河道1.5m。

导墙开挖前放出防渗墙中心线，在中心线(大坝纵0～035，横0+126.29～0+242.42，总长161.13m为施工方便修筑的平台两侧均加长1m)两侧用石灰撒出填筑平台轮廓线，先用挖掘机配合装载机整平填筑基础并压实。在建设单位指定的黏土料场用自卸汽车取料修筑施工平台，筑台压实采用履带式挖掘机分层压实直至达到设计标高。

2.2 导墙施工

(1)施工要点

导墙的施工要严格遵守导墙设计图纸，因为导墙直接关乎到防渗墙体的定位。在考虑工程的安全性与经济性时应侧重于安全性，首先确保施工人员的人身安全，安全的施工环境才能确保工程的顺利实施[1]。导墙由C20钢筋混凝土浇筑而成，根据现场实际情况确定为“г”型，其取值范围为顶宽1.6m，高1.5m。

(2) 导墙浇筑施工

首先按照设计图纸标定出防渗墙中心线，接着在中心线两侧标出导槽的边线，再进行导槽开挖施工。基槽开挖结束并经检查合格后方可进行浇筑施工。在导槽内进行混凝土浇筑，导墙浇筑的技术指标见表1。

表1 导墙浇筑的技术指标

2.3 泥浆制备

泥浆在防渗墙钻孔施工过程中具有重要作用，泥浆的功能是多方面的。其一，它可以支撑孔壁，泥浆填充钻孔后可以防止钻孔坍塌。其二，泥浆在钻具钻孔开挖过程中因为其浮力可以带走岩土颗粒，具有清洗孔洞的功能。其三，泥浆可以冷却钻具，减少钻头的损耗，节省资金。由以上泥浆的各种作用可以看出，泥浆在钻孔施工工序里面的重要性，因此施工制备的泥浆必须符合施工要求。首先，泥浆要具有较好的流动性，一旦制备的泥浆太过粘稠，便失去了清洗作用。所以本工程防渗墙施工中泥浆的制备考虑了多种因素，如钻孔施工工艺、经济要求、土料、泥浆作用等[2]。防渗墙工程中泥浆一般分为两个级别，普通防渗墙施工的泥浆制作土料一般要求为三级膨润土制浆；施工要求高并且地址条件复杂地址的防渗墙工程的泥浆拌制土料一般为二级膨润土。本防渗墙工程中泥浆的性能指标和配合比要求严格按照规范要求选定，采用二级膨润土泥浆。膨润土浆液性能指标见表2。

表2 膨润土泥浆性能指标

3 混凝土防渗墙施工

3.1 槽段划分

防渗墙体的施工首先要进行槽孔开挖。槽孔开挖前按照设计图确定导墙的位置，再对导墙进行槽段号和槽段长度的划分[3-6]。本工程混凝土防渗墙划分为一、二期槽，其槽长均定为7.0m，一、二期槽孔间隔布置。施工顺序示意如图1所示。

图1 槽段划分及施工顺序示意图

3.2 防渗墙施工

3.2.1成槽施工

如图1所示，防渗墙成槽采用“冲击钻”法施工，每一槽段先用冲击钻按设计深度钻出5个主孔，然后用梅花钻进行小墙劈裂。冲击钻施工方法不但施工速度快，节省时间及资金，而且由于其操作简单，因此槽孔开挖期间对孔斜的控制比较好，开挖成槽质量较高。本工程的槽孔开挖按照先挖一期槽，再二期槽的施工顺序进行。槽段的设计入岩深度为0.5m，当底部岩石层较坚硬时，用冲击钻进行冲凿，确保入岩深度，每一槽段配2台冲击钻同时进行冲凿。防渗墙槽孔的宽度为80cm。槽孔开挖要求孔壁平整垂直并且槽孔的中心线开挖偏差不得大于3%。

3.2.2终孔验收及清孔换浆

槽段开挖施工结束且经自检合格后报请监理工程师对开挖的槽孔和槽段的长度、宽度等进行全面检查验收，合格后进行清孔换浆施工[7-10]。在清孔换浆施工结束1h后的槽孔底部泥沙淤积厚度不大于10cm。二期槽孔清孔换浆结束前，分段刷洗槽段接头混凝土孔壁的泥皮，直到刷子钻头不再带有泥屑并且槽底淤积厚度不再增加为止。清孔换浆结束后接着进行防渗墙体的浇筑。混凝土运输方式应该根据现场施工条件合理选择，本工程采用混凝土搅拌运输车运输混凝土。混凝土浇筑采用直升导管法进行泥浆下的混凝土浇筑，浇注前，导管内应放入可浮起的隔离塞球[11-13]。

3.2.3墙体的连接

本工程混凝土防渗墙施工选用钻凿接头孔法。在一期槽孔浇注混凝土完毕且混凝土达到初凝状态后，施工人员使用冲击钻冲凿槽孔两端的混凝土。只有冲击钻冲凿的直径与槽孔开挖宽度一致才能紧密地将两个墙体连接起来。该方法施工工艺比较简单，便于施工人员操作。

3.2.4观测仪器的安装与埋设

根据设计图纸，对应力应变计及无应力计等观测仪器按照监理人的指示及监理人批准的安装方法进行安装。在仪器埋设前，事先对仪器的状况进行检测，确认无误后，进行仪器的保护和组装工作，同时应对埋设槽孔进行及时质量检查，在清孔换浆结束后，进行仪器的埋设。

3.3 重点环节控制

3.3.1基岩面的判定

槽孔底部入岩的深度必须满足设计要求。当槽孔开挖深度快接近预计基岩面时开始取样。每钻进1m便取出岩样鉴定并按编号填好标签，然后由地质人员确定基岩面。

3.3.2槽孔连接孔

一期混凝土浇筑完毕后24～36h开钻。槽孔孔壁应平整垂直于开挖面。同时在开挖过程中要严格控制孔位偏差与孔斜率。普通地层孔斜率最大为0.4%，特殊地层孔斜率最大为0.6%；槽孔接头套接孔的孔位中心的偏差值要控制在小于墙厚的1/3。

4 帷幕灌浆

4.1 帷幕灌浆设计

为保证灌浆质量，必须严格把控灌浆材料的质量，使用具有符合规范标准且能提供产品合格证明的原材料。产品在进库前必须进行相关的性能指标监测，在灌浆前需要对配置好的浆液进行密度、流动性等检测。

根据工期要求，本工程帷幕灌浆先进行防渗墙段灌浆施工。灌浆前采用150型履带式钻机在防渗墙体进行钻孔，孔位间距为1.5m，并预埋89mm镀锌管，防止在基岩钻孔和灌浆过程中对混凝土防渗墙造成二次破坏。基岩采用单排帷幕灌浆防渗形式，灌浆总长度为5884m，孔距为1.5m，共计293孔，其中Ⅰ序孔74个，Ⅱ序孔73个，Ⅲ序孔146个。

为尽可能节约工期，平均每台钻机在灌浆布置时安排两个Ⅰ序孔(其中先导孔在Ⅰ序孔中选择)，一个先导孔待凝时可移动至另一个Ⅰ序孔进行钻孔灌浆。Ⅰ序孔灌浆完成后根据分序加密的原则进行Ⅱ序、Ⅲ序孔灌浆。完成某单元工程灌浆后，根据规范要求进行检查孔钻孔压水。依次推进。其次进行左右坝基钻孔灌浆。最后进行左右坝肩和灌浆平洞钻孔灌浆。根据设计要求，本工程采用自上而下孔口封堵灌浆，以透水率q≤ 5Lu，再加钻一段下限线为相对不透水层长5m时结束。

4.2 帷幕灌浆进度计划

(1)帷幕灌浆坝横0+035.85～0+247.423段，长211.573m，7台钻机钻孔、灌浆及压水试验。2020年3月15日开始，5月15日结束，总共61天。

(2)左坝坡帷幕灌浆坝横0+000.00～0+35.85段，长35.85m；右坝坡帷幕灌浆坝横0+247.423～0+272.92段，长25.497m，17个孔，1台钻机钻孔、灌浆及压水试验。2020年5月1日开始，6月30日结束，总共 61天。

5 结语

文章主要介绍石板沟水库的防渗墙施工和帷幕灌浆施工设计。防渗墙和帷幕灌浆的施工质量直接关系到水库的防渗效果和水库安全。因此水库防渗效果直接与防渗墙和灌浆工程施工质量密切相关，混凝土防渗墙和帷幕灌浆的各个工序施工技术都极为重要。墙体的槽孔开挖、清洗、墙体连接等施工技术为重中之重，其中槽孔开挖期间的基岩面判断必须准确，确保入岩深度达到设计要求。泥浆的性能指标和配合比要结合工程地质情况等因素选定。同时为保证混凝土防渗墙和帷幕灌浆的施工质量，所有工序施工需按照规范及设计要求进行。