病险土石坝低弹模混凝土防渗墙施工技术.pdf

内 蒙 古 水 利 2 0 1 2年第 3期( 总第 1 3 9期 ) 【 设计 施 工 】 病险土石坝低弹模混凝土防渗墙施工技术 韦 钦 ( 福建省宁德市水利电力工程局 福建 宁德 3 5 2 1 0 0 ) 摘要 文章介绍低弹模 混凝土防渗墙在建新水库除险加 固工程 中的应用 ， 对低弹模 混凝土防渗 墙设计、 施工中有关技术参数、 施工工艺和质量控制指标等作 了论述 ， 重点分析 了混凝 土导向槽和施 工平台的制作、 槽孔建造、 清孔换浆 、 泥浆下混凝土浇筑、 段墙连接等施工方法， 并结合相关检测结果， 说明低弹模混凝土防渗墙在 中小型水库除险加 固工程 中的实用性 ， 可供相似条件工程参考。 关键词 低弹模混凝土防渗墙 ； 除险加 固； 施工技术 中图分类号： T V 4 3 1 文章标识码： B 文章编号： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 3 0 0 3 1 工程概况 效益发挥， 需要对大坝进行防渗加固处理。 建新水库位于福建 省福清市渔溪镇建新村， 大坝 上游集雨面积为 4 4 8 k m ， 总库容 3 8 9 2万 m ， 是一 座主要功能为灌溉 的中型水库 ， 又兼具发 电、 供水 、 防 洪等其它功能 。大坝坝型为粘土心墙土石混合坝 ， 最 大坝高 5 0 7 9 m， 坝顶 高程 7 7 7 9 m， 防浪墙顶 高程 7 8 6 m， 心墙顶高程 7 5 2 6 m， 坝顶长度 3 3 5 0 m， 坝顶 宽度 5 0 m。上下游 坝坡均为干砌块石护坡 ， 大坝基 础岩性为流纹质晶屑凝灰岩。 建新水库工程于 1 9 7 0年 l 2月动工兴建 ， 1 9 7 4年 5月 ， 枢纽工程基本建成 ， 1 9 7 71 9 8 0年 ， 完成保坝加 固。经过 3 0多年的运行 ， 大坝 已步人老化状态 ： 大坝 压实填土( 粘土心墙 ) 的干密度较小， 压实度大部分小 于规范要求的 0 9 6 0 9 8 ； 坝体粘土心墙渗透系数现 场注水试验平均值为 3 1 71 0 e m s ( 属弱透水性 ) ， 大于规范要求 的 11 0 e m s ， 坝体存在渗漏 问题。 坝基接触部位透水率大于 5 L u ， 坝基局部 出现 q=3 8 1 0 L u 、 坝肩出现 q=2 7 9 0 L u ， 存在坝基接触渗漏 、 接 触冲刷和绕坝渗漏等问题 ， 严重威胁坝体安全 和正常 2 防渗墙墙体质量控制 2 1 墙体设计指标 防渗墙墙体 厚度 t=0 8 0 m， 混凝 土 强度等 级 C 1 5 ， 抗压强度 7 5 MP a R 2 8 d 1 0 M P a ， 渗透系数 K 1 0 1 0I e m s ， 弹性变形模量 2 0 0 0 MP a E 2 8 d 5 0 0 0 MP a ， 允许渗透比降 J 96 0 ， 坍落度 1 8 2 2 e m， 扩散度 3 4 4 0 e m， 初凝 时间不小于 6 h ， 终凝时间不 大于 4 h ； 密度不小于 2 1 0 0 k g m 。 2 2 原材料的技术参数 水泥： 选取普通硅酸盐水泥 P O 3 2 5 。 水 ： 通过检验水库水符合混凝土拌和用水标准 ， 因 此可直接从水库提取。 粗骨 料 ： 选用 机 械 加工 的碎 石 ， 最 大 粒 径 4 0 m m， 含泥量 1 ， 泥块含量 40 5 ， 超径含量不大于 5 ， 逊 径 含 量 不 大 于 1 0 ， 饱 和 面 干 吸 水 率 1 5 0 。 细骨料 ： 细度模数为 2 4 3 0范围的中砂 ， 含 泥量1 ， 饱和面于吸水率 1 6 。 5结论及建议 经过 比较， 第一种方案是一种比较传统的方法， 其优点表 现为施工工艺较为成熟， 处理成效较稳定； 但材料的有效利用 率不高， 施工工期较长。第二种方案采用了德国新型材料和工 艺， 其优点表现为材料成本低 、 有效利用率高， 施工速度快 ； 但 其对环境的适应能力不够， 施工工艺需要进一步探索、 试验和 改 良。 在施工过程中， 为了应对所遇到的各种施工难点， 试验了 多种处理方法。首先， 对于此类深大竖井的混凝土渗水裂缝处 理， 应给予足够的重视 ， 并为施工提供足够的资源和空间， 对于 可能存在的施工难点应提前考虑， 早做安排； 其次， 在单靠渗水 裂缝封堵不能达到效果的情况下 ， 可采取其他相应的辅助措 施 ， 如系统或随机排水孔措施， 这样做一方面可以降低覆盖层 和渗水裂缝内的地下水压力， 为裂缝封堵提供便利， 另一方面， 可以作为永久排水之用； 再次 ， 对于年温差较大的地区， 在施工 条件允许的情况下， 若能等待 2 3个冬季寒冷期过后， 混凝土 裂缝稳定之后进行处理， 效果较理想。 ( 编校 ： 王字霞 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 2 8 病险土石坝低弹模混凝土防渗墙施工技术韦钦 3 1 外加剂 ： 木钙缓凝减水剂 ， 掺量根据当地其它材料 经试验确定， 并参照 水泥混凝土外加剂技术规程 D L T 5 1 0 01 9 9 9有关规定执行。 粘土 ： 粘粒含量不小于 5 0 ， 塑性指数不小于 3 5 。 膨润土： 粘粒含量不小 于 5 5 ， 塑性指数 不小于 6 0。 3 低 弹模 混凝土 防渗墙施 工 该工 程 防渗 墙 轴 线 总 长 3 2 2 7 m， 防 渗 面 积 1 0 9 0 2 m ； 按长度 7 2 m为一槽 段进行分孔 ， 共划分 4 7个槽孔 ； 防渗墙施工工艺选用“ 抓斗成槽 ， 冲击钻平 底” ， 坝体粘土部分采用抓斗成槽 ， 底部基岩采用 冲击 钻“ 钻凿法” 进行嵌人基岩 0 5 m。 3 1 防渗墙布置 建新水库大坝坝 顶高程 7 7 7 9 m， 坝顶 宽度 5 0 m， 防渗墙顶高程 7 4 6 m。为了便 于混凝土防渗墙施 工期间设备的布置， 将大坝坝顶开挖至高程 7 4 6 m， 形成距上游坝肩 2 6 m的防渗墙 中心线 ， 距下游坝肩 1 0 2 m， 总宽度 1 2 8 m的工作平台。根据大坝地质剖 面 ， 防渗墙最大墙深为 4 9 8 m， 平均墙深为 3 3 8 m， 防 渗墙底最低高程为 2 4 8 m， 大坝加固标准横剖面见 图 1。 。 一1 8 3 0 j = ：1 jI 图 1 大 坝 加 固标 准 横 剖 面 3 2 施 工 工艺流 程 结合本工程特点 ， 得 出本工程混凝土防渗墙的施 工流程。交通布置及水电准备一制浆池及弃浆池的开 挖一平整加 固施工场地一测量放样一导墙施工平台的 构筑一轨道的铺设 造孔钻机 的组装一 I 期槽段造孔 一 清孔换浆一浇筑导管下设一混凝土浇筑一接头孔钻 凿一 期槽段施工。 3 3 主 要施 工方 法 3 3 1 混凝 土导 向槽 施 工 导向槽采用现浇钢筋混凝土连续板 梁 ， 高度 1 0 m。在导向槽土方开挖和混凝土浇筑施工之前 ， 要对 防渗墙轴线进行精确的测量放样。要求浇筑成型的导 向槽满足以下技术指标 ： 导向槽混凝土表面平直 ； 与防 渗墙中心线平行， 允许偏差为 1 e m； 导向槽顶面高程 整体允许偏差与单幅允许偏差分别为 1 C m、 0 5 c m； 导向槽间净距允许偏差为 0 5 e m。为了防止槽 段清孔施工时其它槽段泥浆 的流人 ， 导 向墙混凝土拆 模后 ， 在导向墙内侧 回填 黏土 ， 同时， 也避免未施工槽 段导 向墙水平移位的产生。 3 3 2冲击造孔成槽 根据工程地质条 件， 本工程选用 G B一3 0型液压 抓斗和 C z一 3 0型冲击钻机进行成槽 施工。防渗墙坝 体土层采用“ 抓 斗成槽 ， 冲击钻平底” 施工工 艺 ； 底部 弱风化流纹质 晶屑凝灰岩 ， 采用冲击钻“ 钻凿法” 施工 工艺 。 ( 1 ) G B一3 0型液压抓斗 ， 基本性能参数 如下 ： 斗 体厚 7 8 0 m m， 开 斗 宽度 2 8 0 0 mm， 开 斗高度 7 5 0 0 mm， 斗容 1 0 m ， 斗重 l 2 2 t 。 ( 2 ) C Z一3 0型冲击钻 机 ， 基本性能参数 如下 ： 钻 头直径 5 8 0 m m， 钻头重 4 t ， 最大成孔深度 8 0 m， 主卷 扬电机 3 7 k W， 最大提升能力 5 0 k N， 泥浆泵 3 P N L 。 确定施工槽孔长度 ： 为 了减少槽段 之间接头 的数 目， 宜尽量加长槽段长度 ， 但受本工程成槽深度及坝基 地质条件等因素限制 ， 槽段也不宜过长。结合诸多条 件 ， 最终确定本工程 防渗墙每槽段标准长度确定为 7 2 m， 划分为 I、 期槽 ， 间隔布置 ， 分序施工。 冲击钻机入岩施工顺序 ： 先钻凿主孔 ， 再按顺序劈 打副孔 ， 最后清除主副空之间的“ 小墙 、 半牙” 等。 “ 抓斗成槽 ， 冲击钻平底” 施工方法能充分发挥二 种机械的优势 ： 冲击钻机的凿岩能力较强 ， 抓斗抓取 的 效率较高 ， 所形成的孔壁平整 ； 抓斗在成槽施工 中遇到 坚硬地层时 ， 随时可换上 冲击钻机或重凿克服 ， 此法一 般比单用冲击钻机成槽提高工效 1 3倍 ， 地层适用性 也较广。主孔的导 向作用能有效地防止抓斗造孔时发 生偏斜 ， 当地层为粘土或砂土层时 ， 主孔宜采用 回转钻 机钻进 ， 以提高钻进工效 。 在基岩中造孔时 ， 需要选择不同的造孔方法 ， 一般 根据岩石的风化程度来判 断选 用 ， 例 如， 较坚 硬岩石 中， 可选用“ 重打冲击 ” 法 ， 风化较破碎岩石 中， 可选用 “ 轻打啃取” 法 。 3 3 3 泥浆 置换及 清孔 验 收 ( 1 ) 固壁泥浆 ： 固壁泥浆具 有冷却 、 润滑钻 具 ， 防 止塌孔， 稳定槽壁等作用， 特别要重视固壁泥浆参数的 选择。根据本工程实际情况泥浆 固壁选用低固相膨润 土。膨润土质量标准符合 钻井液用膨润土 ( S Y 5 0 6 0 9 3 ) 规 定的二级 膨润 土指标 。根据 施 工地层 的特 性 、 部位 、 造孑 L 方法确定泥浆配合 比为 ： 一般地层。膨 润土6 8 k g 、 纯碱 0 3 0 5 k g 、 C MC O 0 5 0 1 k g 、 聚 丙烯酰胺 0 0 0 5 k g 、 水 1 0 0 k g ； 漏失地层 。膨润土 l O k g 、 纯碱 0 3 0 5 k g 、 C MC O 1 0 2 k g 、 水 1 0 0 k g ； 比 重 ： 新拌泥浆1 0 31 0 5， 循环泥浆 1 1 5 ； 粘度 ： 新拌 泥浆 3 2 5 0 s ， 循环泥浆 0 2 5 m时， 应将导 管置于控制范围的最低处。 浇筑时导管埋人混凝土深度应为 1 0 6 0 m； 要 保持槽孔内混凝土面的均匀上升 ， 上升速度 12 m h ， 定时测定混凝 土面深度 ， 一 般为 3 0 mi n一次 ， 并控制 混凝土面高差在 0 5 m 内； 为了防止杂物掉到槽孔 内， 应对浇筑混凝土时的孔 口设置盖板。 严格按先深后浅 的顺序来 浇筑槽孔 ， 浇筑前 下设 可浮起的隔离球塞 ， 以堵塞导管底部 ， 并按计算准备充 足的混凝土， 保证导管底端有足够尺寸被混凝土埋住 。 浇筑过程中， 材料供应要连接不断， 按 以上要求控 制导管埋入混凝土的深度 ， 以防埋管或泥浆混掺 。 随时测量混凝 土面上升， 并做好记 录， 要做 好埋 管 、 堵管 、 泥浆混掺 、 导管漏浆等质量事故 的预防和控 制 ， 为了保证浇筑质量 ， 便于校对浇筑方量 ， 要及时填 绘混凝土浇筑指示图。 3 3 5防渗墙合拢段 处理 由于防渗墙合拢段 的施 工受地下水流 的影 响较 大 ， 因此要注意最后施工合拢段槽孔的选择 ， 一般为地 质条件较好 、 长度较短且深度不大的槽孔 ， 以保证施工 安全。本工程防渗墙接头采用“ 冲击套打法” ， 在实施 I 期槽段连接时用冲击套打孑 L ， 并在该槽孔上游侧 8 m处设置一 口直径为 1 m降水井 ， 用滤 网对 内侧进行 防护 ， 安装于井内的水泵连续抽水 ， 确保地下水位至少 低于槽 内泥浆面 2 m。种方法优点在施工方便 ， 无 需 增加其它设备 ， 增大了 I、 期混凝土的接触面积 ， 使 墙段接头 良好。 3 4防渗墙质量检测 根据要求对 防渗墙进行钻孔取芯质量检测 ， 主要 检测指标为 ： 墙体密实性能、 渗透性能 、 混凝土性能等。 常规的检测方法为在机 口取样测定混凝土 的坍落度 ， 并制模做抗压强度 、 抗折强度 和弹性模量试验 ； 成墙 2 8 d后 ， 墙体钻孔取芯做混凝土抗压、 抗拉 、 弹模试验 和渗透试验 ， 检查墙体的均匀性和相关质量问题。 抽检了4个孔位 对大坝防渗墙进行 钻孔取芯检 测 ， 检测墙体的整体质量及抗压强度 、 弹性模量和渗透 系数 ， 检测结论 ： 防渗墙墙体混凝土连续 、 完整 、 胶结 良好、 密实性较好。弹性模量范围： 3 3 2 0 4 9 4 0 M P a ， 满足设计要求。渗透系数范围： 0 2 0 2 0 6 X 1 0 e m s ， 满足设计要求。抗压强度范围： 7 6 1 3 5 MP a ， 满足设计要求 。 ( 编校 ： 郭宝丽) 收稿 日期 ： 2 0 l 2 0 3 2 2 作者简介： 韦钦( 1 9 6 8一) ， 女， 工程师， 从事水利水电工程 施工 管理工作 。