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.pdf

2 0 1 5 年第 1 期 水利规划与设计 科研 管理 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 01 5 0 1 0 1 9 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 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 8 3 0 0 0 0 ) 摘 要 ：二塘 沟水库大坝是 建在 深厚覆 盖层上的沥青混凝土心墙砂砾 石坝，坝基 渗漏问题 突 出，在 水资源异常珍 贵 的新疆吐鲁番地区，为把坝基渗漏尽可能截断，坝基采用槽孔混凝土防渗墙防渗，防渗墙最大深度 5 0 m，墙厚 1 0 m，面积 5 3 2 0 m 。防渗墙在不均一深厚砂 卵砾石地层 的施工 、强 漏失地层 成槽、冬 季施 工 的应 对措施 、墙段 连接、大块径孤 石钻进等成功的经验 ，可为类似 工程提供 参考。 关键词 ：深厚覆 盖层 ；混凝土防渗墙 ；基础 处理 中图分 类号：T V 2 2 3 4 文献标识码 ：B 文章 编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 4 6 0 3 1 前 言 有益的参考经验。 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 2 0世纪 8 0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，1 9 9 7年四川冶勒水电站完成 了 1 0 1 m深槽试验 施 工 ，1 9 9 8年 黄 河 小 浪底 主 坝 防 渗 墙 完 成 ；2 0 0 8 年新疆 下 坂地深 1 0 2 m 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。 2 0 1 3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 5 0 m，墙 厚 1 0 m，并 在墙 内预埋 帷幕灌 浆管 ， 墙下帷幕灌浆深度 3 0 5 0 m。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 4 6 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 2 3 6 0 万 m ，拦 河 坝 坝 高 6 3 8 0 m，属 中型 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 8 m，坝 长 3 3 7 m，上游 坝 坡坡 度 为 1 ： 2 2 5 ，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 1 2 2 m，表 层 岩 性 主 要 为 Q 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 3 0 6 0 m， 自上 而 下 可划分 4层 ：第 层 深 度 06 0 m，为 河 床 表 层 ，地 表 细 颗 粒 冲 失 ，沉 积 颗 粒 粗 大 ，最 大 粒 径 1 0 0 0 mm左 右 ，结 构 疏 松 ，透 水 性 强 ，渗 透 系数 4 0 m d ，相对 密 度 0 7 2 0 7 7 ；第 层 深 度 6 0 m 1 3 m，颗 粒组成 与第 层基 本一致 ，结构 较松 散 ；第层深度 1 3 4 2 m，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 1 7 m d左右 ，上部可见粗 细颗粒 作者简介 ：韩守都 ( 1 9 7 1年一 ) ，男 ，高级工程师。 科研 管理 水利规划与设计 2 0 1 5 年第 1 期 互层 现象 ，局 部 可 见 浅 层 承 压 水 ；第 层 深 度 4 2 5 0 m，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 白上而下逐渐增大。 3混凝 土防渗 墙设计 河床坝基宽 1 2 4 m，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 1 2 5 m，最大深度 5 0 m，面积 5 3 2 0 m ，厚 度 1 0 m，设计强度等级 C 2 0 ，抗渗等级 W1 0 ，弹 性模量 E控 制在 2 23 1 5 G p a ，入孔坍 落度 1 8 2 2 e m，扩 散 度 3 44 0 c m，最 大 骨 料 粒 径 不 大 于 4 0 mm，槽 孔孑 L 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 ( C 2 5 、W6 、F 2 0 0) 与 沥 青 混凝 土 心 墙 连 接 ，基 座 宽 3 0 m，厚 1 5 m，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 孑 L 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 槽段划分及造子 L 成槽 防渗墙施工分两期进行 ，先施工I 期槽孔，后施 工 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 、 期大槽” 的原则 ，即所有I 、 期槽槽长 为 6 m，主孔 1 0 m，副 孔 1 5 m；浅槽 段 槽 长 8 0 m， 主孔 1 0 m，副孔 2 5 m，共分 2 2个槽段。防渗墙成 槽 采 用 “ 三 钻 两抓 ” 法 ，主孔 采 用 C Z 一 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 C Z 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 3 e ra、孔 斜 率不大 于 0 3 。 施工平 台宽度 为 1 7 m，上 游 7 m 铺设 卧木 、枕 木 和轻轨作为钻机施工平台，下游 1 0 m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 昆 凝土梯形断面 ，高度 2 0 m。 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 孑 L 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 41 2 m。 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 2 8 m，最 小 间 距 为 2 5 m， 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 ，槽孑 L 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 2 5 0的钢 管 ，导 管 埋入 混凝 土 内的深 度保 持 在 1 6 m 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 2 m h ，并连 续 上升 至高于设计 规定 的墙 顶高程 以上 0 5 m。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 Y B J 一 8 0 0型大口径液压拔管机。 4 4墙 体质 量检 查 防渗墙 成墙 2 8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 X Y 一 2型地质钻机 ，检查孑 L 直径 不小 于 1 1 0 ra m。检 查孔 深 度 小 于 防渗 墙设 计 深 度 2 0 m， 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 2 2 5 2 8 2 MP a ，弹性模量 为 2 7 6 2 9 3 G p a ，抗渗 指标 大于 W1 0 ，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 4 7 2 0 1 5 年第 l 期 水利规划与设计 科研管理 漏失地 层 ，粗 颗 粒 漂 卵 石 含 量 高 ，有 粒 径 超 过 1 m 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 5 0 m，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 1 0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 1 3 m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、 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 1 0吨 以上 重 凿 冲砸 破碎 后 ，然后 利用抓 斗抓 取 。 6 结束语 二塘沟水库 河床段槽孔混凝 土防渗墙于 2 0 1 2 年 1 1月开 始施 工 ，至 2 0 1 3年 5月 槽孔 混 凝 土施 工 完毕 ，施 工速 度快 、质量 好 ，防渗 墙 在不 均 一砂 卵 砾石 地层 的施 工 、强漏失 地层 成槽 、冬季 施 工 的应 对措施 、墙段 连接 、大块 径孤 石钻进 等成功 的经 验 ，可 为类 似工程 提供 参考 。 参 考文献 1 水利水 电工程混凝 土防渗墙施 工技术规 范 ( S L 1 7 4 - 9 6) S 中国水利水电出版社 ， 1 9 9 5 ( 上接 第 3 0页 ) 5 4抗风 险分 析 设定不同的工况组合 ， 或增加降雨量 ， 或提高最 大小时降雨强度， 或抬高圩区内起调水位等工况下 ， 研究 圩 区最高 水 位 的 变 化 ， 以 验证 圩 区除 涝 的抗 风 险 能力 。 本次抗风险分析中工况为三个组合 ： ( 1 ) 最 大 2 4小时面雨量不变 ， 其 中最大 1小时 降雨强度 调 整 为 2年 一遇 4 4 3 m m； ( 2 ) 将 2 4小 时 标 准 暴 雨 增 加 1 5 ， 即 2 4小 时雨 量 为 2 3 0 2 3 m m； ( 3 ) 考 虑 天 气预报不准及管理疏忽等因素 ， 圩 内起调水位抬高 到 2 2 m。经 过 对 这 三种 工 况分 别 进 行 风险 分 析 可 知 ： ( 1 ) 在按规 划要求进行 预降 时， 即便 遭遇小 时 降雨强度增大 的工况 一 ， 圩 区泵 站流量强力抽排 ， 各 圩 区 可 以做 到基 本 不 出险 ； ( 2 ) 当 发 生 超 标 准 暴 雨 时， 由于 2 4小 时降雨量增加 ， 即便 预降到位 ， 个 别圩 区仍会 出险 ； ( 3 ) 若 雨前预 降不到 位 ， 即使在 发生规划标 准降雨 时 ， 少部 分圩 区仍将 会 出现险 情 ， 可见雨前预降工作十分重要。 4 8 6 结 语 ( 1 ) 通过计算分析可知 ， 庄行现状 9个圩区的排 涝 泵站 规模 ， 除张 云和 新苑 圩 区外 ， 大部 分圩 区基本 满 足规 划标 准要求 。 ( 2 ) 提 出圩 区布局规 划设 想 ， 庄 行地 区 由现状 9 个 圩 区调整 成 1 0个 ， 根 据各圩 区规划 水 系 、 地形 、 控 制水位 等情况 ， 经 计算 各圩 区泵站 装机 总流 量为 8 6 2m s 。 ( 3 ) 在 暴雨 来 临 前 ， 圩 区水 位 从 常 水 位 降 至最 低控制水位的预降时间在 21 5小 时， 需引起管理 部 门尤其是水闸泵站工程调度单位 的高度重视 ， 密 切关注天气预报 ， 及时预降。 ( 4 ) 完 善圩 区 防洪 除涝 设 施 ， 大 力 疏 浚 内部 河 道 ， 严格保护并恢复圩 内水 面率 。加强圩 区在汛期 的合理调度 ， 根据圩 区的特点 ， 合 理确定圩 区最低 控制水位和最 高控制水位 ， 在汛期或 台风来临前 ， 按防洪 预 案 适 当预 降 圩 区 内河 水 位 ， 减 轻 洪 涝 灾 害 。