动水条件下深厚沙砾石地基钢筋混凝土防渗墙施工.pdf

一 D OI ： 1 0 1 6 6 1 6 j 。 c n k i 1 1 - 4 4 4 6 1 V 2 0 1 6 0 2 0 0 2 动水条件下深厚沙砾石地基钢筋混凝土 防渗墙施工 惠高飞 ( 中国水 电基础局有限公司，天津3 0 1 7 0 0 ) 【 摘要】 本文针对工程地质问题， 提出了复杂地层条件下的防渗墙成槽施工方法和关键施工技术， 以及长轴线 情况下钢筋笼高效吊运下设的技术措施。 【 关键词】 沙砾石覆盖层； 钢筋混凝土； 防渗墙施工 中图分类号 ： T V 5 4 3 文献标志码 ：B 文章编号 ： 1 0 0 5 - 4 7 7 4 ( 2 0 1 6 ) 0 2 - 0 0 0 4 - 0 4 De e p s a nd g r a v e l f o unda t i o n r e i nf o r c e d c o nc r e t e c ut - o ff wa l l c o ns t r u c t i o n un de r t he c o nd i t i o n o f d y na mi c wa t e r HUI Ga o f e i ( S i n o h y d r o F o u n d a t i o n E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， T i a n fi n 3 0 1 7 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h e p a p e r ，c u t - o ff wa l l g r o o v i n g c o n s t r u c t i o n me t h o d a n d k e y c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y u n d e r t h e c o n d i t i o n o f c o mp l e x f o r ma t i o n a s we l l a s t e c h n o l o g y me a s u r e s b e l o w r e i n f o r c i n g c a g e e ff i c i e n t l i f t i n g u n d e r t h e c o n d i t i o n o f l o n g a x i s a r e p r o p o s e d a i mi n g a t e n g i n e e r i n g g e o l o g i c a l p r o b l e ms Ke y wo r d s ：s a n d g r a v e l c o v e r i n g l a y e r ；r e i n f o r c e d c o n c r e t e；c u t o ff w a l l c o n s t ruc t i o n 1 工程概 况 红山湾水库位于甘肃省张掖市临泽县南台村， 主 要 由大坝、 输水洞、 泄洪排沙洞、 溢洪道等建筑物构成， 主坝为壤土斜墙沙砾石壳坝， 坝顶总长 2 2 3 2 m， 最大坝 高3 4 6 0 m， 水库总库容 1 7 0 0万 m 。 ， 红山湾水库是一座 工程等别为等、 年调节的中型水库。 防渗墙轴线长约 3 2 0 k m， 其 中 0 6 0 m厚 防渗墙 2 4 2 4 0 m ； 0 8 0 m厚防渗墙4 3 8 1 3 m ， 墙体材料为钢筋混 凝土， 钢筋笼下至孔底， 含筋量为 5 6 k g m 。 2 主要地质特性 河床自左向右， 沙砾石覆盖层厚度 由3 m左右逐 步过渡为 1 2 5 0 m左右 ， 即河底部基岩向右倾斜 ； 右岸 4 级阶地的沙砾石与土层的总厚度约 1 9 m； 副坝段河 床基 阶地沙砾石覆盖层总厚度 1 21 9 m， 最大厚度 2 1 m。沙砾石覆盖层渗透系数 5 0l O m d ， 属强透水 层 ； 基岩岩性与左坝肩基本相 同， 强风化带厚约 3 8 m， 弱风化带厚 约 1 01 5 m， 基 岩 面 以下 1 52 0 m 深 度内的透水率大于 5 L u ， 属中等一弱透水层。 地层中普遍存在胶结岩， 岩性硬， 并且多数地段存 在漂石， 造孔难度大。 3 施工重点难点及应对措施 3 1 深厚沙砾石覆盖层结构松散易坍塌 防渗墙施工所 在地层 多为沙 砾石 覆盖 层 ， 结构 松 散、 空隙率大、 漏浆严重 ， 极易造成槽孔坍塌。针对深 惠高飞 动水条件下深厚沙砾石地基钢筋混凝土防渗墙施工 厚覆盖松散地层漏浆、 塌孑 L 的工程实际情况 ， 其应对措 施如下 ： a 沙砾石层空隙率特别大、 地层特别松散地段采 取预灌浓浆处理。0+ 8 0 0 0+1 5 0 0段受河床冲刷 ， 上 部沙砾石层均存在架空现象。为避免施工中严重漏 浆、 塌孔， 导墙施工完成后对防渗墙轴线两侧进行预灌 水 泥黏 土浆液 ， 排距 1 8 0 m， 孔距 2 m， 孔深 8 m。 b 槽段划分时， 将槽孔长度缩短， 尽量减少成槽 过程中槽壁的临空面， 缩短成槽时间， 尽快完成成槽浇 筑 以保证槽孔安全 。 c 采取“ 赶羊法” 施工， 即一个槽段浇筑完成一定 时间后紧挨着下一槽段施工 ， 可有效避免槽段坍塌。 d 对于漏浆孔段 ， 通过采取加大泥浆 比重 ， 增加稠 度、 投放锯末、 使用正电胶泥浆等措施进行堵漏处理。 3 2 地下动水水位高 主坝河床 0+1 0 3 0+3 1 0段地下水位距地面高 程仅有 0 4 0 m， 且水流较急 ， 成槽过程 中势必会造 成槽 孔大面积坍塌。为保证防渗墙成槽施工安全 ， 必须有 一 个稳 固的施工平台 ， 主要采取如下措施进行处理 ： a 沿防渗墙施工轴线将该段作业面回填 ， 填筑高 程保证导墙顶高程高出地下水水位 2 m， 以防渗墙中心 轴线为中心上游回填宽度 8 m， 下游回填宽度 6 m， 回填 高度 1 6 0 m。回填料采用黏土含量高的沙砾料 ， 分层 填筑碾压， 每层厚度不超过 0 5 0 m， 回填料含水量适宜。 b 增 加 导 墙 深 度， 保 证 导 墙 深 入 原 始 地 层 0 5 0 m， 回填高度 1 6 0 m， 该段导墙深度为 2 1 O m。 3 3 漂石层及胶结岩层条件下造孔成槽困难 地质中存在大量漂石 ， 直径最大达 1 3 0 m， 并且普 遍存 在胶结 岩 层 ( 坚 硬夹 层 和透 镜 体 ) ， 厚 度 0 5 0 2 O O m， 分布范 围在 1 31 8 m 间 ， 岩 性极 硬 ， 成 槽 机无 法抓取成槽 ， 其应对措施如下 ： a 对 于漂石 层 ， 选 派经 验 丰富 的机手 ， 遇漂 石层 时放慢成槽速度， 反复冲抓。当粒径较大斗体无法将 其提出 L e f - 时， 先换用冲孔钻机破碎， 然后抓取成槽。 b 对于胶结岩地层 ， 采用冲孑 L 钻机施工导孑 L ， 由 纯抓成槽工艺调整为“ 两钻一抓” 施工工艺。 3 4 施工轴线长， 钢筋笼运输吊装难度大 0 8 0 m厚防渗墙需 下设 钢 筋笼直 至槽 孔底 部 ， 施 工轴线长约 2 3 0 k m， 如果 固定在某一地方制作加工后 运输至槽孔附近不仅施工效率低而且存在极大安全隐 患。为保证钢筋笼在槽孔成槽清孑 L 验收后及时下设 ， 同时保证施工安全， 采取如下措施 ： a 在施工轴 线 中间位 置 附近设 置 一个 固定 的钢 筋集中下料区， 根据图纸要求加工、 下料 ， 将按要求制 作加工好的半成品运至钢筋笼制作加工区进行加工 、 制作、 安装。 b 钢筋笼制作加工区为移动式， 设置在槽孔 附 近， 要求一个移动式加工区能满足三个槽孔的钢筋笼 制作加工， 同时要保证汽车吊能一次 吊装下设到位。 结合该工程施工强度 ， 需设置 6个移动式钢筋笼制作 加工 区 ， 其加工平 台利用 0 1 5 m 0 1 5 m方木铺 设 ， 方 便快捷 。 3 5 地面高程起伏大 工程地面高低不平， 起伏大， 有多处防渗墙相邻槽 段高差达 6 m， 墙体问连接， 施工难度大。为保证防渗 墙墙体间有效连接， 保证成槽施工平台的稳固性 ， 采取 “ 台阶法” 施工( 如下图所示) ， 具体措施和要求如下 ： a 先施工高程较高槽段， 待高处防渗墙施工完成 一 定时间后 ， 将其施工接头挖出， 并露出一定的墙体以 保证低高程防渗墙的正常施工。 导墙 ( a )台阶开挖前防渗墙施 工 导墙 导 墙 ( b ) 台阶开挖后 防渗墙施工 “ 台阶法” 施工示意图 5 一 b “ 台阶法” 施工尽量避免先施工低高程 的防渗 墙， 否则待其施工完成后回填时， 回填高程过高会增加 槽孔坍塌的风险。 c 高处的防渗墙接头需在开挖前用旋挖钻机或 冲击钻机施工完成， 避免开挖后待低处防渗墙具备施 工条件后再施工 ， 否则 ， 会因接头处绕流的混凝土终凝 而增加造孔难度 。 4 主要施工方法 4 1 成槽工艺 工程地质主要是沙砾石覆盖层， 槽段终孔深度的 确定标准是深入基岩 l m， 至抓斗抓不动为止。结合工 程实 际情况 ， 成槽 以液 压成 槽 机 “ 纯抓 法 ” 施工 为 主。 对于成槽过程中出现的大块漂石 ， 由冲击钻机冲打 ； 对 于坚硬的胶结岩层 ， 由冲击钻机施工导孔( 穿破胶结岩 层 即可 ) ， 而后 由液压成 槽 机顺着 导 孔抓取 成槽 ( “ 两 钻一抓 ” 法 ) 。 4 2 护壁泥浆及制拌 由于沙砾石层空隙率大 ， 易坍塌 ， 为保证槽壁稳定 性 ， 选用优质膨润土泥浆护壁 ， 分散剂就近采用化工厂 生产 的工业 碳酸 钠 ( N a ： C O ) ， 同时 ， 添 加一 定 比例 的 正电胶制拌成的正电胶泥浆 ， 改善泥浆性能， 增强泥浆 护壁作用 。 鉴于该工程泥浆需求量大， 利用搅拌机拌制效率 低 ， 决定 自建一套泥浆搅拌系统。首先砖砌一个搅浆 池( 直径 1 m、 深 2 m的柱形池 ) 并用水泥砂浆抹面， 架 立三脚架 ； 其 次利 用手 拉 葫芦放 置 功率 为 1 5 k W 的泥 浆泵( 俗称“ 挖塘机” ) ， 泥浆泵的出口处设置三通并安 装蝶阀， 通过启闭不同的蝶阀分别将泥浆输入到储浆 池或搅浆池。根据配 比依次向搅浆池内添加水、 膨润 土和纯碱等 ， 开启泥浆泵并关闭通向储浆池的蝶阀、 开 启通向搅浆池的蝶阀， 高速搅拌并不断循环， 以提高泥 浆拌制效率及防渗墙施工工效。 4 3 清孔及刷壁 由于地层为沙砾石层、 地下水水位高、 槽壁稳定性 差 ， 不宜采取“ 气举法” 清孔。在确保清孔质量的前提 下同时要保证槽孑 L 安全， 采取抓斗 “ 沉淀捞取法” 清 孔 ， 待成槽结束沉淀一段时间后， 由液压成槽机将沉淀 6 在槽 孔底部 的淤积抓取 出来 ， 直 至抓斗抓 不 出淤 积杂 物为止。该方法清孔效率高、 质量好， 同时降低了槽壁 受扰动的影响。 接头是防渗墙墙段之间的接缝 ， 其刷洗质量至关 重要， 若接头未刷洗干净 ， 会导致墙段间形成渗水裂 缝 。普通刷洗器 因采用 钢丝绳 软连接 ， 在刷壁 器下 放 过程中， 往往发生刷壁器偏移或旋转等， 使其与接头混 凝土间没有摩阻力 ， 很难将接头刷洗干净。该工程根 据 防渗墙接头 的弧形 特性 ， 用 0 0 1 m厚 钢板 焊接一 个 宽度略小于墙体宽度 的弧形体， 弧形体尺寸为： 0 8 0 m ( 高 )0 5 0 m( 厚 )0 7 5 m( 宽 )( 适 用 于 厚 度 为 0 8 0 m的防渗墙) ， 弧形体一侧焊接紧密的钢丝毛， 另 一 侧焊接两对吊耳以便和抓斗斗体连接。依靠抓斗的 顶推力使刷壁器与接头混凝土充分并紧密地接触， 提 高接头刷洗质量。 4 4 接头管墙段连接 该工程采用接头管墙段连接方法 ， 防渗墙厚度为 0 6 0 m和0 8 0 m， 以直径为0 6 0 m的接头管为基础， 通 过在两侧各帮焊一根 0 1 0 m的钢管， 经改制后的接 头管分别形成一个 0 6 0 m宽和 0 8 0 m宽的截面， 同一 接头管 只需在 下设 时通 过 调整 其方 向即可 同时满 足 0 6 0 m厚和 0 8 0 m厚 的 防渗 墙 施 工 ， 节 约 施 工成 本 。 接头管的下设采用 B G 3 5 0 8 0型拔管机 ， 4个升油缸 ， 液压驱动。 接头管起拔主要是确定合理的初拔时间， 若起拔 过早 ， 底 部混凝 土还 未成 型 ， 会造成混凝土 的变形 或塌 落； 若起拔过晚， 不仅会给接头管的起拔增加风险， 还 会增加后续接头的造孔难度。为确定合理的起拔时间， 浇筑前在入仓处取部分混凝土做一试块并置于槽孔内， 使其和水下混凝土具备同样的环境条件， 观察混凝土试 块的初凝时间， 由此确定接头管的合理起拔时间。 4 5 钢筋笼制安与 吊装 钢筋集中下料区和钢筋笼加工场分开设置 ， 在槽 孔附近设置钢筋笼加工平台， 钢筋笼加工平台采用方 木铺设 ， 机动灵活。按如下顺序进行钢筋笼加工： 先铺 设下层水平筋， 再铺设下层主筋， 并焊接牢固， 焊接底层 保护垫块， 然后焊接桁架筋， 焊接 固定预埋灌浆管 ， 再 焊接上层水平筋和纵 向主筋 ， 最后焊接拉结筋 、 吊筋。 惠高飞 动水条件下深厚沙砾石地基钢筋混凝土防渗墙施工 钢筋笼吊装采用两台 2 5 t 汽车吊， 起 吊钢筋笼时， 先用主 吊和 副 吊抬 吊 ， 将 钢 筋笼 水平 吊起 ， 然 后 升 主 吊、 放副吊， 将钢筋笼凌空吊直。钢筋笼入槽后卡住 吊 筋， 为保证钢筋笼吊装安全 ， 须合理设置起吊点。如果 吊点位置布置不合理 ， 钢筋笼会产生较大的挠曲变形， 使焊缝 开裂 ， 整体结 构散架 ， 无法 起 吊。因此 ， 吊点 位 置的确定是吊装过程的一个关键步骤， 该工程采用六 点 吊法施工 ， 横向两排 ， 纵 向三排 。 4 6 混凝土浇筑 混凝 土为 现场 H S Z 1 2 0拌 和 站 自生产 混凝 土 ， 采 用混凝土罐车运送至浇筑槽段。槽 内下设导管， 采用 “ 泥浆下直升 导管 法” 进行 混凝 土浇 筑 施工 。导 管 选 用 b 2 5 0 m m快速接头钢导管， 每节长 2 6 0 m。导管底端 距孔底 0 3 0 0 5 0 m， 灌注过程中， 要勤测量混凝土面上 升高度， 控制导管埋深在 2 6 m之间， 灌注过程要连续 进行 ， 中断时间不得超过 3 0 m i n ， 灌到墙顶超灌 0 5 0 m。 浇筑过程 中一旦 发生堵 管 ， 可利 用 吊车上 下反 复 提升导管进行抖动， 疏通导管， 如果无效 ， 可在导管埋 深允许的高度下提升导管， 利用混凝土的压力差 ， 降低 混凝土的流 出阻力 ， 达 到疏通导 管 的 目的。当各种 方 法无效时 ， 可考虑重新下设 另一套 导管 ， 新 下设 的导管 底部应完全插入混凝土面以下， 然后用小抽筒将导管 内的泥浆抽吸干净， 方可继续进行混凝土的浇筑。 5结语 该工程工期紧、 轴线长、 地质条件复杂， 通过采取 有效 的措施成功 地解决 了动水条 件下 ， 深 厚沙砾 石覆 盖层的造孔成槽 、 漂石及胶结岩层的造孔、 长轴线钢筋 笼快 速加工及下设 等 问题 。通过该 项 目施工 ， 得 出如 下结 论 ： a 对于深厚沙砾石覆盖层、 高地下水位情况下的 防渗墙成槽 施工 ， 在成槽施 工前进行 预灌水 泥黏 土浓 浆可有效地加固沙砾石层 ， 大大降低槽孑 L 坍塌风险； 在 浆液中添加正电胶制拌成的正电胶浆液可大大改善泥 浆性能， 护壁效果较好 ， 有效地保证了槽壁的稳定性。 b 针对成槽过程中出现的大块漂石及普遍存在 的胶结岩层 ， 利用钻机冲打导孔 ， 抓斗顺着导孔抓取成 槽 ， 施工工效高。 e 对于长轴线条件下的钢筋笼吊运和下设 ， 可在 轴线中心位置附近设置一个钢筋集 中下料区， 在槽孔 附近设置移动式钢筋笼制作加工平台， 施工效率高， 并 且有效地保 证了钢筋笼下设 的安 全。 d 同一项 目不同厚度的防渗墙 ， 可通过将某一直 径的接头管进行改制进而满足两种不同厚度的防渗墙 施工。该工程通过对直径为0 6 0 m的接头管两侧各帮 焊一根 , t o 1 0 m的钢管， 而分别形成了0 6 0 m和 0 8 0 m 宽的两个截 面 ， 能同时满足 0 6 0 m厚 和 0 8 0 m厚 的防 渗墙施工， 不仅节约了成本而且提高了施工效率。 参考文献 1 刘国彬 ， 王卫东 基坑工程手册 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 8 7 1 8 8 2 高钟璞 大坝基 础防渗墙 M 北京 ： 中国电力 出版社， 2 0 0 0： 1 0 2 1 0 6 ( 上接第 2 0页) 4 施工难题及解决方式 2 0 1 3年 1 1 月 1 9日， 施工单位在顶进 1 号顶管第 1 2 节时( 顶进 总长度 为 7 0 m) ， 发现 顶管机 头刀盘 无法 转 动， 施工人员对此机头进行全方位检查， 并邀请此顶管 机头公司的相关专业技术人员、 机头的设计者、 制造者 到工地现场进行检查， 但未找出刀盘不转动的故障原因。 后经过多次专家检查及 自检 ， 得出导致刀盘不转 的主要原 因可能为 ： a 坚硬异物进入刀盘混合仓卡住刀盘 。 b 顶 管机头轴承发生故障。 以上两种原因经论证后都需将机头取出后再处理。 将未能继续顶管施工的 1 4 6 m顶管改为开槽埋管， 其作 业程序为： 2号管顶卸土一拉森钢板桩等加固措施施 工一1号管线基 坑沟槽 开挖一 桩基埋 管施工一 工具 头 部开挖一土石方回填一拉森钢板桩及钢管桩拔除。 5结语 施工顶管前对施工范围进行详细的地质勘查 ， 可 以减少障碍物的干扰； 取水头部在实施时尽量安排在 平潮时进行吊装 ； 施工过程 中应做好穿堤围堰 的实时 监控； 在埋管与顶管的连接处严格控制两端的间隙， 以 免在水下安装时卡住。 7