艇湖水利枢纽工程砼防渗墙的设计及施工.doc

艇湖水利枢纽工程砼防渗墙的设计及施工
谢雨明　王绍力　金小华
摘　要　通过对砼防渗墙在艇湖水利枢纽工程中应用实例的分析论证，阐述了砼防渗墙施工工艺过程及施工体会，对同类工程具有一定的借鉴意义。
关键词　砼防渗墙　造孔　制浆砼浇筑
中图号　TV543.82
　　嵊州市艇湖水利枢纽工程是一座以改善城市环境为主并结合发电的综合性工程，位于曹娥江上游嵊州市郊。工程主体建筑物包括橡胶坝、冲砂闸及河床式电站，全长245.10m。根据工程地质勘察报告及现场踏勘，坝址处第四系松散堆积层厚度达9.2～12.70m，上部以冲积圆砾石为主，渗透性强；下部为冲(洪)积砾砂混粘土，渗透性相对较弱。第四系松散堆积层下为强风化砂岩。为解决该工程的基础渗漏问题，枢纽主体建筑物上游需采取有效可靠的永久性防渗措施，以确保工程的正常运用。为此，在工程设计中对基础防渗措施进行了较深入的研究。
1　防渗墙方案的确定
　　该工程基础主体为第四系松散堆积体，上部圆砾性质不均一，局部为砾砂，卵石占20%，砾石20%～40%，砂含量30%～50%不等，粘土含量为10%～30%，根据抽水试验结果，该层渗透系数为5.24×10－1cm/s，为强渗透层；下部为砾砂混粘性土，中密，砾石含量20%～30%，砂含量20%～40%，粘性土含量占30%～50％不等，抽水试验得出的该层渗透系数9.1×10－4cm/s，渗透性相对较弱。该工程以美化城市景观为主，如何保证上游水库的成功蓄水、基础防渗是工程关键。我们曾经对采用排柱桩防渗方案进行过研究，以节省工程量，但由于施工工艺难以保证可靠的防渗效果而舍弃。经过对上游铺盖和砼防渗墙二个方案的比较，最终采用封闭式砼防渗墙方案，虽然投资稍大，但防渗效果可靠、施工经验成熟。二方案的比较情况如表1所示。
表1　基础防渗措施比较方案
方　案
水平铺盖方案
封闭式砼截水墙方案
基本情况
C15埋石砼，厚0.70m，铺盖长30m
C20砼，墙厚0.60m，底部深入基础0.30m，墙深12m
抗渗效果
地基总渗流量Q＝1.5m3/s，抗渗效果难以保证
地基总渗漏量Q＜0.2m3/s，抗渗效果好，安全可靠
工程量
C15埋石砼4400m3，土方2.5万m3
水下砼1800m3
投资估算
总投资150万元
总投资190万元
　 砼防渗墙施工由具有丰富砼防渗墙施工经验的中国水利水电基础工程局第一工程处承担，目前已全部完工。
2　防渗墙参数设计
2．1　防渗墙厚度及砼参数
　　该工程橡胶坝高4.0m，最大水头4.80m，较低，砼防渗墙仅起防渗作用，不作为持力基础，考虑工程造价因素及结构强度，设计砼墙体厚度采用0.6m薄墙。
　　墙体材料采用C20砼，抗渗标号S6。由现场采样试验得出施工砼配合比如表2：实际施工过程中，以上配合比可根据现场采样试验所得骨料含水量情况进行适当调整。
表2　施工砼配合比
水泥品种
及标号
水灰比
级　配
每方砼材料用量(kg)
坍落度
(cm)
扩散度
(cm)
抗　渗
标　号
抗压强度(MPa)
水
水泥
砂
小石
中石
7d
28d
普通硅酸盐
425＃—R
0.63
二级
240
381
761
504
504
18—22
34—40
大于S6
13.8
22.4
2．2　槽段划分
　　本工程基础地层中圆砾石层较厚，根据施工单位砼拌和站12m3/h的生产能力，防渗墙厚度0.60m，与运输距离不长的情况，在一期工程中，将槽段划分为：Ⅰ期槽孔长7.0m，其中主孔5个，孔径0.6m，副孔4个，长度1.0m；Ⅱ期槽段长8.6m，其中主孔6个，孔径0.6m，副孔5个，长度1.0m。二期工程的施工强度增加，将Ⅰ期槽孔长度调整为7.65m，其中主孔5个，孔径0.60m，副孔4个，长度1.1625m；Ⅱ期槽孔长度未作调整，全长共分32个槽段。由于施工中协调性好，加快了施工速度。
2．3　施工平台及导向槽
　　砼防渗墙施工平台布置在砼防渗墙轴线上游，钻机面向上游施工。平台宽度4.0m，厚度为0.25m，采用C15砼浇筑。平台前端设置排碴沟与回浆池相连，以节约泥浆。
　　导向槽在造孔中起导向和持重作用，槽宽0.7m。导向槽偏差不大于±0.03m。上下游导墙厚度均为1.0m，宽度分别为0.5m和0.8m。上游导墙配3Φ16@150钢筋，下游导墙上下各配4Φ16@200钢筋。
3　施工工艺流程
　　防渗墙施工分两期施工，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔。槽段之间连接采用“钻凿法”。施工工艺流程如图1所示。

图1　砼防渗墙施工工艺流程图
3．1　造孔
　　由于施工现场系历年反复采砂区，失砂量大，冲积圆砾石较多，且围堰在填筑时碾压不够紧密，不利于冲击反循环钻机施工，因此，本工程采用C2-22钻机十字型钻头冲击造孔成槽。该钻机对地层适应性强，且有冲击挤密作用，能改善槽孔两侧地基土的力学性能，造孔效果很好。
3．2　墙段连接
　　墙段连接采用“钻凿法”连接，即在Ⅱ期槽孔端头孔与Ⅰ期槽孔套打一钻，形成可靠连接。该方法主要应用于新旧墙体连接、高低墙体连接及墙体折线点的连接，工艺如图2所示。

图2　“钻凿法”连接示意图
经测定，墙体搭接厚度在任一深度的偏差值不大于设计墙厚的1/3，接头孔的孔斜率控制在3‰以内，均满足规范要求。二期槽孔清孔换浆结束前，对一、二期槽孔套接接头孔，用钢丝刷子对钻头进行分段刷洗。刷洗时自上而下进行，并分三个方位紧贴接头孔壁刷洗，直至刷子钻头基本不带泥屑、孔底淤积不再增加为止，避免墙段连接处夹泥和虚接情况发生。根据对现场露出地表部分墙体的观察，接头孔壁较光滑，搭接缝垂直度较好。
3．3　清孔换浆
3．3．1　制浆
　　工程使用嵊州市城关镇近郊优质粘土，由两台SGJ-60型搅拌机拌制，生产能力为6m3/h。固壁泥浆的配合比为水∶粘土＝3.89∶1(密度按1.15g/cm3控制)。每方泥浆需水915.03kg、粘土235.23kg、纯碱3%的掺量。新制成后的固壁泥浆性能指标见表3。
表3　固壁泥浆性能指标
项
目
500ml
马氏粘
度(s)
密度
(g/cm3)
含砂量
(%)
失水量
(ml/30min)
稳定性
pH值
泥皮
厚度
(mm)
指标
20.25
1.15～1.20
≤5
＜20
＜0.03
9
3.0
　　泥浆指标均附合规范要求。
3．3．2　清孔换浆
　　清孔方法采用抽筒法。在必要时也采用了置换新鲜泥浆的方法，以彻底清除孔底内的沉积物。
3．4　砼浇筑
　　砼浇筑是防渗墙施工中的最后一道关键工序，对防渗墙体的质量起决定性作用。
　　砼由搅拌站集中拌和，供应强度不小于12m3/h，并采用自卸车运输。砼浇筑采用直升导管法，导管内径0.230m，法兰连接。开浇前，根据槽段长度和孔深合理布置导管位置，并采用浮球法排除管内泥浆。导管底部距孔底距离控制在0.15～0.25m。
4　施工中的几点体会
4．1　造孔
4．1．1　孔位正确
　　为保证造孔中孔位正确，开孔时孔位偏差不得大于±0.03m，以保证防渗墙的整体质量。
4．1．2　墙体厚度
　　终孔钻具直径不得小于0.58m，保证墙体厚度达到0.60m。
4．1．3　孔斜率
　　各孔孔斜率不得大于4‰，接头孔孔斜率不大于3‰，特殊情况下(遇孤石、漂石、陡立岩面)孔斜率控制在6‰以内。
4．1．4　造孔深度
　　为保证孔深达到设计要求，深入强风化基岩(强风化砂岩)0.30m。根据工程地质勘察报告，在钻进至预计基岩面时进行跟踪取样，以确定岩面的具体深度，接近预计基础面时，即开始每0.20～0.30m取样一次，并做好标识，以避免造孔过深或不足。
4．1．5　坍孔漏浆处理
　　本工程基础地层中圆砾石层厚度较大，地层松散，施工中容易造成坍孔漏浆。为预防事故的发生和便于处理，可采取平抛粘土以及加大泥浆比重的方法。发现漏浆时应及时补浆，并回填粘土、锯末、草等材料进行堵漏施工，必要时可采用水泥浆和水玻璃速凝剂等进行处理，以避免坍塌。
4．2　砼防渗墙施工
4．2．1　清孔换浆的标准
　　清孔换浆的质量直接影响砼浇筑的质量，因此必须严格控制。该工程清孔换浆后各项指标如下：
　　a.孔内淤积厚度不大于0.10m；
　　b.换浆后泥浆密度不大于1.3g/cm3；
　　c.换浆后泥浆粘度不大于30s；
　　d.换浆后泥浆含砂量不大于10%。
　　以上指标均符合规范要求。
4．2．2 砼浇筑
　　由于防渗墙为水下浇筑，施工难度较大，为保证砼浇筑质量，本工程采取以下方法和指标进行控制。
　　a.清孔验收合格后 内开浇；
　　b.开浇前导管内置入隔离浮球，开浇时先注入约20cm厚的水泥砂浆，随即浇入足够的砼，挤出浮球，并埋住导管底部，防止混浆；
　　c.槽内砼面上升速度不小于2m/h；
　　d．导管埋入混凝土深度要求大于1m，小于6m；
　　e．每隔30min测量槽孔内砼面深度一次，保持槽孔内各处砼面高差控制在0.50m以内；
　　f．孔口设置盖板，避免砼散落至槽孔内；
　　g．严禁不合格砼下仓；
　　h．终浇高程宜高于设计高程0.50m。
　　嵊州市艇湖水利枢纽工程基础砼防渗墙施工由于选择了经验丰富的施工队伍，在实际施工中业主、监理、设计及施工人员密切配合，规范操作，严格控制各项参数，及时处理施工中出现的问题，保证了砼防渗墙的施工质量，对同类工程具有一定的借鉴意义。
谢雨明（嵊州市水利水电局　浙江　嵊州　312400）　
王绍力（嵊州市水利水电局　浙江　嵊州　312400）　
金小华（嵊州市水利水电局　浙江　嵊州　312400）
收稿日期：1999-12-04
修回日期：2000-01-12