水电站砂砾石面板坝混凝土防渗墙施工.pdf

2 0 1 4年第 1 1 期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y NO 11 201 4 ( T o t a l N o 4 2 ) 文章编号 ： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 4 ) 1 1 0 1 4 2 0 4 水 电站砂砾石面板坝混凝土防渗墙施工 张广江 ( 六盘水市水务有限责任公司， 贵州 六盘水 5 5 3 0 0 0 ) 摘要： 某水电站大坝为砂砾石面板堆石坝， 其防渗体系由混凝土防渗墙 、 帷幕灌浆 、 混凝土面 板、 趾板共同组成， 而作为坝基防渗的混凝土防渗墙的施工质量的好坏， 直接影响到防渗体系 的正常运行以及大坝的安全。该工程的主要特点是 ： 由于施工工期紧张而迫使部分防渗墙的 施工必须在冬季进行， 给制浆 、 输浆和混凝土浇捣的施工带来了相当大的困难； 河床砂卵砾石 疏松、 透水性强， 而防渗墙本身须嵌入基言 1 2 in ： 环保要求高， 对弃浆、 弃渣须进行妥善处 理。文章对施工过程中以上问题的解决进行了阐述和总结。 关键词： 砂砾石； 堆石坝； 防渗墙 ； 施工 ； 水电站 中图分类号： T V 5 4 3 8 文献标识码： B 1 工程概况 某装机容量为 2 O MW， 保证 出力为 2 9 M w， 多 年平均发电量为3 0 9 5万 k W h 。水库为年调节水 库 ， 正常蓄水位1 0 5 0 m， 死水位为1 0 4 0 IT I ， 校核洪水 位为1 0 5 4 2 I n ， 水库库容为7 1 9 9万 m 。电站大坝 为混凝土面板砂 砾石堆石坝 ， 是本枢纽 的主要 建筑 物之一， 坝顶长2 7 2 rn ， 最大坝高3 9 8 n fl ， 上下游坝坡 为1 ： 1 6 ， 由防渗墙 、 帷幕灌浆 、 混凝土面板 、 趾 板共 同组成防渗体系。 水库库区位于某河干流上 ， 河道 比降约为 5 o ， 库区河谷宽缓。坝址河谷是呈不对称 的“ U” 字形 ， 谷底高程约为 1 0 2 0 i n ， 宽底约 2 0 0 2 5 0 IT I 。坝址 左岸地形陡峻 、 基岩裸露 ， 高程1 0 5 0 m以下平均坡 度约 7 0 。 ， 山顶高程约1 2 0 0 m左右。右岸坡度约为 2 3 。 ， 为一凸向河谷的小山梁， 总体走向E W 向， 长约 7 5 0 m， 底宽约4 2 0 n l ， 小 山梁底部 1 0 2 0 m高程 ， 底宽 约3 0 0 m， 梁顶最高点高程i 1 6 4 In ， 两端为一垭 口， 顶部高 程 1 0 9 7 I n 。山梁北 坡植 被较 好 ， 坡 度约 4 0 。 ， 南坡植被少 ， 坡度约 3 5 。 。 坝址出露岩 层为太古 界变质岩 ， 华力西期 中粗 粒花岗岩及第四系覆盖层。第四系覆盖层主要为河 床及阶地卵砾石层 ， 厚度约 l 8 2 2 1 T I ， 渗透系数 K ： 5 0 8 0 r n 昼夜 。右坝肩砂壤土厚度 4 2 0 i n 不等 ， 北坡厚度约4 6 1 1 1 ， 南坡厚度约 1 6 2 0 m。坝址 区 无区域性断裂构造。 在坝址 区附近及垭 口处发现 7条断层及 4条较 大裂隙。断层 规模小 ， 走 向为 N E E向， 近 s N 向及 N W 向。坝址 区岩体主要受到物理风化， 强风化厚度 3 5 n l ， 弱风化厚度河床约 3 04 0 m， 两岸约 4 0 6 0 i n 。左岸陡壁存在卸荷现象 ， 较严重卸荷带水平 宽度约 5 8 n l 。 水电站大坝直接建在河床深厚覆盖 层上 ， 采用 混凝土面板、 帷幕灌浆 、 防渗墙共同防渗。 防 渗 墙 为 槽 板 式 防 渗 墙 ，墙 厚 8 0 c m，长 1 9 6 8 i n ， 平均墙深1 4 5 1 1 1 ， 最大墙深1 9 1 m， 最小墙 深2 3 1 T I ， 嵌 入 基 岩 深 度 为 12 m， 墙 顶 高程 为 1 0 1 4 7 I n ，共 分 为 2 7 个 槽 段 ，造 孔 总 进 尺 4 8 0 6 3 i n ， 总截水 面积 为3 4 6 8 5 m 。混凝 土防渗 墙墙身材料为 C 1 0 塑性混凝土。防渗墙通过连接板 与大坝趾板柔性连接 。 由于大坝直接建在河床砂砾石层上 ， 为 了保 证 大坝安全运行和控制渗流量 ， 设计采用 防渗墙对河 床段砂砾石基础进行处理 J 。 防渗墙为槽板式 防渗墙 ， 防渗墙通过连接板 与 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 2 9 作者简介 张广江( 1 9 7 5一) ， 男， 贵州安顺人 ， 工程师， 研 究方向为水库管理。 张广江： 水电站砂砾石面板坝混凝土防渗墙施工 第 1 1 期 大坝趾板连接。防渗墙宽8 0 e m， 最大墙深1 9 1 m， 墙长 1 9 6 8 m， 墙顶高程为1 0 1 4 7 m， 造孔总进尺 4 8 0 6 3 m， 总截水面积为3 4 6 8 5 m ， 墙体为 C I O塑 性混凝土。 2 水 电站工程的几个施工特点 2 1 工期 紧 水 电站合 同工期 为 3 4个月 ， 比初设工期 3 9个 月缩短 了 5个月 ， 其 中冬季 占了 1 8个月 ， 而招标 又 占用了一部分黄金时间； 工程施工合同于 1 9 9 8年 7 月 5 F t 正式签订 ， 1 9 9 8年 8月 2 8日开工 ， 实际开工 时间比原计划开工 时间推迟 了近两个月 ， 这样 实际 施工时间比初设 工期缩短了一 年时 间， 使 本来很 紧 张的工期矛盾更加突出。 所以， 在施工过程 中不得不调整施 工部署 ， 将一 部分工程安排在冬季施工， 这样又给施工成本的控 制增加了难度 。 2 2 气候寒冷 ， 施工季节性强 ， 有效施工时间短 水电站冬季受 蒙古 高压和阿 留低 压的控制 ， 气 候寒冷干燥而漫长 ， 坝址多年平均气温为1 3 ( 为 国内工程 所 罕见 ， 低 于东 北 的关 门山 、 小 山、 莲花 等) 。 2 。 3 冬季施工成本大 虽然冬季施工会增加施工成本 ， 但 由于工期紧 ， 工程任务重， 冬季仍然需安排部分施工任务。在冬 季施工存 在很 多在正 常气候条 件下难 以克服 的困 难 ， 如施 工保暖等 ， 施工成本往往很难控制 。 2 4 混凝土骨料料源级配不佳 用 于混凝土施工 的天然砂 砾石级配不理想 ， 骨 料风化严重 ， 砂 、 大石 含量明显偏多 ， 而用量较大的 小石明显偏 少 ， 虽在砂石骨料筛分时增加 了一台颚 式破碎机 ， 仍然不能满足施工需要 ， 造成混凝土骨料 筛分量 增 加 ， 大 量 骨 料 浪 费 ， 混 凝 土 半 成 品成 本 增加 。 3 混凝土 防渗 墙施工特点 混凝土防渗墙施工具有如下特点 ： 1 ) 防渗墙嵌入基岩深度为 1 2 m； 2 ) 河床砂卵砾石疏松 ， 透水性强； 3 ) 混凝土防渗墙施 工 ， 环保要求高 ， 对弃浆 、 弃 渣须妥善安排， 泥浆排放需做处理 ， 并尽可能提高泥 浆的回收与重复利用 ； 4 ) 施工期 内， 施 工道路和室外施工受气候影 响 很大 ， 特别是雨季及冬季 ， 必须采取有效 的渡汛 、 防 寒措施， 确保安全7 。 4 施工方法 根据 该水 电站混凝土防渗墙施工技术要求 ， 混凝土防渗墙施工采用 c z 2 2型冲击钻造孔 、 泥浆 固壁、 水下直升导管法浇注混凝土的施工工艺， 按 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 ) 的要求 进行施 工及验 收。总体施工 程序 为： 一 、二期槽孔 间隔布置 ， 先施工一期槽孔 ， 后施 工二 期槽孔 。 4 1 成孔 本工程采用“ 钻劈法 ” 进行成槽施工 ， 即利用 冲 击钻机对一个槽段 的主孔进行 冲击钻进 而成孔 ， 副 孔进行劈打而成孔。 由于副孔已有左右两个 自由面 ， 冲击劈打后 ， 松 散的地层颗粒就会失 去稳定性 而掉进 两侧 的主孔 ， 这样 ， 在主副孔造孔结束后 ， 再处理干净小墙便得 以 成槽 。 根据该水 电站坝址 的地质状 况、 防渗墙施工 的 有关技术要求及现场施工场地 等条件 ， 结合 以往 的 施工经验 ， 我们选 用 C Z一 2 2型钢丝绳 冲击钻机 ， 该 机适应地层能力强 ， 造孔垂直度较高 ， 能基本保证孔 型质量 ； 结构简单 ， 便于维修 ， 操作方便 ， 但 由于是不 循环钻进 ， 抽砂 、 排渣时不能正常钻进 ， 所 以， 钻进工 效较低 。 钻机动性主要技术指标见表 1 。 表 1 钻机主要技术指标 由于施工区地下水位高 ， 压力大 ， 因而使孔壁具 有不稳定性 ， 经常发生掉块和塌孔现 象， 尤其是 l 7 一 2 6 槽段， 前平台几乎全部出现不同程度的塌陷， 给正常 的造 孔工作 带来 了极 大难 度。针对 这一情 况 ， 在以往施工经验的基础上 ， 及 时总结本工程施工 中的经验教训 ， 通过改进钻进工艺参数 ， 调整泥浆性 能参数， 增加钻头的配重等， 在努力避免发生孔内事 一 1 43 2 0 1 4年第 1 1 期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y N o 1 1 2 O 1 4 ( T o t a l N o 4 2 ) 故的同时提高了钻进效率 引。 4 2 泥浆制备与管理 混凝土防渗墙造孔 与清孔作业所使用 的泥浆均 为膨润土泥浆， 其主要作用有固着孔壁、 悬浮并携带 岩屑、 冷却与润滑钻具等， 因此其质量的优劣直接关 系着钻进速度的快慢 ， 直接决定着墙体质量 、 墙底与 基岩的结合质量 ， 并且对墙段间接缝 的质量也有一 定影响。 根据 该水电站混凝土防渗墙工程地质勘察报 告 ， 滦河两岸现场部位土粒料场为壤土 砂壤土， 其黏粒含量较低， 为 1 1 2 ， 含砂量大于 1 0 ， 远达 不到规范要求 ， 针对这种情况， 从距工地2 4 0 k m的河 北隆化购进优质膨润土造浆。 在正常施工时 ， 储浆池 内放一排污泵 ， 进行 自身 循环泥浆 ， 以保证不发生沉淀。每方泥浆的配比为 ： 碱5 6 k g ， 水6 5 0 k g ， 膨润土 1 1 3 k g 。泥浆 的性能见 表 2 。 表 2 泥浆性能表 4 3 造孔质量检查及终孔验收 混凝土防渗墙工程是 隐蔽的永久性 建筑物 ， 其 质量的优劣更显得尤为重要 ， 而造孑 L 质量直接关 系 到成墙质量 ， 因此 ， 从造 孔准备工作至造孑 L 结束 ， 必 须进行全过程 的控制 和检查 。在施工 中， 质量控制 按“ 防渗墙施工质量控制网络” 进行控制； 质量检查 由专职质检部门与造孔班组 自检结合进行 。检查 的 主要项 目有孔位 、 孔宽 、 孔斜 、 孔形等 5项 。 4 3 1 孔位检查 在垂直防渗墙轴线方 向， 以距离钢丝绳最 近一 根铁轨上外缘8 0 e m( 11 4 槽段 ) 、 1 0 0 c m( 1 52 6 槽段) 来控制 ， 其容许误差 3 mm； 在平行离渗墙轴 线方向， 以在铁轨上注明的桩号来控制。 日常检查 由机组人员随时完成 ， 现场技术人员不定期检查 ， 以 保证孔位正确。终孑 L 验收时， 在前平台一侧平行防 渗墙轴线距离8 0 c m布一基准 ， 进行孔位检查 。 4 3 2 孔宽检查 施工时， 要求机组人员勤焊钻头， 现场技术人员 经常检查钻头外径， 以保证钻浆外径符合规范和技 术要求。终孔验收时， 使用符合要求 的钻头进行 检查。 一 1 4 4 4 3 3 孔斜检查 采用孔斜偏差值换算法 ， 即先将钻头提 出孔外 ， 以孔位中心距 铁轨或桅杆距离 为标 准 ， 每下 降 2 5 m的孔口值与中心距相比， 再换算出孔斜率值。正 常施工时 ， 机组人员每钻进一米测一次孔斜 ， 半根据 孔斜值确定继续钻进或纠偏 。 4 3 4孔深检查 孔深取决于嵌入基 岩的深度 ， 现场 由设计及监 理 的地质人员进行基岩鉴定 ， 根据鉴定结果确定孔 深 ， 在终孔验收阶段进行验收。 4 3 5 孔形检查 在进行上述 检查 的过程 中， 实际上也进行 了孔 形检查 。一般检查是否有梅花孔 、 扁孑 L 、 探头石 、 较 大的孔壁波浪形及孔底小墙 。 4 3 6 终孔验收 单个槽孔的造孔作业 全部结束后 ， 须列 槽孔进 行终孔验收 。一般先 由机组 自检， 技术组复检， 确认 全部合格后， 再请监理、 设计及九局质安部一 同 会检。 4 4 清孔换浆 槽孔终孔并 自检合 格后 ， 必须用新鲜 的泥浆 置 换孔内含有大量沙粒与岩屑的泥浆， 并清除孔底淤 积， 二期槽孑 L 还必须清除和刷洗其两端接头孑 L 壁上 附着的泥皮和絮凝物 。 本工程采用抽筒换浆 法， 对二期槽孔端采用钢 丝刷钻头刷洗法 ， 验 收时， 由监理、 设计 随机确定抽 检 的孔位 ， 进行泥浆 比重 、 黏度 、 含砂量 以及孑 L 底淤 积 、 端孔刷洗程度的检验。 4 5 泥浆下混凝土浇筑 对于建造混凝土防渗墙而言， 造孔 只是手段 ， 浇 筑质量合格的混凝土形成优良的防渗墙才是目的。 本工程混凝 土浇 筑采用直升导管法 ， 因此在浇 筑过程 中必须连续进行 ， 不得中断。 槽孔内混凝土上升速度 I2 m Y h ， 导管埋人混凝 土深度控制在 16 m， 各处混凝土面高差 0 5 n ， 在开浇和终 浇阶段适 当控制浇筑速度 ， 并相应增加 测量次数 ， 在浇筑过程 中， 用排污泵将槽 内顶部优质 泥浆抽 固泥浆池或其它槽孔 ， 节约泥浆 的同时减少 浇筑管外浆 柱压力 ， 混凝 土终浇高程按要求 高出设 计高程0 5 m。 4 6 接头工艺 对混凝土防渗墙而言 ， 其相邻墙 间必须 连接紧 张广江： 水电站砂砾石面板坝混凝土防渗墙施工 第 1 1 期 密， 孔口至孔底的任意浓度连接处的墙厚必须达到 设计要求。 本工程一、 二期槽孔间采用套打一钻的方法进 行施工， 这种方法， 可以完善和修正接头孔， 有效地 保证施工质量 。 5 施工中出现的问题及处理 本工程从开工到 竣工 ， 严格按 照设计要求及规 程 、 规范组织施工 ， 但 由于该地 区的某 些特殊性 ， 在 实际施工过程 中， 不可避免地 出现一些问题 ， 下面便 将在施工过程中出现的问题和处理方法予以说明： 5 1 C l 7 孔 ( 桩号 ： 坝左 0+1 2 4 7 5 5 m) 在成孔过程中， 由于地下水位高程没有降至低 于孔 口高程2 0 m以下 ， 8 样 机在正 常钻 进时 ， 前平 台 下部大面积塌陷， 大量砂石滑入孔 内， 使孔深骤然 由 2 1 7 m上升 为 6 5 m， 造成 钻头 被埋 孔 内， 处理 未 果。因该钻头所处位置已进入基岩 2 m， 在征得设计 及监理同意后 ， 决定放弃该钻头 。为了不影响质量， 槽孑 L 浇筑完毕后 ， 在该处布置检查孔 ， 根据取芯情况 确定是否再进行局部处理。 5 2 混凝土接缝 由于该防渗墙的孔 口高程为1 0 1 8 6 m， 浇筑高 程为1 0 1 5 2 m， 中间 尚有 3 4 m没有浇筑 ， 因此 ， 在 一 期槽孔浇筑完毕后， 这一段高程内存在大量的淤 积物， 在浇筑二期槽段时， 泥浆上返， 冲刷淤积物， 使 部分淤积沿接头滑入二期槽段落边侧 ， 同时， 混凝土 浇筑即将终止时 ， 压力降低 ， 不足以将这些淤积物挤 压 出去， 所 以在一期、 二期槽段的接头处产生一小缝 隙， 形状为楔形， 长度为槽宽 8 0 e m； 宽度最大 1 3 c m ( 上部 ) ， 最小 3 c m( 下部 ) ； 深度为 ： 靠近上游面一侧 深度为 1 5 2 0 m左 右， 靠近下游 面一侧深度 1 3 2 0 m左 右 ， 中间部分 呈三 角形 ， 深度 11 5 m 左右 。 此缺陷处理方法为 ： 先将上、 下游面沿墙壁一侧 下挖 ， 直至达到底部连接部位 ， 将缝隙内的泥屑清洗 干净 ， 孔壁进行凿毛处理 ， 之后进行支模浇筑 。为安 全起见 ， 混凝土强度为 C 1 5 ， 级配为一级配。 为避免此类事故 的发生 ， 在第二阶段的施工中 ， 我们采取 了如下几种措施 ： 1 ) 接头孔刷洗次数增多。 2 ) 一 、 二期槽段的接头处用闸板隔开 ， 以防淤积 物滑入。 3 ) 二期槽段浇筑完毕后， 用软轴式振捣器在接 头处进行振捣， 使该处的混凝土扩散均匀， 与孔壁完 全愈合。 6 结语 本防渗墙工程经过全休施工人员 8个月的艰苦 努力， 本着“ 安全第一， 质量第一” 的原则， 在水电九 局、 设计及监理等部门的大力配合与支持下， 努力克 服种种不利因素， 保质保量完成了施工任务。在施 工过程中， 机械设备性 能可靠 ， 完好率 高； 操作人员 技术熟练； 施工现场管理 比较科学 ； 实际投入 的施工 人员虽然比计划少， 但在劳动组合上既责任明确、 落 实到个人 ， 又能做到根据实际情况灵活调度 ， 同时不 断加强施工现场管理 ， 使工程质量 、 安 全生产 、 文 明 施工等有关规程 、 规范与规定得到有效的贯彻执行 ， 从而提高了工程的综合效益。施工中， 还总结了不 少宝贵的实践经验， 为下一个工程提供了第一手 资料。 参考文献： 1 盘家敏 土坝防渗墙施工的技术处理 J 才智， 2 0 0 8 ( 0 2 ) ： 3 0 2 杨燕芳 浅谈水库大坝混凝土防渗墙施工设计 J 才 智 ， 2 0 0 9 ( 3 4 ) ： 2 3 2 4 3 陈和中， 余松军， 张兰兰 在砂砾石坝体中建造深砼防渗 墙的施工 技术 J 绍兴文理学院学报， 2 0 0 4( o 9 ) ： 7 7 8 1 4 杜晓红 马旺水库大坝防渗墙的施工技术探究 J 潍坊 学院学报， 2 0 1 0 ( 0 6 ) ： 1 2 51 2 8 5 朱荣华， 胡炎光， 朴正华 ， 何景彦 ， 高文， 刘志会 尼尔基 水利枢纽工程设计及其投资控制 J 吉林工程技术师 范学院学报 ， 2 0 1 0 ( 0 7 ) ： 7 98 1 6 混凝土防渗墙接头孔液压拔管机拔管成孔试验 J 。人 民长江 ， 1 9 8 5 ( 0 6 ) ： 7 7 7 李金玉对防渗墙“ 双掺” 混凝土耐久性的探讨 J 水 利水电技术 ， 1 9 8 6 ( o 9 ) ： 2 7 2 9 8 于壮石 ， 林斌 一种围堰基础防渗的新方法一陆水枢纽 压浆混凝土防渗墙的设计和施工 J 人 民长江， 1 9 6 6 ( 0 3 ) ： 3 3 4 0 9 陶景 良混凝土防渗墙造孔施工中的孔内定向聚能爆破 技术 J 水利水电技术， 1 9 7 9 ( 0 6 ) ： 3 1 3 3 1 0 郑秀培 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