固化灰浆防渗墙施工技术.docx

固化灰浆防渗墙施工技术
在福堂水电站中的应用
夏中伏 邹刚
（中国水利水电第七工程局成水公司 四川温江 611130）
【关键词】：临时围堰 固化灰浆防渗墙 槽孔 福堂水电站
【摘 要】：固化灰浆防渗墙具有施工方便，防渗性能好、成本低、工效高等许多优点。已广泛应用于临时围堰防渗。福堂水电站上游围堰固化灰浆防渗墙的施工方法、工艺、质量控制及施工技术难点具有许多独到之处，值得推广和借鉴。
1、概述
福堂水电站位于四川省阿坝藏羌族自治州汶川县境内的岷江干流河段上，属引水式电站，装机容量36.0万千瓦。主题建筑物由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三大部分组成。首部枢纽工程位于玉龙大桥下游800.0m，闸趾距汶川县城15.0km，最大闸高31.0m,闸顶长187.0m，软基建闸、基岩接头，闸基基坑要求常年施工，河床一次性断流，右岸导流洞导流。
为给首部枢纽主体工程施工创造条件，设计要求上下游围堰采用悬挂式垂直防渗。上游围堰防渗由固化灰浆防渗墙和高喷防渗墙组成。
2、上游围堰水文地质、工程地质条件
围堰基本地质按其结构组成成份不同，自上而下可分五层：
⑴人工堆筑换填层（Q4⑦）：大江截流后，围堰由大块石组成，围堰明漏水大，为了堵住河水明漏，而换填粘土，耕植土心墙，这一地层比较疏松，结构相对均匀，块石骨料少，粒径小，厚度3～5.5m,这一层沿上、下游防渗轴线分布。⑵块碎石层（COL+dLQ4⑥）：系近源谷坡崩积物，厚10～20m，块碎石层分为花岗石，具棱角状，充填含屑砂壤土，最大粒径可达2m以上，该层结构松散，局部架空，透水性强，这一层分布于上、下围堰左岸岸坡。⑶漂卵石层（aLQ4⑤）：系漫难及现代河床冲积层，厚6～11m，层内有透镜体砂层分布，成分以花岗石，闪长岩为主，卵石粒径2～5cm和10～17cm，漂石粒径为20～27cm，最高可达2.06m以上，充填深灰色中细砂，该层结构不均一,较松散，中等-强透水性，局部透水性极强，这一地层在上、下游围堰广泛分布。⑷微含粉质土砂及含砂粉质土层(LQ4④)：浅灰黄色,系堰塞湖沉积物,厚2～3.5m，厚度及顶高程变化比较大，有尖灭趋势。该层局部为粉砂土与卵砾土混合堆积，砂层力学强度低，属于易液化砂层，此层是围堰防渗基础的相对隔水层，上游围堰分布于EL.1244～EL.1242高程上，下游围堰分布于EL.1244～EL.1241高程上。⑸漂卵石层（aLQ4③）：系现代河床冲积层，厚20～25m， 漂卵石成分以花岗岩为主，卵石粒径2～5cm和10～18cm， 漂石粒径20～32cm，最大可达2.11m，充填灰色中细砂及灰黄色粉质砂土，该层结构不均一，较松散，局部架空，结构中等-强透水性， (具体情况见图1)。
图1 围堰综合地质剖面图
3、固化灰浆防渗墙设计要求
⑴固化灰浆防渗墙设计型式：固化灰浆防渗墙结构为悬挂式，施工顶高程▽1256.3m，施工底高程▽1238.0m，桩号布置x:闸0-6.25～闸0+68.75，y：拦0-205.4。墙厚0.8m,最大墙深18.3m。⑵固化灰浆防渗墙设计技术指标：①渗透系K≤1.0×10-6㎝/s；②抗压强度r15≥0.5Mpa；③弹性模量：E=40～100Mpa。
4、固化灰浆防渗墙施工方法
⑴施工次序：临建布置→孔段划分→造孔→清孔换浆→固化灰浆→质量检查
⑵槽孔划分：根据福堂水电站围堰覆盖层地质条件比较复杂、弧石、漂石含量比较多、粒径比较大、围堰存在明水漏、工程量大、施工工期短等特点，固花灰浆防渗墙槽段划分如下；
防渗墙轴线长75.0m，划分出13个单元槽段，槽段编号从闸0-6.25开始至闸0+68.75结束，其中9#、10#、11#三个槽段长5.2m，分5孔施工，副孔宽1.4m，其余槽段长0.8m ，分7施工，副孔宽1.2m .以上槽段中单号为I期槽孔，双号为II期槽孔，先施工I期槽孔，再施工II期槽孔，槽孔间采用套接连接。槽孔布置见图2
图2 上游围堰固化灰浆防渗墙典型槽孔布孔图
⑶造孔：①造孔机具CZ—30型钻机，“十”字弧型实心铸钢钻头、钢丝刷子、抽砂筒、接砂斗、空心钻头。②造孔时采用“主孔冲击钻进，副孔劈打”的方法。③钻头冲击刃角和底刃角据不同地层的技术参数见表1。④造孔方法：采用CZ—30型冲击钻机钻进住孔至终孔，经检查孔形、孔斜符号要求后，用十字钻头劈打中间副孔，用抽筒排渣，用十字钻头或方钻头压打残余的小墙，直至全部成槽。 表1
地层名称
冲击刃角
底刃角
度数
底刃空心高（㎝）
人工换填层
80°～90°
150°～17°5
10～4
漂卵石层
60°～80°
150°～170°
10～3
粉土质砂层
45°～60°
150°～170°
6～0
大孤石
60°～75°
120°～160°
4～2
⑷固壁泥浆：主孔钻进时采用直接投粘土于槽孔内固壁，副孔劈打时采用卧式搅拌槽制备泥浆，其泥浆性能指标见表2 表2
粘度
(s)
比重
(g/cm2)
含砂量 （%）
胶提率
（%）
稳定性
失水量
(ml/30min)
静切力（1/10Pa）
泥皮厚
PH值
1min
10min
18～25
1.1～1.2
≤5
7.96
≤0.03
20～30
20～30
50～100
2～4
7～9
⑸清孔换浆：槽孔清孔换浆采用抽筒换浆法，清孔泥浆为新制的膨润土浆，抽筒清孔换浆间断进行，以便剩余钻渣沉淀，提高清孔效率，二期槽孔清孔结束，用钢丝刷钻头刷洗一期槽孔孔壁上的泥皮，刷洗合格标准：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤泥不再增加。新制膨润土泥浆性能指标见表3 表3
项目
单位
性能指标
试验用仪器
备注
浓度
%
74.5

制100g水所用膨润土重量
密度
g/cm3
1.23～1.30
泥浆比重秆

漏斗粘度
S
30～90
946/1500mI

塑性粘度
CP
<20
旋转粘度计

10min静切力
N/M2
1.4～10
静切力计

PH值

9.5～12
PH试纸或电子PH计

含砂量
%
<4
200目筛

⑹固化灰浆施工方法：①气拌法固化灰浆施工程序（见气拌法固化灰浆施工程序图3）

图 3 气拌法固化灰浆施工程序
②固化灰浆的泥浆性能：固化灰浆的泥浆性能要求：漏斗粘度：25～45s密度不小于1.25g/c㎡。③固化灰浆配合比：固化灰浆采用膨润土-粘土浆，施工使用配合比见表4表4
泥浆
水泥
水
水玻璃
粉煤灰
砂
外加剂（木钙）
备注
928
204.5
95
40
27
180
0.45
泥浆体积占0.742
④固化灰浆：固化灰浆采用原位搅拌气拌固化成墙的施工方法，既槽孔清孔验收合格后，先掏空孔内多余泥浆，下入风管，风管管径为25.0㎜，单管长度18.0m，采用丝扣连接，风管底部加装长度0.5m的水平花管，加入灰浆前，先将槽内泥浆用风搅拌30min，使槽内泥浆均匀，然后陆续加入各种材料：水泥砂浆采用0.4m3混凝土搅拌机搅拌均匀后直接倒入槽孔，水玻璃分两次倒入槽内，第一次倒入计划用量的三分之二，加完砂浆后再倒如剩余的三分之一。加料过程中，用风不停搅拌，灰浆加入在2小时内结束，加料结束后，继续用风搅拌30min结束施工，灰浆固化完毕后，固化浆用湿土覆盖养护。（上述施工方法见图4）。

图 4 固化灰浆施工方法示意图
5、质量控制标准
⑴ 固化灰浆防渗造孔：槽孔孔位偏差：≤±3㎝；②槽孔深度：18.3m（±10㎝）；③槽孔孔斜率：≤0.4‰，遇含有大孤石，漂石的地层，孔斜率控制在0.6‰以内，并确保墙体连续厚度；④槽孔宽度：≥80㎝；⑤接头孔套接厚度：在任一深度处Ⅰ、Ⅱ期接头孔的孔中心距≤1/3设计墙厚（即26.7㎝），接头孔套接厚度满足≥75㎝。⑵防渗墙清孔和接头刷洗：淤积厚度：≤10㎝；②泥浆比重：1.20～1.25g/cm3；③泥浆n粘度：20～25s；④泥浆含砂量≤10％⑤接头洗刷：刷子钻头基本不带泥屑，孔底淤积不在增加。⑶ 固化灰浆：①混合浆液失去流动时间：≥5h；②固化时间≤24h；③析水量＜1％；④水泥砂浆密度≤1.80g/cm3。
6、 施工成果及工效分析
⑴ 施工成果：共完成防渗轴线75.0m，槽段数13个，成墙面积1474.08㎡。造孔总进尺1842.60m，固化灰浆方量1570.75m3。⑵ 施工工效分析：固化灰浆防渗墙施工从2001年12月1日开工到2002年2月4日完工，历时64天，比预定目标工期提前30天。在围堰固化灰浆防渗墙施工中，由于地质条件复杂，一期槽施工时，孤、漂石含量较多，孤石最大粒径超过2.50m。孔斜超标严重，填石头修孔占用了大量的时间，施工工效极为缓慢。二期槽孔吸收了一期槽孔施工经验，并改进了施工钻进参数，大大提高钻进工效，整个防渗墙施工平均工效3.2m/台日、纯钻工效4.94m/台日、其中漂卵石层3.25m/台日、固化接头12.2m/台日、人工填筑层7～9.0m/台日、砂层4.5m/台日。
7、质量检查
固化灰浆防渗墙质量检查采用：⑴ 固化槽段现场取样：每个槽孔固化前，对清孔泥浆进行测试，对固化用的砂浆取模试块，作28天抗压强度，以上检查都符合要求。⑵现场开挖：通过现场开挖，直观检查固化成墙效果，整个槽段固化完毕后，用反铲在固化端的背水面开挖了6″、7″、8″三个槽孔，开挖长度18.5m，深度8.5m。成墙效果非常理想，一、二期槽孔搭接非常好，钢丝刷刷洗孔壁非常干净，整个墙体没看见有渗水的地方。⑶钻孔作注水试验：固化灰浆施工完毕28d后，在固化槽段上钻两孔，分段从上到下作注水试验，试验水头15.0m，段长2.0m，共作15段，所有的K值都小于10-16㎝/s，完全符合设计要求。
8、施工技术难点及解决办法
福堂水电站位于岷江上游，高山深谷，覆盖层比较厚，粒径比较大，砾石成份为火成岩，覆盖层地质条件复杂，在围堰固化灰浆防渗墙施工过程中，遇到如下难题：
⑴大漂石、孤石层钻进。高程▽1254.0～▽1248.0m，属于块碎石堆积层，大孤石、大漂石含量达40%以上，径粒最大达1.2m，这一层特别难钻，严重影响施工工效，在保证孔壁安全的情况下，采用如下办法：①重锤冲凿：用冲击钻机将5～10.0吨的重锤吊起，然后自由下落，以钻具刃角将大漂石击碎，改变钻头形状，用圆弧砖头代替十字钻头强烈冲击，击碎孤石。②钻孔爆破：用英格索兰钻机偏心跟管在大孤石、大漂石上钻孔，成孔后，装入适量的炸药进行爆破，把孤石、漂石炸碎后在进行钻进。
⑵ 粉细砂层钻进。高程▽1242.0～▽1238.0m，属粉土质砂层，这一砂层在地震作用下易液化，钻进过程中经常发生槽孔跨蹋、淤砂、埋钻等事故，其解决办法：①控制抽渣次数和时间，加大泥浆比重。②6#、7#、8#、10#槽孔，粉细砂层不厚，孔壁跨蹋、淤砂相对较少，采用加入块碎石，用冲击钻头把块碎石挤入边壁进行加固。
⑶ 3#、4#、5#槽孔，粉细砂层比较厚，槽孔淤砂严重，采用加入水泥、膨润土和粘土于砂层底部，用冲击钻头捣匀，待凝7d后，重新钻进。① 浆液大量漏失， 围堰大江截流后，人工堆筑层与河床原始覆盖层接触带漏失特别严重，虽然进行过人工换填，但造孔过程中还是出现浆液大量漏失，其处理办法：6.3.1钻孔时，大量加入块石夹黄泥，反复在这一接触带充填，补打地层，使夹块石的黄泥把渗漏的通道补充密实。②在二期槽孔中加入泥浆絮凝材料，袋装水玻璃、混合粘土、水泥倒入槽中，使它随渗漏浆液快速凝固孔壁。③在特大漏失的10#、11#槽段加入棉花绒、绵籽壳，用冲击钻头劈打挤入孔壁，以达到堵漏的目的。
9、结束语
⑴ 福堂水电站上游围堰固化灰浆防渗墙工程地质条件复杂,大孤石、巨漂卵石含量较多,且围堰填筑不密实,施工中塌孔,漏浆现象普遍,施工较为困难,通过采取了一系列施工技术措施,提前完成任务,积累了在大孤石、巨漂石地层中防渗墙施工经验。
⑵固化灰浆防渗墙施工完毕,基坑开挖,围堰固化灰浆防渗墙段末发现有渗水现象,说明固化灰浆防渗墙施工方法、技术措施、工艺是正确的,施工是成功的、有效的。
夏中伏：
邹 刚 男(1970年- ) 四川南部县人,水电七局成水公司工程师,从事水电施工技术与管理工作。