大仓水电站混凝土防渗墙施工.doc

大仓水电站混凝土防渗墙施工
曹增强 孙 超
［摘 要］青海大仓水电站采用混凝土防渗墙进行坝基防渗处理，墙厚0.6m，墙体嵌入基岩3～6m，最大墙深约43m；由于地质条件复杂、施工平台过低，且不具备施工导流条件，在施工中遇到了严重的漏浆、塌孔问题。本文简要介绍了该防渗墙的施工程序和方法，重点阐述了预防和处理漏浆、塌孔的措施。
［关键词］青海 大仓水电站　混凝土防渗墙 施工 漏浆 塌孔
1 工程概况
果洛藏族自治州地处青海省东南部的黄河、长江、澜沧江三江源头保护区，北与海南藏族自治州相连，东与黄南藏族自治州和甘肃省为邻，南与四川省接壤，西与玉树藏族自治州相依，州府所在地玛沁县大武镇距省会西宁440km。大仓水电站位于青海省果洛藏族自治州久治县境内的康赛乡，是果洛州通电工程的一个单项工程，坝址位于沙柯河支流横干玛沟与大仓沟之间，距离大仓沟口约500m，距久治县城约26km。
大坝坝型为粘土心墙砂壳坝，设计坝高26m，坝顶高程3675.0m。电站装机容量3200kw,单台机组容量1600kw，机组台数2台。大坝基础防渗处理采用混凝土防渗墙方案。防渗墙轴线长约450m，防渗面积约14000m2，墙厚0.6m，最大墙深约43m，渗透系数不大于10-6cm/s，墙体材料抗压强度R28≥20MPa。墙体底部深入强风化基岩2～5m，深入新鲜岩面1.0m。
2 地形、地质条件
大仓电站坝址河谷呈“U”型，谷底宽400m左右，现代河床宽20～25m，近坝河流位于左岸。坝址左右岸有Ⅰ、Ⅱ级阶地，阶面开阔，地形有起伏。Ⅰ级阶地高程一般为3550.0～3553.0m，宽度10.0～120.0m，阶面高出河床1.3～2.0m。左岸3615.0m高程以上为岩石边坡，此高程以下为坡洪积台地，台面前缘高出河床19～20m，地形坡度30°～60°，局部大于80°；右岸山包低矮，单薄，岸坡坡度约40°～60°，最高点高程为3611.6m，高于河床约60m。
坝区出露的基岩为二叠系下统粉砂岩、长石石英砂岩及砂质板岩，地层产状变化较大，整体上呈单斜构造形式，走向NW290°～NW310°，倾向SW，倾角65°～87°。坝区内发育较大规模的断层共3条，裂隙12组。第四系松散堆积物主要有：崩坡积碎石土、坡积粉土、坡洪积含碎石粉土、冲积砾石层和洪积砾石层。河床坝基为冲积砾石层，总厚度26.8～33.2m，中等透水性，局部夹中密粉细砂透镜体；下伏基岩为长石石英砂岩，埋深大，倾角陡。左岸地表为含砾石土层，遇水湿陷，属强透水性；右岸及河床段顶部回填0～4m砂砾石坝壳料，局部碾压不密实，结构松散。
3 工程特性及施工难点
（1）防渗墙施工平台设计高程较低且汛期导流能力不够。防渗墙施工平台设计高程枯水期比地下水位高约1.5m，汛期主河床导流能力不够，地下水位上涨，与施工平台高差仅0.5～1.0m，造成漏浆、塌孔频繁。
（2）地质条件复杂。大部分槽孔须穿过结构松散的坡积砂砾石层和坡积粉土层，漏浆严重，极易发生缩孔、塌孔和埋钻事故。
（3）工程量大、施工强度高。本标段防渗墙合同工程量为14000m2，工期只有90天，高峰期防渗墙施工强度须达到6000m2/月，在各种不利条件的影响下很难满足这一要求。
（4）入岩施工难度大。本工程要求防渗墙嵌入强风化基岩2～4m，嵌入新鲜基岩不下于1.0m；完整的长石石英砂岩十分坚硬，钻进困难，特别是在陡坡岩面部位。
（5）高海拔地区恶劣气候的不利影响。青藏高原的气候变化无常，在高寒缺氧地区施工，人员和机械设备的工作效率都有不同程度的降低。
（6）施工干扰大。因施工强度大造成必须投入较多的施工设备，补充勘探、基岩面鉴定、造孔、接头孔拔管等工序及其施工设备的频繁调换必然会影响施工进度；同时，其它标段进行坝壳填筑和坝肩开挖也对防渗墙施工有很大的干扰。
（7）物资采购和运输困难。工地位于距西宁市1050公里的偏远山区，而且施工期间通往工地的唯一道路正在进行混凝土路面施工，禁止载重10t以上的车辆通行，水泥、膨润土、柴油等原材料进场必须进行二次倒运。
（8）工作面提交滞后。由于没有及时进行河水截流和左岸省级公路改线施工，造成工作面移交滞后，延误工期两个月。
4 防渗墙施工
4.1 施工方案
防渗墙造孔采用“钻抓法与“钻劈法”相结合的成槽工艺，即先用冲击钻机钻凿主孔，再用抓斗抓取副孔上部的覆盖层，然后用冲击钻机钻凿副孔的基岩；护壁采用膨润土泥浆。采用“气举法” 清孔后，用“泥浆下直升导管法”浇筑混凝土。自建砂石料生产及混凝土搅拌系统，使用混凝土罐车运送混凝土至浇筑槽孔作业面。墙段连接采用 “接头管法”。柴油发电机供电，共投入400kw发电机2台、150kw发电机3台。
4.2 施工平台及导墙
施工平台宽度20m，下游侧7m，为钻机工作平台，其上铺设枕木和轻轨；上游侧13m，布置抓斗作业平台、倒渣平台和施工道路，兼作下设预理管、混凝土浇筑和接头孔拔管成孔施工场地。
现浇钢筋混凝土导墙采用梯形断面高度1.5m，顶宽0.6m，底宽0.8m，内侧净宽0.7m；墙内在上、中、下部各布置2根φ20纵向受力钢筋，墙体材料为二级配C15混凝土。
4.3 护壁泥浆
本工程护壁泥浆选用甘肃金昌产膨润土作为造浆材料，分散剂为工业碳酸钠（Na2CO3），新制泥浆配比及性能指标见表1（膨润土用量根据地层情况进行调整）。另采用当地优质粘土作为孔内造浆材料。
表1 新制泥浆配合比及性能指标
配合比
性能指标
材料名称
水
膨润土
碳酸钠
密度
（g/cm3）
粘度
（s）
失水量
（ml/30min）
pH值
用量（㎏）
1500
150
6
1.08
36
16
9.5
4.4 造孔施工
本次施工共投入10台冲击钻机与2台抓斗,先用冲击钻机钻进主孔，然后用抓斗抓取副孔；若抓斗抓不动，则用冲击钻机配合施工。孔形控制项目主要有孔深、孔宽和孔斜。孔斜率一般不大于0.4%，遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时孔斜率按0.5%控制；整个槽孔应无梅花孔、探头石和小墙。Ⅰ、Ⅱ期槽孔套接处的墙厚应满足要求。
开工前在槽孔两端设置测量标桩，根据标桩确定槽孔中心线并且始终用该中心线校核、检验成墙中心线，孔位偏差不得大于3cm。每一槽段终孔时钻头直径及抓斗宽度均不得小于设计墙厚；在槽孔内任一部位均可顺利下放钻头，并且可在槽孔内自由横向移动。
为准确确定基岩面，保证墙底入岩深度满足设计要求，制定了基岩鉴定工作制度：
（1）施工前各级施工人员应熟悉施工图纸，了解工程地质资料和岩性特点。
（2）孔深测绳在使用前应进行检查、较准。
（3）选派有经验的操作手进行终孔阶段的钻进操作。
（4）当钻孔接近预计岩面深度时即开始不间断地追踪取样检查，并作详细记录；对基岩顶面的岩样要妥善保存，并及时提请现场监理、地质人员鉴定。
（5）基岩鉴定时要综合考虑岩样的性质、钻进感觉和钻头磨损情况，仍无把握时应采用岩芯钻机钻孔取芯检查，钻孔入岩的深度一般不小于5m。
（6）每个主孔均进行岩面鉴定；当两相邻主孔的深度差大于1.0m时，其中间的副孔也应进行基岩鉴定。副孔孔底高程不得高于两相邻主孔高程的平均值；且与较深主孔之差一般不得大于1.0m。
4.5 清孔换浆
槽孔验收合格后进行全面的清孔换浆工作。清孔采用气举法，在清除孔底淤积物的同时向孔内补充新鲜泥浆，换浆量不小于槽孔体积的1/2。Ⅱ期槽孔在清孔换浆结束前，用钢丝刷子洗刷接头孔，以刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。
槽孔清孔换浆结束1h后检查清孔质量，合格标准为：孔底淤积厚度不大于10cm，槽孔底部泥浆密度不大于1.25g/cm3，马氏漏斗粘度32s～50s，含砂量不大于6%。
4.6 混凝土浇筑
每个槽孔浇筑前须单独制定浇筑方案，并检查各项准备工作的完成情况。导管在使用前须进行压水试验，然后根据孔深在地面配置导管。
混凝土浇筑采用“泥浆下直升导管法”，导管间距不大于4m，导管中心至槽孔端部或接头管壁面的距离为1.0m～1.5m；导管底口距槽底控制在150mm～250mm范围内。各导管开浇按深先深后浅的顺序进行。
浇筑过程中控制导管埋入混凝土深度不小于1m，不大于6m；控制混凝土面上升速度不小于2m/h；控制混凝土面高差在500mm以内。至少每隔30min测量一次混凝土面的深度，每隔2h测量一次导管内的混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图，及时指导拆卸导管。每2h测量一次孔口混凝土坍落度和扩散度，发现异常及时调整混凝土的配合比。每个槽孔均按规定的频次和项目取样成型混凝土性能试件。
4.7 墙段连接
本工程墙段连接采用接头管法。Ⅰ期槽浇筑前在槽孔两端孔处下设接头管，在混凝土浇筑过程中根据取样试验确定的混凝土脱管龄期和混凝土浇筑速度，用液压拔管机逐步拔出接头管，形成Ⅰ、Ⅱ期墙段的接头孔。为减小拔管阻力，避免混凝土粘结在接头管上，开浇3～4h后，正式拔管前要开始微动接头管，每隔30min要微动一次。拔管过程中要注意观察拔管阻力的变化情况，要控制拔管阻力在一定范围内；控制的目标是：既能成孔，拔管阻力又最小。拔管过程中要及时向接头孔内补浆，特别是最后一节管拔出前一定要补足泥浆，并适当降低拔管速度，延长拔出时间。
4.8 质量检查
按相关规范要求，防渗墙混凝土共取样成型抗压试块61组，抗渗试块21组，其检测结果全部符合设计要求。
本工程混凝土防渗墙共布置5个检查孔，其注水试验的渗透系数全部符合设计要求；检查孔芯样完整密实、表面光滑、胶结良好，表明墙体材料均匀，无混浆、加泥、断墙现象。
5 漏浆、塌孔处理
5.1 漏浆、塌孔原因分析
漏浆往往发生在抓斗抓取副孔过程中，漏浆原因主要有以下几种：①顶部回填层与原始地层接触部位不密实，形成渗漏通道；②河床坝基为冲积砾石层的空隙较大，且结构松散；③抓斗的掘进速度较快，对地层没有挤密作用，孔壁上不能及时形成泥皮。
槽孔坍塌多由漏浆引起，本工程塌孔原因有以下几种：①防渗墙施工平台过低，仅高出地下水位0.5～1.0m；②施工期间不具备导流条件，汛期河水淹没施工平台；③孔口回填砂砾石碾压不密实；④河床砂砾石层结构松散；⑤液压抓斗的掘进速度较快，泥浆的护壁作用来不及发挥。
5.2 漏浆、塌孔的处理
(1)发现漏浆时立即提出抓斗，迅速向槽孔内补充泥浆，保持浆面高度；同时向孔内投放粘土、水泥、锯末等堵漏材料，加大泥浆粘度，待浆面稳定后再用斗体进行挤压密实。
(2)槽口局部坍槽，导墙尚未断裂时，紧贴导墙外缘每隔20～30cm 向下斜插钢筋、钢管等，钢筋长度根据坍孔深度定，使之打入坍孔形成的溜坡内长度大于1m。用袋装粘土封堵坍孔下部，上部用低标号混凝土封堵，不使水流入坍坑缝隙。
(3)在槽孔坍塌范围较大，已不能局部处理时，探明坍塌溜坡最低位置后，用粘土或砂砾碎石土将溜坡最低点2m以下空间回填，上部用直升导管法浇筑低标号混凝土至孔口；当混凝土达到一定强度后重新造孔。
5.3 漏浆、塌孔的预防
针对本工程中的漏浆、塌孔现象，造孔过程采取了以下措施进行预防：
（1）缩小槽段长度（合拢段槽段长度就由7.8m缩短为6.6m），减少造孔过程中槽壁的临空面，尽量缩短成槽历时。
（2）地层松散槽段由两钻三抓改为四钻三抓，充分发挥冲击钻机对地层的挤密作用。
（3）遇到疏松、易坍地层时，适当放慢抓取速度，并向该部位投放适量粘土或增加泥浆粘度，尽快穿过此层
（4）适当增加膨润土用量，提高泥浆粘度；施工中采用的泥浆配比为水：膨润土：Na2CO3=1500：150：6。
（5）遇到漏浆及时进行处理，防止漏浆严重造成塌孔。
（6）左岸碎石土层有湿陷性，要作好废浆、水的排除工作，避免浸泡钻机平台；部分槽段钻机平台浇筑了20cm厚的混凝土。
（7）因故停工或度汛时要将已施工的槽孔用粘土或碎渣土回填，不允许空槽放置；短期停等或停电时要设法维持槽孔内泥浆稳定。
6 结论
（1）本工程坝基覆盖层地质条件复杂，混凝土防渗墙嵌入基岩的深度达3～6m，且施工期地下水位高，施工难度极大；针对上述问题施工单位在施工过程中采取了一系列有效措施，成功地克服了漏浆、塌孔及土层湿陷缩孔等难题，圆满地完成了施工任务。
（2）保持槽孔孔壁稳定是混凝土防渗墙顺利施工的前提条件，施工前必须认真研究地质条件、地下水位、孔口高程、槽孔长度、泥浆性能、施工导流等影响孔壁稳定的问题，采取适当措施预防漏浆、塌孔，避免在地下水位接近孔口高程的情况下施工，更不能没有施工导流。
（3）混凝土防渗墙施工平台的填筑质量对于槽孔稳定十分重要，但往往是其他单位施工；因此，在填筑前应提出质量要求，填筑时应进行严格的控制。

作者： 曹增强 男 工程师 中国水电基础局有限公司二公司
孙 超 男 助理工程师 中国水电基础局有限公司二公司

审稿意见
1. “工程概况”中补充坝型、坝高、电站装机容量等内容。
2. “汛期不具备导流条件”是导流能力不够还是完全没有导流设施？没有导流如何施工？当初作施工组织设计时是怎样考虑的？施工平台高程为何不按规范要求执行？
3.在表1中补充新制膨润土泥浆性能指标。

肖树斌 2011-3-12

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