基于圍堰防滲墻施工技術措施

李 波

(中國葛洲壩集團股份有限公司第一工程公司，湖北宜昌443002)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，樞紐建筑物主要有攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水發電系統等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高223.5 MW?？傃b機容量1 700 MW( 4 ×425MW) ，平均年發電量70.15 億kW·h。

上游圍堰為基礎全封閉混凝土防滲墻上接土工膜斜墻的土石圍堰，堰基覆蓋層采用全封閉塑性混凝土防滲墻，墻底嵌入基巖1.0 m，墻厚1.0 m。上游最大墻深約85 m，墻頂軸線長154 m，成墻面積8 340 m2。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

壩址區河谷狹窄，河谷形態呈較對稱的“V”形峽谷，河谷兩岸地形陡峻，臨河坡高＞800 m，基巖裸露，自然坡度一般55° ～65°。

2.2 地層巖性

據勘探揭示，上游圍堰河床覆蓋層厚60 ～75 m，層次結構自下而上可分為4 層:

第1 層含漂卵砂礫石層，厚約11 ～27 m。第2 層黏質粉土，厚約15 ～22 m; 該層粘質粉土埋藏深，厚度變化大，具液化可能性。第3 層含泥漂卵砂礫石層，厚約15 ～37 m。第4層，孤漂卵砂礫石層，厚約1 ～15 m。

3 施工總體方案

采用CZ—6、CZ—9 沖擊鉆機進行成槽施工，泥漿固壁;I、II 期槽采用套接，接頭孔采用接頭管連接;水下混凝土采用直升導管法澆筑。

3.1 施工重點、難點及對策

3.1.1 施工重點

1) 該工程防滲墻在深厚覆蓋層中成墻，最大槽孔深85 m，地質條件復雜，施工難度之大，在目前國內已施工的防滲墻工程中，也實屬罕見。

2) 防滲墻鉆孔穿越深厚覆蓋層形成槽段是整個防滲墻工程的施工重點。

3.1.2 施工難點

1) 覆蓋層深厚，地質條件復雜。上游圍堰混凝土防滲墻最大深度達85 m，土層主要以孤石、漂石、卵石及砂礫石為主，孤石最大直徑達1 ～3 m，對防滲墻成槽極為不利，極易出現漏漿、塌孔、孔型不規則等孔內事故。

2) 深墻段連接接頭施工難度大。由于防滲墻深度較深，采用常規套接鉆鑿法施工工效低，并且造成材料的浪費，采用拔管法存在鑄管的風險。

3) 施工現場為“V”字型河谷，兩岸為陡傾角巖層，防滲墻嵌巖難度大。

4) 墻內預埋灌漿鋼管安裝難度大。在深達85 m的槽孔內預埋墻下帷幕灌漿鋼管，安裝、定位的難度大，而且易造成槽孔內再次淤積，影響防滲墻混凝土澆筑質量。

3.1.2 施工對策

1) 采用功率大、鉆頭重、進度快、鉆孔深、特別適應大塊石層的CZ—9 沖擊鉆機成槽。

2) 在鉆孔過程中，對于架空層進行孔內回填黏土加片石，用鉆頭擠壓密實架空層，同時加大固壁泥漿比重; 遇孤石可采用聚能爆破或槽內鉆孔爆破輔以重錘沖砸方法進行處理。主孔鉆進發生漏漿時，采取黏土堵塞，副孔鉆進發生漏漿則采用濃泥漿，膨脹粉泥漿或石粉、鋸末等措施堵塞。

4 主要施工方法及措施

4.1 固壁泥漿

4.1.1 選用的鉆孔泥漿原則

1) 根據膨潤土泥漿形成致密泥皮的性能，在本工程漂、卵、礫石層中能最大限度的確保槽孔孔壁的安全。

2) 墻底沉渣會加大墻體的沉陷變形，大量的沉渣如果混入墻體混凝土中，會形成墻體的薄弱部位，沉淀在混凝土表面的泥渣會降低混凝土澆筑速度。膨潤土泥漿能最大限度懸浮沉渣，減少孔底的沉淀物，保證孔底清孔后淤積厚度控制在10 cm范圍內。

3) 膨潤土含砂量低，不易在孔底形成砂結層，有利于清孔。

4.1.2 泥漿材料選用

根據本工程特點，擬采用優質的II 級鈣基膨潤土泥漿進行護壁。分散劑為工業碳酸鈉; 增粘劑選用中粘類羧甲基纖維鈉，配制泥漿用水采用新鮮潔凈的淡水。

4.1.3 泥漿配合比

根據施工經驗和現場試驗結果，擬定的新制膨潤土泥漿配合比為: 水: 膨潤土∶碳酸鈉= 1 000 L ∶60 ～70 kg ∶4～4.5 kg。

4.1.4 泥漿制備

1) 泥漿拌制選用高效、低噪音的ZJ—800 型高速回轉攪拌機。

2) 每罐膨潤土漿的攪拌時間為3 ～5 min。

3) 泥漿處理劑使用前，配成一定濃度的水溶液，以提高其效果。純堿水溶液濃度為20%，CMC 水溶液濃度為1.5%。

4.1.5 泥漿使用

1) 新制膨潤土漿需存放24 h，經充分水化溶脹后使用。2) 儲漿池內泥漿經常攪動，保持指標均一，避免沉淀或離析。

4.2 成槽施工

4.2.1 槽段劃分

根據本工程的地質條件及施工設備的特點，一、二期槽長均劃分為7 m，三主二副，副孔寬2 m，槽段之間相互套接。上游防滲墻劃分為26個單元槽?；炷练罎B墻分兩序間隔造孔挖槽、澆筑墻體混凝土，其中先施工的為一期槽孔，后施工的二期槽孔將所有槽段連接成墻。單元槽孔由主孔及副孔組成，主、副孔相間布置。

4.2.2 造孔施工

4.2.2.1 鉆劈法施工

單元槽成槽施工過程中，先采用沖擊鉆機鉆鑿主孔至終孔，再劈副孔。在鉆進過程中向孔中投入大量的黏土，一方面進行沖擊擠密堵漏，另一方面提高泥漿黏度懸浮鉆渣，從而提高鉆孔時效。劈打副孔時，在相鄰的兩個主孔中放置接砂斗接出大部分劈落的鉆渣。

由于在劈打副孔時有部分鉆渣落入主孔內，因此需要重復鉆鑿主孔。

在主、副孔鉆完之后，其間會留下一些殘余部分，這需要找準位置，從上至下吧它們清除干凈。至此就可以形成一個完成的、寬度和深度滿足要求的槽孔。該法在深厚覆蓋層防滲墻施工中廣泛應用。

4.2.2.2 平打法施工

單元槽成槽施工過程中，先將主孔施工到一定的深度，往孔內回填1 ～2 m黏土，然后施工副孔及小墻，將副孔及小墻鉆進至主孔孔深上面2m 左右時，再將主孔往下鉆進一定深度，再采取上述方法施工副孔及小墻，直至終孔。此法適應孤石較多、嚴重漏漿的地層。

4.2.3 特殊地層造孔方法

在鉆進過程中遇到巨型塊石或懸于孔壁的探頭石，可使用特制的爆破筒置于巨石表面進行爆破。即鉆孔爆破孤石。鉆進至較深部位遇到直徑較大的塊石時，采用鉆孔爆破方法處理。鉆孔可采用回轉式鉆機，孔徑φ75 ～90 mm。鉆進前一般先下套管到塊石表面，然后在套管周圍投放黏土封閉套管底口，以便鉆渣能返出孔外，并避免稀釋泥漿。

4.2.4 槽孔清孔換漿

1) 采用抽筒法，在清除孔內廢渣的同時及時向孔內補充新鮮泥漿。2) 對二期槽，在清孔換漿前應用鋼絲刷鉆頭刷洗一側槽段接頭混凝土壁的泥皮，至刷子鉆頭不帶泥屑、孔底淤積不再增加為止。3) 采用沖擊鉆機造孔過程中形成的泥渣，經凈化處理后的泥漿可以再重復使用，混凝土澆注時將未污染的泥漿抽出送至其它槽孔或泥漿池重復利用，被污染的泥漿排放到廢漿池。

4.2.5 終孔及清孔驗收

1) 成槽后清孔換漿。補充新漿的數量以槽內泥漿各項性能指標符合設計標準為止; 下設預埋管件的槽孔，補充新漿的數量達到槽內總漿量的1/3 左右即可。

2) 槽孔清孔換漿結束1 h后，應達到下列標準:

孔底淤積厚度≤10 cm;泥漿密度＜1.1 g/cm3;泥漿黏度＜35 s;泥漿含砂量＜5%。

3) 清孔結束合格后4 h內澆注混凝土，若延長時間，需重新測量淤積厚度。

4.3 水下混凝土澆注

混凝土主要物理性能指標:入槽坍落度18 ～22 cm，擴散度34 ～38 cm。坍落度保持15 cm以上的時間≥1 h;混凝土初凝時間≥6 h，終凝時間≤24 h。

槽孔墻體預埋件安裝就位后，下設φ320 鋼制導管，導管為插銷連接。一、二期槽距孔段距離為1 ～1.5 m，當槽底高差大于0.25 m時，導管應調整到控制范圍的最低處，單根導管下設安裝完畢后應復測距孔底間距。

水下混凝土澆注采用的隔水栓為球塞式，導管距孔底的距離大于球塞的直徑。待混凝土料充滿導管和分料斗后上提適當距離讓混凝土一舉封住導管底。根據本工程槽段長度，首次混凝土澆注方量不少于8 m3。墻體混凝土澆筑必須從槽孔最深導管開倉，首開倉的一次連續入槽混凝土方量使導管埋入混凝土中不得＜1.2 m，在混凝土澆注中，控制各導管均勻下料，使槽內混凝土面高差＜0.5 m，導管埋深≤6 m，≥2 m。根據混凝土上升速度和導管埋深及時起拔導管，槽孔內混凝土面上升速度控制在3 ～7 m/h。槽孔混凝土終澆頂面高于設計墻頂線0.5 m。

4.4 防滲墻槽段連接

4.4.1 接頭管下設

防滲墻墻段連接采用“接頭管法”。接頭管下設孔位誤差±3 cm，偏斜率≤0.4%，接頭管在混凝土澆筑時應經常活動防止鑄管，拔管段混凝土處于凝固狀態后才能拔管，拔管的空孔段應用泥漿充填。按槽孔深度配置接頭管。下設前檢查接頭管底閥是否正常，并在接頭管外表面涂抹潤滑油。

4.4.2 拔管

拔管法施工關鍵是要準確掌握起拔時間，起拔時間過早，混凝土尚未達到一定強度，出現接頭孔縮孔和垮塌現象;起拔時間過晚，接頭管表面與混凝土的黏結力使摩擦力增大，增加了起拔難度，甚至接頭管鑄死拔不出來，造成孔內事故。

5 防滲墻施工質量控制與檢測

5.1 防滲墻造孔質量控制

1) 各單孔開孔中心位置在設計防滲墻中心線上、下游方向的誤差≤3 cm。

2) 槽段端孔造孔質量控制: 嚴格控制槽段端孔的偏斜率，保證孔斜率在3‰內。一旦發現孔斜超標，采取措施及時糾偏，糾偏的措施有: 掃孔、回填塊石、爆破、下放糾偏器等，可依具體情況選用。

3) 槽段副孔造孔質量控制: 嚴格控制槽段副孔的偏斜率，保證孔斜率在4‰內。副孔造孔偏斜控制跟主孔一樣，如發現偏斜超標，除采取主孔可實施的糾偏法外，還可用抓斗糾偏。

5.2 槽孔檢測

造孔成槽后，造孔質量檢測采用超聲波孔斜測定儀，測量槽孔任意斷面的孔徑、孔形、孔斜等參數。

5.3 防滲墻質量檢查

1) 防滲墻成墻28 d后進行鉆孔檢查，沿墻體軸線每隔80 m布置一個檢查孔，檢查孔分騎縫孔和墻體。

2) 鉆機選用XY—2 型地質鉆機，騎縫孔與墻體孔為Φ130。檢查孔深度與防滲墻相同，檢查孔自上而下分段取芯鉆進，分段壓水試驗。分段長度一般為5 m。

檢查孔按機械壓漿封孔法進行封孔: 封孔先用風、水輪換沖洗，封孔材料采用水泥砂漿，水泥:砂=1∶1.3。

3) 墻體混凝土物理力學強度指標指標和抗滲標準應達到設計值，合格率達95%以上，壓水檢查的標準為滲透系數≤1 ×10－6cm/s。

6 結束語

本工程施工過程中，依照上述的防滲墻技術方法、工藝質量要求控制，使該防滲墻單元成槽環節中遇到的眾多不利因素和疑難問題得以順利解決，后續的終孔、澆筑水下混凝土工序可靠完成，成型的墻體檢測質量符合設計要求，從而說明特殊復雜地質環境下的深層防滲墻施工技術措施是可行的。

［1］王清友，孫萬功，熊歡. 塑性混凝土防滲墻［M］. 北京: 中國水利水電出版社，2008.

［2］高鐘璞. 大壩基礎防滲墻［M］. 北京:中國電力出版社，2000.

［3］中國水利水電基礎工程局. DL/T5199—2004 水利水電工程混凝土防滲墻施工規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2004.