石板溝水庫(kù)工程防滲墻及帷幕灌漿施工技術(shù)

張 龍

(甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

石板溝水庫(kù)地處天祝藏族自治縣境內(nèi)，天祝藏族自治縣位于甘肅省中部，黃河北岸，隸屬于甘肅省武威市，位于武威市的南部。其地理位置為北緯36O46＇～37O53＇、東經(jīng)102O02＇～103O38＇，總面積為6558km2。蘭新鐵路和國(guó)道312線由東南向西北穿越天祝縣，縣鄉(xiāng)交通以公路為主，對(duì)外交通尚屬便利。石板溝位于天祝縣域西北部，河道順直，呈基本對(duì)稱的“U”字形，河谷底寬為150～350m，河床自然比降為4%～6%。庫(kù)區(qū)主要為石板溝溝道，溝谷較開闊，兩側(cè)無(wú)階地。溝底漫灘發(fā)育，現(xiàn)為草場(chǎng)。地層巖性主要為上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群(T3yn)砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖以及第四系各種成因的松散堆積物，庫(kù)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造作用不強(qiáng)烈。河谷覆蓋層埋深為7～18m，基巖大面積出露，庫(kù)周兩岸基巖面高于正常蓄水位線，巖層傾向庫(kù)內(nèi)。

2 防滲墻施工

2.1 修筑施工平臺(tái)

混凝土防滲墻施工平臺(tái)主要包括沖擊鉆平臺(tái)、倒?jié){溝及混凝土運(yùn)輸澆筑設(shè)備平臺(tái)。泥漿管道、水管、動(dòng)力線路布置在鉆機(jī)下游側(cè)；混凝土澆筑設(shè)備沿施工軸線布置在操作平臺(tái)上游側(cè)。根據(jù)本工程項(xiàng)目施工特點(diǎn)及實(shí)際施工要求，初步設(shè)計(jì)施工平臺(tái)寬12m，長(zhǎng)118m。為便于施工，在填筑碾壓施工平臺(tái)時(shí)高出原始河道1.5m。

導(dǎo)墻開挖前放出防滲墻中心線，在中心線(大壩縱0～035，橫0+126.29～0+242.42，總長(zhǎng)161.13m為施工方便修筑的平臺(tái)兩側(cè)均加長(zhǎng)1m)兩側(cè)用石灰撒出填筑平臺(tái)輪廓線，先用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)整平填筑基礎(chǔ)并壓實(shí)。在建設(shè)單位指定的黏土料場(chǎng)用自卸汽車取料修筑施工平臺(tái)，筑臺(tái)壓實(shí)采用履帶式挖掘機(jī)分層壓實(shí)直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.2 導(dǎo)墻施工

(1)施工要點(diǎn)

導(dǎo)墻的施工要嚴(yán)格遵守導(dǎo)墻設(shè)計(jì)圖紙，因?yàn)閷?dǎo)墻直接關(guān)乎到防滲墻體的定位。在考慮工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性時(shí)應(yīng)側(cè)重于安全性，首先確保施工人員的人身安全，安全的施工環(huán)境才能確保工程的順利實(shí)施[1]。導(dǎo)墻由C20鋼筋混凝土澆筑而成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定為“г”型，其取值范圍為頂寬1.6m，高1.5m。

(2) 導(dǎo)墻澆筑施工

首先按照設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)定出防滲墻中心線，接著在中心線兩側(cè)標(biāo)出導(dǎo)槽的邊線，再進(jìn)行導(dǎo)槽開挖施工。基槽開挖結(jié)束并經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行澆筑施工。在導(dǎo)槽內(nèi)進(jìn)行混凝土澆筑，導(dǎo)墻澆筑的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 導(dǎo)墻澆筑的技術(shù)指標(biāo)

2.3 泥漿制備

泥漿在防滲墻鉆孔施工過程中具有重要作用，泥漿的功能是多方面的。其一，它可以支撐孔壁，泥漿填充鉆孔后可以防止鉆孔坍塌。其二，泥漿在鉆具鉆孔開挖過程中因?yàn)槠涓×梢詭ё邘r土顆粒，具有清洗孔洞的功能。其三，泥漿可以冷卻鉆具，減少鉆頭的損耗，節(jié)省資金。由以上泥漿的各種作用可以看出，泥漿在鉆孔施工工序里面的重要性，因此施工制備的泥漿必須符合施工要求。首先，泥漿要具有較好的流動(dòng)性，一旦制備的泥漿太過粘稠，便失去了清洗作用。所以本工程防滲墻施工中泥漿的制備考慮了多種因素，如鉆孔施工工藝、經(jīng)濟(jì)要求、土料、泥漿作用等[2]。防滲墻工程中泥漿一般分為兩個(gè)級(jí)別，普通防滲墻施工的泥漿制作土料一般要求為三級(jí)膨潤(rùn)土制漿；施工要求高并且地址條件復(fù)雜地址的防滲墻工程的泥漿拌制土料一般為二級(jí)膨潤(rùn)土。本防滲墻工程中泥漿的性能指標(biāo)和配合比要求嚴(yán)格按照規(guī)范要求選定，采用二級(jí)膨潤(rùn)土泥漿。膨潤(rùn)土漿液性能指標(biāo)見表2。

表2 膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)

3 混凝土防滲墻施工

3.1 槽段劃分

防滲墻體的施工首先要進(jìn)行槽孔開挖。槽孔開挖前按照設(shè)計(jì)圖確定導(dǎo)墻的位置，再對(duì)導(dǎo)墻進(jìn)行槽段號(hào)和槽段長(zhǎng)度的劃分[3-6]。本工程混凝土防滲墻劃分為一、二期槽，其槽長(zhǎng)均定為7.0m，一、二期槽孔間隔布置。施工順序示意如圖1所示。

圖1 槽段劃分及施工順序示意圖

3.2 防滲墻施工

3.2.1成槽施工

如圖1所示，防滲墻成槽采用“沖擊鉆”法施工，每一槽段先用沖擊鉆按設(shè)計(jì)深度鉆出5個(gè)主孔，然后用梅花鉆進(jìn)行小墻劈裂。沖擊鉆施工方法不但施工速度快，節(jié)省時(shí)間及資金，而且由于其操作簡(jiǎn)單，因此槽孔開挖期間對(duì)孔斜的控制比較好，開挖成槽質(zhì)量較高。本工程的槽孔開挖按照先挖一期槽，再二期槽的施工順序進(jìn)行。槽段的設(shè)計(jì)入巖深度為0.5m，當(dāng)?shù)撞繋r石層較堅(jiān)硬時(shí)，用沖擊鉆進(jìn)行沖鑿，確保入巖深度，每一槽段配2臺(tái)沖擊鉆同時(shí)進(jìn)行沖鑿。防滲墻槽孔的寬度為80cm。槽孔開挖要求孔壁平整垂直并且槽孔的中心線開挖偏差不得大于3%。

3.2.2終孔驗(yàn)收及清孔換漿

槽段開挖施工結(jié)束且經(jīng)自檢合格后報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師對(duì)開挖的槽孔和槽段的長(zhǎng)度、寬度等進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收，合格后進(jìn)行清孔換漿施工[7-10]。在清孔換漿施工結(jié)束1h后的槽孔底部泥沙淤積厚度不大于10cm。二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，分段刷洗槽段接頭混凝土孔壁的泥皮，直到刷子鉆頭不再帶有泥屑并且槽底淤積厚度不再增加為止。清孔換漿結(jié)束后接著進(jìn)行防滲墻體的澆筑。混凝土運(yùn)輸方式應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件合理選擇，本工程采用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝土。混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法進(jìn)行泥漿下的混凝土澆筑，澆注前，導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)放入可浮起的隔離塞球[11-13]。

3.2.3墻體的連接

本工程混凝土防滲墻施工選用鉆鑿接頭孔法。在一期槽孔澆注混凝土完畢且混凝土達(dá)到初凝狀態(tài)后，施工人員使用沖擊鉆沖鑿槽孔兩端的混凝土。只有沖擊鉆沖鑿的直徑與槽孔開挖寬度一致才能緊密地將兩個(gè)墻體連接起來(lái)。該方法施工工藝比較簡(jiǎn)單，便于施工人員操作。

3.2.4觀測(cè)儀器的安裝與埋設(shè)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)及無(wú)應(yīng)力計(jì)等觀測(cè)儀器按照監(jiān)理人的指示及監(jiān)理人批準(zhǔn)的安裝方法進(jìn)行安裝。在儀器埋設(shè)前，事先對(duì)儀器的狀況進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行儀器的保護(hù)和組裝工作，同時(shí)應(yīng)對(duì)埋設(shè)槽孔進(jìn)行及時(shí)質(zhì)量檢查，在清孔換漿結(jié)束后，進(jìn)行儀器的埋設(shè)。

3.3 重點(diǎn)環(huán)節(jié)控制

3.3.1基巖面的判定

槽孔底部入巖的深度必須滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)槽孔開挖深度快接近預(yù)計(jì)基巖面時(shí)開始取樣。每鉆進(jìn)1m便取出巖樣鑒定并按編號(hào)填好標(biāo)簽，然后由地質(zhì)人員確定基巖面。

3.3.2槽孔連接孔

一期混凝土澆筑完畢后24～36h開鉆。槽孔孔壁應(yīng)平整垂直于開挖面。同時(shí)在開挖過程中要嚴(yán)格控制孔位偏差與孔斜率。普通地層孔斜率最大為0.4%，特殊地層孔斜率最大為0.6%；槽孔接頭套接孔的孔位中心的偏差值要控制在小于墻厚的1/3。

4 帷幕灌漿

4.1 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

為保證灌漿質(zhì)量，必須嚴(yán)格把控灌漿材料的質(zhì)量，使用具有符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)且能提供產(chǎn)品合格證明的原材料。產(chǎn)品在進(jìn)庫(kù)前必須進(jìn)行相關(guān)的性能指標(biāo)監(jiān)測(cè)，在灌漿前需要對(duì)配置好的漿液進(jìn)行密度、流動(dòng)性等檢測(cè)。

根據(jù)工期要求，本工程帷幕灌漿先進(jìn)行防滲墻段灌漿施工。灌漿前采用150型履帶式鉆機(jī)在防滲墻體進(jìn)行鉆孔，孔位間距為1.5m，并預(yù)埋89mm鍍鋅管，防止在基巖鉆孔和灌漿過程中對(duì)混凝土防滲墻造成二次破壞。基巖采用單排帷幕灌漿防滲形式，灌漿總長(zhǎng)度為5884m，孔距為1.5m，共計(jì)293孔，其中Ⅰ序孔74個(gè)，Ⅱ序孔73個(gè)，Ⅲ序孔146個(gè)。

為盡可能節(jié)約工期，平均每臺(tái)鉆機(jī)在灌漿布置時(shí)安排兩個(gè)Ⅰ序孔(其中先導(dǎo)孔在Ⅰ序孔中選擇)，一個(gè)先導(dǎo)孔待凝時(shí)可移動(dòng)至另一個(gè)Ⅰ序孔進(jìn)行鉆孔灌漿。Ⅰ序孔灌漿完成后根據(jù)分序加密的原則進(jìn)行Ⅱ序、Ⅲ序孔灌漿。完成某單元工程灌漿后，根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行檢查孔鉆孔壓水。依次推進(jìn)。其次進(jìn)行左右壩基鉆孔灌漿。最后進(jìn)行左右壩肩和灌漿平洞鉆孔灌漿。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程采用自上而下孔口封堵灌漿，以透水率q≤ 5Lu，再加鉆一段下限線為相對(duì)不透水層長(zhǎng)5m時(shí)結(jié)束。

4.2 帷幕灌漿進(jìn)度計(jì)劃

(1)帷幕灌漿壩橫0+035.85～0+247.423段，長(zhǎng)211.573m，7臺(tái)鉆機(jī)鉆孔、灌漿及壓水試驗(yàn)。2020年3月15日開始，5月15日結(jié)束，總共61天。

(2)左壩坡帷幕灌漿壩橫0+000.00～0+35.85段，長(zhǎng)35.85m；右壩坡帷幕灌漿壩橫0+247.423～0+272.92段，長(zhǎng)25.497m，17個(gè)孔，1臺(tái)鉆機(jī)鉆孔、灌漿及壓水試驗(yàn)。2020年5月1日開始，6月30日結(jié)束，總共 61天。

5 結(jié)語(yǔ)

文章主要介紹石板溝水庫(kù)的防滲墻施工和帷幕灌漿施工設(shè)計(jì)。防滲墻和帷幕灌漿的施工質(zhì)量直接關(guān)系到水庫(kù)的防滲效果和水庫(kù)安全。因此水庫(kù)防滲效果直接與防滲墻和灌漿工程施工質(zhì)量密切相關(guān)，混凝土防滲墻和帷幕灌漿的各個(gè)工序施工技術(shù)都極為重要。墻體的槽孔開挖、清洗、墻體連接等施工技術(shù)為重中之重，其中槽孔開挖期間的基巖面判斷必須準(zhǔn)確，確保入巖深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。泥漿的性能指標(biāo)和配合比要結(jié)合工程地質(zhì)情況等因素選定。同時(shí)為保證混凝土防滲墻和帷幕灌漿的施工質(zhì)量，所有工序施工需按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。