老虎嘴水電站左岸砂礫石壩基垂直防滲墻施工與質量控制

張鐵騎 陳杰

（中國水利水電工程建設咨詢中南公司長沙市410014）

1 工程概況

老虎嘴水電站工程位于西藏自治區東南部的林芝地區工布江達縣巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段梯級開發規劃的第7個梯級。樞紐建筑物由泄洪洞、右副壩、引水發電系統、中間混凝土壩、溢洪道和左副壩組成。電站裝機容量102 MW，最大壩高84 m，左岸砂礫石壩基上最大壩高35 m。

左壩肩有古河槽穿過，將左壩肩切割成一個孤島，覆蓋層深度最厚206.50 m，采用深度為80 m的混凝土防滲墻進行防滲處理，左岸壩基防滲墻施工和質量控制是本工程施工的關鍵點。

2 左岸覆蓋層工程地質條件

老虎嘴電站左岸地面高程（3 298～3 340）m，覆蓋厚度（105～174）m，最深206.50 m。覆蓋層中上部為第四系全新世洪積塊碎石土夾含粉土的中細砂或粉土質礫（I巖組），厚9 m～38 m～58.5 m，前緣薄中部厚；下部為冰水積含漂（塊）石砂卵礫石夾含粉土的中細砂層（II巖組），厚28 m～68.5m～134 m，最厚197 m。含粉土的中細砂層（III巖組）厚（0.72～2.0）m，最厚（5～6）m，且集中分布在高程（3 292.50～3 289.00）m、（3 255.00～3 254.60）m、（3 223.80～3 220.60）m。含漂（塊）石砂卵礫石層在天然狀態下較密實，干密度較高，承載力和變形模量較高，滲透性強，易產生管涌型滲透破壞；含粉土砂層多數位于地下水位以上，且成因時代較早（Q3），產生振動液化的可能性不大。

3 防滲體選擇的基本方法

（1）滲流控制標準。

老虎嘴工程由于在汛期一直處于棄水狀態，且主要是防止壩肩繞壩滲流，所以，防滲的原則主要是防止壩基及兩岸產生滲透破壞。根據地質報告的建議允許滲透坡降值JP＝0.1～0.2，砂礫石基礎允許比降按0.17（建議最大值的85%）考慮。

（2）目前國內外深厚覆蓋層防滲處理的基本方法。

目前，國內外的防滲主要方法分上游水平鋪蓋防滲和垂直防滲兩種方法，或將兩種相結合。當允許砂礫石地基有一定滲透流量時，可采用上游鋪蓋防滲；當需嚴格控制砂礫石地基的滲透穩定時，一般采用垂直防滲措施。

垂直防滲主要有各種防滲墻、帷幕灌漿和高壓噴射灌漿等，而垂直防滲能夠可靠、有效地截斷滲流，是基礎防滲的一種有效的處理措施，在不完全封閉透水地基的情況下，防滲效率較之水平鋪蓋防滲效率高。

（3）垂直防滲選擇及實施情況。

高壓噴射灌漿雖有施工簡單、進度快的優點，但存在對地層敏感性強、缺少快速可靠的檢查方法。對于粘性土、致密的沙層則噴射直徑受到影響，尤其是地層中存在有較多大粒徑（＞100 mm）的卵石、漂石時，防滲體的連續性不易保證。

由于老虎嘴左岸地層中存在較多大粒徑（＞100 mm）的卵石、漂石，且存在有沙層，防滲深度大，故不考慮高壓噴射灌漿。

通過以上分析，選擇懸掛式混凝土防滲墻為老虎嘴左岸砂礫石垂直防滲體。

4 防滲墻布置和施工

4.1 防滲墻布置及施工方法

老虎嘴水電站左岸混凝土防滲墻分為入巖式和懸掛式兩種，軸線總長290.30 m，墻體厚度1.0 m。混凝土防滲墻分為兩種墻體，其中壩左0+009.12 m～壩左0+101.00 m，為C20F100W8二級配鋼筋混凝土墻體，起始軸線長度64.03 m段為入巖式，入巖深度不小于1 m；壩左0+101.00 m～壩左0+300.00 m，為C20F100W8二級配普通混凝土墻體。壩左0+073.15 m至壩左0+300.00 m為懸掛式混凝土防滲墻，其中壩左0+073.15～壩左0+240.00混凝土防滲墻深度為80 m，壩左0+240.00～壩左0+300.00混凝土防滲墻深度為由80 m漸變到40 m。防滲墻設計成墻工程量為19 611 m2。

孔深50 m以上的槽段采用“兩鉆一抓”法施工，孔深50 m以下的槽段采用“鉆劈法”施工，主要施工方法如下：

（1）孔深50 m以上的槽段采用“兩鉆一抓”法造孔，即采用CZF－1500型沖擊反循環鉆機鉆主孔，采用鋼絲繩抓斗抓副孔；孔深50 m以下的槽段采用“鉆劈法”造孔，即采用CZF－1500型沖擊反循環鉆機鉆主孔，然后劈打副孔成槽。

（2）6PS－210型砂石泵配ZX－200型泥漿凈化機出渣、置換新鮮泥漿清孔，采用粘土膨潤土泥漿護壁。

（3）采用混凝土拌和系統拌制混凝土，6 m3混凝土拌和車輸送混凝土，泥漿下直升導管法澆筑混凝土。

（4）采用拔管法進行槽段連接。

（5）25 t汽車吊和抓斗下設鋼筋籠，25 t汽車吊輔助澆筑。

本工程施工時，主孔施工以粘土漿為主，副孔施工以膨潤土、粘土摻外加劑的混合漿液為主、清孔換漿采用膨潤土泥漿。泥漿主要性能控制指標見附表。

附表泥漿性能指標

4.2 成槽施工

（1）槽孔劃分（圖1）。

圖1 槽孔劃分示意圖

槽孔分兩期施工，先施工一期槽孔，后施工中間的二期槽孔，墻段連接采用接頭管方法施工。Ⅰ期槽槽長為6.6 m、Ⅱ期槽槽長為6.6 m（施工中特殊部位槽長做了適當調整）。

（2）成槽工藝。

采用“兩鉆一抓”法和“鉆劈法”，副孔全部終孔后，需要“找”主副孔間的“小墻”，最終造出符合設計和規范要求的規整槽孔。

（3）成槽深度的確定及成槽質量檢查。

槽孔終孔深度以地質詳勘報告和先導孔資料為基礎，結合槽孔造孔現場取樣綜合判斷后確定。入巖段（壩左0+009.12至壩左0+073.15 m）主孔孔深控制以鉆進至覆蓋層與基巖接觸面時通過沖擊鉆所取巖樣確定基巖頂面，當基巖頂面確定后再鉆進1 m后終孔，入巖段副孔孔深由2個相鄰主孔的深度確定[即副孔深度=相鄰淺孔孔深+（深孔孔深-淺孔孔深）×2/3]，當兩個相鄰主孔孔深相差較大時，中間的副孔也通過取樣來確定終孔深度。

防滲墻槽形質量檢查項目主要有槽孔長度、寬度、深度、孔斜率。由于單孔孔斜率決定了單元槽段的槽形，監理工程師將單孔孔斜率作為驗收槽孔的主要抽查項目，并將槽形質量檢查預控到單孔孔斜的檢查。主孔未經檢查驗收合格不得鉆劈副孔，只有副孔劈孔完成，經監理工程師同意后才可劈打小墻。驗收方法均為“重錘法”，即利用沖擊鉆機單股鋼絲繩懸吊直徑1.0 m的鉆頭進行測量，驗收時隨著鉆頭深度的不斷增加，測量孔口鋼絲繩的偏斜尺寸（每2 m一個測點），利用相似三角形的原理計算出槽孔孔斜率。在單孔驗收結束，再用沖擊鉆機單股鋼絲繩垂吊直徑1.0 m的鉆頭從槽孔的一端移動到另一端，每20 cm移動鉆機一次，進行小墻檢驗，使防滲墻造孔始終有條不紊地進行，保證了防滲墻槽形一次檢查驗收合格。本工程防滲墻共52個槽孔孔形及小墻檢驗全部合格，孔斜率≤4‰。

（4）防滲墻槽孔清孔。

槽孔孔形經驗收合格后，監理工程師方可同意進行清孔換漿，清孔采用抽桶和氣舉反循環法兩種方法。

清孔換漿結束后1 h，在槽孔底部0.5 m部位取樣，進行泥漿試驗。孔內泥漿比重、含砂量、粘度均應滿足設計技術要求[清孔換漿結束1 h后，槽孔內淤積厚度不大于10 cm；泥漿密度不大于1.15 g/cm3；泥漿粘度32 s～50 s（馬氏漏斗）；含砂量不大于6%]，方可進行下道工序的施工；工程52個槽孔清孔驗收全部合格。

（5）接頭孔刷洗。

接頭孔的刷洗采用具有一定重量的圓形鋼絲刷子，通過調整鋼絲繩位置的方法使刷子對接頭孔孔壁進行刷洗，在此過程中，利用鉆機帶動刷子鉆頭自上而下和自下而上反復刷洗，從而達到對孔壁進行清洗的目的。結束的標準是刷子鉆頭不帶泥屑，并且孔底淤積不再增加。

4.3 槽段連接

本工程槽段連接采用“接頭管法”，一期槽孔清孔換漿結束后，在槽孔端頭下設接頭管，混凝土澆筑過程中及澆筑完成一定時段內，根據槽內混凝土初凝情況逐漸拔起接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。該方法是目前國內外防滲墻槽段連接的較好方法，節約了套打接頭混凝土時間，提高了功效；節約了墻體材料，降低了費用；確保了Ⅰ期槽與Ⅱ期槽套接厚度。Ⅰ、Ⅱ槽接頭孔孔形質量好，孔壁光滑，不易在孔端形成較厚的泥皮，同時由于其圓弧規范，也易于接頭的刷洗，不留死角，確保了接頭的接縫質量。

4.4 鋼筋籠及灌漿預埋管下設

（1）鋼筋籠。

壩左0+009.12～壩左0+101.00混凝土防滲墻為C20F100W8二級配鋼筋混凝土。下設鋼筋籠防滲墻槽段長度分別為6.6 m和5.75 m，最大深度為80.0 m，每節鋼筋籠長度為13.5 m，最深部位的鋼筋籠分為6節，設計鋼筋籠最大重量約為44.6 t，采用25 t汽車吊和抓斗下設，上下節鋼筋籠在槽孔口采用單面搭接焊連接。

（2）灌漿預埋管。

根據防滲墻下帷幕灌漿設計圖紙中灌漿孔的位置，在相應槽孔的鋼筋籠上加裝上灌漿預埋管，隨鋼筋籠一起下設；由于防滲墻下帷幕灌漿預埋管深度較大，最深處達到75 m以上，為保證帷幕灌漿成孔質量，在防滲墻孔深小于40 m時，預埋管采用Φ108 mm PVC管；當防滲墻孔深大于40 m時，預埋管采用Φ80 mm鋼管。

4.5 槽孔澆筑

采用泥漿下直升導管法澆筑。導管底口距孔底（15～25）cm，混凝土開澆時采用壓球法開澆，每套導管均下入隔離塞球。

開澆時，依據從最深孔處逐管開澆的順序進行，待混凝土面上升至下一根導管底端高程時，此根導管開澆，并與前根導管保持連續澆筑。為防止混凝土過多進入未開澆的導管，施工中，將最深導管處的測繩放至孔底，隨時監測混凝土面深度值。當該值比次深導管處的孔深小10 cm左右時，次深處導管開澆。依次類推，直至最后一根導管開澆。這樣可以保證槽內混凝土面基本相平。

開澆后，嚴格控制混凝土面的高差和導管埋深以防混漿和夾泥，施工中具體措施是：各導管保持均勻進料，定時定點測量混凝土面高度（每半小時測量一次混凝土面深度）；繪制混凝土澆筑上升曲線、做好導管拆卸記錄；二是在澆筑過程中控制好分料斗出口控制門的開度，使混凝土徐徐進入漏斗，控制好進料速度，以防產生“壓氣”和漫溢現象。

在臨近終澆時，根據孔深和理論上升高度，及時確定所需混凝土量，并及時通知拌合站。為保證墻頂混凝土質量，終澆高程按超澆設計高程0.5 m控制；設計澆筑高程與孔口平齊時，孔口擠出純混凝土后方可終澆。

監理工程師控制檢查的主要項目：①澆筑導管埋設及其支撐應滿足要求；②混凝土澆筑能力應能滿足槽內混凝土面的上升速度不小于2 m/h；③清孔驗收至混凝土入槽前的間隔時間應滿足設計技術要求，且孔底淤積小于10 cm；④澆筑混凝土時，嚴格控制上升速度，保證槽內混凝土面均勻上升。

在澆筑現場，按照規范要求，批量抽檢混凝土熟料的坍落度、擴散度等指標，并隨機取樣成型檢測其28 d的抗壓強度、滲透系數、彈性模量和抗凍強度等物理力學指標。

5 特殊情況處理

本工程地層比較復雜，特別是含漂（塊）石砂卵礫石層，該地層透水性強，且含有大孤石，在施工中時常發生塌孔、漏漿、遇到大孤石的情況，為保證施工正常進行采取以下措施：

（1）槽孔滲漏、塌孔。

施工前備足大量的堵漏材料（如石灰、粘土等）；施工時密切關注成槽過程中的地層變化，地層較為疏松時控制成槽速度，采取“反復式”回填堵漏材料、重鑿擠密的方法來事先預防，保持槽內泥漿面的適當高度，及時補充泥漿以保持孔口穩定。

（2）鉆進時遇大孤石。

當鉆進時遇大孤石采用孔內爆破和抓斗重鑿法將其擊碎。

（3）接頭管起拔特殊情況處理。

3-12槽孔1、2號接頭管曾在起拔過程中，剩余30.5 m時，起拔壓力突然增大，致使拔管機因起拔壓力過大，而鎖死造成鑄管。采用制作特殊的單反弧鉆頭，施工3-11槽5號主孔和3-13槽1號孔至鑄管底部1.0 m，掏空接頭管與原始地層的接觸面，降低接頭管與地層的摩擦阻力，再利用吊車起拔所鑄接頭管的措施處理成功。

6 防滲墻施工質量檢查與評價

防滲墻施工結束，按規范及設計要求，共布置了6個檢查孔，其中4個墻體取芯及注水試驗檢查孔，2個接縫取芯檢查孔。4個墻體檢查孔的孔深分別為23.36 m、79.10 m、79.20 m、79.22 m，各段注水試驗結果均滿足設計要求K≤i×10-8（i=1～9）。接縫檢查孔取出巖芯，接縫連接密實，接縫刷洗干凈，無泥質成分。檢查孔巖芯照片見圖2、圖3。

圖2 防滲墻墻體檢查孔

圖3 防滲墻接縫檢查孔

防滲墻施工質量滿足設計要求，單元工程合格率100%，優良率為96.2%，工程施工質量優良。

7 結論

我國西部地區有不少工程位于深厚覆蓋層地基上,深厚混凝土防滲墻的應用越來越廣泛。地層復雜，特別是地層透水性強、含漂（塊）石砂卵礫石層，對混凝土防滲墻施工技術提出了更高的要求。老虎嘴水電站左岸砂礫石基礎混凝土防滲墻施工的成功經驗，可為類似工程的防滲墻設計和施工提供參考。