抓斗成槽造孔混凝土防滲墻技術(shù)在炳靈水電站庫區(qū)防護(hù)工程中的應(yīng)用

把玉祥,趙豐俊

(1.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065;2.青海省民和縣移民安置局,青海省民和縣 810899)

1 工程概況

炳靈水電站位于甘肅省境內(nèi)的黃河干流上，是黃河龍羊峽—青銅峽河段水電開發(fā)規(guī)劃中第13個(gè)梯級電站。工程樞紐位于甘肅省臨夏回族自治州永靖縣與積石山縣交界處塔坪村和三坪村，上距在建的大河家水電站29.5 km，下距已建劉家峽水電站44.5 km。炳靈水電站的主要任務(wù)是發(fā)電，水庫設(shè)計(jì)正常蓄水位1 748.00 m，汛限水位1 744.00 m，最大利用水頭25.7 m，壩頂高程1 752.00 m，采取防護(hù)措施后總庫容4 794萬m3，為日調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)容量240 MW，保證出力88.3 MW，多年平均發(fā)電量9.74億kWh。工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程。

炳靈水電站水庫防護(hù)工程位于庫區(qū)川水地區(qū)，距壩址約12 km。防護(hù)區(qū)河段為甘肅、青海兩省界河，左岸為青海省民和縣，右岸為甘肅省積石山縣，為保護(hù)庫區(qū)川區(qū)的兩岸耕地，在水庫兩岸進(jìn)行了防護(hù)工程設(shè)計(jì)，右岸甘肅段防護(hù)采用堤防防洪，墊地防浸的設(shè)計(jì)方案，左岸青海段采用堤防防洪，混凝土防滲墻+均質(zhì)黏土堤防防滲、防浸的方案。

炳靈水電站庫區(qū)防護(hù)工程(青海段)主要包括4片防護(hù)區(qū)，從黃河下游至上游依次為峽口防護(hù)區(qū)、美二防護(hù)區(qū)、美一防護(hù)區(qū)、金田防護(hù)區(qū)。4片防護(hù)區(qū)總長為5 956.9 m，防護(hù)面積215.27 hm2，防護(hù)工程堤防等級為5級。峽口防護(hù)區(qū)的堤后防浸方式為墊地防浸;美二、美一、金田防護(hù)區(qū)采用均質(zhì)黏土堤防+連續(xù)式混凝土防滲墻的防護(hù)方案。均質(zhì)黏土堤防迎水面坡比為1∶2，背水面坡比為1∶1.5;基礎(chǔ)防滲采用連續(xù)式混凝土防滲墻，防滲墻最大深度20 m，厚度0.6 m，入巖0.5～1.0 m，插入堤體1 m，工程量63 183.9 m2，墻體沿堤防布置長度約4 km，墻體設(shè)計(jì)厚度0.6 m，墻底入巖0.5～1.0 m，混凝土防滲墻設(shè)計(jì)物理力學(xué)指標(biāo)為：C25混凝土，抗?jié)B標(biāo)號W6，彈性模量E≤1.5×104MPa。

2 防滲墻施工技術(shù)

2.1 施工工序及工藝流程

混凝土防滲墻施工工序及流程見圖1。

圖1 防滲墻施工工藝流程圖

2.2 混凝土防滲墻施工方法

2.2.1 施工準(zhǔn)備

確定防滲軸線開挖導(dǎo)向槽，開挖后的施工平臺在導(dǎo)墻澆筑完畢后需回填1層碎石或亂石，抓斗布置在導(dǎo)墻右側(cè)，混凝土澆筑用設(shè)備及混凝土運(yùn)輸車輛放在防滲墻的左側(cè)。導(dǎo)墻采用鋼筋混凝土矩形斷面，高度1.2 m，寬度0.5 m，內(nèi)側(cè)凈寬0.7 m。導(dǎo)墻截面內(nèi)分3層布置鋼筋，縱向受力鋼筋采用Φ14@15，鋼筋采用Ⅰ級圓鋼。導(dǎo)墻混凝土等級為C25，采用二級配混凝土。

2.2.2 建造槽孔

(1) 劃分槽孔段

采用液壓抓斗造孔成槽法時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料及現(xiàn)場混凝土供應(yīng)強(qiáng)度、成孔時(shí)間、澆筑速度等因素，確定槽段槽孔長度按7.6 m劃分。在拐點(diǎn)和長度不夠7.6 m的地方局部調(diào)整。

(2) 槽孔開挖

針對本工程槽孔深度、厚度要求及地層特點(diǎn)，采用“抓取法”進(jìn)行槽孔開挖。防滲墻基巖鑒定以抓斗實(shí)際抓出的巖樣并參考設(shè)計(jì)給定的地質(zhì)資料綜合確定最終入巖深度。在接近基巖時(shí)對抓斗抓出的巖樣進(jìn)行現(xiàn)場取樣，所有巖樣編號并予以保留，以便各方進(jìn)行地質(zhì)鑒定。

本工程墻段連接采用接頭管法，在一期槽清孔驗(yàn)收合格后下設(shè)接頭管，待槽內(nèi)混凝土初凝后用專用的液壓拔管機(jī)起拔接頭管，使其形成接頭。

2.2.3 泥漿護(hù)壁措施

由回波信號和多相位分段調(diào)制干擾信號的幅相特性曲線可知，干擾信號與回波信號的幅頻特性在全頻帶內(nèi)均為一常數(shù)，二者成倍數(shù)關(guān)系，干擾信號的相頻特性和y軸的交點(diǎn)與調(diào)制相位值的大小有關(guān)，曲線斜率與分路的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。由k=1時(shí)的干擾信號幅相特性推廣至k取任意值，可以看出，多相位分段調(diào)制干擾信號在單個(gè)信號分路上的相頻特性依然是線性連續(xù)的，然而多個(gè)分路間的相頻特性不再具有回波信號相頻特性所固有的線性相位特性。

炳靈水電站庫區(qū)防護(hù)工程采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿進(jìn)行護(hù)壁，泥漿主要是在防滲墻造孔成槽過程中起到固壁、潤滑和懸浮的作用。抓斗造孔時(shí)，回收泥漿的主要措施是在棄碴倒運(yùn)時(shí)盡可能瀝盡攜帶的泥漿漿液。防滲墻混凝土澆筑過程中，自導(dǎo)管孔口流出的泥漿均直接采用泥漿泵回輸至回漿池中，經(jīng)沉淀后作為其它槽孔固壁之用。澆筑混凝土頂面以上1 m左右的泥漿會(huì)被污染而造成劣化，應(yīng)做廢棄處理。泥漿液面距導(dǎo)墻頂高差不超過50 cm，不宜少于30 cm。

2.2.4 清孔換漿

槽孔終孔驗(yàn)收合格以后進(jìn)行清孔換漿。視孔內(nèi)泥漿質(zhì)量及沉碴多少，采用抓斗直接撈取、氣舉(3 m3空壓機(jī))置換、泵吸法等多種方法清孔。清孔換漿結(jié)束1 h后，需達(dá)到質(zhì)量要求：槽內(nèi)泥漿密度不大于1.15 kg/m3，馬式漏斗黏度不大于50 s，含砂量不大于6%，槽底淤積厚度不大于10 cm。換漿清孔結(jié)束前，采用特制接頭刷子自上而下分段刷洗槽段端頭的混凝土表壁。刷洗合格標(biāo)準(zhǔn)為接頭刷子上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。

2.2.5 防滲墻混凝土拌和與澆筑

混凝土采用集中拌和樓拌制。單個(gè)槽孔澆筑時(shí)，混凝土拌和的最小強(qiáng)度需達(dá)到25 m3/h。采用混凝土罐車輸送混凝土至各澆筑槽孔口，采用泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑。導(dǎo)管法澆筑順序?yàn)閺牡吞幍礁咛帲饌€(gè)管澆筑。澆筑導(dǎo)管距離孔底約15～25 cm，采用壓球滿管法澆筑。開澆前，需先準(zhǔn)備好足量的混凝土，并在導(dǎo)管內(nèi)注入適量的水泥砂漿，以使導(dǎo)管底口的橡膠球被擠出后，導(dǎo)管底端能埋入混凝土內(nèi)。當(dāng)一個(gè)槽孔采用2套以上導(dǎo)管澆筑，槽底高差大于50 cm時(shí)，導(dǎo)管宜布置在其控制范圍的最低處，導(dǎo)管中心至槽孔端部或接頭管壁的距離宜為1.0～1.5 m，中心距不大于4 m。各導(dǎo)管保持均勻進(jìn)料，以保證槽孔內(nèi)混凝土面高差不大于0.5 m，導(dǎo)管埋深宜為1～6 m。澆筑時(shí)嚴(yán)格控制槽內(nèi)混凝土面高差和導(dǎo)管埋深，以防混漿和夾泥。

混凝土開澆時(shí)檢查導(dǎo)管內(nèi)是否滲進(jìn)泥漿。澆筑過程中應(yīng)定時(shí)測量槽內(nèi)混凝土面，測點(diǎn)設(shè)置在兩導(dǎo)管間及槽孔兩端頭，測量時(shí)間為30 min間隔。槽內(nèi)混凝土面平均上升速度不小于2 m/h，在開澆和終澆階段縮短測量混凝土上升面的間隔時(shí)間。連續(xù)澆筑至混凝土頂面超出設(shè)計(jì)墻頂標(biāo)高0.5 m，即可停止?jié)仓纬鰧?dǎo)管。

3 造孔常見事故處理

3.1 塌孔處理

根據(jù)對導(dǎo)致塌孔的關(guān)鍵成因分析，當(dāng)出現(xiàn)大面積塌孔時(shí)用優(yōu)質(zhì)黏土回填到坍塌處以上1～2 m，待沉積密實(shí)后再進(jìn)行施工；當(dāng)出現(xiàn)局部坍塌時(shí)應(yīng)加大泥漿密度，目的使槽內(nèi)的泥漿黏度和泥漿密度增加，增加槽壁的穩(wěn)定性。若槽孔坍塌后導(dǎo)墻底部懸空，則下部應(yīng)采用黏土回填到導(dǎo)墻下部2～3 m后，把槽內(nèi)上部泥清除，用混凝土將上部塌空部分回填密實(shí)，待混凝土有一定強(qiáng)度后再重新開孔成槽。

3.2 較大孤(漂)石處理

3.3 導(dǎo)管堵塞處理

當(dāng)在澆筑混凝土成墻的過程中發(fā)生澆筑管堵管的情況，應(yīng)查對澆筑記錄，仔細(xì)分析堵管原因及位置，確認(rèn)管底位置和埋深，及時(shí)采取處理措施，避免其他導(dǎo)管同時(shí)被堵。澆筑導(dǎo)管堵塞一般采用搗、頓的方法進(jìn)行疏通，如果以上措施無效，及時(shí)將導(dǎo)管全部拔出進(jìn)行沖洗，果斷抓緊時(shí)間起拔導(dǎo)管重新下管澆筑。在重新開始澆筑時(shí)，管底插入混凝土的范圍為0.5～1 m，同時(shí)采用小抽筒將管內(nèi)泥漿抽凈，并至少注入1 m3砂漿。

3.4 提 脫

當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土面突然大幅度下降、導(dǎo)管內(nèi)混凝土面過低或者有泥漿由管底進(jìn)入管內(nèi)時(shí)應(yīng)立即增加導(dǎo)管埋深，直至管內(nèi)情況恢復(fù)正常。在導(dǎo)管提脫后，如發(fā)現(xiàn)管內(nèi)進(jìn)入較多泥漿而混凝土無嚴(yán)重混漿現(xiàn)象，可下入導(dǎo)管，并采用小抽筒抽出管內(nèi)泥漿，再進(jìn)行澆筑。在導(dǎo)管反復(fù)提脫過程中，如發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)混凝土大范圍混漿，應(yīng)立即停止?jié)仓磾鄻哆M(jìn)行處理。

4 施工質(zhì)量檢查及質(zhì)量效果分析

4.1 鉆孔取芯檢查

防滲墻成墻28 d后進(jìn)行鉆孔檢查，沿墻體軸線布置檢查孔，具體孔位按監(jiān)理工程師指示確定。本工程共設(shè)置18個(gè)檢查孔，平均間距在100 m左右，在防滲墻的接頭處和拐點(diǎn)處等特殊位置均有設(shè)置。

取芯鉆機(jī)選用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，孔徑不小于110 mm；深度大于防滲墻深度1.0 m或按現(xiàn)場監(jiān)理工程師指定的深度進(jìn)行；孔斜控制在0.5%以內(nèi)；孔位誤差不大于±1.0 cm；檢查孔自上而下分段取芯鉆進(jìn)，分段作壓(注)水試驗(yàn)[k

檢查孔由監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行封孔作業(yè)。檢查孔采用黏土水泥漿壓漿封孔法進(jìn)行封孔，封孔材料選用黏土水泥漿，材料的成分比例為：土∶水泥∶水=3∶1∶2。

4.2 現(xiàn)場開挖檢查孔檢查

接頭開挖檢查的部位和數(shù)量根據(jù)監(jiān)理工程師指示確定。本工程開挖設(shè)置在樁號為1+200.00 m處，開挖后主要對墻體的平整度、密實(shí)度、墻體厚度及墻體材料等方面進(jìn)行檢查和對比，通過開挖段檢查，本工程防滲墻完全符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 施工質(zhì)量效果分析

從現(xiàn)場鉆孔取芯檢查、開挖檢查孔檢查的結(jié)果分析，堤防基礎(chǔ)下連續(xù)式混凝土防滲墻從外觀質(zhì)量及物理力學(xué)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了施工目的，取得了防滲效果。

5 結(jié) 語

地下連續(xù)式混凝土防滲墻的防滲效果和耐久性均較好，工程質(zhì)量也較為可靠，在覆蓋層較厚及基巖硬度較低的地區(qū)采用薄型液壓抓斗進(jìn)行施工，大幅度地提高了防滲墻的施工速度和工效，既快又較為經(jīng)濟(jì)地完成水電站庫區(qū)防護(hù)工程的建設(shè)。

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