金沙水電站土石圍堰工程防滲墻施工淺析

劉 同 林， 覃 定 海

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 611130)

1 概 述

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段，上距觀音巖水電站28.9 km，下距銀江水電站21.4 km。二期圍堰工程為4級建筑物，擋水標準按全年5%頻率最大瞬時流量11 400 m3/s設(shè)計，為全年擋水土石圍堰，上游圍堰軸線長約248 m，下游圍堰軸線長約224 m，上游防滲墻最大深度為46 m，下游防滲墻最大深度為55 m。防滲墻采用“兩鉆一劈法”和“平行鉆進法”成槽、“直升導(dǎo)管法”澆筑混凝土的方法進行施工。施工機械采用沖擊鉆機，墻段連接采用“接頭管法”和 “鉆鑿法”綜合應(yīng)用的施工工藝。堰肩兩端覆蓋層深度小于5 m的槽孔根據(jù)地下水位情況可采取人工和挖裝機械相結(jié)合的方式開挖成槽后明澆。

先導(dǎo)孔復(fù)勘資料顯示：二期上游圍堰河道左岸為緩坡地帶，右岸邊坡稍陡，河床覆蓋層厚度為20～30 m，以卵石為主，強透水；底部分布厚3 m左右的細砂夾粉土層，其中S0+65～S0+85樁號槽段深度30～42 m之間地層情況復(fù)雜，存在超大架空強漏失層；靠河槽右側(cè)S0+45～S0+65樁號平均坡度為45°，局部出現(xiàn)9～11 m的陡坎。下游圍堰處金沙江河谷相對較寬，河床覆蓋層厚度一般為35～45 m，上部以卵石為主，厚15～18 m，下部粉土厚15～18 m，底部為厚3～6 m的漂石夾卵石層，卵石與漂石夾卵石層透水性強，下游左岸岸坡X0+200左右存在高12 m的陡坡，其中與一期縱向圍堰交接部位堆積了大量孤石巨漂體(埋深2～16 m，已探明孤石最大直徑約3 m)未清除，形成了孤石、巨漂架空強漏失通道。

2 施工難點及采取的對策

2.1 鉆孔預(yù)爆破

本工程圍堰原河床覆蓋層以卵石為主，含有大量的孤塊石、漂卵石等且分布不均勻，孤石多為玄武巖，巖質(zhì)堅硬。施工難點主要是遇到孤石、漂石分布的部位采用重錘法施工不僅功效低、材料損耗大，同時會因沖擊鉆長時間擊打孤石而造成其上部孔壁不穩(wěn)定，容易形成塌孔，而且在孤石、漂石擊碎解小過程中容易在漂、孤石位置形成空腔，造孔過程對地層的破壞重組也容易導(dǎo)致其上部失穩(wěn)變形塌孔。為提升造孔效率，減少漏漿塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，對有孤石的部位采用鉆孔爆破、重錘解小、防漏材料回填的方式進行施工，施工步驟：上、下游圍堰防滲墻預(yù)爆孔采用φ140孔徑套管沿防滲墻軸線跟管鉆進，間距2 m，鉆遇漂石、孤石、塊石時鉆透穿過，取出鉆具，隨套管將爆破筒下設(shè)至漂孤石中部后將套管上提，然后進行爆破。采取對與一期縱向圍堰交接部位中已探明的孤石范圍和深度實施鉆孔預(yù)爆，即先進行鉆孔爆破，然后利用沖擊鉆造孔成墻，該部位往往深度較淺，漏漿容易處理。對未探明的防滲墻深槽部位利用先導(dǎo)孔探明漂孤石縱向尺寸及距孔口位置，若遇有特大孤石、倒懸體等特殊部位，則根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行加密布置。該處理措施主要的難點在于裝藥量與裝藥范圍的控制，藥量過大會對原始地層造成震動破壞；藥量過小起不到解小爆破的作用。對此，爆破之前需根據(jù)地質(zhì)情況和巖層堅硬程度制定詳細的爆破設(shè)計方案。為避免對槽孔造成破壞，本工程在與一期縱向圍堰交接的防滲墻軸線淺層部位進行了孤石模擬爆破試驗，獲取了相對準確的爆破參數(shù)，對減少漏漿塌孔風(fēng)險的產(chǎn)生起到了積極作用。但不論鉆孔定位爆破如何精確，始終會對原始地層造成擾動、槽孔受力結(jié)構(gòu)改變，極易發(fā)生漏漿情況。對此，預(yù)爆前需準備好充足的堵漏材料，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時采取堵漏措施。

2.2 成槽堵漏

本工程在上游圍堰11#槽(二期槽)、12#槽(一期槽)、13#槽(二期槽)(S0+65～S0+85樁號)槽段施工過程中，在防滲墻深度約為30～42 m之間(基巖以上)存在大粒徑塊體架空地層現(xiàn)象，當12#槽防滲墻造孔進入架空部位時，槽內(nèi)泥漿快速下降，集中滲漏通道的存在造成固壁泥漿嚴重流失，又因堰體結(jié)構(gòu)本身欠密實，從而造成了槽壁坍塌、施工槽段的軌道下部形成約5 m深的塌泄區(qū)。對該事故采取的處置方式為對槽孔底部采用水泥、塑性混凝土，上部采用黏土回填，對軌道下部塌泄區(qū)設(shè)置導(dǎo)管澆筑塑性混凝土，利用塑性混凝土的流動性置換底部泥漿并布置插筋，待混凝土達到一定強度后開始對塌槽孔進行重新鉆孔，在接近滲漏通道前，開始回填礫石或石渣塊石，以達到減少架空部位架空尺度的目的。但回填上述材料無法降低集中滲流通道的滲流流速，對此，在這種情況下，應(yīng)往槽孔內(nèi)投放能隨滲流進入架空區(qū)域的空隙、但不會被滲透水流帶走的纖維材料，如稻草、麻絲、布條、棉被等，并改沖擊鉆進為沖擊鉆擠實鉆進，實施過程中加大了槽孔內(nèi)的泥漿比重，以減少通道內(nèi)的滲透水流稀釋漿液，達到維持孔內(nèi)泥漿濃度的效果。實踐證明：11#槽、13#槽采用了同樣的堵漏措施，取得了良好的填塞空隙、堵漏減滲效果，直接提高了防滲墻造孔的施工效率。本工程地質(zhì)情況較復(fù)雜，成槽施工前，應(yīng)根據(jù)工程施工經(jīng)驗，備好足夠的堵漏材料，尤其對上下游深槽段留作關(guān)門槽，受內(nèi)外水出現(xiàn)壓力影響，關(guān)門槽槽孔區(qū)域形成滲流通道，極易形成槽孔滲漏、漿液稀釋情況，鉆進過程中應(yīng)密切關(guān)注槽孔固壁泥漿情況，發(fā)現(xiàn)固壁泥漿漏失時，應(yīng)根據(jù)漏失的嚴重程度采取相應(yīng)的處理措施，以保證槽孔的穩(wěn)定。該起事故暴露出防滲墻圍堰施工的弊端，一期槽段內(nèi)如果遇水下大粒徑架空或大的滲流通道導(dǎo)致槽孔發(fā)生坍塌等情況，若處理不當導(dǎo)致時間推遲過多，將直接影響二期槽段開孔施工，從而導(dǎo)致整個圍堰防滲墻工期延長，給圍堰防洪度汛安全造成極大地壓力。對此，在存在大粒徑架空等復(fù)雜地質(zhì)情況、施工工期有限的工程中，研究“快速防滲”圍堰構(gòu)筑理念是今后需要考慮的課題。

2.3 陡坡段造孔

先導(dǎo)孔復(fù)勘及現(xiàn)場基巖鑒定成果資料顯示：上游圍堰靠河槽右側(cè)S0+45～S0+65樁號平均坡度為70°，局部出現(xiàn)9～11 m的陡坎，下游圍堰左岸岸坡X0+200左右區(qū)域存在12 m高的陡坡，按照防滲墻施工技術(shù)要求需嵌入基巖0.3 m 以上。在陡坡基巖中造孔、沖擊鉆在下落沖砸基巖時易出現(xiàn)溜鉆現(xiàn)象，嵌巖施工困難，施工效率低且孔斜難以控制。對此，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗及鉆孔爆破試驗參數(shù)，按照鉆鑿的難易程度，提出了重錘臺階法和聚能爆破陡坡兩種方案。首先對陡坡段進行加密地質(zhì)復(fù)勘，根據(jù)復(fù)勘資料初步確定陡坎范圍和坡度，將平底鉆頭改成十字型鉆頭，優(yōu)先施工槽段端頭，按照主孔、副孔、小墻施工順序形成臺階；對巖基堅硬的部位，采取地質(zhì)鉆機在陡坡段基巖造孔，再向基巖內(nèi)埋設(shè)炸藥進行小規(guī)模的定向爆破，將陡坡基巖形成臺階或凹坑，再用鉆具進行施工形成臺階。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，上述兩種方法結(jié)合使用，極大地提高了施工功效，亦保證了嵌巖深度，確保了混凝土與基巖的接觸。需要注意的是陡坡段造孔因鉆具直接對基巖進行反復(fù)沖砸，極易造成孔斜偏差，對此，施工過程中應(yīng)加大測斜頻次，發(fā)現(xiàn)孔斜偏差過大時應(yīng)及時采取擴大鉆頭直徑的措施，通過擴張改變孔斜或在孔斜的相反方向加焊耐磨塊進行修孔糾偏，以確保成槽質(zhì)量。

2.4 預(yù)埋管

圍堰工程往往面臨度汛壓力。為減少墻下帷幕造孔的時間，防滲墻混凝土澆筑前均采用預(yù)先埋設(shè)鋼管作為后續(xù)帷幕灌漿造孔的導(dǎo)向管。而作為防滲墻施工工序的一部分，預(yù)埋管施工的重要程度往往容易被忽視。由于受防滲墻澆筑過程中混凝土側(cè)向壓力及浮托力的影響，預(yù)埋管很容易受擠壓偏斜，預(yù)埋管的偏斜將直接影響后續(xù)帷幕灌漿造孔的孔斜，也往往因預(yù)埋管偏斜較大導(dǎo)致其作廢而直接在防滲墻中造孔，不僅失去了預(yù)埋管的導(dǎo)向作用，而且會因在防滲墻中造孔破壞了防滲墻的整體性，亦給防滲墻的抗?jié)B穩(wěn)定帶來隱患。因此，預(yù)埋管的孔位偏差、彎直率直接影響到防滲墻和后續(xù)帷幕灌漿施工的質(zhì)量和進度。對此，預(yù)埋管施工前，應(yīng)由測量人員放出帷幕灌漿孔孔位。預(yù)埋管根據(jù)設(shè)計要求選用壁厚不小于3.5 mm的無縫鋼管，按照槽孔尺寸設(shè)置鋼管定位架，定位架采用φ25鋼筋焊接制作，每節(jié)鋼管采用絲扣形式進行上下連接。為了防止在其下設(shè)過程中管件脫落，每根灌漿管外側(cè)設(shè)置了不少于3道連接加強鋼筋。下設(shè)過程中，第一個桁架距孔底3 m控制，其他每隔10 m下設(shè)一個，以起到對預(yù)埋管的定位和控制孔斜的作用。現(xiàn)場實際施工情況驗證，埋管成功率達到93%，對預(yù)埋管固定進行了有效控制，極大地提高了帷幕灌漿造孔施工效率。根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5148-2012)規(guī)定，混凝土防滲墻下的基巖帷幕灌漿應(yīng)采用自上而下分段灌漿法灌漿，不宜利用墻體內(nèi)預(yù)埋的灌漿管進行孔口封閉灌漿。針對灌漿規(guī)范相關(guān)要求，本工程和很多類似工程墻下帷幕灌漿采用下設(shè)“隔管法”(灌漿第1段接觸段鉆孔埋設(shè)孔口管)進行灌漿施工，但應(yīng)在防滲墻施工前充分考慮下設(shè)預(yù)埋管、孔口管尺寸和孔口管是否滿足先導(dǎo)孔取芯、掉鉆擴孔等其他設(shè)計要求和異常事故處理的要求，一旦考慮不周或?qū)ㄣ@、掉鉆情況處理不到位，將直接造成灌漿孔作廢。在防滲墻上重新開孔不僅使施工時間延長，而且會破壞防滲墻的整體性，從而影響圍堰墻下的防滲效果。因此，應(yīng)根據(jù)工程特性和工期等其他因素，綜合考慮墻下帷幕灌漿方法。

2.5 防滲墻的混凝土澆筑

防滲墻混凝土澆筑最重要的是做好原材料選擇、配合比試驗及現(xiàn)場試拌檢驗工作，以準確確定塑性混凝土各項性能指標，同時根據(jù)塑性混凝土的拌合、運輸方法和能力，準確掌握混凝土入孔時的坍落度、初凝時間與終凝時間。為取得有關(guān)防滲墻成墻的各項參數(shù)，本工程選定在防滲墻中心線上進行了防滲墻生產(chǎn)性試驗，通過防滲墻生產(chǎn)性試驗，不僅驗證了成槽各設(shè)備運行的性能和合理的機械設(shè)備與人員配置，同時亦為更精確地掌握混凝土上升速度、接頭管起拔時間提供了施工依據(jù)。為保證防滲墻混凝土澆筑質(zhì)量滿足設(shè)計規(guī)范要求，澆筑過程中，加強了混凝土出機口、入槽口的取樣檢測，混凝土澆筑應(yīng)保證連續(xù)進行，槽孔內(nèi)的混凝土應(yīng)均勻上升，上升速度應(yīng)結(jié)合試驗確定的參數(shù)進行澆筑，應(yīng)將槽孔內(nèi)相鄰導(dǎo)管的混凝土高程控制在合理的范圍內(nèi)，澆筑過程中應(yīng)定時測量混凝土上升情況，準確填寫和繪制筑墻指標圖。本工程防滲墻混凝土質(zhì)量采取的檢查方法包括混凝土澆筑槽口隨機取樣檢查、鉆孔取芯試驗、鉆孔注水試驗、芯樣室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗等，同時，利用預(yù)埋灌漿管、取芯檢查孔，采用跨孔聲波為主，單孔聲波測試、層析成像(CT)和孔內(nèi)電視測試為輔的方案對防滲墻質(zhì)量進行了檢測。各項檢測數(shù)據(jù)表明：防滲墻混凝土成墻質(zhì)量良好，滿足設(shè)計要求的各項抗?jié)B指標。

3 結(jié) 語

金沙水電站二期圍堰河床覆蓋層深厚，地質(zhì)條件復(fù)雜，工期緊，綜合施工難度大。通過對該工程特性和地質(zhì)特點進行深入研究，有針對性地借鑒國內(nèi)相似工程經(jīng)驗，采取了相關(guān)生產(chǎn)性試驗和綜合性的施工控制措施，解決并總結(jié)出一系列施工經(jīng)驗和控制方法，大大提高了防滲墻施工質(zhì)量和進度，對后續(xù)類似圍堰工程防滲結(jié)構(gòu)施工和控制具有一定的借鑒意義。