超厚拋石層中塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)

◎ 陳曦 中交一航局第二工程有限公司

1.工程概況

霞浦核電示范快堆海工工程Ⅲ標(biāo)段位于福建省霞浦縣長(zhǎng)春鎮(zhèn)長(zhǎng)表島。取水口防滲墻總長(zhǎng)度1343m，排水口防滲墻總長(zhǎng)度345.4m。防滲墻墻厚0.8m，墻底標(biāo)高-30.7～-42m，墻頂標(biāo)高+5.0m。防滲墻成孔需穿透拋石層厚40m，防滲墻底部要求進(jìn)入弱透水層≥2m。

本工程設(shè)計(jì)高水位：3.18m；設(shè)計(jì)低水位：-2.80m，最大潮差6m。

2.工程特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 拋石層厚、成槽難度大，易漏漿、塌孔

本工程塑性混凝土防滲墻布置在已建的防波堤堤身上，防波堤采用爆炸擠淤填石而成，拋石層厚40m，回填石料規(guī)格為1～500kg開山石，抗壓強(qiáng)度＞30MPa，部分石料粒徑較大，成槽難度大，易漏漿、塌孔。

2.2 塑性混凝土技術(shù)要求高

本工程塑性防滲墻厚0.8m，墻高35～45m，圍堰內(nèi)抽水后內(nèi)外水頭差達(dá)16m，要求適應(yīng)變形量大。具體參數(shù)如下：彈性模量：E≤800MPa；抗壓強(qiáng)度P≥1.0MPa，且≤2.5MPa；滲透系數(shù)：K≤3×10-7cm/s。

針對(duì)上述施工難點(diǎn)，工程實(shí)施過程中采取以下技術(shù)措施解決了工程上的難點(diǎn)：（1）優(yōu)化成槽工藝技術(shù)，漏漿、塌孔問題得到了有效控制；（2）優(yōu)化塑性混凝土配合比，達(dá)到了塑性混凝土技術(shù)指標(biāo)要求。

3.超厚拋石層中的塑性防滲墻施工工藝

3.1 施工設(shè)備

本工程防滲墻地質(zhì)構(gòu)成主要為防波堤堤中的塊石，底部進(jìn)入粉質(zhì)粘土層。根據(jù)地質(zhì)情況成槽設(shè)備選用了CZ-6型沖擊鉆機(jī)，采用“鉆劈法”造孔成槽，該法對(duì)地層適應(yīng)性好，在深厚覆蓋層防滲墻施工中被廣泛應(yīng)用。

3.2 成槽施工工藝

防滲墻成槽工藝：導(dǎo)墻施工→劃分槽段→主孔鉆進(jìn)→回填粘土→劈打副孔→處理小墻→修整槽壁→終孔驗(yàn)收。

3.2.1 施工前準(zhǔn)備

防滲墻成槽施工前先施工導(dǎo)墻和作業(yè)平臺(tái)、泥漿溝等輔助工程。將混凝土防滲墻按照成孔工藝和設(shè)備工作寬度劃分施工槽段，分先后順序間隔造孔挖槽、澆筑墻體混凝土。其中先施工的為Ⅰ期槽孔，后施工為Ⅱ期槽孔。本工程每個(gè)單元槽段由3個(gè)主孔和2個(gè)副孔組成，主、副孔相間布置。Ⅰ期槽孔由3個(gè)主孔（孔徑0.8m）和2個(gè)副孔（孔長(zhǎng)1.8m）組成，槽段長(zhǎng)6.0m；Ⅱ期槽孔由3個(gè)主孔（孔徑0.8m）和2個(gè)副孔（孔長(zhǎng)2.2m）組成，槽段長(zhǎng)6.8m。其中Ⅰ期槽孔兩個(gè)邊主孔作為Ⅰ、Ⅱ期槽接頭孔施工。3.2.2成槽施工

成槽施工按照施工前劃分好的槽段，依照施工順序進(jìn)行。

成槽方法是先采用沖擊鉆機(jī)鉆鑿主孔至終孔，然后使用沖擊鉆劈打副孔；劈打副孔時(shí)，在相鄰的兩個(gè)主孔中布置抽渣筒接出大部分鉆渣。由于清渣成槽時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿，防止塌方，泥漿液面應(yīng)始終保持在導(dǎo)墻頂面以下300～500mm范圍內(nèi)。

由于在副孔施工時(shí)有部分鉆渣落入到已終孔的主孔內(nèi)，為保證槽段成孔質(zhì)量，需要重復(fù)鉆鑿主孔至終孔標(biāo)高。成槽施工中，鉆鑿主孔和副孔均采用抽筒渣出渣。在單元槽段主、副孔施工完成后，由于主副孔間間隙，槽段中會(huì)殘留一部分“小墻”，處理這部分“小墻”需要找準(zhǔn)位置，移動(dòng)鉆機(jī)重復(fù)鉆鑿把其清除干凈。施工過程中，應(yīng)及時(shí)測(cè)量槽孔深度、垂直度，經(jīng)過反復(fù)鉆鑿，單元槽段的寬度、深度和垂直度可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

漏漿、塌孔處理：由于本工程是在爆炸擠淤形成的拋石堤上成槽，回填料為1～500kg塊石，塊石間空隙率大，同時(shí)受潮汐影響，潮差最大達(dá)6m，外部水壓力變化大，施工中出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿的現(xiàn)象，造成槽壁失穩(wěn)，槽孔坍塌。針對(duì)這一問題，施工中采取以下措施：① 加大泥漿比重，增加膨潤(rùn)土造漿，平衡內(nèi)外壓力差；② 采用向孔內(nèi)回填黏土、碎石、鋸末等，沖擊鉆間斷、反復(fù)沖擊的方法，利用回填料封閉塊石的縫隙；嚴(yán)重塌孔時(shí)，可采取澆筑塑性混凝土后重新成槽，但是費(fèi)用較高。

3.2.3 防滲墻槽孔清孔

（1）槽孔清孔。單位槽段成槽完成后進(jìn)行清孔換漿，本工程清孔采用抽渣筒出渣法。用鉆機(jī)吊抽渣筒沉入槽孔底部后再提出，將抽渣筒內(nèi)泥漿倒入排漿溝，利用泥漿清除鉆渣，同時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿，換漿量約為槽孔內(nèi)泥漿總量的1/3。

（2）接頭清理。由于Ⅰ、Ⅱ期施工時(shí)間不同，所以Ⅰ、Ⅱ期槽間存在接頭。因此先行施工完畢的防滲墻接頭浸沒在泥漿中，Ⅰ、Ⅱ期連續(xù)墻接頭的表面就會(huì)粘上雜物，在澆筑混凝土前必須清洗干凈。接頭采用接頭刷清洗的方法，接頭刷用廢舊十字鉆頭或工字鉆頭加工而成，周圍綁扎散狀鋼絲刷。移動(dòng)鉆機(jī)緊貼Ⅰ期槽段的接頭部位，將接頭刷吊住放入槽段內(nèi)，上下拉刷，清洗合格標(biāo)準(zhǔn)為：接頭刷上不帶泥屑、孔底淤積不再增加。

3.2.4 塑性混凝土澆筑

塑性混凝土采用水下澆筑法，澆筑導(dǎo)管采用Φ300mm無縫鋼導(dǎo)管，導(dǎo)管下放和拆卸導(dǎo)管采用砼澆注架。澆灌混凝土過程中埋管深度保持在1.0～6.0m，嚴(yán)禁將灌混凝土導(dǎo)管底提出混凝土面。混凝土面高差控制在0.5m以下，澆注結(jié)束時(shí)防滲墻頂砼面要滿足設(shè)計(jì)高程，墻頂高程為+5.0m。

4.塑性混凝土配合比

目前塑性混凝土作為防滲墻材料使用，已經(jīng)應(yīng)用很廣泛了。塑性混凝土由于摻入了膨潤(rùn)土、粘土、粉煤灰等材料，從而使其強(qiáng)度大大降低，塑性變大，能更好地適應(yīng)地基變形，提高了防滲墻的抗?jié)B性能。本工程根據(jù)塑性混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)等指標(biāo)，結(jié)合工程當(dāng)?shù)卦牧瞎?yīng)情況，對(duì)塑性混凝土經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，通過塑性混凝土配合比試驗(yàn)，解決塑性混凝土配比問題。

表1 塑性混凝土配合比試配方案

表2 塑性混凝土試配試驗(yàn)指標(biāo)

4.1 主要原材料選擇

根據(jù)相關(guān)水利工程類似經(jīng)驗(yàn)，防滲墻混凝土原材料可選用黏土、膨潤(rùn)土、石粉、粉煤灰與水泥，或膨潤(rùn)土、砂、碎石與水泥等。針對(duì)項(xiàng)目所在地材料情況進(jìn)行了考察，最終選擇水泥、砂、碎石及膨潤(rùn)土等作為原材料的方案。

（1）水泥：水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其主要指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）細(xì)骨料：中砂，選用天然河沙。

（3）粗骨料：粗骨料最大粒徑為10mm的小碎石；表觀密度≥2550kg/m3；泥塊含量0%；含泥量≤1%；吸水率≤2.5%；針片狀顆粒含量≤15%；超徑≤5%；遜徑≤10%。

（4）膨潤(rùn)土：選用鈣質(zhì)膨潤(rùn)土。其界限含水量：WL為66.1%，WP為25.6%，IP為40.5；含水率3.2%；比重2.72；粘粒含量0.075～0.005的為50.7mm；粘粒含量＜0.005的為39.9mm。

4.2 配合比試驗(yàn)

根據(jù)選用的原材料，委托試驗(yàn)室進(jìn)行了配備比試驗(yàn)。試配方案和試驗(yàn)配合比指標(biāo)分別見表1和表2。

根據(jù)表2可看出：對(duì)比配合比N-1、N-2 、N-3這3種方案，N-1方案的塑性混凝土滲透系數(shù)最小，防滲效果好，因此選用N-1方案作為施工配合比使用。

為保證塑性混凝土施工質(zhì)量，通過現(xiàn)場(chǎng)施工取樣，對(duì)塑性混凝土滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)超厚拋石層地質(zhì)條件、漏失性嚴(yán)重的地層進(jìn)行防滲墻施工時(shí)，可采用“鉆劈法”鉆孔成槽施工方法。在施工過程中邊沖擊、邊回填粘土等材料，擠壓密實(shí)塊石間縫隙，穩(wěn)固孔壁，解決了嚴(yán)重漏漿、塌孔問題，為類似工程提供了很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。