巴基斯坦卡洛特水電站塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)總結(jié)

高永國

中國水電基礎(chǔ)局有限公司 天津 301700

1 工程概況

卡洛特水電站位于巴基斯坦境內(nèi)吉拉姆（Jhelum）河上，屬Ⅱ等大（2）型工程，電站裝機(jī)容量720MW，壩址位于巴基斯坦旁遮普省與AJ&K 特區(qū)交界處的卡洛特橋上游1km 處的河灣地塊。樞紐工程主體建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成。大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程EL.469.5m，最大壩高95.5m。大壩施工時采用上下游圍堰進(jìn)行擋水，上下游圍堰為全年擋水土石圍堰，基礎(chǔ)均采用塑性混凝土防滲墻防滲。

大壩上下游圍堰塑性混凝土防滲墻設(shè)計墻厚0.8m，深入弱風(fēng)化基巖0.5m。上游圍堰防滲墻軸線長113m，施工平臺高程EL398.5m，最大孔深23m，平均孔深19.25m，成墻面積2174.81m2；下游圍堰防滲墻軸線長127m，施工平臺高程EL396.0m，最大孔深24m，平均孔深18.45m，成墻面積2342.91m2。

2 工程難點(diǎn)

工期緊，任務(wù)重。2018 年9 月22 日實(shí)現(xiàn)大江截流，業(yè)主要求12 月15 日完成上游圍堰防滲墻施工，12 月30 日完成下游圍堰防滲墻施工，工期相對比較緊張，施工強(qiáng)度高。

地質(zhì)條件復(fù)雜，河床部位大塊石及漂卵石多。上游圍堰左岸漫灘部位分布崩坡積巨塊石；河床多分布碎塊石及少量漂卵石，厚度達(dá)8-10m。下游圍堰左岸岸坡較陡，局部分布基巖陡坎；河床及兩岸河灘分布碎塊石、孤石，厚度5-8m，具架空結(jié)構(gòu)。

3 防滲墻塑性混凝土設(shè)計及要求

3.1 塑性混凝土設(shè)計指標(biāo)

設(shè)計塑性混凝土28d 抗壓強(qiáng)度4-5MPa，滲透系數(shù)K20＜1.0×10-7cm/s，彈性模量E0 ＜1500MPa。

3.2 塑性混凝土配合比

塑性混凝土配合比見表1。

3.3 塑性混凝土施工技術(shù)要求

（1）塑性混凝土入孔塌落度為180-220mm，擴(kuò)散度為340-400mm，塌落度保持150mm 以上的時間≥1h；

（2）塑性混凝土的初凝時間＞6h，終凝時間＜24h；

（3）塑性混凝土的密度≥2100kg/m3。

4 施工方案

考慮本工程的特殊性和地層特點(diǎn)，以及防滲墻的質(zhì)量要求和現(xiàn)場施工條件，防滲墻總體施工方案為：

大壩上下游圍堰各投入6 臺ZZ-6A 型大功率沖擊鉆機(jī)同時進(jìn)行防滲墻施工；

場地預(yù)先經(jīng)過平整后進(jìn)行施工平臺的建造，澆筑C25 混凝土，中間及底部布設(shè)受力鋼筋，以提高導(dǎo)向槽的抗彎性能；

防滲墻采用“鉆劈法”進(jìn)行成槽施工：沖擊鉆機(jī)先鉆進(jìn)主孔至設(shè)計孔深，然后劈打副孔成槽；

槽段分一、二期施工，墻段連接采用“接頭孔套接法”；

采用泥漿護(hù)壁，主孔施工以粘土漿為主，副孔施工、清孔換漿采用膨潤土泥漿，確保澆筑質(zhì)量；

清孔換漿采用抽筒置換清孔法；

采用泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土，導(dǎo)管開澆順序?yàn)樽缘吞幹粮咛帲瑢?dǎo)管距孔底15cm-25cm 左右，采用壓球法開澆。

5 施工準(zhǔn)備

導(dǎo)向槽及施工平臺施工。為保證槽口穩(wěn)定，并起造孔導(dǎo)向作用，在槽口建造鋼筋混凝土導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽及施工平臺斷面見圖1。導(dǎo)向槽施工時，采取縱向分段澆筑，各段之間采用斜面搭接的方式連接。導(dǎo)墻內(nèi)墻面應(yīng)保證垂直，導(dǎo)墻成型后背側(cè)用粘土分層回填壓實(shí)，內(nèi)面應(yīng)打入支撐桿或磚砌隔斷防止因外力造成導(dǎo)墻的偏移或變形。

圖1 導(dǎo)向槽及施工平臺斷面示意圖

泥漿制作、配合比及性能指標(biāo)。選用高效、低噪音的LSJ-1500 型旋流立式高速攪拌機(jī)進(jìn)行膨潤土泥漿拌制。膨潤土泥漿配合比和性能指標(biāo)分別見表2 和表3。槽孔劃分。綜合考慮地層、墻體深度、設(shè)備能力等，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“接頭孔套接法”。一期槽槽長為6.8m，分為4 個主孔和3 個副孔，主孔為0.8m，副孔為1.2m；二期槽槽長為6.8m，分為4 個主孔和3 個副孔，主孔為0.8m，副孔為1.2m。施工中根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整槽段的大小，施工時優(yōu)先施工深槽段，合攏段安排在槽深較淺、條件較好的地方。槽孔劃分見圖2。

表2 新制膨潤土泥漿配合比（1m3 漿液）

表1 塑性混凝土配合比

表3 膨潤土泥漿性能指標(biāo)

6 塑性混凝土防滲墻主要施工方法

6.1 先導(dǎo)孔施工

根據(jù)設(shè)計及監(jiān)理工程師要求，在防滲墻造孔開工的同時，沿整個施工軸線布設(shè)先導(dǎo)孔，以判定防滲墻軸線部位基巖的頂板高程，以便指導(dǎo)防滲墻的施工，確保防滲墻的每個部位的嵌巖均達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。先導(dǎo)孔采用XY-2 型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、金剛石鉆頭鉆進(jìn)。由于本工程覆蓋層皆為回填料，鉆孔難度大，施工時采用沖擊鉆機(jī)鉆鑿上部覆蓋層，下部巖芯鉆機(jī)鉆孔取芯的方法。根據(jù)鉆孔取芯要求，防滲墻先導(dǎo)孔孔徑為76mm。

6.2 防滲墻施工工藝流程

本工程防滲墻施工工藝流程見圖3。

圖3 混凝土防滲墻施工程序圖

6.3 成槽施工本工程覆蓋層主要為卵礫石層，大孤石、塊石多

針對本工程地質(zhì)特點(diǎn)和槽深分布情況，選用大功率ZZ-6A 型沖擊鉆機(jī)作為成槽施工設(shè)備，采用“鉆劈法”成槽工藝，此工藝比較適宜對含孤、塊石和硬巖地層的施工。采用ZZ-6A沖擊鉆機(jī)造孔，泥漿護(hù)壁，抽桶出渣施工。成槽過程中，為保證設(shè)計墻體厚度，終孔鉆頭直徑應(yīng)不小于開孔鉆頭直徑，鉆頭磨損后應(yīng)及時補(bǔ)焊。

成槽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求：孔位偏差不大于3cm；槽孔孔壁應(yīng)平整垂直，孔斜率不大于4‰；不應(yīng)有梅花孔、小墻等；遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時，孔斜率應(yīng)控制在6‰以內(nèi)；一、二期槽孔接頭套接孔的兩次孔位中心線在任一深度的偏差值應(yīng)不大于設(shè)計墻厚的1/3。

6.4 基巖鑒定

槽孔終孔深度應(yīng)以防滲墻地質(zhì)剖面圖和先導(dǎo)孔資料為基礎(chǔ)，由設(shè)計、監(jiān)理與施工單位的地質(zhì)工程師結(jié)合槽孔造孔現(xiàn)場取樣綜合判斷后確定[1]。若地質(zhì)情況與設(shè)計圖紙出入較大時，由設(shè)計、監(jiān)理和防滲墻施工單位等單位的有關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場鑒定后簽認(rèn)確定最終深度。防滲墻伸入基巖的控制標(biāo)準(zhǔn)為：槽孔嵌入基巖的深度必須滿足設(shè)計要求，深入弱風(fēng)化上限基巖0.5m。主孔基巖面按以下方法確定：

（1）依照防滲墻地質(zhì)剖面圖以及先導(dǎo)孔詳細(xì)資料，當(dāng)孔深接近基巖面時開始留取抽筒巖樣，現(xiàn)場取樣每進(jìn)尺20-30cm 一次，當(dāng)巖層風(fēng)化程度變化劇烈、地質(zhì)條件明顯異常時，加密取樣。所有巖樣按順序、深度、位置編號，填好標(biāo)簽，裝箱，妥善保管。

（2）對照鄰孔基巖面高程，并參照鉆進(jìn)情況確定基巖面。

（3）當(dāng)上述方法不能確定基巖面時，或?qū)鶐r面發(fā)生懷疑時，應(yīng)用巖芯鉆機(jī)取巖樣，加以確定。

副孔基巖面按以下方法確定：

（1）兩相鄰主孔終孔深度差小于1m，其中間的副孔深度與較深主孔孔深之差不得大于兩相鄰主孔孔深之差的1/3。

（2）兩相鄰主孔終孔深度差大于1m，其中間的副孔深度應(yīng)取巖樣進(jìn)行鑒定，但副孔的終孔深度與較深主孔孔深之差不得大于1m。

6.5 終孔驗(yàn)收

槽孔終孔質(zhì)量檢查項(xiàng)目主要有孔位、孔深、墻厚和孔斜。孔位通過防滲墻中心線及槽段樁號控制；槽孔深度采用測繩測量；厚度通過鉆頭直徑控制；孔斜采用重錘法進(jìn)行測量。

6.6 清孔換漿

清孔采用抽筒置換清孔法，利用鉆機(jī)自帶抽筒抽取槽孔內(nèi)含鉆渣最多的稠泥漿，同時向槽內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿。清孔換漿結(jié)束后1h，進(jìn)行泥漿試驗(yàn)[2]。如果達(dá)到清孔標(biāo)準(zhǔn)，即可結(jié)束清孔換漿的工作。清孔標(biāo)準(zhǔn)：清孔換漿結(jié)束一小時后，槽孔內(nèi)淤積厚度不大于10cm；泥漿密度不大于1.15g/cm3；泥漿粘度32-50s（馬氏）；含砂量不大于6%。泥漿取樣位置距孔底0.5m-1.0m，清孔換漿合格后，方可進(jìn)行下道工序。

Ⅱ期槽在清孔換漿結(jié)束之前，需進(jìn)行接頭孔的刷洗。接頭孔的刷洗采用具有一定重量的圓形鋼絲刷子，通過調(diào)整鋼絲繩位置的方法使刷子對接頭孔孔壁進(jìn)行施壓，在此過程中，利用鉆機(jī)帶動刷子自上而下分段刷洗，從而達(dá)到對孔壁進(jìn)行清洗的目的。結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)是刷子鉆頭基本不帶泥屑，并且孔底淤積不再增加。

6.7 混凝土澆筑

（1）導(dǎo)管安裝。防滲墻塑性混凝土采用直升導(dǎo)管法進(jìn)行泥漿下混凝土澆筑。導(dǎo)管直徑Ф300mm，每個槽段澆筑時下設(shè)2套導(dǎo)管，導(dǎo)管采用沖擊鉆機(jī)副卷揚(yáng)下放和提升。導(dǎo)管安裝應(yīng)滿足如下要求：①一期槽孔兩端導(dǎo)管距孔端為1.0-1.5m，二期槽孔兩端導(dǎo)管距孔端為0.5-1.0m；②槽孔內(nèi)有兩套以上導(dǎo)管時，相鄰導(dǎo)管間距不得大于3.5m；③當(dāng)槽底高差大于0.25m 時，應(yīng)將導(dǎo)管中心置于控制范圍的最低處；④導(dǎo)管底口距槽底距離應(yīng)控制在15-25cm 范圍內(nèi)。

（2）混凝土澆筑。由混凝土攪拌樓拌料，采用混凝土攪拌車將拌制好的熟料輸送至澆筑槽口，經(jīng)分料斗和溜槽將混凝土輸送至澆筑漏斗，澆筑導(dǎo)管均勻放料，有利于保證混凝土面均勻上升。混凝土開澆時采用壓球法開澆，每個導(dǎo)管均下入隔離塞球。開始澆筑混凝土前，先在導(dǎo)管內(nèi)注入適量的水泥砂漿，并準(zhǔn)備好足夠數(shù)量的混凝土，以使隔離的球塞被擠出后，能將導(dǎo)管底端埋入混凝土內(nèi)

（3）墻體混凝土澆筑施工技術(shù)要求。導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于1.0m，且不宜大于6.0m。混凝土面上升速度不應(yīng)小于2.0m/h，槽孔內(nèi)混凝土面應(yīng)均勻上升，其高差控制在0.5m 以內(nèi)。每30min測量一次混凝土面高程，每2h 測定一次導(dǎo)管內(nèi)混凝土面高程，在開澆和結(jié)尾時適當(dāng)增加測量次數(shù)，根據(jù)每次測得的混凝土表面上升情況，填寫澆筑記錄和繪制澆筑指示圖，核對澆筑方量，指導(dǎo)導(dǎo)管拆卸。澆筑混凝土?xí)r，孔口設(shè)置蓋板，防止混凝土散落槽孔內(nèi)[3]。槽孔底部高低不平時，從低處澆起。混凝土澆筑完畢后的頂面應(yīng)高于設(shè)計要求的頂高程50cm。嚴(yán)禁不合格的混凝土進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)。

6.8 防滲墻墻段連接

墻段連接采用“接頭孔套接法”連接，此法施工的防滲墻由I期和Ⅱ期墻體結(jié)合組成，I期墻體端頭呈圓形，完成一期槽澆筑后打掉兩個端孔（接頭孔）混凝土使I期墻體端頭呈圓弧形，然后再施工二期槽，確保套接厚度不低于1m，待二期槽施工完畢刷洗接頭孔淤泥，最后下入導(dǎo)管并澆筑砼成墻，形成了墻體可靠連接。該方法優(yōu)點(diǎn)是成本低、風(fēng)險小。

7 特殊情況的處理

（1）地層漏漿、塌孔處理。由于本工程的地層為含漂（孤）石的砂卵石層，透水率較大，施工中容易造成大量的集中式漿液漏失，進(jìn)而影響成槽過程中的孔壁穩(wěn)定。如遇上漏漿、塌孔等情況，擬采取以下幾種主要措施來處理：①造孔過程中，如遇少量漏漿，則采用加大泥漿比重，投堵漏劑等處理，如遇大量漏漿，單孔采用回填粘土鉆進(jìn)處理，槽孔采用投鋸末、水泥、稻草或高水速凝材料等進(jìn)行堵漏處理。②根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)，危險性管涌土，會加劇地層滲漏通道的滲漏，鉆進(jìn)時，要加強(qiáng)泥漿損失測估，改變鉆進(jìn)工藝，準(zhǔn)備好足夠的堵漏材料及時處理好滲漏，尤其是槽孔的副孔鉆劈時，要小心提防。③塌孔處理：由于覆蓋層級配不均，局部架空，造孔中可能出現(xiàn)塌孔。發(fā)現(xiàn)有塌孔跡象，首先提起施工機(jī)具，根據(jù)塌孔程度采取回填粘土、柔性材料或低標(biāo)號混凝土等處理；如孔口塌孔，采取布置插筋、拉筋和架設(shè)鋼木梁等措施，保證槽口的穩(wěn)定。

（2）孔斜的處理。造成防滲墻發(fā)生孔斜的原因有很多，其中地層原因是最主要的。當(dāng)槽孔施工發(fā)生孔斜時，將使墻體的有效厚度減少，影響墻體的連續(xù)性。因此，孔斜的控制尤為重要，擬采取下列措施：①改變鉆頭規(guī)格、形狀。沖擊鉆機(jī)施工中要勤測勤量，及時掌握孔形情況，如發(fā)現(xiàn)偏斜，可在鉆頭上加焊一圈鋼筋，擴(kuò)大鉆頭直徑，擴(kuò)孔改變孔斜；或在孔斜的相反方向加焊耐磨塊進(jìn)行修孔。②回填石料修孔。沖擊鉆機(jī)造孔中如果發(fā)生孔斜，可用10-25cm 石料回填至偏斜段頂部，重新進(jìn)行該段造孔，并加大造孔過程中的測斜密度，嚴(yán)加控制進(jìn)行修孔。

（3）混凝土澆筑堵管的處理。混凝土的澆筑質(zhì)量是防滲墻施工成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，防滲墻的澆筑應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。有效地控制混凝土的攪拌質(zhì)量及按規(guī)定掌握導(dǎo)管的埋深，是避免發(fā)生堵管的關(guān)鍵措施。一旦發(fā)生堵管，可利用吊車上下反復(fù)提升導(dǎo)管進(jìn)行抖動，疏通導(dǎo)管，如果無效，可在導(dǎo)管埋深允許的高度下提升導(dǎo)管，利用混凝土的壓力差，降低混凝土的流出阻力，達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的。當(dāng)各種方法無效時，可考慮重新下設(shè)另一套導(dǎo)管，新下設(shè)的導(dǎo)管底中應(yīng)完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒將導(dǎo)管內(nèi)的泥漿抽吸干凈，方可繼續(xù)進(jìn)行混凝土的澆筑。

8 結(jié)語

塑性混凝土墻體經(jīng)壓水試驗(yàn)、孔內(nèi)攝像等檢查，其彈性模量、混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B等級等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，表明防滲墻工程質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果。塑性混凝土因其彈性模量低，極限應(yīng)變大，使得塑性混凝土防滲墻在荷載作用下，墻內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變都很低，可提高墻體的安全性和耐久性；而且施工方便，節(jié)約水泥，降低工程成本。巴基斯坦卡洛特水電站上下游圍堰采用塑性混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理，取得了良好的防滲效果，圍堰一次閉氣成功，受到建設(shè)單位好評。