水利工程中截滲墻施工技術要點及管理措施分析

金國磊, 吳華歡, 尹 上, 齊 冠

(1.杭州蕭宏建設環境集團有限公司,浙江 杭州 310052;2.浙江交通職業技術學院,浙江 杭州 311112)

0 引 言

混凝土截滲墻作為水利工程建設中的重要技術,因其特有的抗滲性和穩定性被廣泛用于供排水和防汛抗洪工程[1],但是該技術存在施工難度較高、技術復雜等問題,在實施過程中容易拖慢施工進度[2]。混凝土截滲墻是長河干流水環境整治工程3標攔河堰壩修建的關鍵環節,與工程順利推進緊密相連。因此,本文對長河干流水環境整治工程中截滲墻施工技術要點及管理措施進行分析,可供類似工程借鑒。

1 工程實例

本次項目位于太湖縣長河干流,其水環境整治工程綜合考慮了長河干流防洪排澇、堤防安全、河勢穩定等要求,對長河干流滾水壩下至黑河口段河道開展綜合治理。通過建設攔蓄河水建筑物,形成一定水面、水體,為營造縣城長河旅游文化軸和修復壩下濕地環境創造條件,有效改善枯水季河道生態狀況及滾水壩下長河的水環境。其中,施工3標攔河堰壩基截滲墻布置上游距閘室底板邊線5m處,兩端與順水流向圍封截滲墻閉合,墻體材料為C25混凝土,墻厚0.4m,截滲墻頂標高為22.8～23.5m。設計要求墻底嵌入頁巖強風化層厚度不小于1m,局部全風化破碎處墻底需穿透至較完整巖層內。

2 水利工程中截滲墻施工技術分析

2.1 施工前期的準備工作

2.1.1 施工平臺及導墻

施工平臺和導墻澆筑形式為鋼筋混凝土結構,導墻斷面形式為倒L形,通過先開挖后立模實施澆筑。施工平臺高程定為比河道最高水位高出2m以上,寬度約為12m。

2.1.2 主要臨建設施布置

制漿站及供應系統:泥漿站布設位置距截滲墻下游約30m,主要由膨潤土庫、泥漿攪拌機、供漿池和回漿池等部分組成。總儲漿量約為800m3,系統周圍用砂土圍堆,中間鋪設防滲膜。廢水及廢漿處理:尋找場地適宜位置建立臨時施工污水沉淀池,廢水、廢漿通過排漿溝匯聚排放至沉淀池,經沉淀后上部清水由清水泵抽水排放,下部沉渣通過機械設備挖掘排出。

2.1.3 現場生產性試驗

為了確保截滲墻施工過程中相關技術參數設置的合理性,在開工前,根據設計及規范要求,在截滲墻軸線上游位置開展現場生產性試驗。主要試驗內容為泥漿配合比試驗、混凝土配合比試驗、成槽造孔設備效果試驗、接頭連接工藝試驗、混凝土澆筑工藝試驗等。[3]

2.2 成槽造孔固壁泥漿施工技術

本項目實施中主要采用履帶液壓抓斗、沖擊鉆機來進行截滲墻成槽作業。履帶液壓抓斗安裝有自動測斜和糾偏裝置,可有效控制開槽孔斜,施工時操作簡便,行走方便,適合野外施工;沖擊鉆機通過鉆頭向下的沖擊運動破碎地基土,形成鉆孔。不僅適用于一般的軟弱地層,亦適用于礫石、卵石、漂石和基巖。具有結構簡單,操作、維修和運輸方便等特點。

針對本工程地質條件和槽孔尺寸情況,采用“上抓下鉆法”或“純抓法”的成槽工藝。“上抓下鉆法”成槽是通過液壓抓斗直接抓取上部的覆蓋層,下部的基巖由沖擊鉆機鉆鑿成槽。“純抓法”則是將覆蓋層和基巖層都用液壓抓斗直接抓取。本項目施工槽的設計長度為6m,當選定6m成槽比較困難時,可以改為一抓成槽,槽長為3m。截滲墻施工過程中泥漿能起到維持孔壁穩定、懸浮沉渣和冷卻鉆具的作用。[4]

本項目通過高效低噪的回轉攪拌機進行泥漿拌制,制作好的膨潤土泥漿在儲藏室存放至少24h,下一步經過充分水化溶解才能應用到工程中。儲漿池內泥漿須經常均勻攪動,防止泥漿沉淀或離析。鉆孔過程中,由于巖石碎屑混入和處理劑的消耗,槽孔內的泥漿性能會逐漸降低,此時需將使用過的泥漿進行凈化,通過系統過濾土顆粒和碎石塊,然后把干凈的泥漿重新送回槽內。在成槽過程中,應定期在泥漿循環溝渠中取樣,進行檢測試驗,若不符合相關規范標準,必須暫停處理直至達標。在施工作業場地周邊應設置排水溝,適時排放地表雨污水,避免污染泥漿池。

2.3 孔形控制與檢查施工技術

本項目孔形的控制工作主要包括深度、厚度和孔斜控制。孔斜率指標為不大于0.4%,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,孔斜率按0.6%控制。作業實施前,在槽孔各端頭設置測量標樁,以標樁為基準確定槽孔中心線,進一步沿用該中心線校核成墻后的中心誤差。槽孔中心線允許偏差范圍為3cm,各方向都應滿足該標準。墻體厚度取決于抓斗寬度和鉆機鉆頭直徑,因此,所有槽段終孔時抓斗寬度和鉆頭直徑應超過墻體的原設計厚度。本次工程采用抓斗機或鉆機施工,利用相似三角形原理開展孔斜測量。墻體應穿入巖層1m,并根據成墻工藝試驗進一步確定入巖深度。截滲墻、抗沖板樁先導孔間距約30m,孔底入巖約2.0m。終孔時在深度驗收環節應在監理監督下采用專業孔深測繩儀校核,使用前應對該儀器進行校準。

每次測量后應保存終孔段地層巖樣,然后交由監理復核檢查以確保檢測深度依據充分。孔底基巖復核時應準確復核巖層表面,確保墻體的確嵌入基巖至一定深度,并符合相關規范標準。基巖復核過程中一方面要參考設計圖紙,另一方面也要考慮本工程的地質條件,綜合比較做出定論。如有必要可采用鉆孔取樣的方式來判斷墻體嵌入基巖深度是否足夠,鉆孔入巖深度應滿足至少5m。兩相鄰主孔深度差大于1.0m時,其中間的副孔深度應取巖芯進行基巖鑒定,但副孔的終孔深度應同時滿足:副孔孔底高程不得高于兩主孔高程的中間位置;副孔與較深主孔之差一般不得大于1.0m。當孔深接近設計深度時,便開始連續鉆取巖樣檢測,記錄好基巖頂面深度并做好存儲。根據巖樣特征判斷孔底的地層性狀,最后聯合設計、監理三方確認,得出終孔位置。

2.4 清孔換漿和接頭孔刷洗施工技術

2.4.1 清孔換漿

槽孔挖完后,開始清洗槽孔更換泥漿,本項目選擇的清孔方法為氣舉法。成槽后,先用抓斗機清除槽底沉渣、浮泥,再用氣舉法借助反循環吸取剩余沉渣,下一步經過過濾凈化得到干凈泥漿,同步用刷壁器做好混凝土墻接頭處膠結物質的清除澆筑工作。清洗槽孔時也要檢測泥漿性能,主要測定范圍是槽底上方0.2～1m位置,比重<1.15,黏度≤50s,含沙量≤6%,沉渣厚度<100mm。成槽完成后,為了把沉積在槽底的沉渣清出,應及時對底部清洗,以確保截滲墻的承載力和抗滲性能夠穩定,提高成墻質量。同時在清洗過程中,要不斷向槽內泵送優質泥漿,以保持液面穩定,防止塌孔。槽內泥漿必須高于地下水位1.0m以上,并且不低于導墻頂面0.5m。

清槽后及灌注混凝土前,檢查槽底沉渣厚度,檢查方法通常用測繩量法,一個槽段至少設三個測點,沉渣厚度不得大于設計要求。如果單元槽段內各孔孔深不同時,清孔次序為先淺后深。

2.4.2 接頭孔刷洗

接頭孔位置刷洗應采用較重的鋼絲刷,洗刷過程中通過調整鋼絲繩位置使刷子直接對準孔壁加壓。在洗刷過程中,通過鉆機引導鋼絲刷由孔底至孔口循環往復洗刷,直到槽孔清洗完成。[5]洗刷結束的指標是鉆頭基本沒有浮泥,并且孔底的沉渣不再增多。

2.4.3 清孔換漿結束標準

當清孔換漿結束1h后,在槽孔底部0.5m部位取樣進行泥漿試驗。如果達到結束標準,即可結束清孔換漿的工作。結束標準:清孔換漿結束1h后,槽孔內淤積厚度不大于10cm;泥漿密度小于1.3g/cm3;泥漿黏度不大于50s,含砂量小于4%。

2.5 槽段連接和混凝土澆筑施工技術

2.5.1 槽段連接

本項目的截滲墻槽段主要采用接頭管法連接。這是行業中截滲墻接頭處理的新興技術,雖然施工中存在較大工藝難度,但其也有獨特的優勢:一是通過接頭管法作業形成的接頭孔孔形質量較好,不容易在端頭位置形成較厚的泥皮;同時由于其形狀規整,易于接頭的洗刷,能夠保證接頭處的接縫質量。二是基于接頭管的向下敷設形式,能夠節約時間,提高工作效率,降低施工成本。

2.5.2 混凝土澆筑

本項目通過壓球法進行混凝土澆筑[6],即在正式澆筑前,向每個導管放入隔離塞球,并備好充足的商品混凝土,以確保隔離塞球被混凝土擠出導管后,能夠用混凝土包住導管底端。整個過程保持連續澆注,孔內混凝土上升速度應≥2m/h,并連續泵送抬升至墻頂處的有效高程。混凝土導管的埋深保持在1～6m內浮動,以防止多余泥漿進入導管。孔內混凝土整體表面保持均勻上升,其平整度控制范圍為0.5m左右。分別按照0.5h測量一次槽孔內混凝土面,以2h為周期測量一次導管內混凝土面。在澆筑開始和結束部分適當增加測量次數,并根據每次測量數據,做好相應記錄,同步繪制好混凝土澆筑指標圖,根據測量數據校核工程量,指導下一道工序。在混凝土澆筑過程中,孔口位置應補充蓋板,以防止混凝土掉落到槽孔內,影響澆筑質量。同時應在孔口位置定期取樣,檢驗混凝土的指標性能。在每個槽孔混凝土澆注時應做現場坍落度試驗,并取混凝土試塊,每組試塊應按規范要求制作、養護、確認達到28d齡期后做室內檢測試驗。取樣數量應滿足抗壓、滲透系數的試驗要求。

2.6 截滲墻質量檢查

檢查方法包括混凝土拌和機口隨機取樣檢查、鉆孔壓(注)水試驗,芯樣室內物理力學性能試驗等。

2.6.1 機口隨機取樣

混凝土澆筑過程中,在機口由試驗室試驗員隨機取樣,測試混凝土熟料主要性能指標,在每個槽孔應做現場坍落度試驗,并取混凝土試塊,每組試塊應按規范要求制作、養護、確認達到28d齡期后做室內檢測試驗。

2.6.2 室內物理力學性能試驗

試驗項目按設計指標或監理人的要求進行。合格標準為:混凝土物理力學強度指標和抗滲標準達到設計值,合格率應在90%以上,不合格部分的物理力學指標必須在設計值的70%以上,并不得集中在相鄰槽段內。

3 水利工程中截滲墻施工管理措施分析

3.1 施工質量管理措施

在項目實施前,技術負責人應對全體作業人員進行技術交底。做好墻體導線測量復核和放樣工作,保證精度滿足設計及相關規范要求;把好施工材料的質量關,所有進場使用的材料都必須有檢驗合格證書和監理工程師的批準;混凝土配合比經監理工程師審核通過后方可實施;在鋼筋加工棚加工鋼筋,應按照圖紙要求進行編號掛牌,并分類合理堆放;按照配合比進行混凝土配料,各種配比含量應計算準確,由專人監督實施,并進行隨機取樣檢測,確保混凝土強度滿足設計要求。

3.2 施工安全管理措施

現場全體施工人員必須佩戴安全帽,根據作業種類按照國家相關規定配備勞保用具,并佩戴專門的防護用品;施工現場的電箱要保持外殼整潔完整,并進行接地保護,箱體外部應配備漏電保護器,保證用電安全;場地內機械設備使用由專人負責,定期對設備做好保養和檢測工作,杜絕安全隱患;大型機械設備運轉中,在其回旋半徑內禁止任何施工作業;在工地現場管理過程中,應定期進行巡查檢查,及時查處違背安全生產的作業行為,并責令施工單位限時整改。

3.3 施工環境管理措施

本項目以截滲墻中軸線為參考依據,按照80m的間隔修建廢水池,在施工過程中產生的廢水、廢漿通過溝渠排放到廢水池進行過濾處理,池內上層清水通過抽水泵抽取排走,底層沉渣通過反鏟器械挖出后運到指定位置儲存,避免沉渣散落影響周邊的生態環境;此外也要根據地表徑流和地層特征,在沉渣堆放場四周增加排水溝,避免地面徑流影響堆渣場的環境;在工程結束后,對施工中臨時搭建的設施,例如廢水池、泥漿池等應進行回土覆蓋,并通過碾壓機平整場地,為后續的施工項目提供良好的施工場地。

4 結束語

綜上所述,在實際水利工程截滲墻施工中,務必嚴格完善落實每個環節的施工標準和施工職責。通過精細化做好前期準備工作、成槽造孔固壁泥漿、孔形控制與檢查、清孔換漿與接頭孔刷洗、槽段連接與混凝土澆筑等施工要點,并加強質量、安全、環境管理措施,才能確保截滲墻的工程質量和安全,推動水利工程建設的長遠發展。