圍堰基礎(chǔ)塑性混凝土防滲墻快速施工技術(shù)

1地下廠區(qū)攔河方案該二次水電站利用雅灣河下游150km長的自然落差，通過大約16.67km長的旁路隧道組，截面漢江，提取約310m。電站總裝機(jī)容量4800MW,單機(jī)容量600MW。工程樞紐主要由首部攔河閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成,為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。首部攔河閘壩位于雅礱江錦屏大河彎西端,電站進(jìn)水口位于閘址上游2.9km處,地下發(fā)電廠房位于雅礱江錦屏大河彎東端,四條引水隧洞穿過錦屏山連接閘壩與廠區(qū)樞紐。首部攔河閘壩施工導(dǎo)流方案,枯期采用上下游圍堰擋水,右岸導(dǎo)流洞過水,進(jìn)行攔河閘壩工程施工;汛期采用導(dǎo)流洞和圍堰聯(lián)合泄洪,圍堰基礎(chǔ)防滲采用塑性混凝土防滲墻,閘基采用鋼筋混凝土防滲墻。上下游圍堰全長分別為129.23m、98.18m,上下游防滲墻最深分別為60m、55.5m。錦屏二級(jí)閘壩圍堰防滲墻主要采用CZ-30型沖擊鉆機(jī)造槽,成槽采用“鉆劈法”施工,槽孔分二期進(jìn)行,Ⅰ、Ⅱ期槽孔采用套接,防滲墻塑性混凝土采用直升導(dǎo)管澆筑的施工工藝。2部結(jié)構(gòu)及覆蓋層雅礱江錦屏區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜,河床為V型地質(zhì)構(gòu)造,基礎(chǔ)主要為崩塌體,在該區(qū)域內(nèi)無級(jí)配良好砂礫石。右岸側(cè)河床上部為崩坡積堆積結(jié)構(gòu),兩岸坡基巖裸露。河床覆蓋層較厚,圍堰基礎(chǔ)置于河床覆蓋層上,河床覆蓋層厚度為20m～43m,按物質(zhì)組成及顆粒大小,由下至上為含漂石卵礫石層、含粉土質(zhì)砂碎礫石層、含孤塊石群卵礫石層及塊碎石夾卵礫石層四層。閘基基礎(chǔ)主要含漂塊石群等粗顆粒組成,級(jí)配極差,屬極強(qiáng)透水層且架空嚴(yán)重,其滲透系數(shù)平均達(dá)200m/d。3設(shè)計(jì)要求：1。屋頂層塑料防滲透墻的設(shè)計(jì)要求3.1壓強(qiáng)度s18防滲墻墻厚0.8m,墻底入巖0.5m,抗壓強(qiáng)度R28=4MPa～6MPa;彈性模量800MPa<E<1500MPa;滲透系數(shù)K≤10-7/cm;28天破壞比降≥200。3.2坍落度測定初凝時(shí)間大于8h,終凝時(shí)間不大于48h;入槽坍落度20cm～24cm,坍落度保持在15cm以上的時(shí)間不少于1h;擴(kuò)散度34cm～40cm。4多孔混凝土防護(hù)墻快速施工技術(shù)4.1網(wǎng)兜底防護(hù)難度4.1.1該工程采用枯期圍堰擋水右岸導(dǎo)流洞導(dǎo)流,基坑施工,汛期圍堰過水導(dǎo)流洞分流的施工導(dǎo)流方案。圍堰工程為2009年度汛關(guān)鍵項(xiàng)目。根據(jù)合同要求,在2008年12月初大江截流后在半個(gè)月內(nèi)必須完成戧堤加寬和防滲墻的準(zhǔn)備工作;2008年12月15日到2009年3月15日90天內(nèi)完成上下游圍堰近10000m2塑性混凝土防滲墻施工;圍堰閉氣后45天必須完成近20萬m3基坑排水,上下游圍堰加寬加高填筑近30萬m3,防護(hù)混凝土面板近3萬m3,基坑鋼筋石籠防護(hù)近7800m3,基坑大塊石防護(hù)近13000m3,下堰合金網(wǎng)兜防護(hù)近8100m3等項(xiàng)目。圍堰工程具有施工工期緊,施工場地狹窄,施工相互干擾大,施工強(qiáng)度高,施工組織困難等特點(diǎn)。圍堰塑性混凝土防滲墻是控制性關(guān)鍵施工項(xiàng)目,如果圍堰不能在汛前完成,將直接影響工程的安全度汛,甚至造成工期拖后一年的重大損失。4.1.2根據(jù)相關(guān)資料顯示,河床主要含漂塊石群等粗顆粒組成,級(jí)配不良,結(jié)構(gòu)變化大,局部架空現(xiàn)象嚴(yán)重,屬強(qiáng)透水地層。在該地層建造地下連續(xù)混凝土防滲墻會(huì)有很大的難度,同時(shí)不確定因素增加,也將嚴(yán)重制約防滲墻施工進(jìn)度和質(zhì)量。4.1.3根據(jù)建筑物布置需要和大流量過水圍堰特點(diǎn),導(dǎo)截流設(shè)計(jì)采用單洞導(dǎo)流,單戧單向進(jìn)占合龍。截流戧堤位于防滲墻軸線上游僅36.75m,截流時(shí)流量為750m3/s左右。水力學(xué)指標(biāo)高,實(shí)測導(dǎo)流洞分流與設(shè)計(jì)和模型試驗(yàn)有一定差距,龍口底槽水力坡降大,在截流合龍施工中拋填了大量的塊石串等特殊材料,部分沖積到防滲墻軸線,不但影響施工進(jìn)度,而且造孔固壁困難。4.1.4由于圍堰填筑水下只能采用石渣拋填,密實(shí)度差,滲流量大,特別在龍口段合龍后其初期滲流量達(dá)80m3/s～100m3/s,截流中大量的塊巨石部分堆積在防滲墻施工軸線附近,造成圍堰底部架空嚴(yán)重,塊巨石硬度高,造孔難度將大大增加。同時(shí)由于在防滲墻平臺(tái)填筑過程中,初期滲水量大,部分細(xì)顆粒流失,河床以上5m～8m架空嚴(yán)重,其上下游水頭差達(dá)4.6m,形成動(dòng)水壓力,導(dǎo)致了防滲墻施工中泥漿固壁效果大大減弱,塌孔、漏漿情況十分嚴(yán)重,防滲墻施工成槽困難,對(duì)工程的質(zhì)量進(jìn)度有嚴(yán)重影響。4.1.5下游圍堰在合龍后,由于上游圍堰滲流量大,水位變幅大,在防滲墻施工同時(shí)必須安排圍堰下游腳防護(hù)施工,造孔廢棄漿液也只能排到基坑。因此,槽孔內(nèi)外水位差難以控制在1.5m以上,成槽困難,塌孔嚴(yán)重。4.2工程處理措施4.2.1堰體初期防滲在戧堤上游先鋪1m左右反濾料,然后鋪設(shè)3m厚洞渣墊層料,再填2m厚黏土斜墻鋪蓋進(jìn)行堰體初期防滲,以減少動(dòng)水壓力對(duì)防滲墻施工的影響。經(jīng)目測,戧堤滲水量有明顯的減少,有利于防滲墻施工質(zhì)量和進(jìn)度控制。斜墻鋪蓋結(jié)構(gòu)布置見圖1。4.2.2防滲墻槽內(nèi)外水位難以滿足由于上游圍堰滲流大,基坑水位與下堰原設(shè)計(jì)施工平臺(tái)高程1631m相近,不能滿足防滲墻槽內(nèi)外水位差大于1.5m的要求。為避免塌孔影響成槽質(zhì)量,采用加高防滲墻施工平臺(tái)到高程1632m,同時(shí)在兩岸二期淺槽段內(nèi)預(yù)埋涵管導(dǎo)流,最后施工涵管段槽孔,確保了下游圍堰防滲墻施工的正常進(jìn)行。4.2.3孔槽段的施工在常規(guī)槽段劃分的基礎(chǔ)上,采用“短、多、快”,重點(diǎn)突破深孔槽段的原則,以減少塌孔,有利于快速成槽,保證施工質(zhì)量和進(jìn)度?！岸獭本褪且黄诓鄱慰s短,“多”就是同一槽段安排多臺(tái)設(shè)備同時(shí)鉆進(jìn),“快”就是采用快速成槽鉆進(jìn)的施工措施。4.2.3.槽孔劃分及典型布置上下游圍堰造孔全部采用CZ-30型沖擊鉆,為了更為合理的施工,對(duì)上游圍堰防滲墻槽段劃分進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后上游圍堰防滲墻共劃分24個(gè)槽孔。其中,Ⅰ期槽12個(gè),Ⅱ期槽12個(gè)。槽孔深度超過55m的槽段I、II期槽有5組,槽孔劃分均是3主2副,長為4.8mm;其它Ⅱ期槽段及槽孔較淺的部位,分別采用4主3副、5主4副進(jìn)行劃分槽孔。Ⅰ、Ⅱ期槽孔典型布置見圖2。上游圍堰防滲墻施工中投入20臺(tái)套鉆機(jī)。4.2.3.槽段劃分和施工下游圍堰防滲墻共劃分17個(gè)槽孔,其中8個(gè)Ⅰ期槽,9個(gè)Ⅱ期槽。槽孔深度在50m以上的槽段有4個(gè)Ⅰ期槽,3個(gè)Ⅱ期槽,槽孔劃分原則同上游圍堰。在下游圍堰防滲墻施工中先期投入16臺(tái)鉆機(jī)。通過采用優(yōu)化方案和優(yōu)化施工布置,改進(jìn)工藝“短、多、快”的措施,對(duì)控制性深槽段的孔位突擊鉆進(jìn),以確保工程質(zhì)量、進(jìn)度。4.2.4圍堰補(bǔ)勘由于河床覆蓋層結(jié)構(gòu)復(fù)雜并含有孤塊石較多,施工過程中無法準(zhǔn)確鑒定基巖面,采用上下游圍堰每20m做補(bǔ)勘一次,上游圍堰補(bǔ)勘7個(gè)孔,下游圍堰補(bǔ)勘5個(gè)孔。為不影響施工進(jìn)度,根據(jù)現(xiàn)場情況采用沖擊鉆先行鉆鑿主孔,當(dāng)距離設(shè)計(jì)基巖面高程3m～5m時(shí),挪開沖擊鉆機(jī),改用巖芯鉆鉆孔取芯,快速確定基巖面,減少工序銜接時(shí)間,從而確保施工進(jìn)度。4.2.5期槽固壁與壓漿優(yōu)化由于塊巨石架空、滲流量大,為了有效形成泥皮,抵制外界滲流水壓力影響,保證有效成槽,對(duì)于Ⅰ期槽孔重點(diǎn)控制,既要考慮固壁還須堵漏,通過實(shí)驗(yàn)不斷優(yōu)化,以適應(yīng)圍堰施工中大滲水量情況(Ⅰ期槽優(yōu)化試驗(yàn)配比見表1)。對(duì)于Ⅱ期槽孔,主要采用黏土泥漿固壁。在施工中,嚴(yán)格按規(guī)范要求控制泥漿性能指標(biāo),并不斷調(diào)整,同時(shí)加大制漿站儲(chǔ)漿、制漿能力。施工效果證明,采用上述固壁措施不但保證成槽進(jìn)度,而且較為經(jīng)濟(jì)。4.2.6試驗(yàn)用無砂材料根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),塑性混凝土配制強(qiáng)度按5MPa控制。通過多組試驗(yàn)對(duì)比分析,各種材料摻量對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和彈模的影響分析,確定最終實(shí)施塑性混凝土施工配合比(見表2)。塑性混凝土使用的水泥為四川峨眉山水泥有限公司生產(chǎn)的“峨勝”牌P.O42.5R普通硅酸鹽水泥;膨潤土為四川名山膨潤土,施工過程中應(yīng)保證膨潤土的品質(zhì);骨料均為三灘骨料系統(tǒng)大理巖人工砂和印把子砂巖5mm～20mm碎石,配合比表中骨料用量均為飽和面干狀態(tài)用量,試驗(yàn)使用的砂細(xì)度模數(shù)為2.59;高效減水劑為江蘇博特新材料公司JM-Ⅱ緩凝高效減水劑(萘系),摻量為膠凝材料(水泥、膨潤土)的0.4%,表2中為干粉用量;引氣劑為山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJAE-A引氣劑,摻量為膠凝材料的2.2/10000,表中為原液用量?；炷梁靠刂圃?%～6%,引氣劑摻量根據(jù)混凝土含量調(diào)整。4.3特殊情況下的處理4.3.1分層膠土造林由于防滲墻基礎(chǔ)架空嚴(yán)重,滲流量大,沖積的孤塊石含量高,水位差大,防滲墻施工平臺(tái)低于規(guī)范水位差要求等,造成施工過程中頻頻發(fā)生塌孔漏漿事故。針對(duì)這種情況,施工現(xiàn)場預(yù)備足夠數(shù)量的黏土、碎石土、水泥、鋸末、膨脹粉等堵漏材料,在漏失的地層中,適當(dāng)提高泥漿粘度,向孔內(nèi)間斷投入黏土或碎石土,及時(shí)補(bǔ)充泥漿。如在上游SFS-11、SFS-9、SFS-17,下游XFS-15、XFS-16漏漿嚴(yán)重的槽段造孔過程中,向槽孔內(nèi)分層(厚度約0.5m～1.0m)投入黏土、碎石土、鋸末、水泥或膨脹粉等堵漏材料,用重鑿沖擊擠密改善地層結(jié)構(gòu),再行鉆進(jìn),盡量利用沖擊鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn),使鉆頭沖擊鉆進(jìn)的同時(shí)進(jìn)一步擠密地層,防止了塌孔。發(fā)生漏漿后立即停止鉆進(jìn),及時(shí)進(jìn)行處理,以防槽內(nèi)漿液大量漏失后發(fā)生更嚴(yán)重的事故,保障了施工進(jìn)度。對(duì)塌孔特別嚴(yán)重SFS-11,當(dāng)鉆進(jìn)到40m左右時(shí),在河床高程多次發(fā)生塌槽,經(jīng)過5次向槽孔內(nèi)分層(0.5m～1.0m)投入黏土、碎石土、鋸末、水泥后,再用重鑿沖擊擠密,使SFS-11槽達(dá)到最終槽孔鉆進(jìn)深度。SFS-17槽塌孔更為嚴(yán)重,在鉆機(jī)平臺(tái)下形成了大的空腔,存在極大的安全隱患,采用在槽孔內(nèi)回填C15塑性混凝土,待凝24h后繼續(xù)鉆進(jìn),成功處理了本次塌槽事故。因此,防滲墻造槽施工塌孔事故處理效果良好。4.3.2孤石受害者在巖等情況下發(fā)生嚴(yán)重破壞在SFS-7～SFS-19、XFS-2～XFS-16的造孔過程中,遇到大漂石、孤石群、堅(jiān)硬基巖等情況,如XFS-14#槽段,施工進(jìn)度緩慢,鉆具被破壞,經(jīng)勘探查明為孤石阻礙。由于該段地層結(jié)構(gòu)松散,原方案準(zhǔn)備采用聚能爆破,經(jīng)反復(fù)分析研究可能影響槽孔安全,故通過加重鉆具,勤焊鉆頭,對(duì)孤漂石進(jìn)行重錘沖鑿穿透基巖,雖然工效較聚能爆破低,但確保了槽段安全和施工進(jìn)度。4.3.3圍堰xfs-2xfs-16槽段嚴(yán)重在上下游圍堰防滲墻開鉆初期,由于地層含孤塊石、圍堰填筑石渣松散等原因,架空層較多,在上游圍堰SFS-7～SFS-19槽段、下游圍堰XFS-2～XFS-16槽段尤為嚴(yán)重,漿液全部漏完,隨時(shí)有塌槽的危險(xiǎn)。處理措施為:施工時(shí)儲(chǔ)備一定數(shù)量的黏土球與碎石土石摻和料,當(dāng)鉆進(jìn)至架空層時(shí),迅速投入這種摻和料至孔口,然后用鉆機(jī)進(jìn)行不排碴鉆進(jìn),經(jīng)反復(fù)多次沖擊,最終逐步改善了架空地層的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了槽壁的穩(wěn)定性,加快了施工進(jìn)度。4.3.4槽孔發(fā)生孔斜的影響在上下游圍堰防滲墻施工過程中,各個(gè)槽段施工中均存遭遇孤石致使槽孔主要在8m～20m范圍內(nèi)發(fā)生孔斜,減少了墻體的有效厚度,影響到墻體的連續(xù)性。為了保障槽孔質(zhì)量,采用鉆頭上加焊耐磨塊、孔口墊方木的措施進(jìn)行強(qiáng)制性修正,達(dá)到了最終效果。4.3.5采空槽段同時(shí)發(fā)生兩種事故下游圍堰在施工過程中突發(fā)基坑水位升高,距離防滲墻施工平臺(tái)不足1m,XFS-2、XFS-4、XFS-6、XFS-8、XFS-10、XFS-15、XFS-16等槽段均同時(shí)發(fā)生了掉鉆、埋鉆事故。處理措施為:加大基坑排水,及時(shí)把水位差控制在1.5m以上,再用主副孔換位和槽段合并等方式進(jìn)行打撈,保證了工程施工進(jìn)度。5施工期間的質(zhì)量控制和質(zhì)量控制5.1槽孔斜率控制本工程塑性混凝土設(shè)計(jì)墻厚0.8m,Ⅰ期槽兩端的主孔孔斜率按不大于0.3%控制,其它槽孔孔斜率按不大于0.4%控制,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(shí),孔斜率按0.6%控制;要求相鄰孔不得異向,整個(gè)槽孔孔壁平整無梅花孔、探頭石和波浪形小墻等。在施工過程中質(zhì)量采用重錘法檢測,經(jīng)檢測槽孔孔斜率均滿足要求。5.2清孔質(zhì)量分析槽孔終孔終檢驗(yàn)收合格后,進(jìn)行清孔換漿工作。5.2.1膨潤土灌漿/馬氏拋干使用特制的取漿器從孔底以上0.5m處取試驗(yàn)?zāi)酀{,試驗(yàn)儀器有泥漿比重秤、馬氏漏斗、量杯、秒表、含沙量測量瓶等。槽孔清孔換漿結(jié)束后1h,孔內(nèi)泥漿應(yīng)達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn):膨潤土泥漿比重≤1.15g/cm3;膨潤土泥漿粘度(馬氏漏斗)32s～50s;膨潤土泥漿含砂量≤6%。5.2.2內(nèi)積層孔內(nèi)淤積厚度采用測針和測餅進(jìn)行測量,其厚度嚴(yán)格按規(guī)范控制。5.2.3清孔驗(yàn)收合格后澆筑混凝土Ⅱ期槽在清孔換漿結(jié)束前,用刷子鉆頭清除槽孔端頭混凝土孔壁上的泥皮,結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為刷子鉆頭上不再帶有泥屑,孔底淤積不再增加為準(zhǔn)。在清孔驗(yàn)收合格后4h內(nèi)澆筑混凝土。如因下設(shè)預(yù)埋件不能按時(shí)澆筑,則重新按上述規(guī)定進(jìn)行檢測,如不合格應(yīng)重新進(jìn)行清孔。5.3預(yù)防滲透的墻體質(zhì)量分析檢查方法包括混凝土拌和機(jī)口或槽口隨機(jī)取樣檢查,鉆孔取芯檢查,鉆孔注水試驗(yàn),芯樣室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)等。5.3.1采樣通道和槽口在混凝土澆筑過程中,在機(jī)口或槽口由試驗(yàn)室試驗(yàn)員隨機(jī)取樣,測試混凝土熟料主要性能指標(biāo)。5.3.2接滲點(diǎn)質(zhì)量檢查防滲墻工程完工后,上游防滲墻取兩個(gè)檢查孔,下游取1個(gè)檢查孔,分別位于SFS-20/SFS-19、SFS-5/SFS-6、XFS-3/XFS-4套接縫隙處,采用鉆孔取芯注水試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量檢查。塑性混凝土巖芯獲取率較低,經(jīng)檢查其滲透系數(shù)K=7.91849×10-9cm/s～8.1328×10-8cm/s,仍滿足設(shè)計(jì)要求。5.4樣品測定和分析混凝土強(qiáng)度:上游圍堰共計(jì)取樣23組,最小值4.8MPa,最大值6.3MPa;下游圍堰共計(jì)取樣16組,最小值4.3MPa,最大值5.6MPa,均滿足設(shè)計(jì)4MPa～6MPa的要求。彈模檢查共41組,一般1400MPa<E<1600MPa,幾組略有超標(biāo),根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)和評(píng)定規(guī)范要求,彈模不作為主要檢測項(xiàng)目,通過驗(yàn)收小組評(píng)審認(rèn)為滿足使用功能要求。5.5pa,下游為-1kpa,下游為-1kpa18.2pa;下游為2kpa,下游為2kpa,下游為2kpa;下游為2kpa,下游為2p;下游為2kpa,下游為2p;下游為2kpa,下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2kpa,下游為2p;下游為2kpa,下游為2p;下游為2kpa,下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p;下游為2p