混凝土防渗墙施工技术在都匀绿茵湖水库除险加固工程中的应用
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1、工程简介
绿茵湖水库位于长江流域沅江水系清水江支流邦水河上游,坝址以上河长19.6km,集雨面积62.2m2,总库容18807/m3,是一座以防洪为主的中型水库,完成时坝高37 m,属混合式心墙坝,洪水限制水位847.2m水库于1958年开始修建,1962年工程完工后存在严重问题,主要包括大坝上游坝坡变形、下游排水棱体失效破坏、泄洪隧洞过流断面较小、溢洪道垮塌严重和右坝内输水管闸阀损坏等,每年汛期水库只能临时蓄水,但下游坝面浸润线较高,四十年水库一直未能正常发挥效益,经安全鉴定后,安全类别为三类坝,需要进行除险加固。
1.1 工程地质
工程区位于川黔径向构造带南段,区域内主要出露地层除中晚奥陶系、早晚志留系、上三迭系、侏罗系、白垩系及第三系沉积外,其余均有分布,主要为溶蚀浸蚀地形。
坝区出露地层上游主要为寒武系白云岩,下游主要为奥陶系桐梓组白云岩。坝区水文地质条件复杂,特别是右岸岩溶发育,有溶洞、落水洞等,左岸地质条件相对较好,岩石多,岩体完整性好。
1.2 气象及工程交通条件
都匀市属中亚热带季风湿润气候,多年平均气温15.9℃,汛期降雨量占全年降水量的66.5%。场外交通较为便利,据都匀市4km,321国道从大坝右岸通过。场内临时交通道路也较为方便,坝顶开挖后,建造施工平台,即可作临时道路,总计长度约2km。
2、总体方案
2.1 施工方法
本工程防渗墙的工程量为4800m2,是本除险加固工程施工的关键路线工序,拟采取目前国内较为有效的“冲击反循环”嵌岩。覆盖层(坝体及坝基)主要为粘土,相对比较有利于防渗墙成槽过程中及混凝土浇筑之前孔壁的稳定。
根据对防渗墙的施工经验以及多次在类似地区进行的施工方法,拟定本防渗墙工程总体施工方案为:
(一)、“两钻一抓法”快速成槽,在施工开始,进行“钻抓法”成槽试验,采用较为适宜的工艺,以充分发挥各种设备的优势,尽可能提高功效。泥浆护壁,及时监控泥浆各项性能指标,确保孔壁稳定;泥浆下直升套管法浇筑混凝土;按照设计要求,采用“套打法”进行墙段连接。
根据场地的具体情况,需先行在原坝顶进行土方开挖施工,施工区域内将坝顶开挖至854.5m高程,迎水侧坡度为1:2.5,精确测量定位后,按要求建造导向槽,将CZF-1200型冲击反循环钻机和抓斗布置在防渗墙轴线的下游侧,所占的施工平台最小宽度为8m,用碎石、粘土碾压密实,然后铺上方木和轻轨,现浇O.2m厚,距防渗墙轴线7m宽、坡度为5%的c15素混凝土,再砌筑1m-50#浆砌石作为排浆排水沟,场内的运输道路使用施工平台,拟将ZX-200型泥浆净化装置系统,水、浆、输混凝土管等布置在防渗墙轴线的迎水侧,施工平台最小宽度为3m,施工平台总宽度为1lm,其横断面如图示。
2.2 防渗墙主要参数
其主要参数为:“钻抓法”施工成槽,墙厚0.8m,成墙面积4800m2,最大墙深42m,墙体材料为塑性混凝土,防渗墙的中心线偏差应小于3cm,成墙厚度、槽孔壁平整垂直,孔斜率小于0.4%,Ⅰ、Ⅱ期槽孔连接处,在任一深度均保证搭接墙厚的要求;
物理力学指标为:抗压强度为,弹性模量,渗透系数;
塑性混凝土防渗墙施工物理特性指标为:混凝土入孔塌落度为18-22cm,扩散度为34-40,混凝土初凝时间不大于6h,终凝时间24h。
固壁泥浆原材料:(1)、粘土:密度1.1-1.2g/cm3,漏斗粘度18-25S,含沙量小于5%;(2)膨润土:密度1.1g/cm3,漏斗粘度30-70S,含沙量小于5%。
3、防渗墙施工
3.1 施工程序
Ⅰ期槽孔的成槽施工先钻进主孔至终孔深度,抓斗抓取附孔至基岩面以后,剩余的基岩部分由冲击反循环钻机完成。Ⅰ期槽孔的终端混凝土钻凿后形成Ⅱ期槽孔的端孔,其余部分成槽同于Ⅰ期槽孔,清孔换浆结束之前需洗刷接头。
3.2 现场生产性试验
为了验证拟定施工设备的适应性,生产定额、槽孔划分方案的可行性、泥浆护壁效果、混凝土施工性能、工艺的可行性等有关参数,为防渗墙正式施工进行技术储备,经申报监理人同意后,在合适的位置进行现场生产性试验,试验段轴线长度23.3m,包括两个Ⅰ期槽孔和一个Ⅱ期槽孔,槽孔划分如图
针对本工程的特性,试验主要内容如下:
1.泥浆配合比试验及护壁效果分析;2.混凝土配合比试验及施工性能验证;3.钻抓法成槽工艺试验;
4.浇筑工艺试验; 5.接头采用套打一钻工艺试验。依据试验结果拟定设备、工艺参数与实际情况有出入进行适当调整,确保防渗墙正式开工后,能优质、高效进行。
3.3 槽段划分
槽段划分方案,根据施工总体方案确定,经监理人同意后,根据生产试验结果进行调整,为减少接头数量,需增加槽段长度,但为了保证孔壁安全,初步拟定Ⅰ期槽段长度为8.3m;Ⅱ期长度为8.3m。
3.4 泥浆护壁
优质泥浆有利于成槽时孔壁稳定,以及混凝土浇筑质量的控制,拟采用膨润土泥浆护壁,保证泥浆质量,加强原材料质量检测,配合比调试,泥浆回收管理的各环节工作。
3.4.1 新制泥浆配比
新制泥浆配比如下图
3.4.2 泥浆性能指标泥浆性能指标见下表
新制膨润土泥浆膨化24h后才能使用,不同阶段对泥浆性能进行不同项目的检测。
3.5 成槽工艺
3.5.1 “两钻一抓法”槽段划分
按技术要求“两钻一抓法”的槽段划分如上图示
3.5.2 成槽质量
标准不低于设计要求,孔位偏差不大于3cm,孔斜率不大于0.4%,如遇含有孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时,孔斜率不大于0.6%以内,孔深符合设计要求。
3.5.3 成槽工艺说明
根据工程实际要求,可采用“两钻一抓法”成槽,即先施工Ⅰ期槽孔的4个主孔,然后再抓取主孔间的副孔,抓至基岩面后,利用冲击反循环钻机冲击入岩,或使用8-10t的重凿冲击破坏岩石,再利用抓斗将岩石碎块抓出。
成槽深度按勘探孔解释的地层分界及设计嵌入弱风化基岩不小于1m确定,成槽过程中。接近基岩面开始留取基岩钻渣样品,进行岩样鉴定,以确定最终成槽深度。
3.6 终孔及清孔验收
槽孔终孔后,进行孔位、孔深及孔形全面检查验收,合格后进行清孔换浆。清孔采用“抓斗抓取法”和“泵吸反循环法”,因槽底淤积较厚.先用“抓斗抓取法”抓取沉渣,再用“泵吸反循环法”抽出槽内含砂量超标或其它性能指标不符合清孔要求的泥浆,经净化装置处理后返回槽孔,同时向槽孔内补充新鲜泥浆,对于被严重污染的泥浆予以放弃,换浆量约为槽内泥浆的1/3。
Ⅱ期槽孔清孔换浆结束前,用刷子钻头分段洗刷Ⅰ期槽孔端头的泥皮和地层残留物,以刷子钻头上基本不带泥屑,孔底淤积不再增加为合格标准。
根据规程规范要求,清孔换浆1h后应达到下列标准:槽底淤积厚度不大于lOcm,粘土泥浆槽内密度不大于1.3g/cm3,漏斗粘度不大于30S,含砂量不大于10%。
3.7 预埋PVC灌浆管
预埋PVc灌浆管为108mm采用固定架固定,另在PVc管内下设一个89mm的钢管,以增加管的刚度,定位架在垂直方向的间距为10cm,底部距槽底2cm,底部缠过滤网防止混凝土进入管内。
预埋灌浆管是墙下帷幕灌浆的关键工序,为保证其埋设的成功率,在施工中注意下列事项:
3.7.1 确保成槽质量,槽孔平面位置、尺寸应在设计允许偏差范围内,槽孔偏斜率应在设计范围内,槽孔的不同断面、不同深度不允许出现明显扭曲,如遇特殊情况,则在征得监理人同意后,相应调整预埋管的间距和定位架的结构,以免下设后被卡住。
灌浆管的加工应根据槽孔底部轮廓进行,避免出现下设过程中一部分灌浆管搁置槽底、另外一部分悬空的情况,槽孔底部存在台阶时应考虑调整调点的位置,起吊后重心和吊点应在同一竖直线上。
定位架及灌浆管连接牢固,不可能变形。
起吊及下设应使用具有足够起吊能力的起重设备,下设时应对准槽孔徐徐下放,禁止猛掷猛放。
3.8 墙体材料及浇筑
3.8.1 混凝土控制指标及参考配合比
本防渗墙墙体混凝土主要指标要求达到如下要求:
强度等级c10,抗渗标号s6,设计28d抗压强度3.5Mpa,弹性模量750Mpa,渗透系数10-7-10-6cm/s,泌水率小于3%,出机口坍落度18cm-20cm,扩散度34-40cm,初凝时间8h,终凝时间不大于48h,参考配合比如下表;
3.8.2 原材料技术指标
原材料使用前应取得出厂合格证明,并按相关标准进行抽样检测,技术指标如下:
水泥:使用强度等级不低于32.5(R)的硅酸盐水泥,品质应满足国标要求。
砂:采用人工机制砂,含泥量,粘泥含量不大于1%。
骨料:最大粒径小于40,含泥量小于1%,不允许有泥团。
外加剂:减水剂、防水剂和加气剂等的质量和掺加量应经试验确定。
3.8.3 混凝土拌制、输送及浇筑
混凝土拌制过程中,用电子秤进行准确称量后加入,外加剂配制成溶液按设计配比掺量加入。拌制时观察熟料的稠度、均匀性和和易性,合格后放人储料斗。拌制好的熟料采用混凝土泵输送至浇筑槽口,经分料斗和溜槽将混凝土输送至浇筑漏斗,浇筑导管均匀放料,有利于保证混凝土面均匀上升。
混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法。导管下设及导管起拔均按规范要求控制。采用压球法开浇,以减小开浇时砼快速下落与泥浆的絮凝反应。根据拌和系统的生产能力、混凝土输送能力以及槽孔水平断面尺寸等相关因素,可确保混凝土面2-6m/h上升速度。
3.9 墙段连接
按设计要求,墙段间连接采用套打一钻法。
套打一钻法即将Ⅰ期槽孔的端孔混凝土用冲击钻机钻凿成接头孔,待Ⅱ期槽段建造完毕,经验收合格后,用专用的钢丝刷钻头刷洗孔壁,合格后,进行清孔换浆等下一道工序。
4、预防措施
4.1 特殊过程
防渗墙施工项目的混凝土拌和与浇筑两项过程在施工结束后,质量情况不能通过检验或试验得到完全验证,是否存在缺陷只能在工程投入使用后才能暴露出来,因此属于特殊过程,需加强施工过程中的控制。
4.2 预防措施
4.2.1 预防漏浆、承压水及塌孔
本工程覆盖层主要为粘土,有利于成槽过程中的孔壁稳定。成槽过程中,首先应使用优质膨润土泥浆护壁,根据地层情况,如果在大漏失量地层成槽时,适当加大泥浆比重,并向槽内加入粘土,然后利用钻头或重凿冲击挤密地层,每挤密一层后,再正常钻进或抓取进尺。如此循环,直至穿过漏失地层。这样施工既可以保证槽孔安全,又有利于提高成槽工效。
4.2.2 预防漂石、孤石对成槽工效及质量的不良影响
在成槽过程中,如遇漂石、孤石以及坚硬基岩等,影响成槽工效时,可用抓斗提升8-10t重凿冲砸,以避免孔斜超标、加快成槽速度。
4.2.3 预防施工质量事故
严格控制槽段端孔孔位及孔形,孔位偏差不大于3cm,开孔不得压向Ⅱ期槽孔。成槽厚度宜控制在80cm-90cm,端孔钻进时,严格控制钻头直径,以免接头孔混凝土浇筑时超径过多。
5、质量检查验收和资科整理
工程质量检查及验收分施工过程和竣工后两个阶段,施工中的控制、检查和验收如上所述,每一道工序的验收资料及时分类整理,及时上报监理。主要包括:测量放样成果、泥浆搅拌记录、成槽造孔记录、槽孔验收、混凝土搅拌及浇筑等阶段的质量记录、混凝土试件的试验报告等等,竣工阶段的检查、验收将按监理工程师要求的方法进行,并提供相应的验收资料。
6、结 语
6.1 防渗墙加深在工艺上的可行性及经济上的合理性
绿茵湖水库是贵州省利用混凝土防渗墙进行除险加固的第一个工程,素有“贵州第一墙”的称呼,根据都匀绿茵湖除险加固工程中大坝坝基防渗方案,采用混凝土防渗墙以减少或取消大坝区段帷幕灌浆在技术上是可行性。与帷幕灌浆相比,该加深措施具有在经济上可减少投资、质量上更加有保证的优点。
随着西部水利水电开发力度的不断加大,在新建和对需进行除险加固的老坝建造混凝土防渗墙的工程项目会增加,本工程在类似地层中实施深墙施工方面积累了宝贵的经验,同时也为我们在施工设备及工艺更新方面获得了一定的经验。