复杂地质条件下某工程塑性混凝土防渗墙施工技术
一、工程布置
此电站厂房工程位于整个水利枢纽工程的右侧, 厂房工程由左至右依次布置为副安装间、4#~1#机组、安装间、右岸连接坝段, 厂房左侧为泄洪闸坝段。塑性混凝土防渗墙布置于厂房工程坝段上游, 分为河床水平段、右岸斜坡段、右岸坝肩延伸段三部分, 其中右岸斜坡段与右岸纵向高喷防渗墙相交, 右岸坝肩延伸段位于天然气管道下方, 还要横穿工程所在地所属市区的滨河路 (路面宽约60m) , 并且有一段路要沿滨河路进行修筑。为了进行副安装间集水井的施工, 业主还在此部位增加了混凝土防渗墙。
二、主要施工技术
(1) 河床机组水平段
该工程厂房基坑塑性混凝土防渗墙开始成槽施工时, 采用液压抓斗进行施工, 抓槽长度为一抓斗, 宽2.8m, 在成槽深度达到EL1010.5m时, 突然出现大量地下承压水上涌, 致使成槽泥浆外溢, 底部土体塌方, 现场停止施工, 进行观察。
次日上午槽孔上部出现坍塌, 为保证槽孔周边稳定、施工人员及设备安全, 对塌槽两侧进行了回填。现场采用水泥、膨润土及砂石料回填, 按照1:3比例, 反铲搅拌后与抓斗配合填入该槽段;至中午, 各方商议后决定采取用整袋水泥进行盖压的施工措施;至傍晚采用水泥、砂石料、碎石桩填料混合后采用液压抓斗回填, 至晚23时, 涌水情况初步得到缓解, 涌水量有所减少, 但仍在持续。
经过召开专题会议讨论, 初步分析为地下承压水, 但在粉细砂层中处理地下承压水的案例很少, 无经验可寻, 且地质情况复杂、水压很大、气候寒冷、工作面狭窄。最后参建各方及于会专家制定了以下施工技术措施:
1) 填筑施工平台
为避免涌水过大两侧土体塌陷, 施工无法进行或出现安全隐患, 在灌浆施工部位填筑长40m, 宽6m, 高120cm至150cm的施工平台 (高程约为1050.0m) , 填筑材料为砂砾石, 提前进行填筑, 周围10没范围内其余部位大面填至1048.9m左右。
2) 钻孔
钻孔采用潜孔钻机钻孔, 孔距1.0m, 根据堵漏情况再加密, 钻孔深度至1013.0m高程。钻孔结束后下入Ф89mm钢管, 钢管露出工作面0.2m, 钢管底部加工成3.0m花管, 顶部加工与混凝土泵管接头。钻机就位时采用水准尺或罗盘定位, 孔斜率小于或等于1.0%。
3) 泵送砂浆或一级配砼
钻孔验收合格后, 下入自制花管, 先用注浆泵或砼泵机灌注水泥浆, 若吃浆量较大, 再改用灌入砂浆或一级配砼;灌砂浆或混凝土时混凝土泵机提前就位试运行, 并与下好的花管连接, 运送砂浆的罐车行驶至孔位附近后停在混凝土泵车一侧, 开启混凝土泵机匀速往孔里灌注砂浆或一级配砼, 待孔内不进料从孔口溢出为结束。
4) 水泥浆灌注
待全部需要泵送砂浆的孔灌注完毕后且涌水量有明显减小只有少量涌水时, 再灌注水泥浆对孔口进行封堵, 水灰比0.5:1, 灌浆压力1.0Mpa, 不进浆后屏浆10min闭浆处理。
5) 防渗墙造孔施工
待涌水封堵施工完成后, 结合揭露地层情况, 对原设计进行调整施工, 抬高塑性混凝土防渗墙底高程, 由1005.5m抬高至1010.5m高程左右, 利用黏土层封闭承压水和防渗体。造孔结合地层情况灵活选用造孔设备, 涌水封堵段采用冲击钻造孔, 其他槽段先采用液压抓斗按照变更后高程进行造孔施工, 遇到坚硬地层用乌卡斯冲击钻造孔, 考虑到地层的不可预见性及黏土层分布的不均衡性, 过程中出现涌水情况采用上述跟管钻泵送混凝土的方案进行施工。
最终通过上述综合方案的实施, 成功按期完成了基坑机组段塑性混凝土防渗墙的施工。
(2) 右岸斜坡段
斜坡段主要分布于安装间坝段。斜坡段最大的施工难题在于施工平台和施工道路布置, 且设计方案整个墙体底部和顶部高程均为斜坡, 在实际施工中基本无法实现, 因此只能根据不同槽段, 采用台阶法进行施工, 此外还存在与振冲碎石桩施工相互干扰的问题, 施工平台的布置和划分也需要统筹考虑。
(3) 与右岸加强基坑防渗高喷防渗墙十字交叉段
在前期, 为加强基坑防渗, 该工程在基坑右侧增加了加强施工阶段防渗效果的高压旋喷防渗墙。已施工完成的加强基坑防渗临时高喷防渗墙存在与电站上游永久塑性混凝土防渗墙墙体十字交叉的问题。高喷防渗墙为临时工程, 在塑性混凝土防渗墙施工至交叉部位 (第21槽段) 时, 需将原高喷防渗墙破除, 断开宽度约为0.6m左右。但经过进一步详细论证, 为确保右坝肩塑性混凝土防渗墙的连续性及整体性等设计要求, 经参建各方现场磋商, 决定采取如下措施, 即将塑性混凝土防渗墙与右坝肩高喷防渗墙交叉处施工调整为:采用高喷墙倒“八”字挡墙与已施工完成的高喷墙右侧的20#槽段塑性防渗墙搭接, 做临时防护, 挡住右侧来水, 在倒“八”字高喷墙挡墙左侧主要利用液压抓斗成槽浇筑塑性混凝土的方案进行22#槽段防渗墙的施工, 利用乌卡斯冲击钻进行整个21#槽成槽施工 (原加强基坑防渗高喷墙采用冲击钻钻除成槽) 。
(4) 右坝肩塑性混凝土与天然气管道交叉段
人工大面挖除表层2m厚土石体至天然气管路底部高程后, 在距塑性混凝土防渗墙轴线上游4m、下游6m的位置各布置一道高压旋喷挡土墙, 最大桩深16m, 桩距0.8m, 桩径1m, 单排布置, 左右范围为坝0-076.58至坝0-095.84;每喷灌完成一根桩后, 及时利用反铲结合人工在桩心下入普通钢管 (ф48*3.5mm) , 下入深度与旋喷桩底高程相同, 顶部超出桩顶高程1m, 天然气管路部位高出2.5m, 且喷灌至管路以下2.5m;然后由1074.4高程平台顺防渗墙纵轴线方向从左至右挖深槽形成施工通道, 未做旋喷桩部位按照1:2边坡自上而下进行开挖, 底部形成6m宽道路, 有旋喷桩防护部位垂直下挖通道宽10m、深13m。
因液压抓斗需要的施工空间较大, 很难满足天燃气管路施工悬空安全跨度等要求, 改用需要施工空间较小的乌卡斯冲击钻进行塑性防渗墙的成槽施工, 然后浇筑塑性混凝土成墙;为便于液压抓斗和冲击钻两种不同工艺成墙更好的连接, 将乌卡斯冲击钻成墙厚度由60cm改为80cm。
(5) 集水井塑性混凝土防渗墙
副安装间集水井位于厂房工程的最左侧, 与泄洪闸标段紧紧相邻, 水平距离约15m, 但建基面高差超过30m, 由于粉细砂地层遇水流失坍塌问题突出, 考虑到该部位开挖施工能够实施及确保施工安全, 业主要求在副安装间集水井部位增设混凝土防渗墙, 用于阻隔周边来水。但在进行副安装间集水井混凝土防渗墙施工的过程中, 当施工至集水井上游左侧 (下0+12.8~下0+03.20) , 右侧 (下0+27.8~下0+03.20) 及上游 (坝0+136.10~坝0+146.65) 时, 由于地下涌水压力过大, 液压抓斗在施工时槽段出现大面积塌方, 进行回填之后继续施工, 依然出现塌方, 无法成槽。后经参建各方多次讨论, 对于上述情况, 将上述三个部位混凝土防渗墙施工变更为高压旋喷防渗墙, 并采用高压旋喷灌浆的方式对混凝土防渗墙与高喷防渗墙接缝处及已施工完成的混凝土防渗墙出现涌水的几处部位在墙外侧进行补强、堵漏施工。利用原有混凝土防渗墙施工的平台作为作业平台, 施工前首先对原有混凝土防渗墙导向槽及塌方区域进行回填平整, 平整完成后进行高喷旋喷防渗墙施工。经过这一措施的实施, 并结合管井降水施工方案的实施, 最终实现了集水井部位防渗墙“成墙封闭, 阻断涌水通道, 干地施工”的目标。
这一方案的成功实施, 为塑性混凝土防渗墙和高压旋喷灌浆防渗墙联合使用共同工作开创了先例, 在异常复杂条件下混凝土防渗墙的施工无法完成的情况下, 采用高压旋喷防渗墙进行代替, 以实现临时挡水的目的, 具有借鉴和参考意义, 社会经济价值显著。对于永久工程, 在塌孔严重无法成墙的情况下, 可以采用高喷墙作为防护体系, 即在要施工的混凝土防渗墙左右两侧预先各施工一排高喷防渗墙, 之后再进行抓槽或冲击钻成槽施工, 也不失为一种较好的施工方法。
(6) 缺陷处理
该塑性砼防渗墙全长342m, 根据工程质量自检及第三方检测成果显示, 质量总体较好, 但钻工取芯夹砂层及弹性波CT测试声波偏低部位为墙体缺陷部位。钻孔取芯自检完成3组, 第三方检测完成4组, CT弹性波弹性检测2段, 其中发现4#机组16#槽段存在1.8m的夹砂层。为确保该段混凝土防渗墙起到防渗效果, 根据专家意见, 采用高喷灌浆对墙体内缺陷部位进行补强处理。
三、结论
通过一系列施工技术的实施, 最终完成了该工程所有塑性混凝土防渗墙的施工。该工程的成功实施, 也为国内悬挂式塑性混凝土防渗墙施工技术的发展和创新续写了新的篇章, 为类似复杂地层条件下工程的施工提供了参考。
摘要：塑性混凝土防渗墙是松散透水地基或坝体中常用的一种有效防渗方法, 相比其他混凝土防渗墙, 具有低强度、低弹模和大应变等特性, 在以往水利水电工程中已得到广泛使用, 近年来随着目前又一批抽水蓄能电站的兴建, 开始在上、下库工程的面板堆石坝或心墙坝工程中应用, 并且作为防渗体系的重要组成部分。本文结合黄河内蒙古河段某电站厂房工程实例, 介绍了塑性混凝土防渗墙在较为复杂的地质条件下的施工技术与方法, 为后续类似工程提供借鉴和参考。
关键词：复杂地质条件下,塑性,混凝土防渗墙