围堰基础塑性混凝土防渗墙快速施工技术

围堰基础塑性混凝土防渗墙快速施工技术

1地下厂区拦河方案该二次水电站利用雅湾河下游150km长的自然落差，通过大约16.67km长的旁路隧道组，截面汉江，提取约310m。电站总装机容量4800MW,单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成,为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。首部拦河闸坝位于雅砻江锦屏大河弯西端,电站进水口位于闸址上游2.9km处,地下发电厂房位于雅砻江锦屏大河弯东端,四条引水隧洞穿过锦屏山连接闸坝与厂区枢纽。首部拦河闸坝施工导流方案,枯期采用上下游围堰挡水,右岸导流洞过水,进行拦河闸坝工程施工;汛期采用导流洞和围堰联合泄洪,围堰基础防渗采用塑性混凝土防渗墙,闸基采用钢筋混凝土防渗墙。上下游围堰全长分别为129.23m、98.18m,上下游防渗墙最深分别为60m、55.5m。锦屏二级闸坝围堰防渗墙主要采用CZ-30型冲击钻机造槽,成槽采用“钻劈法”施工,槽孔分二期进行,Ⅰ、Ⅱ期槽孔采用套接,防渗墙塑性混凝土采用直升导管浇筑的施工工艺。2部结构及覆盖层雅砻江锦屏区域地质情况复杂,河床为V型地质构造,基础主要为崩塌体,在该区域内无级配良好砂砾石。右岸侧河床上部为崩坡积堆积结构,两岸坡基岩裸露。河床覆盖层较厚,围堰基础置于河床覆盖层上,河床覆盖层厚度为20m～43m,按物质组成及颗粒大小,由下至上为含漂石卵砾石层、含粉土质砂碎砾石层、含孤块石群卵砾石层及块碎石夹卵砾石层四层。闸基基础主要含漂块石群等粗颗粒组成,级配极差,属极强透水层且架空严重,其渗透系数平均达200m/d。3设计要求：1。屋顶层塑料防渗透墙的设计要求3.1压强度s18防渗墙墙厚0.8m,墙底入岩0.5m,抗压强度R28=4MPa～6MPa;弹性模量800MPa<E<1500MPa;渗透系数K≤10-7/cm;28天破坏比降≥200。3.2坍落度测定初凝时间大于8h,终凝时间不大于48h;入槽坍落度20cm～24cm,坍落度保持在15cm以上的时间不少于1h;扩散度34cm～40cm。4多孔混凝土防护墙快速施工技术4.1网兜底防护难度4.1.1该工程采用枯期围堰挡水右岸导流洞导流,基坑施工,汛期围堰过水导流洞分流的施工导流方案。围堰工程为2009年度汛关键项目。根据合同要求,在2008年12月初大江截流后在半个月内必须完成戗堤加宽和防渗墙的准备工作;2008年12月15日到2009年3月15日90天内完成上下游围堰近10000m2塑性混凝土防渗墙施工;围堰闭气后45天必须完成近20万m3基坑排水,上下游围堰加宽加高填筑近30万m3,防护混凝土面板近3万m3,基坑钢筋石笼防护近7800m3,基坑大块石防护近13000m3,下堰合金网兜防护近8100m3等项目。围堰工程具有施工工期紧,施工场地狭窄,施工相互干扰大,施工强度高,施工组织困难等特点。围堰塑性混凝土防渗墙是控制性关键施工项目,如果围堰不能在汛前完成,将直接影响工程的安全度汛,甚至造成工期拖后一年的重大损失。4.1.2根据相关资料显示,河床主要含漂块石群等粗颗粒组成,级配不良,结构变化大,局部架空现象严重,属强透水地层。在该地层建造地下连续混凝土防渗墙会有很大的难度,同时不确定因素增加,也将严重制约防渗墙施工进度和质量。4.1.3根据建筑物布置需要和大流量过水围堰特点,导截流设计采用单洞导流,单戗单向进占合龙。截流戗堤位于防渗墙轴线上游仅36.75m,截流时流量为750m3/s左右。水力学指标高,实测导流洞分流与设计和模型试验有一定差距,龙口底槽水力坡降大,在截流合龙施工中抛填了大量的块石串等特殊材料,部分冲积到防渗墙轴线,不但影响施工进度,而且造孔固壁困难。4.1.4由于围堰填筑水下只能采用石渣抛填,密实度差,渗流量大,特别在龙口段合龙后其初期渗流量达80m3/s～100m3/s,截流中大量的块巨石部分堆积在防渗墙施工轴线附近,造成围堰底部架空严重,块巨石硬度高,造孔难度将大大增加。同时由于在防渗墙平台填筑过程中,初期渗水量大,部分细颗粒流失,河床以上5m～8m架空严重,其上下游水头差达4.6m,形成动水压力,导致了防渗墙施工中泥浆固壁效果大大减弱,塌孔、漏浆情况十分严重,防渗墙施工成槽困难,对工程的质量进度有严重影响。4.1.5下游围堰在合龙后,由于上游围堰渗流量大,水位变幅大,在防渗墙施工同时必须安排围堰下游脚防护施工,造孔废弃浆液也只能排到基坑。因此,槽孔内外水位差难以控制在1.5m以上,成槽困难,塌孔严重。4.2工程处理措施4.2.1堰体初期防渗在戗堤上游先铺1m左右反滤料,然后铺设3m厚洞渣垫层料,再填2m厚黏土斜墙铺盖进行堰体初期防渗,以减少动水压力对防渗墙施工的影响。经目测,戗堤渗水量有明显的减少,有利于防渗墙施工质量和进度控制。斜墙铺盖结构布置见图1。4.2.2防渗墙槽内外水位难以满足由于上游围堰渗流大,基坑水位与下堰原设计施工平台高程1631m相近,不能满足防渗墙槽内外水位差大于1.5m的要求。为避免塌孔影响成槽质量,采用加高防渗墙施工平台到高程1632m,同时在两岸二期浅槽段内预埋涵管导流,最后施工涵管段槽孔,确保了下游围堰防渗墙施工的正常进行。4.2.3孔槽段的施工在常规槽段划分的基础上,采用“短、多、快”,重点突破深孔槽段的原则,以减少塌孔,有利于快速成槽,保证施工质量和进度。“短”就是一期槽段缩短,“多”就是同一槽段安排多台设备同时钻进,“快”就是采用快速成槽钻进的施工措施。4.2.3.槽孔划分及典型布置上下游围堰造孔全部采用CZ-30型冲击钻,为了更为合理的施工,对上游围堰防渗墙槽段划分进行优化,优化后上游围堰防渗墙共划分24个槽孔。其中,Ⅰ期槽12个,Ⅱ期槽12个。槽孔深度超过55m的槽段I、II期槽有5组,槽孔划分均是3主2副,长为4.8mm;其它Ⅱ期槽段及槽孔较浅的部位,分别采用4主3副、5主4副进行划分槽孔。Ⅰ、Ⅱ期槽孔典型布置见图2。上游围堰防渗墙施工中投入20台套钻机。4.2.3.槽段划分和施工下游围堰防渗墙共划分17个槽孔,其中8个Ⅰ期槽,9个Ⅱ期槽。槽孔深度在50m以上的槽段有4个Ⅰ期槽,3个Ⅱ期槽,槽孔划分原则同上游围堰。在下游围堰防渗墙施工中先期投入16台钻机。通过采用优化方案和优化施工布置,改进工艺“短、多、快”的措施,对控制性深槽段的孔位突击钻进,以确保工程质量、进度。4.2.4围堰补勘由于河床覆盖层结构复杂并含有孤块石较多,施工过程中无法准确鉴定基岩面,采用上下游围堰每20m做补勘一次,上游围堰补勘7个孔,下游围堰补勘5个孔。为不影响施工进度,根据现场情况采用冲击钻先行钻凿主孔,当距离设计基岩面高程3m～5m时,挪开冲击钻机,改用岩芯钻钻孔取芯,快速确定基岩面,减少工序衔接时间,从而确保施工进度。4.2.5期槽固壁与压浆优化由于块巨石架空、渗流量大,为了有效形成泥皮,抵制外界渗流水压力影响,保证有效成槽,对于Ⅰ期槽孔重点控制,既要考虑固壁还须堵漏,通过实验不断优化,以适应围堰施工中大渗水量情况(Ⅰ期槽优化试验配比见表1)。对于Ⅱ期槽孔,主要采用黏土泥浆固壁。在施工中,严格按规范要求控制泥浆性能指标,并不断调整,同时加大制浆站储浆、制浆能力。施工效果证明,采用上述固壁措施不但保证成槽进度,而且较为经济。4.2.6试验用无砂材料根据设计指标,塑性混凝土配制强度按5MPa控制。通过多组试验对比分析,各种材料掺量对设计强度和弹模的影响分析,确定最终实施塑性混凝土施工配合比(见表2)。塑性混凝土使用的水泥为四川峨眉山水泥有限公司生产的“峨胜”牌P.O42.5R普通硅酸盐水泥;膨润土为四川名山膨润土,施工过程中应保证膨润土的品质;骨料均为三滩骨料系统大理岩人工砂和印把子砂岩5mm～20mm碎石,配合比表中骨料用量均为饱和面干状态用量,试验使用的砂细度模数为2.59;高效减水剂为江苏博特新材料公司JM-Ⅱ缓凝高效减水剂(萘系),掺量为胶凝材料(水泥、膨润土)的0.4%,表2中为干粉用量;引气剂为山西黄河新型化工有限公司生产的HJAE-A引气剂,掺量为胶凝材料的2.2/10000,表中为原液用量。混凝土含量控制在4%～6%,引气剂掺量根据混凝土含量调整。4.3特殊情况下的处理4.3.1分层胶土造林由于防渗墙基础架空严重,渗流量大,冲积的孤块石含量高,水位差大,防渗墙施工平台低于规范水位差要求等,造成施工过程中频频发生塌孔漏浆事故。针对这种情况,施工现场预备足够数量的黏土、碎石土、水泥、锯末、膨胀粉等堵漏材料,在漏失的地层中,适当提高泥浆粘度,向孔内间断投入黏土或碎石土,及时补充泥浆。如在上游SFS-11、SFS-9、SFS-17,下游XFS-15、XFS-16漏浆严重的槽段造孔过程中,向槽孔内分层(厚度约0.5m～1.0m)投入黏土、碎石土、锯末、水泥或膨胀粉等堵漏材料,用重凿冲击挤密改善地层结构,再行钻进,尽量利用冲击钻机的优点,使钻头冲击钻进的同时进一步挤密地层,防止了塌孔。发生漏浆后立即停止钻进,及时进行处理,以防槽内浆液大量漏失后发生更严重的事故,保障了施工进度。对塌孔特别严重SFS-11,当钻进到40m左右时,在河床高程多次发生塌槽,经过5次向槽孔内分层(0.5m～1.0m)投入黏土、碎石土、锯末、水泥后,再用重凿冲击挤密,使SFS-11槽达到最终槽孔钻进深度。SFS-17槽塌孔更为严重,在钻机平台下形成了大的空腔,存在极大的安全隐患,采用在槽孔内回填C15塑性混凝土,待凝24h后继续钻进,成功处理了本次塌槽事故。因此,防渗墙造槽施工塌孔事故处理效果良好。4.3.2孤石受害者在岩等情况下发生严重破坏在SFS-7～SFS-19、XFS-2～XFS-16的造孔过程中,遇到大漂石、孤石群、坚硬基岩等情况,如XFS-14#槽段,施工进度缓慢,钻具被破坏,经勘探查明为孤石阻碍。由于该段地层结构松散,原方案准备采用聚能爆破,经反复分析研究可能影响槽孔安全,故通过加重钻具,勤焊钻头,对孤漂石进行重锤冲凿穿透基岩,虽然工效较聚能爆破低,但确保了槽段安全和施工进度。4.3.3围堰xfs-2xfs-16槽段严重在上下游围堰防渗墙开钻初期,由于地层含孤块石、围堰填筑石渣松散等原因,架空层较多,在上游围堰SFS-7～SFS-19槽段、下游围堰XFS-2～XFS-16槽段尤为严重,浆液全部漏完,随时有塌槽的危险。处理措施为:施工时储备一定数量的黏土球与碎石土石掺和料,当钻进至架空层时,迅速投入这种掺和料至孔口,然后用钻机进行不排碴钻进,经反复多次冲击,最终逐步改善了架空地层的结构,增强了槽壁的稳定性,加快了施工进度。4.3.4槽孔发生孔斜的影响在上下游围堰防渗墙施工过程中,各个槽段施工中均存遭遇孤石致使槽孔主要在8m～20m范围内发生孔斜,减少了墙体的有效厚度,影响到墙体的连续性。为了保障槽孔质量,采用钻头上加焊耐磨块、孔口垫方木的措施进行强制性修正,达到了最终效果。4.3.5采空槽段同时发生两种事故下游围堰在施工过程中突发基坑水位升高,距离防渗墙施工平台不足1m,XFS-2、XFS-4、XFS-6、XFS-8、XFS-10、XFS-15、XFS-16等槽段均同时发生了掉钻、埋钻事故。处理措施为:加大基坑排水,及时把水位差控制在1.5m以上,再用主副孔换位和槽段合并等方式进行打捞,保证了工程施工进度。5施工期间的质量控制和质量控制5.1槽孔斜率控制本工程塑性混凝土设计墙厚0.8m,Ⅰ期槽两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、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时,孔斜率按0.6%控制;要求相邻孔不得异向,整个槽孔孔壁平整无梅花孔、探头石和波浪形小墙等。在施工过程中质量采用重锤法检测,经检测槽孔孔斜率均满足要求。5.2清孔质量分析槽孔终孔终检验收合格后,进行清孔换浆工作。5.2.1膨润土灌浆/马氏抛干使用特制的取浆器从孔底以上0.5m处取试验泥浆,试验仪器有泥浆比重秤、马氏漏斗、量杯、秒表、含沙量测量瓶等。槽孔清孔换浆结束后1h,孔内泥浆应达到下列标准:膨润土泥浆比重≤1.15g/cm3;膨润土泥浆粘度(马氏漏斗)32s～50s;膨润土泥浆含砂量≤6%。5.2.2内积层孔内淤积厚度采用测针和测饼进行测量,其厚度严格按规范控制。5.2.3清孔验收合格后浇筑混凝土Ⅱ期槽在清孔换浆结束前,用刷子钻头清除槽孔端头混凝土孔壁上的泥皮,结束标准为刷子钻头上不再带有泥屑,孔底淤积不再增加为准。在清孔验收合格后4h内浇筑混凝土。如因下设预埋件不能按时浇筑,则重新按上述规定进行检测,如不合格应重新进行清孔。5.3预防渗透的墙体质量分析检查方法包括混凝土拌和机口或槽口随机取样检查,钻孔取芯检查,钻孔注水试验,芯样室内物理力学性能试验等。5.3.1采样通道和槽口在混凝土浇筑过程中,在机口或槽口由试验室试验员随机取样,测试混凝土熟料主要性能指标。5.3.2接渗点质量检查防渗墙工程完工后,上游防渗墙取两个检查孔,下游取1个检查孔,分别位于SFS-20/SFS-19、SFS-5/SFS-6、XFS-3/XFS-4套接缝隙处,采用钻孔取芯注水试验进行质量检查。塑性混凝土岩芯获取率较低,经检查其渗透系数K=7.91849×10-9cm/s～8.1328×10-8cm/s,仍满足设计要求。5.4样品测定和分析混凝土强度:上游围堰共计取样23组,最小值4.8MPa,最大值6.3MPa;下游围堰共计取样16组,最小值4.3MPa,最大值5.6MPa,均满足设计4MPa～6MPa的要求。弹模检查共41组,一般1400MPa<E<1600MPa,几组略有超标,根据已建工程的经验和评定规范要求,弹模不作为主要检测项目,通过验收小组评审认为满足使用功能要求。5.5pa,下游为-1kpa,下游为-1kpa18.2pa;下游为2kpa,下游为2kpa,下游为2kpa;下游为2kpa,下游为2p;下游为2kpa,下游为2p;下游为2kpa,下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2kpa,下游为2p;下游为2kpa,下游为2p;下游为2kpa,下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p;下游为2p