广州市流溪河灌区的渠首枢纽坝基防渗墙试验分析

广州市流溪河灌区的渠首枢纽坝基防渗墙试验分析

古定浩

古定浩广州市流溪河灌区总管理处510900

摘要：本文通过13个槽段的生产性试验,枢纽坝基防渗墙确定采用液压抓斗与冲击钻机配套施工的“两钻一抓”、“上抓下凿”的施工技术,槽段连接采用接头管法。实践证明,防渗墙施工设备配备合理,施工工艺选择正确。文中总结了该防渗墙施工在不同条件下采取的技术措施及经验。

关键词：防渗墙;抓斗;接头管;拔管机;取芯检查

1概述

1.1工程概况

大坳拦河坝是广州市流溪河灌区的渠首枢纽工程，位于流溪河中下游的从化市神岗境内。枢纽由拦河闸坝，左、右干渠进水闸以及闸坝后电站组成，是广州市重要水利工程。枢纽坝基防渗墙与墙下基岩帷幕灌浆、防渗墙两端岸坡帷幕灌浆一道,形成大坝垂直防渗体系,它是大坝的重要组成部分,而防渗墙是垂直防渗的最为关键的工程。

防渗墙布置在上游钢筋砼铺盖下面，墙轴线距离拦河坝闸室4.5m处，范围从左岸翼墙到右岸翼墙共长247.4m，墙厚0.6m，深12.21～15.91m，为钢筋混凝土槽板式。墙体混凝土强度等级C25,抗渗等级W8，布置在上游钢筋砼铺盖下面，墙轴线距离拦河坝闸室4.5m。防渗墙顶部接现浇钢筋混凝土墙帽,强度等级C25,防渗墙上设置钢筋砼铺盖，铺盖长5m，厚0.5m，范围从左岸到右岸长237.4m，在钢筋砼铺盖上游设置干砌石过渡段。

1、2地质条件

广州市流溪河灌区的渠首枢纽坝基防渗墙顶高程为21.41m，根据钻孔揭露，地层大致可划分为以下几层：①人工填筑层、②河流冲积层、③砂岩全风化土、④强风化砂岩、⑤弱风化砾岩。因此在槽孔开挖中,依次遇到的地层是砂砾石、原河床砂卵石覆盖层和基岩。本工程区的砂层属中等～强透水层，基坑开挖过程中，极易产生地下水的突涌和基坑管涌等不良现象，将对施工造成很大的困难。

1.3防渗墙施工

1）固壁泥浆

泥浆用于支承孔壁、稳定地层、悬浮、携带钻渣和冷却钻头及钻具。制备泥浆的土料根据施工条件、造孔工艺、经济技术性能指标等因素进行选择，宜优先选用膨润土。所使用的泥浆的技术性能，制备泥浆的原材料，配合比及配制方法和工艺流程，泥浆的供应使用，泥浆的净化回收工艺，应经现场施工试验验。

2）抓斗开挖槽孔

（1）槽孔宽度满足设计墙厚要求。

（2）相连槽孔采用套接，套接厚度不小于30cm。

（3）槽孔分段长度应考虑以下因素：施工部位、抓斗尺寸、浇筑能力、延续时间等。槽孔分段长度应以确保槽孔孔壁稳定为前提条件。一期槽孔长度一般以6.0m为宜，二期槽孔长度一般以4.0m为宜。

（4）槽孔中心线与垂直度、终孔及清孔要满足施工规程规范要求。

3）墙体混凝土浇筑

（1）浇筑混凝土采用泥浆下直升导管法，导管内径以18～23cm为宜，浇筑时，导管应定期进行密闭承压试验。

（2）采用分期施工时，一期槽孔两端的导管距孔端应小于1.5m，二期槽孔两端的导管距孔端应小于1.0m，导管间距不得大于3.5m。采用顺序施工时，槽孔两端的导管距孔端应小于1.0m，导管间距不得大于3.5m。

（3）安装导管时，导管底部出口与孔底板距离不得大于25cm，并不应大于1.5倍木球直径。开浇前，每个导管均应下入可浮起的木球(或排水胆)隔离球塞，堵塞导管底口。

（4）开浇混凝土前，应先在导管内注入适量的水泥砂浆，并准备好足够数量的混凝土，以使导管底口的木球塞被挤出后，能将导管底端埋入混凝土内。槽孔底部高低不平时，应先从低处浇起。

2槽孔开挖方法和接头形式的选择

2.1试验段布置

近20年来,许多防渗墙工程都采用抓斗与冲击钻机配合造孔。根据对工程的地质情况和工期要求的分析,拟选用BH-12型意大利SOILMEC液压抓斗和CZ-130A冲击钻机,采用“两钻一抓”、“两钻三抓”、“上抓下凿”挖槽方法;采用双反弧、套打一钻、接头管接头工艺进行生产性试验。本工程施工下游围堰利用现有水闸闸门挡水，设一期围堰围护左岸20孔水闸（含电站范围），右岸15过流；二期围堰围护右岸18孔水闸，左岸14孔和电站过流。

2.2槽孔开挖方法试验

(1)“两钻一抓”法。用冲击钻机钻凿槽孔两端及槽段中心主孔进入基岩至设计深度,形成3个先导孔,然后液压抓斗分别抓取基岩上部的覆盖层,再用冲击钻机钻凿孔底基岩。由于钻3个主孔,每一个单元槽孔增加了1/3～1/2冲击钻机造孔时间,若要保证冲击钻机与液压抓斗功效匹配,提高挖槽效率,要增加冲击钻机的数量。此法每抓都有先导孔,加之单元槽孔长度划分适合抓斗斗体开度要求,液压抓斗效率高。

(2)“两钻三抓”法。用冲击钻机钻凿槽孔两端主孔进入基岩至设计深度,形成2个先导孔,然后液压抓斗分3抓抓取基岩上部的覆盖层,最后再用冲击钻机钻凿孔底基岩。此法比“两钻一抓”法少钻1个主孔,可最大限度地利用抓斗,减少冲击钻机数量。但在抓含大粒径卵砾石覆盖层时,斗体损伤严重,补焊斗体需很多时间,降低了抓斗的效率。从试验情况看,投入1台液压抓斗,匹配适量冲

击钻机,采用“两钻一抓”法更适合本工程。

2.3槽孔接头试验

2.3.1试验的接头

(1)双反弧连接。四个双反弧接头槽段,均在其两端一期槽浇筑混凝土30～40h后开始造孔,双反弧钻头重2～2.5t。先用十字钻头或空心钻头在正孔位钻凿导孔至设计深度,再用双反弧钻头造孔,直至终孔。

(2)套打一钻连接。防渗墙左岸端点处开挖时发现,基岩埋伏很浅且硬度高。据经验,若采用双反弧钻具钻凿,工效很低,影响进度。因此,要试验套打一钻法。在一期槽浇混凝土30～40h后,用冲击钻机钻凿两端主孔混凝土至终孔深度,形成接头孔。它作为二期槽的端孔,在二期槽浇混凝土时一并成墙,实现墙体连接。

(3)接头管法连接。为了确保防渗墙整体质量及提高防渗墙成槽工效,采用接头管法实现墙体连接。接头管法工序为:①一期槽造孔成槽;②在两端主孔下设<800mm的接头管;③浇筑混凝土;④起拔接头管,形成二期槽两边端孔;⑤二期槽浇筑混凝土实现墙体连接。

2.3.2接头形式的选定生产性试验结果表明,采用双反弧法施工,墙体连接好,避免了混凝土接头套打一钻造成的浪费。但工效低,扩孔系数大;地层中含大量粒径大的卵砾石,双反弧法施工无法保证混凝土接头质量。而且本工程存在坝基回填振冲和防渗墙施工交叉作业,不能及时提供大的工作面,造孔机械不能按计划数量投入施工,难以按预定工期完成。套打一钻法施工的工效有所提高,但是不可避免地增加了接头混凝土的用量,不太经济。接头管法施工的工效进一步提高,接头处混凝土面平整圆滑,便于刷洗接头和混凝土浇筑,墙体连接质量高。

综上所述,选用液压抓斗与冲击钻机配套施工的“两钻一抓”、“上抓下凿”的施工技术,槽段连接采用接头管法。

3施工技术难点及对策

防渗墙施工要克服的技术难点主要是:孔口塌孔的预防和处理,钢筋笼等的下设。

3.1孔口塌孔

(1)塌孔原因。防渗墙部位上部5～7m是人工回填层,左岸轴线约50m(属生性试验段)为中粗砂,施工时几乎不塌孔。其余约230m为砾砂,含大量卵砾石,夹少量漂石,出现不同程度塌孔。这种地层的空隙比中粗砂地层大,几乎不含粘粒,颗粒间没有凝聚力,即使振冲处理后达到要求的密实度,在冲击钻头冲击和抓斗撞击下很易坍塌;槽壁上大粒径卵石及漂石,在机械作业时也易塌落,并会带下大片造成严重塌孔。原河床地层的上部含卵砾石少,且经振冲处理后密实度很大,没有塌孔。

(2)预防塌孔采取的措施:①使用低固相泥浆固壁。选用海南海口产优质钙基膨润土作为造浆材料,达到二级膨润土标准;泥浆搅拌时加入增粘剂羧甲基纤维素(CMC);挖槽过程中,适当加大泥浆比重。通过多次试验及施工验证,确定新制泥浆配比(1m3浆液)为:水1000kg,膨润土120kg,增粘剂0.12kg,分散剂(Na2CO3)6kg。该配比泥浆性能较好,减少了大面积塌孔情况的发生。②主孔施工时向孔内投入粘土,利用“十字”钻头冲击挤密地层,有效减少了主孔的塌孔。③塌孔严重槽段,在抓斗抓取前,对于上部5～7m易坍塌部位,在主、副孔位置利用“十字”钻头冲击挤密地层,然后抓斗再正常抓取,对预防整槽塌孔起到一定作用。④发现塌孔情况后,加大混凝土导墙的断面和含筋量,混凝土等级由C15提高到C20。本工程的51个槽段中,有近20个槽段塌孔导致导墙悬空,但均未断裂,这对保证防渗墙的质量和工期是非常重要的。混凝土导墙及施工平台断面。

(3)塌孔处理。虽然施工时采取了多种有效防范措施,但由于地层的原因,还不可避免地发生了塌孔。塌孔后要测量塌孔面积与深度,用长度大于塌孔深度1～1.5m的<50mm钢管或直径不小于<25mm的螺纹钢筋顺导墙外壁插入导墙下的地层中,间距10～20cm。钢管或罗纹钢筋外侧用编织袋装粘土分层回填并砸实,冲击钻机施工平台填至孔口;倒渣平台填至距孔口30cm,表层20cm浇筑C15混凝土,待24h后即可继续施工。

采取塌孔预防及处理措施后效果明显,能够满足安全施工要求;在加大混凝土供应强度的前提下,混凝土面上升速度大于规范2m/h的规定,确保了防渗墙质量。

5结语

(1)通过13个槽段的生产性试验,某水利枢纽坝基防渗墙确定采用液压抓斗与冲击钻机配套施工的“两钻一抓”、“上抓下凿”的施工技术,槽段连接采用接头管法。实践证明,防渗墙施工设备配备合理,施工工艺选择正确;(2)施工中及时采取提高泥浆质量、加大导墙断面等综合预防措施,以及处理措施,减少了塌孔对工程的影响,确保满足工期和施工质量要求;(3)防渗墙质量检测结果表明,混凝土强度和抗渗性能都满足设计要求。

参考文献：

1.《水闸》陈宝华等水利水电出版社

2.《塑性混凝土防渗墙》王清友水利水电出版社

3.《病险水闸除险加固技术指南》水利部水利建设与管理总站等黄河水利出版社