地下防渗墙在贵州土坝除险加固工程上的应用

摘要:防渗墙施工技术施工简便、结构可靠、防渗效果良好,且造价不高,是我国水利水电工程覆盖层防渗处理首选技术。文章对此展开探究,概述了防渗墙施工技术,探究混凝土防渗墙施工技术在水利水电工程中的运用,介绍了施工工艺,提出了施工过程中的控制难点与对策,旨在推动混凝土防渗墙技术在水利水电工程建设中的发展。

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关键词:水利水电工程;混凝土防渗墙;混凝土浇筑

贵州是全国唯一无平原支撑的省份,开门见山,山高水低,年平均降水量1191毫米,水资源丰富,利用率较低。解放后,为从根本上改变农业生产基础设施薄弱的现状,党和政府领导人民大力兴修水利。五、六十年代共修建小型以上水库500多座,其中土坝占有相当大的比例。几十年来,为我省工农业生产的发展提供了丰富的水资源。
五、六十年代,我省土坝建造时受到自然条件和当时施工技术条件的限制,不可避免的留下诸多薄弱环节。随着时间的推移,土坝设计运行寿命的接近,多数土坝出现不同程度的险情,土坝除险加固工程日趋繁重,其中坝体及坝基渗漏,是众多土坝成为病险水库的主要原因之一。
进入九十年代,省内土坝除险加固采用帷幕灌浆、劈裂灌浆等方法处理,收到一定效果,但由于情况复杂,部份工程渗漏问题没有得到彻底解决,同时土坝灌浆,在坝体内形成的有效防渗体厚度较薄,耐久性差,易击穿。地下砼防渗墙作为防渗处理的一种行之有效的截流防渗建筑,其墙体强度高,性能非常稳定,使用年限长,同时塑性混凝土防渗墙在运行过程中允许一定的变形,逐渐被工程界所重视。地下防渗墙在我国开始于1958年,进入九十年代,经过众多的工程实践,其施工工艺、墙体材料、检测方法、机械设备等已非常成熟,在土坝除险加固中得到广泛应用。据统计,截至2002年底,我国建造的各类防渗墙已超过150座,成墙技术和成墙规模均居于世界前列。
贵州特有的地层—喀斯特地层,对地下防渗墙在贵州土坝除险加固中的应用提出了新的要求。为满足坝体及坝基的整体截流防渗效果,在进行防渗墙的设计时,不但要考虑坝体自身的各种因素,还要充分考虑坝基岩层的透水性。
贵州的地层以碳酸盐类岩层为主、碎屑岩地层其次、火成岩地层仅在西部有少量出露,其中碳酸盐类岩层为透水性岩层;碎隙岩和火成岩地层多为不透水性岩层。在覆盖层厚度不大的情况下,坝基基岩为不透水性岩层时,可采用接地式防渗墙直接嵌入强风化岩层达到防渗效果;而对于透水性基岩,防渗墙嵌入基岩后,对坝基及坝肩仍要辅以帷幕灌浆才能达到整体防渗效果。少数覆盖层厚度较大的地层,在进行防渗墙设计过程中,对防渗墙是否嵌入基岩应进行经济技术和防渗指标比较。防渗墙深入覆盖层一定深度,使渗径达到一定的长度,渗流量减小,能够满足设计要求的情况下,可采用悬挂式防渗墙(墙体不嵌入基岩)。我国大多数防渗墙采用接地式,如三峡一、二期围堰、小浪底上游围堰防渗墙、福建省水口电站一期围堰防渗墙等工程;只有少数防渗墙采用悬挂式,如长江堤防工程、四川铜钟电站大坝防渗墙、四川冶勒电站大坝基础防渗墙等。
2002年底,我省都匀市绿茵湖水库首次引入地下防渗墙施工,并在2003年初再次采用地下防渗墙对兴义市兴西湖水库土坝进行除险加固,为防渗墙在贵州的首次应用打开了局面。目前地下防渗墙在贵州境内作为一种新兴的土坝除险加固施工工艺,受到人们的关注。地下防渗墙作为一项隐蔽工程,其质量好坏只能在施工过程中进行控制,在最终运行中才能够完全体现。为保证地下防渗墙在土坝除险加固工程中的质量,我们要注重以施工过程控制为主,在施工过程中充分考虑坝体的密实度和坝体的自身稳定,从临建工程、防渗墙造孔、孔形及清孔、砼浇筑过程等方面进行质量控制。笔者以几年的防渗墙施工经历并结合兴西湖水库除险加固工程施工监理的实践,浅谈防渗墙在我省土坝除险加固工程中的实施。
临建工程作为临时工程,但它在防渗墙造孔过程中起到重要的作用,是施工中不可缺少的一部分,在实施过程中要认真对待。临建工程包括:导向槽、施工平台、砼拌和站、制浆站及浆水管路等。
导向槽在施工中起到墙体定位,稳定孔口土体,稳定钻机,避免塌孔、缩孔等重要作用。采用地下防渗墙对土坝进行除险加固处理,坝体必然存在许多质量缺陷,主要表现为坝体填筑密实度差,存在渗漏现象,这对我们保证导向槽在施工过程中的稳定提出了较高的要求。
常用的导向槽断面形式主要有:矩型、梯型、“L”型。由于坝体密实度较差,土体比较松散;施工机械设备重达几十吨,使导向槽底部的土体承受较大压力;孔口附近槽壁所受的泥浆压力较小,孔口土体稳定性差;造孔过程中产生的震动,加之槽孔壁土体受泥浆的长期浸泡,易产生滑动。为减小导向槽底部土体承受的压强,避免槽孔壁土体的滑动,保证导向槽的稳定。在进行导向槽设计过程中,要尽量采用“L”型断面,增加底部宽度,同时导向槽的深度不宜小于1.5m,保证槽段施工的顺利进行。必要时,还应对该层土体进行加密处理。
防渗墙施工过程中,由于坝体填筑质量差,易发生漏浆、渗浆现象,对浆池的建造要充分考虑浆池的容量,保证泥浆池的容量满足施工要求。其它临时工程要保证在施工过程中正常运行。
防渗墙造孔过程是防渗墙施工中的事故多发环节,由于槽段的不稳定因素,应尽量缩短各槽段的施工时间,保证槽段正常施工,对可能发生的事故防范于未然。在土坝内建造防渗墙常用的施工工艺主要有纯抓法、钻抓法和钻劈法三种。在进行槽段划分过程中,要结合施工工艺、施工机械,充分考虑到各槽段从开始施工至砼浇筑的施工时段不能太长,以保证砼浇筑前槽段的整体稳定。对于坝体填筑质量差的部位,尽量采用小槽段、单向推进、钻劈法施工。
施工中,要加强设备的保养,保证设备的完备性,减少施工中的机械事故,做到每个槽孔开始施工后尽快浇筑完毕。由于施工过程中不可避免会发生漏浆、渗浆现象,因此制浆站要随时备足浆液,保证泥液的供给。当发生漏浆、渗浆时及时补充浆液,并采取措施进行堵漏,保证槽孔内浆面高于导向槽底部。具体堵漏措施有,采用粘土、木屑、水泥等混合物进行堵漏,必要时可采用粘土进行全部回填后再行造孔,如果出现塌孔事故可采用低标号砼进行回填,待达到一定强度后再进行造孔作业。施工过程中不得向槽孔内直接注入清水,以防止浆液比重过低,浆液对孔壁的压力偏小而发生塌孔、缩孔现象。
孔形和清孔是保证防渗墙体的整体性和混凝土浇筑质量的关键。土坝防渗墙主要起防渗作用,一般没有承重和抗冲等要求。施工中对防渗墙的孔斜率要求不高,但必须保证墙体的整体性,不得有梅花孔、小墙。对一、二期槽,保证接头孔的两次孔位中心在任意深度的偏差,不得大于设计墙厚的1/3,并采取措施保证设计墙厚。在孔形合格后,才能进行清孔换浆。清孔换浆使孔内的泥浆比重、粘度、含砂量等指标降低,使砼浇筑过程顺利进行,保证砼的浇筑质量。清孔换浆质量的具体检查指标为孔底淤积和泥浆的三项性(比重、粘度、含砂量),合格标准要严格按规范要求执行。
二期槽段清孔换浆结束前,宜用钢丝刷子钻头进行刷洗,清除接头混凝土表面附着的泥皮,保证一、二期砼很好地连接成一个整体。刷洗的合格标准是:刷子钻头上基本不带泥屑,孔底淤积不再增加。
砼浇筑过程是保证防渗墙质量的最后一关,也是最重要的一关。浇筑导管内径以200~250mm为宜,并按规范要求严格控制浇筑导管间距及导管距孔端的距离,同时导管应布置在其控制范围的最低处。开浇前,浇筑导管内必须置入可浮起的隔离球。开浇时,应先注入水泥砂浆,随即注入足够的混凝土,挤出隔离球并埋住导管底部,使后注入的混凝土与浆液隔离开,保证混凝土不产生混浆现象。在浇筑过程中,要勤测砼面的深度,控制砼面的高差在0.5米内,如砼面高差过大,易发生砼包裹泥浆形成质量缺陷,特别是深槽段,泥浆上浮,比重不断增加,更易发生砼包裹泥浆的现象。施工中要及时绘制混凝土浇筑图,如发现实际浇筑方量与计算方量相差较大时,要及时分析原因,是否因塌孔、坝内空洞等原因造成,避免混凝土的浇筑造成坝体破坏。在实施中要控制砼浇筑强度,浇筑速度过快,砼对坝体劈裂作用可能破坏坝体,过慢会使砼表面泥浆沉淀较厚,同时表层砼初凝,影响砼质量。
整体性是防渗墙发挥截流防渗的前提,施工中必须采取措施,保证墙体的完整性,如有帷幕灌浆,要保证灌浆帷幕与墙体的整体性。砼浇筑完成后,不得在500米的范围内进行爆破作业或其它对墙体有损坏的活动。
兴西湖水库塑性砼防渗墙采用“钻抓法”、“钻劈法”成槽,泥浆护壁,“接头管法”连接,“泥浆下直升导管法”浇筑,成墙4427m2,结合帷幕灌浆1840m,从施工后的蓄水情况来看,坝体渗漏量明显减少,防渗指标满足设计要求,对增加稳定、减少水资源流失起到重要的作用,为兴西湖水库更好地发挥作用提供了可靠的保证。

随着国民经济的快速增长,水利水电工程建设发展迅速,相应的问题也逐一凸显而出。我国小型水利水电枢纽工程数量比较多,分布较广,坝型也普遍多样化,发挥着防洪减灾、农业灌溉、提供生活用水等重要作用。这些水利水电工程普遍存在一些病险,是行业重点关注的内容,比如防洪标准较低、坝基发生渗漏等问题,导致水利水电工程运行出现不稳定因素,产生安全隐患。对此,应当加强对常见病害的防范管理。可以说防渗墙是水利水电工程最关键的防渗处理措施,防渗墙技术本身具有很多优势,包括墙体厚度较小,耐久性比较好,同时造价也不高。近几年防渗墙技术已逐渐成为水利水电工程的首选防渗施工技术。因此,探究混凝土防渗墙在水利水电工程中的运用具有现实意义。

1、防渗墙施工技术

1.1概述。防渗墙是一种修筑于松散透水层、土石坝中起到防渗作用。防渗墙技术最早起源于20世纪50年代的欧洲,因其技术结构可靠、防渗效果良好,且适用于各类地层环境,施工简便、造价较低,特别是对坝基渗漏与坝后流土问题的防治效果良好,因此在国内外都得到了广泛的应用,我国水利水电覆盖层与土石围堰等防渗压力的防渗处理首选就是防渗墙。防渗加固是处理病险水库大坝的主要工程措施,常用的防渗加固技术包括灌浆防渗加固与防渗墙加固技术。其中高强度的混凝土或塑性混凝土防渗墙技术在堤坝工程除险加工中得到广泛应用,且取得了较好的效益,同时高强度混凝土防渗墙也存在因高弹性模量造成墙体的问题[1]。1.2分类。混凝土防渗墙在结构型式与材料等方面有多种分类,且布置形式与成槽技术也有所不同。按照墙体的结构来分,包括槽孔型、桩柱型以及混合型三种防渗墙。运用比较广泛的是槽孔型防渗墙。如果按照材料分类,则有钢筋混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土以及灰浆等防渗墙。按照成槽方法,则有钻挖式、射水式、链斗式以及锯槽式四种。1.3适用地质条件。防渗墙施工通常要穿越松散的覆盖层与破碎的基岩,直到接触较为完整的基岩。勘探工作中,必须掌握松散覆盖层的厚度,以及层位分布,获取透水性、顶部风化程度。防渗墙运用于玄武岩、花岗岩中的岩深度最高达到36.29m;在粉砂岩、白云岩入岩深度达到9~12m;在板岩、石英岩中最大深度为4m。这些参数主要与岩石的风化程度相关。比如玄武岩的柱状节理发育风化带比较厚,入岩深度最深,而沉积岩的风化略弱,入岩深度略浅,变质岩的风化最弱,入岩深度也最浅。在水利水电工程中还可能遇到双层结构地基或多层结构地基,这对地基的渗透稳定性与结构应力有一定影响。如果是表面不透水覆盖、下层透水性较强的砾石层,在不透水的层面会造成高承压水头,导致流土。不同土层的交界处也会产生较大的负弯矩,所以在勘探过程中必须掌握渗透系数,弄清各层厚度与分布[2]。

美高梅网址 ,2、混凝土防渗墙在水利水电工程中的运用

2.1施工准备。技术准备:全面掌握防渗墙中心线地质资料,了解施工区段心墙深度与土料情况、基岩情况;熟悉与掌握设计图,完善技术交底工作,严格执行防渗墙施工规范,编制施工组织设计。机械设备准备:机械设备有EN-CJ型冲击钻机、泥浆泵、强制式拌合机、混凝土输送泵、配电设备等;同时准备空压机、气举反循环装置、水泵、电焊机,以及常用机械设备的易损配件。材料准备:选用普通硅酸盐水泥,砂石材料就近取材,材料质量与数量必须满足施工要求。2.2工艺流程。单槽施工按照先主孔、后副孔的原则,相邻槽连续采用劈打法。具体的工艺流程如下:场地平整→测量放线→导向槽混凝土浇筑→钻机就位→冲击单槽主孔→单槽副孔→清孔换浆→单槽验收→下导管→下隔离球→水下混凝土浇筑→拔导管→成槽验收。1)造孔。采用CJF—20型冲击钻机,其钻托的厚度为22cm。利用悬吊提升钻头,主副卷扬机提升能力50kN,通过自重垂落,达到反复冲击,破碎土层成槽,同时将碎屑残渣从槽孔中清除。2)泥浆系统。造孔泥浆是用来支撑孔壁的,造孔过程中,孔内的泥浆面应当在导墙顶面下部30~50cm。泥浆密度为1.1~1.2g/cm3,漏斗黏度18~25s,含沙量≤5%,胶体率≥96%,稳定性≤0.03,pH值7~9。3)划分槽段。将每个施工段划分为单个槽段,长度根据钻头宽度来确定。孔位允许偏差控制在3cm以内,孔斜率控制在0.4%以内,嵌入基岩深度控制在0.5m以上,黏土岩面深度根据邻孔基岩面高程确定。采用埋管法,以便于安全拔管,混凝土初凝后转动接头管,终凝后即可拔出槽孔。4)清孔。单槽孔造孔后,清孔换浆,采用泥浆循环法或者气举法,清孔结束后要求孔底淤积厚度在10cm以内,泥浆密度≤1.30g/cm,粘度≤30s。清孔后在4h内混凝土浇筑。5)混凝土浇筑。利用多套导管浇筑,内径为150mm。控制导管间距为3m。一期控制槽孔孔距为1.5m,二期1.0m。浇筑要求导管埋深1m以上,混凝土面上升速度控制在2m/h以上,保持匀速提升,确保高差在0.5m左右,隔25min测试混凝土面深度1次。设置盖板,避免散落槽孔内。

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