古城水電站首部樞紐防滲墻施工技術(shù)

孟凡華，李國(guó)保

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

1 工程概況

古城水電站位于阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)的雜谷腦河上。雜谷腦河為岷江干流上游的一級(jí)支流，古城水電站是雜谷腦河流域梯級(jí)規(guī)劃“一庫(kù)七級(jí)”方案的第七級(jí)。

電站為引水式開發(fā)，正常蓄水位1 554.5 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容58萬(wàn)m3，總庫(kù)容93.9萬(wàn)m3。引水隧洞長(zhǎng)16.375 km，設(shè)計(jì)引用流量148m3/s，裝機(jī)容量168MW，多年平均發(fā)電量8.07億kW·h。

工程樞紐由首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地面廠房等建筑物組成。

首部樞紐由3孔泄洪閘、1孔沖沙閘、1孔排污閘、左右岸擋水壩及進(jìn)水口組成。河床范圍基礎(chǔ)防滲采用懸掛式混凝土防滲墻，左右岸基巖部分采用帷幕灌漿。

2 工程地質(zhì)條件

閘址區(qū)為較對(duì)稱的“U”型谷，谷底寬140～180 m，枯水期河水面高程1 542 m時(shí)，水面寬25～35 m，谷底漫灘、Ⅰ級(jí)階地發(fā)育。兩岸谷坡基巖裸露，坡腳為松散堆積體覆蓋。左岸基巖谷坡坡度50°～70°，坡腳崩坡堆積體較厚，水平厚度約30～50 m，坡度35°～40°;右岸基巖谷坡35°～50°，坡腳零星分布少量崩坡積物。

閘址區(qū)左岸出露基巖為泥盆系危關(guān)群上組(Dwg2)炭質(zhì)千枚巖、絹云千枚巖夾灰色石英千枚巖、薄～中厚層變質(zhì)砂巖。河床及右岸基巖為泥盆系危關(guān)群下組(Dwg1)灰色石英千枚巖、薄～中厚層變質(zhì)砂巖夾絹云千枚巖、炭質(zhì)千枚巖。變質(zhì)砂巖和石英千枚巖堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，炭質(zhì)千枚巖和絹云千枚巖強(qiáng)度相對(duì)較低。

閘址河床覆蓋層深厚，據(jù)鉆孔揭示，最大深度達(dá)82.8 m。按其結(jié)構(gòu)、成因和物質(zhì)組成，從下至上可將其劃分為4層:

第①層(alQ41):礫石砂土層，分布于谷底，層厚4.54～6.49 m。礫石成份以砂巖、石英巖為主，少量花崗巖，粒徑2～4 cm，少量5～6 cm，次磨圓，少量次棱角狀，充填灰色砂土，礫石含量約占50%。

第②層(alQ42):含漂砂卵礫石層，分布于河床中、上部，層厚9.7～71 m。漂石成分為砂巖，粒徑20～25 cm，約占5%;卵石成分為砂巖、花崗巖及石英巖，粒徑6～12 cm，約占20%;礫石成分為砂巖、花崗巖，粒徑2～5 cm，多圓礫，少量角礫，約占60%。

第③層(col+dlQ4):塊碎石土層，由較古老的崩坡積物組成。分布于右岸河床中上部，層厚7.2～31.1 m，碎石成分主要為石英千枚巖、砂巖，粒徑2～6 cm，少量0.5～1 cm，約占20～30%，土為灰黃～灰色砂土。

第④層(col+dlQ4):崩坡積塊碎石土層，分布于左岸臺(tái)地和谷坡下部，據(jù)鉆孔揭示，臺(tái)地部位層厚約3.9～8.8 m，谷坡下部水平厚度約30～40 m，塊碎石成分為砂巖、千枚巖及石英，粒徑一般6～13 cm及2～4 cm，約占40% ～50%，土為灰色砂土。

3 防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)

首部樞紐工程建造在沖積層之上，采用0.8 m厚素混凝土防滲墻防滲，混凝土標(biāo)號(hào)為C20W8F50，河床段砂礫層中采用懸掛式防滲墻，左右岸臺(tái)地段防滲墻底部嵌入基巖深度不小于1.0 m。

防滲墻軸線長(zhǎng)度271.19 m，起止樁號(hào)為(幕)0-193.75～0+077.44，最大孔深35.98 m。根據(jù)樞紐結(jié)構(gòu)和地形施工需要，防滲墻軸線平面投影共有6個(gè)折點(diǎn)將軸線分成7段，并且墻頂高差大，設(shè)計(jì)墻頂高程共由5個(gè)水平段和4個(gè)斜坡段間隔排列，防滲墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度極大。

4 施工進(jìn)度和完成的主要工程量

混凝土防滲墻工程于2006年1月26日開工，2006年3月21日按期完成了右河床段的施工任務(wù)，確保了古城水電站首部樞紐整體施工計(jì)劃和汛期安全;2006年3月17日至7月9日完成左岸臺(tái)地段的施工;2006年8月23日至2007年1月27日完成了左岸河床段、左岸端頭段和右岸端頭段的施工;施工總歷時(shí)321 d，達(dá)到了業(yè)主和監(jiān)理的工期要求。

本工程完成的主要工程量項(xiàng)目見(jiàn)表1。

5 防滲墻施工

5.1 施工方案

1)防滲墻導(dǎo)墻采用長(zhǎng)方形斷面結(jié)構(gòu)，寬0.6 m，深1.2 m，澆筑C20混凝土，中間和底部布設(shè)受力鋼筋，增強(qiáng)導(dǎo)墻抗彎性能。

表1 古城水電站首部樞紐防滲墻工程完成工程量表

2)固壁泥漿，防滲墻造孔施工以膨潤(rùn)土漿液為主，漏失地層回填黏土和碎石土進(jìn)行重復(fù)擠壓密實(shí)。

3)左岸特大孤石層底部架空漏失層采用鉆孔預(yù)灌濃漿，孔位布置在每個(gè)槽孔的副孔中心位置，靜壓灌注水泥黏土漿，漏失嚴(yán)重的灌入低標(biāo)號(hào)水泥黏土砂漿。左岸特大孤石層采用鉆孔預(yù)裂爆破，孔位布置在每個(gè)槽孔的主孔中心位置。

4)防滲墻成槽施工采用“鉆劈法”，槽孔分為一期槽和二期槽，槽段長(zhǎng)度一般為5.9 m，四個(gè)主孔三個(gè)副孔，個(gè)別臺(tái)地部位孔深淺，槽段長(zhǎng)度調(diào)整為6.2 m或7.6 m，軸線折點(diǎn)處接合部位槽長(zhǎng)視情況而定，3～5.6 m均可。

5)一二期槽段連接采用“單反弧法”，二期槽段施工時(shí)，先用十字圓鉆將兩個(gè)邊孔鉆至設(shè)計(jì)孔深，再用特制的雙反弧鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔。

6)槽孔清孔采用“抽筒換漿法”，用新制膨潤(rùn)土漿對(duì)孔內(nèi)漿液進(jìn)行置換，確保澆筑前孔內(nèi)淤積和泥漿性能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

7)混凝土由HPD-1200型配料機(jī)配料，兩臺(tái)JZM750型攪拌機(jī)組成的集中拌合樓拌制，兩輛混凝土攪拌車運(yùn)輸。

8)混凝土澆筑采用“泥漿水直升導(dǎo)管法”澆筑，導(dǎo)管開澆順利為由低處至高處，導(dǎo)管中孔底15～25cm左右，采用壓球法開澆。

5.2 造孔泥漿

膨潤(rùn)土泥漿具有良好的懸浮性、觸變性、濾失量小、含砂量低、造漿率高、護(hù)壁性能好、現(xiàn)場(chǎng)配置方便等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的優(yōu)質(zhì)護(hù)壁泥漿。施工中要保證泥漿質(zhì)量，要加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢測(cè)、配合比調(diào)試、泥漿回收管理等各項(xiàng)工作。新制泥漿配比見(jiàn)表2。

表2 新制泥漿配比

在左岸臺(tái)地上游側(cè)開闊處建1個(gè)泥漿攪拌站，泥漿制備采用2臺(tái)ZJ1500型泥漿高速攪拌機(jī)，沿防滲墻軸線鋪設(shè)Ф100 mm鋼管，作為供漿和回漿管路。造孔過(guò)程中抽筒抽出的漿渣用清水稀釋后，經(jīng)排漿溝流至集漿坑，沉淀后回收上部含砂量較小的漿液，用3PN泵返回漿站回漿池后進(jìn)行二次沉淀，重復(fù)使用，降低工程成本。

新制泥漿膨化24 h方可使用，不同階段對(duì)泥漿性能進(jìn)行不同項(xiàng)目的測(cè)試，具體測(cè)試項(xiàng)目根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)成果進(jìn)行。

5.3 造孔成槽

槽段施工采用鉆劈法，每個(gè)單元槽段劃分為4個(gè)主孔和3個(gè)副孔，每個(gè)主孔長(zhǎng)度為0.8 m，每個(gè)副孔長(zhǎng)度為0.9 m。施工時(shí)先鉆主孔，待主孔終孔后，下接砂斗，然后劈打副孔成槽。造孔采用用CZ-22和CZ30沖擊鉆機(jī)施工。

孔底確定:懸掛墻部分按設(shè)計(jì)墻底施工，嵌巖段主孔取樣，由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主和施工四方現(xiàn)場(chǎng)據(jù)巖樣確定基覆線和嵌入深度。造孔結(jié)束后進(jìn)行孔深、孔形驗(yàn)收。

終孔驗(yàn)收:在鉆孔過(guò)程中，隨時(shí)觀察記錄，準(zhǔn)確測(cè)量孔深。依照設(shè)計(jì)要求鉆至終孔。在槽孔終孔后，由四方工程師(業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工)共同進(jìn)行終孔驗(yàn)收。終孔驗(yàn)收項(xiàng)目有孔位、孔深、孔斜與槽寬，槽孔嵌入基巖深度?？孜辉试S偏差±3 cm;槽孔寬度≥80 cm;采用重錘原理進(jìn)行孔斜測(cè)量，≤4‰;孔深不小于設(shè)計(jì)孔深;槽孔水平斷面上沒(méi)有梅花孔、小墻。

5.4 清孔驗(yàn)收

清孔采用“抽筒換漿法”，抽出的泥漿經(jīng)凈化處理后返回槽孔，同時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿。泥漿的充分凈化有利于控制泥漿性能指標(biāo)，提高造孔質(zhì)量，有利于混凝土澆筑質(zhì)量的保證;對(duì)土渣的有效分離有利于減少機(jī)械磨損，提高造孔工效;泥漿的重復(fù)使用，有利于節(jié)約造漿材料，大大降低了施工成本，減少了環(huán)境污染，對(duì)于被嚴(yán)重污染的泥漿予以廢棄。換漿量約為槽孔內(nèi)泥漿總量的1/3。

二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，用刷子鉆頭分段洗刷一期槽孔端頭的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

槽孔清孔換漿結(jié)束后1 h達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn):槽內(nèi)泥漿密度≤1.30 g/cm3，500/700漏斗黏度≤30 s，含砂量≤10%。

5.5 混凝土澆筑

混凝土主要指標(biāo)應(yīng)達(dá)到如下要求:抗壓強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C20;抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W8;抗凍標(biāo)號(hào)為F50;入槽坍落度18～22 cm，保持15 cm以上時(shí)間應(yīng)≥1 h;入槽擴(kuò)散度34～40 cm;熟料初凝時(shí)間應(yīng)≥6 h，終凝時(shí)間不宜 ＞24 h;混凝土密度≥2.1 g/cm3。

混凝土拌制采用兩臺(tái)JZM750型拌和機(jī)組合建造的拌合樓拌制混凝土，砂石骨料由HPD-1200型混凝土配料機(jī)上料。拌制好的熟料采用混凝土攪拌車輸送至澆筑槽口，經(jīng)分料斗和溜槽將混凝土輸送至澆筑漏斗，澆筑導(dǎo)管均勻放料，有利于保證混凝土面均勻上升。

混凝土澆筑采用“泥漿下直升導(dǎo)管法”，導(dǎo)管下設(shè)及導(dǎo)管起拔均按設(shè)計(jì)要求控制。采用壓球法開澆，以減小開澆時(shí)混凝土快速下落與泥漿的絮凝反應(yīng)。

5.6 特殊情況處理

5.6.1 漏漿、塌孔預(yù)防和處理

1)選用優(yōu)質(zhì)的固相膨潤(rùn)土泥漿。2)施工前備足大量的堵漏材料(碎土、黏土、鋸末、稻草等)。3)密切關(guān)注成槽過(guò)程中的地層變化，地層較為疏松時(shí)應(yīng)控制挖槽速度，采取“反復(fù)式”回填堵漏材料、重鑿擠密的方法來(lái)事先預(yù)防。4)成槽施工時(shí)，保持槽內(nèi)泥漿面的適當(dāng)高度，及時(shí)補(bǔ)充泥漿以保持孔口穩(wěn)定。5)出現(xiàn)漏漿時(shí)迅速填入堵漏材料(碎土、黏土、鋸末、稻草等)，及時(shí)供已經(jīng)膨化的膨潤(rùn)土漿。

5.6.2 孔斜過(guò)大預(yù)防和處理

1)嚴(yán)格控制端頭孔孔位及孔形，孔位偏差≤3 cm，開孔不得偏向二期槽孔;孔形偏差嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求，最好控制在2‰以內(nèi)。

2)二期槽端孔的鉆進(jìn)應(yīng)在一期槽澆筑初凝后馬上進(jìn)行，以免因?yàn)殂@頭兩側(cè)的介質(zhì)強(qiáng)度相差過(guò)達(dá)，造成孔斜不好控制。澆筑時(shí)接頭孔壁應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的刷洗，確保孔壁上無(wú)泥皮附著。

3)鉆進(jìn)主孔開孔或孔深較淺時(shí)孔斜過(guò)大，采取懸掛鉆頭輕打糾偏或填入塊石進(jìn)行糾偏，孔深較深或劈副孔時(shí)孔斜過(guò)大，采取懸掛鉆頭輕打糾偏或聚能爆破糾偏。

5.6.3 特大孤石處理

1)局部特大孤石采取鉆頭重鑿或聚能爆破處理。

2)左岸大面積特大孤石在防滲墻施工前采取鉆孔預(yù)裂爆破處理，先用HT-150型巖芯鉆鉆孔，在孔內(nèi)下爆破筒、定位管和定位器，藥量按2 kg/m左右布置，起爆破碎后再用沖擊鉆沖砸成孔。本工程共進(jìn)行了24次孔內(nèi)爆破，耗炸藥量168 kg。

5.6.4 破碎帶強(qiáng)透水層處理

對(duì)已勘探出的破碎帶強(qiáng)透水層，在防滲墻施工前采取巖芯鉆鉆孔，采用全孔靜壓灌漿法進(jìn)行預(yù)灌濃漿或砂漿的方式處理，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，漿液配比按水∶膨潤(rùn)土∶水泥∶堿 =3∶1∶0.25∶0.04 進(jìn)行配制，如果吸漿量大，可加入適量的速凝劑，并且配合間歇灌漿、降壓、限流、灌注砂漿等措施。預(yù)灌濃漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)注入率≤0.4 L/min，繼續(xù)灌注15 min;或注入率不≤1.0 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30 min，灌漿即可結(jié)束。本工程共進(jìn)行了18次預(yù)灌濃漿，灌漿漿液17.94 m3。

6 施工質(zhì)量

6.1 混凝土質(zhì)量

混凝土防滲墻28 d抗壓強(qiáng)度試件共取樣48組，抗壓強(qiáng)度最大值為28.0MPa，最小值20.4MPa，平均24.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)差1.635，離差系數(shù)0.067，符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)DL/T5199-2004附錄A《黏土混凝土和塑性混凝土配制強(qiáng)度和勻質(zhì)性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，判定混凝土抗壓強(qiáng)度勻質(zhì)性等級(jí)為優(yōu)秀。

抗壓彈性試件6組，最大值2.58×104MPa，最小值2.48×104MPa;抗?jié)B試件14組，均大于W8;抗凍試件2組，均大于F50。全部滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2 墻體質(zhì)量檢查

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和監(jiān)理指示，本工程墻體質(zhì)量檢查在成墻28 d后，沿墻體軸線每50 m左右布置1個(gè)Φ 130 mm檢查孔，共布置了6個(gè)檢查孔進(jìn)行混凝土墻體取芯和注水試驗(yàn)，其中J2、J3、J4為騎縫檢查孔，取出的芯樣完整致密，騎縫檢查芯樣接縫咬合緊密，無(wú)任何縫間夾泥現(xiàn)象，芯樣送到試驗(yàn)室做物理力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均滿足或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。6個(gè)檢查孔共進(jìn)行了22段注水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均滿足或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

本工程共對(duì)48個(gè)防滲墻單元工程進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)定，合格單元48個(gè)，優(yōu)良單元45個(gè)，單元工程合格率100%，優(yōu)良率93.8%。

7 結(jié)語(yǔ)

1)本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸端頭經(jīng)開挖后出露部分為基巖巖性，經(jīng)補(bǔ)充勘探，確定為層厚15 m左右的特大孤石(滑動(dòng)巖體)，孤石底部為層厚3.2 m左右架空嚴(yán)重的滑動(dòng)巖體破碎帶，防滲墻施工前，通過(guò)采取了鉆孔預(yù)裂爆破和預(yù)灌濃漿的方式處理后，很好的解決了特大孤石及破碎帶這兩種特殊地質(zhì)情況同時(shí)存在的防滲墻施工難題，為今后類似條件下的混凝土防滲墻施工開辟了一條新路。

2)本工程一二期槽段連接采取的是“單反弧法”工藝墻段連接，較之“套打法”既節(jié)約接頭孔混凝土又節(jié)省接頭孔重復(fù)鉆鑿的工時(shí)，較之“拔管法”更易于施工，較之“雙反弧法”減少了接縫數(shù)量，能更好的起到防滲作用。本工程墻體檢查布置的3個(gè)騎縫檢查孔施工結(jié)果表明，施工過(guò)程只要控制得當(dāng)，“單反弧法”工藝墻段連接在中低強(qiáng)度素混凝土防滲墻施工中是可行的。