福堂水電站閘首混凝土防滲墻的施工與監(jiān)理

王東冬,廖 屹

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610072)

1 前 言

福堂水電站采用低閘、長引水洞、地面式廠房開發(fā),主要任務(wù)是發(fā)電,電站總裝機 4×90MW。首部攔河閘壩防滲由懸掛式混凝土防滲墻和帷幕灌漿組成,壩基地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,覆蓋層埋深較大,土體均一性差,透水性強。首部樞紐混凝土防滲墻工程長131.5m、厚 1.0m,布置在閘前欄 0-015m樁號鋪蓋混凝土下部,其中,在河床(閘)0-11.23～(閘)0+075.5m采用懸掛式,深度 42m,左右岸基巖連接嵌入基巖深度為 1.5m,防滲墻總體成墻面積為4553m2,成墻混凝土 6250m3。

2 地質(zhì)條件

河床部位防滲墻軸線地層自下而上分為六層(見圖 1):

(1)第①層為含(漂)碎(卵)石層,沖、洪積混合堆積,分布于河床底部,下伏基巖,層厚一般 25～50m。塊卵石成分以花崗巖、閃長巖為主,塊(漂)石粒徑一般 20～35cm,最大可達(dá) 130cm。此層結(jié)構(gòu)不均一,較密實,透水性中強,局部架空處透水性強。

(2)第②層為粉質(zhì)砂及粉質(zhì)土層,淺黃色,堰塞湖相沉積,分布于谷底中部,鋪滿整個河谷,層厚一般 6.75～11.0m,局部厚僅 2m。

(3)第③層為漂卵石層,現(xiàn)代河床沖積層,分布于河床中上部,一般厚 20～25m。漂卵石成分以花崗巖為主,結(jié)構(gòu)不均一,較松散,具中等～強透水性,局部架空處透水性極強。

(4)第④層為微含粉質(zhì)砂土及含砂粉質(zhì)土層,分布于河床上部,層厚一般 2～3.5m。

(5)第⑤層為漂卵石層,分布于漫灘及谷床頂部,一般厚 6～11m。漂卵石成分以花崗巖、閃長巖為主,漂石粒徑一般 20～27cm,最大 1.2m。結(jié)構(gòu)不均一,較松散,透水性中等～強,局部透水性極強。

(6)第⑥層為右岸粉細(xì)砂層,在(閘)0+035.00～(閘)0+055.00m之間上部 0.5～1.5m以下全是中粗砂層,無膠結(jié),松散;在(閘)0+055.00～(閘)0+105.00m之間上部0～10m為粉細(xì)砂層,中間含泥,松散。

3 工程設(shè)計

施工中河床及右岸防滲墻中心線樁號由(攔)0+003m移至(攔)0-015m,往右岸與基巖相接,防滲墻與防滲帷幕形成搭接。左岸從樁號(閘)0+035.5m向下游轉(zhuǎn)折,穿取水閘～排砂閘之間的連接墻與左岸基巖相接,深入基巖 1.5m。施工平臺高程1247m,墻底高程 1205m,最大墻深為 42m。設(shè)計墻厚 1.0m?；炷翉姸?C20,抗?jié)B等級≥W8,抗凍等級≥F50,彈性模量 2.0×104～2.55×104M Pa。

4 防滲墻施工

圖1 防滲墻軸線地質(zhì)剖面

經(jīng)監(jiān)理審定施工程序分Ⅰ、Ⅱ期槽孔段先后施工,分段接頭處套打一鉆連接成墻。工序為:Ⅰ期槽孔施工→Ⅰ期槽孔終孔驗收→Ⅰ期槽孔清孔施工→Ⅰ期槽孔清孔驗收→Ⅰ期槽段澆筑成槽→Ⅱ期槽孔施工(程序內(nèi)容同Ⅰ期)→Ⅰ、Ⅱ期槽段接頭處套接成墻→左右岸墻段連接成墻。

(1)依據(jù)審批的《首部樞紐壩軸線控制測量方案》,按設(shè)計要求的參數(shù),采用日本 SET2110全站儀進(jìn)行現(xiàn)場槽孔放樣定位。

(2)槽孔段長一般為8.2m,最小 5.3m,最大10.6m,共劃分為 19個槽段。

(3)選用CZ-30型沖擊鉆機造孔,采用鉆劈法施工。遵循先主孔鉆進(jìn)、后劈打副孔成槽的原則,以奇數(shù)孔為主孔、偶數(shù)孔為副孔。兩岸主孔造孔深度取決于基巖埋藏深度(由設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場地勘資料確定)。

(4)槽孔施工中幾種特殊情況的處理

①導(dǎo)向槽寬度縮窄處理:因設(shè)計需要,導(dǎo)向槽寬度大于 1.4m(實際平均寬度為 2.0m),不能滿足施工操作安全要求,故對導(dǎo)向槽進(jìn)行縮窄處理,即在導(dǎo)向槽之間架設(shè)方木(或鋼軌和鐵板),使導(dǎo)向槽寬度達(dá)到 1.2m。

②塌孔處理:在施工中9、13、14號槽段出現(xiàn)了不同程度的塌孔現(xiàn)象,除調(diào)整泥漿配比、防止鉆機平臺積水外,主要是對出現(xiàn)塌陷的鉆機平臺搭建鋼結(jié)構(gòu),利用黏土袋封堵后,澆筑混凝土或填筑砂石料。

③孤石的處理:在14、15、16號槽段施工中遇有孤石,采取了定向爆破、加重鉆具重量、在鉆具腳上補焊耐磨塊,增大鉆具硬度等措施。

④對架空層的護壁措施:回填黏土塊(球);加比重大、粘度高的泥漿;加入外加劑,如高分子材料鈉羧鉀基纖維素(C.M.C)增加粘度;填入鋸末、壓碎的稻草、玉米桿;劈打副孔時不用接渣斗,邊劈邊向主孔內(nèi)分層填入黏土,然后用鉆頭對主孔進(jìn)行沖擊擠壓,使槽壁密實。

⑤漏漿的處理措施:若發(fā)現(xiàn)漏漿即中斷造孔作業(yè),迅速向槽孔內(nèi)加注泥漿,保持漿面高度。必要時向泥漿中摻加粗鋸末等堵漏劑。向孔底投放黏土、水泥等能加大泥漿粘度或使泥漿絮凝的材料。當(dāng)漏漿通道過大散料堵不住時,則投放砂、整袋水泥、膨潤土、批量黏土球、袋裝水玻璃等,并用鉆頭搗實。

(5)振沖加固處理施工質(zhì)量控制與評價

①在首部樞紐右岸防滲墻施工中,開挖揭露在閘前 23、20號鋪蓋下和防滲墻上游范圍,即(攔)0-013.50～(攔)0-028.50m、(閘)0+103.50～(閘)0+068.70m段存在厚度達(dá)6～9m的粉砂層,該砂層呈淺灰黃色,粘粒含量 4.2%～12.9%,粉粒含量 3.5%～57.5%,d50=0.026～0.14mm,標(biāo)貫擊數(shù) N63.5=4～13擊,經(jīng)綜合判別,在7～8度地震下屬于易液化砂層。

針對這種情況,設(shè)計提出了對該范圍粉砂層振沖加固處理,技術(shù)要求:

a.振沖深度為穿透砂層的深度。

b.挖槽后回填的級配料應(yīng)便于振沖施工并保證在經(jīng)過振沖處理后防滲墻造孔不塌孔,可采用二級配或三級配混凝土的骨料。

c.振沖布置距離上游高邊坡不小于 2m,施工時應(yīng)注意觀測邊坡穩(wěn)定情況,控制電流和水壓,避免邊坡失穩(wěn)。

d.要求振沖加固后樁間土相對密度大于 0.75,標(biāo)貫擊數(shù)滿足表1數(shù)值。

振沖法加固軟弱地基的基本過程,是利用一種能同時進(jìn)行振動和沖水的機具,一面振動一面射水,振沖器沿著振沖造成的孔穴逐漸深入待加固的地層中,直達(dá)設(shè)計深度。然后,一面繼續(xù)振動,一面提升,再將置換料(一般可用砂礫石、碎石,廢混凝土塊,礦渣等無侵蝕性和化學(xué)反應(yīng)的硬粒料)回填到振沖孔中。借助振沖器的水平振動和垂直振動,一方面把振沖器周圍一定影響范圍的土層顆粒擠密,孔隙水排出(使孔隙水聚積沖穴周邊,而稍遠(yuǎn)些范圍內(nèi)的土層變密實);另一方面又把硬粒料擠進(jìn)沖穴周壁,最終形成置換樁。這樣使混凝土防滲墻施工安全度及防滲墻本身的可靠性有所提高,即使原來的地層變?yōu)槊軐嵍忍岣摺⑴潘探Y(jié)性好的復(fù)合地基,承載能力顯著提高。

表1 標(biāo)貫擊數(shù)要求

②振沖加固處理的施工質(zhì)量控制情況。振沖加固處理施工工藝流程如下:測量現(xiàn)場放樣頂樁位→開挖樁窩→振沖器就位打開水口→啟動振沖器造孔→清孔→提出振沖器→充填石料→振動擠密→標(biāo)貫擊數(shù)檢測振沖密實度→驗收。

右岸粉砂層振沖加固處理的施工分兩期進(jìn)行,第一期施工(攔)0-013.50～(攔)0-018.00m段,即1～89號孔;第二期施工待右岸防滲墻完工后進(jìn)行,范圍為(攔)0-019.50～(攔)0-028.50m段,即 90～167號孔。施工振沖樁采用等邊三角形布置樁位,中心間距 1.5m,樁徑 0.9m,置換率 0.33,全長按等邊三角形柱下布樁,共 167樁。

a.填充料從施工單位的大溪溝拌和系統(tǒng)集料場取料,填充料級配為二級配。

b.施工設(shè)備采用 ZCQ-55型振沖器,配 8t汽車吊施工。

c.振沖樁位采用全站儀現(xiàn)場放樣定位標(biāo)簽。

d.沖孔施工按沖擊下降 0.5m量程后停留振沖30s的方法,逐層下降停留振沖直至孔深穿透砂層2m后終孔。經(jīng)監(jiān)理工程師驗收確認(rèn)后,進(jìn)行下道工序施工。

e.振密加固施工按單孔從孔底以0.5m的量程提升→填料→下降振沖的方法反復(fù)循環(huán)施工。在配電柜內(nèi)設(shè)兩只電流表,在8t汽車吊操作室內(nèi)設(shè)一只電流表,配電柜處每班均安排一名施工技術(shù)員監(jiān)控振密電流。每一量程直到三只電流表的振密電流達(dá)到設(shè)計要求的80～100A,并在穩(wěn)定時間(≮20s)后結(jié)束。單孔按0.5m的提升量程依次反復(fù)振密加固至孔口結(jié)束。

③粉砂層振沖加固處理的施工質(zhì)量評價。振沖施工共完成造孔 846.8m,回填碎石 1049.18 m3。振沖施工完成后,由監(jiān)理工程師主持、施工單位配合,采用動探標(biāo)貫擊數(shù)法檢測密實度。其動力觸探檢測設(shè)備的標(biāo)稱擊錘重量 63.5kg,探頭直徑 76mm,鉆桿直徑 42mm,隨機抽取 6個孔進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果表明,標(biāo)貫擊數(shù)遠(yuǎn)大于設(shè)計要求的擊數(shù),施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求(見表2)。

表2 振沖碎石樁標(biāo)貫擊數(shù)檢測成果

振沖加固處理共分為 4個單元工程,根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理過程情況和最后的標(biāo)貫擊數(shù)法檢測綜合評定,評定為優(yōu)良的為 4個單元,合格率 100%,優(yōu)良率100%,達(dá)到了設(shè)計要求。

5 施工質(zhì)量控制要點

根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范要求,工序質(zhì)量檢測項目有混凝土防滲墻單孔基巖面鑒定、混凝土防滲墻造孔質(zhì)量檢測、混凝土防滲墻清孔驗收、混凝土澆筑質(zhì)量控制四個部分。

5.1 基巖面鑒定

在設(shè)計入巖槽段,墻體底部須入巖至少 1.5m。為此,采用了小口徑地質(zhì)鉆機取芯結(jié)合沖擊鉆取樣法鑒定基巖頂面及入巖深度。用地質(zhì)鉆取芯鑒定基巖面共 3個孔,對每個入巖槽段的各個孔均進(jìn)行了取樣,準(zhǔn)確地確定基巖埋伏線。

5.2 造孔質(zhì)檢

施工過程中嚴(yán)格控制孔位偏差和孔斜,采用日本 SET2110全站儀進(jìn)行現(xiàn)場放樣定位,采用“重錘法”隨時監(jiān)控孔斜率。在施工過程中,孔位中心偏差經(jīng)檢測均不大于 3cm、孔斜率不大于 0.4%,對漂石、孤石含量較高的地層孔斜率均控制在不大于0.6%的范圍內(nèi)。一、二期槽孔套接孔的兩次孔位中心在任意深度的偏差值均不大于 1/3墻厚并采取相應(yīng)的措施保證設(shè)計墻厚。主要檢查方法是:將符合設(shè)計要求的鉆頭放入槽孔中任意高程,在槽孔中來回拖動以檢查槽孔任一水平斷面上有無梅花孔、探頭石和濾浪形小墻等。經(jīng)檢查,施工質(zhì)量符合設(shè)計和規(guī)范的要求。

5.3 清孔質(zhì)檢

終孔驗收后進(jìn)行清孔換漿,清孔換漿結(jié)束后,用抽筒抽取孔底泥漿,采用泥漿測試儀檢查清孔換漿質(zhì)量。包括孔底泥漿性能(要求:密度≤1.3g/cm3、粘度≤30s,含砂量≤10%);采用自制測餅測量孔底淤積厚度(要求:≤10cm);采用鋼刷鉆頭檢查接頭孔混凝土壁刷洗質(zhì)量(要求:刷子鉆頭基本不帶泥屑,孔底淤積不再增加)等。

5.4 混凝土澆筑控制

主要檢查混凝土坍落度,入孔時 18～22cm,保持 15cm以上時間不小于 1h);初凝時間不小于 6h,擴散度 34～40cm,骨料粒徑最大不大于2cm,級配為一級配。在澆筑過程中至少每隔 30min用測針測量一次混凝土面上升高度,將各處混凝土高差控制在 50cm以內(nèi),控制導(dǎo)管拆卸,控制導(dǎo)管埋入深度在1～6m之間,混凝土上升速度不小于 2m/h等。

6 防滲墻施工質(zhì)量綜合評價

在監(jiān)理的督促和檢查下,施工過程中存在的問題及時得以解決,經(jīng)過對各項檢查試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,防滲墻施工質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計要求:

(1)對19個防滲墻槽孔檢測統(tǒng)計,中心位置偏差為0～2.0cm,平均偏差1.03cm,孔斜率為0%～0.39%,平均為0.25%,滿足規(guī)范孔位偏差小于3cm和孔斜小于 0.4%的要求。

槽孔深度,河床部位除根據(jù)設(shè)計人員現(xiàn)場鑒定,孔底地層性狀符合設(shè)計要求以外,實際造孔深度均大于設(shè)計要求的 42.0m,平均為 42.3m,兩岸槽孔深度插入基巖大于1.0m,實際平均大于1.5m,符合設(shè)計要求。各槽孔的寬度均大于1.0m的設(shè)計值。

Ⅰ、Ⅱ期槽孔套孔兩次孔位中心在任意深度的偏差值均不大于 1/3墻厚,槽孔任意高程的水平斷面上均無梅花孔、探頭石和小墻等。

(2)對各槽孔的清孔檢查驗收(在清孔換漿后1h進(jìn)行):孔底淤積厚度 1～5cm,平均 2.85cm,小于 10cm;孔內(nèi)黏土泥漿密度為 1.06～1.18g/cm3,平均 1.12g/cm3,小于 1.3g/cm3;孔內(nèi)黏土泥漿黏度為 18～24s,平均 19.63s,小于 30s;孔內(nèi)黏土泥漿含沙量為 1%～4.2%,平均 2.15%,小于 10%。清孔驗收各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

(3)為保證混凝土質(zhì)量和防滲墻成墻質(zhì)量,監(jiān)理對混凝土配合比進(jìn)行了認(rèn)真審查,對混凝土原材料質(zhì)量、混凝土生產(chǎn)拌和和澆筑施工進(jìn)行了全過程跟蹤檢查。

從原材料檢測結(jié)果看,防滲墻混凝土所用砂石骨料系以花崗巖為母巖加工的人工砂石料,骨料質(zhì)地堅硬,品質(zhì)較好,但粗骨料的超遜徑含量有超標(biāo)的現(xiàn)象,人工骨料基本滿足要求。防滲墻混凝土所用水泥、粉煤灰和外加劑質(zhì)量,不僅均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求,而且質(zhì)量穩(wěn)定。

根據(jù)設(shè)計要求,混凝土應(yīng)是強度等級為 C20(90天抗壓強度不低于 25MPa)、彈性模量 2.0×104～2.55×104MPa、抗?jié)B等級 ≥W 8、抗凍等級 ≥F50、混凝土入槽坍落度 18～22cm、擴散度 34～40cm的流態(tài)混凝土。

混凝土機口隨機取樣檢測結(jié)果見表3。

表3 防滲墻混凝土物理力學(xué)性能試驗結(jié)果

表4 混凝土上升速度、塌落度檢測結(jié)果

表3表明,混凝土拌和質(zhì)量滿足設(shè)計和施工規(guī)范要求。

(4)混凝土澆筑過程中,混凝土上升速度、塌落度等的檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求(見表4)。

(5)防滲墻混凝土芯樣的物理力學(xué)試驗評價。經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理共同隨機布孔,對防滲墻 4、15號槽段及6～7號、8～9號接頭孔進(jìn)行了地質(zhì)鉆孔取芯,取芯獲得率達(dá) 96%,芯樣光滑致密呈灰色,混凝土膠結(jié)密實,無明顯的孔洞、氣泡。接頭孔局部縫面(0.5m以內(nèi))存在厚度約 0.5～1.0mm的泥質(zhì)充填物,其余部分槽段結(jié)合緊密,無明顯雜物充填。對 2個接頭孔進(jìn)行注水試驗,透水率為 0。

同時對4、6、7、15號槽段的芯樣依三種情況按外觀相對較差、居中和較好進(jìn)行力學(xué)試驗(其中每孔取抗壓強度3組、抗?jié)B和彈性模量各1組),混凝土的抗壓強度最大值 34.6MPa、最小值 21.7 MPa、平均值 28.2MPa,合格率 100%,均方差 3.77,離差系數(shù)0.134,強度保證率 98.54%;抗?jié)B和抗凍指標(biāo)分別為 ＞W(wǎng) 8、＞F50;彈性模量最大值 3.71×104MPa,最小值 2.76×104MPa,平均值 3.32×104MPa。除彈性模量偏大外,其它均滿足設(shè)計要求,混凝土生產(chǎn)質(zhì)量等級屬良好水平。

彈性模量偏大的原因,除與骨料的力學(xué)性能有關(guān)外,還由于水泥用量增加,混凝土彈性模量隨抗壓強度的增加而增加。若用彈強比(彈性模量與抗壓強度之比)進(jìn)行比較,設(shè)計要求抗壓強度等級為C20,彈性模量 2.0×104～2.55×104MPa,彈強比1∶1000～ 1∶1275,平均為 1∶1138;現(xiàn)場機口取樣抗壓強度平均 26.0MPa,彈性模量平均值 3.04×104MPa,彈強比 1∶1169;混凝土芯樣抗壓強度平均值 28.2MPa(齡期約 90天),彈性模量平均值為3.32×104MPa,彈強比 1∶1177。分析表明 ,防滲墻混凝土雖然機口取樣和芯樣的彈性模量大于設(shè)計要求,但其抗壓強度也同樣大于設(shè)計要求,三者的彈強比是相近的,符合一般規(guī)律。

(6)鉆孔注水試驗。在監(jiān)理工程師指導(dǎo)下對 6～7號糟段和 8～9號槽段結(jié)合部的兩個質(zhì)量檢查孔進(jìn)行了現(xiàn)場注水試驗,其中 6～7號槽段滲透系數(shù) k≤l0-7cm/s,8～9號槽段滲透系數(shù) k≤10-7cm/s,施工質(zhì)量符合設(shè)計要求。

7 結(jié)束語

福堂水電站閘首 lm厚的混凝土防滲墻是岷江流域深厚覆蓋層建造的第一道厚壁墻,在施工中要穿過粉細(xì)砂層、巨漂石和涌砂層及井壁坍塌、架空嚴(yán)重、漏漿和陡坡嵌巖等地層,具有孔斜、孔徑不易保證,清孔困難多,混凝土澆筑強度高,工期緊,質(zhì)量控制難度大等特點,在參建各方共同努力下,工程保質(zhì)按期完成。按照規(guī)范對工序質(zhì)量的現(xiàn)場評定等級和觀測試驗成果,混凝土防滲墻施工質(zhì)量符合設(shè)計和現(xiàn)行規(guī)范要求,19個單元工程依據(jù) SDJ249-88標(biāo)準(zhǔn)評定,合格率為 100%,優(yōu)良率 100%。根據(jù)單元工程質(zhì)量評定及混凝土隨機取樣強度試驗結(jié)果、混凝土防滲墻鉆機取芯試驗結(jié)果及對質(zhì)量檢查孔的注水試驗測試結(jié)果,充分證實混凝土防滲墻分部工程施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計及規(guī)范要求,施工質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn),為后續(xù)大壩施工乃至工程完建投運創(chuàng)造了良好施工條件。