深厚覆蓋層圍堰綜合防滲體系施工關(guān)鍵技術(shù)

張傳虎 ，劉傳煒 ，張紅曾 ，苑姍姍

（1.中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.中國能建工程研究院水電施工設(shè)計(jì)研究所，湖北 宜昌 443002）

烏東德水電站河床上游全年圍堰為土石結(jié)構(gòu)，堰頂高程為873.00 m，最大堰高67.00 m，堰頂寬度10.0 m。迎水堰面坡高程841.50 m以下坡比1∶1.5，以上坡比為1∶2；背水堰面坡高程842.00 m以下坡比1∶1.5，以上坡比為1∶ 1.75。

圍堰采用“復(fù)合土工膜+塑性混凝土防滲墻+墻下帷幕灌漿”的綜合防滲方案。具體來說，堰體防滲采用復(fù)合土工膜斜墻，斜墻最大高度40.0 m；坡面防滲體由坡面墊層料、無砂混凝土、復(fù)合土工膜、噴混凝土以及鋼筋石籠組成；堰基防滲采用塑性混凝土防滲墻，防滲墻軸線為247.41 m，共劃分50個(gè)槽段，實(shí)際施工深度為8.90～97.74 m，厚度1.2 m；帷幕底線高程727.00 m，防滲帷幕沿兩岸堰肩接堰頂873.00 m高程灌漿平洞，帷幕灌漿最大孔深130 m。

如何實(shí)現(xiàn)深厚覆蓋層綜合防滲型圍堰的高效施工，一直是工程施工領(lǐng)域的一項(xiàng)重大技術(shù)難題。本文結(jié)合烏東德工程上游圍堰施工，進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新和研究，采用了深厚覆蓋層超深鉆孔技術(shù)、預(yù)埋管接頭套筒箍接工藝、綜合防滲體系施工技術(shù)等方法，有效解決了施工中的技術(shù)難題。

1 施工難點(diǎn)

烏東德水電站河床上游圍堰施工具有地質(zhì)條件復(fù)雜、覆蓋層深厚、工程量大、工期緊、任務(wù)重、干擾因素多、安全風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)，主要施工難點(diǎn)如下：

（1）地質(zhì)條件復(fù)雜。圍堰部位河床覆蓋層按物質(zhì)組成分為Ⅰ層、Ⅱ?qū)?、Ⅲ層這三大層。Ⅰ層主要為河流沖積堆積的卵、礫石夾碎塊石，物質(zhì)成分混雜，包括灰?guī)r、大理巖、白云巖、玄武巖、輝綠巖等。Ⅱ?qū)訛楸浪c河流沖積混合堆積，即：崩塌塊石、碎石夾少量含細(xì)粒土礫（砂）透鏡體，該層主要為右岸燈影組白云巖及觀音崖組頁巖、炭質(zhì)頁巖、輝綠巖崩塌的產(chǎn)物，鉆孔取芯多為粉土質(zhì)礫及礫石，局部為柱狀白云巖塊石。Ⅲ層主要為現(xiàn)代河流沖積形成的砂礫石夾卵石及少量碎塊石，見圖1。

圖1 圍堰典型橫剖面圖

（2）覆蓋層深厚。圍堰防滲墻厚1.2 m，最大埋深92.1 m，自上而下依次穿越圍堰填筑水下拋填體、河床深厚覆蓋層并進(jìn)入弱風(fēng)化基巖，為國內(nèi)第一深厚墻。覆蓋層內(nèi)的河流沖積層、崩塌層及混合堆積層中存在大量的塊徑為1.8～4.0 m的碎塊石、漂石和孤石體，最大塊徑達(dá)7.18 m，對防滲墻成槽施工極為不利，極易出現(xiàn)鉆進(jìn)困難、漏漿、塌孔、孔型不規(guī)則等情況。其次，受峽谷地形影響，岸坡基巖面存在硬巖陡傾部位，造成防滲墻嵌巖難度大。

（3）干擾因素多、安全風(fēng)險(xiǎn)大。烏東德水電站大壩上游圍堰存在圍堰堰體填筑、防滲體系施工、基坑開挖出渣及防滲墻施工等相互交叉作業(yè)，安全及組織風(fēng)險(xiǎn)較大。圍堰施工進(jìn)度及質(zhì)量嚴(yán)重影響汛期基坑出渣人員及設(shè)備安全，制約相鄰工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度，尤其是處于關(guān)鍵線路上的工程邊坡施工進(jìn)度（如大壩壩肩、基坑施工），將會對工程整體進(jìn)度目標(biāo)產(chǎn)生重大影響。因此，實(shí)現(xiàn)深厚覆蓋層綜合防滲型高水頭圍堰的高效施工和安全度汛至關(guān)重要。

2 解決方案

為解決施工難題，開展了專項(xiàng)施工技術(shù)攻關(guān)，形成了一套成熟的深厚覆蓋層綜合防滲型圍堰施工技術(shù)，主要包括以下5個(gè)方面：

（1）采用孔內(nèi)定向爆破、鉆孔爆破、重鑿（錘）沖砸、鉆頭鑲焊耐沖擊高強(qiáng)合金刃塊等技術(shù)，提高了防滲墻的施工工效和成槽質(zhì)量。

（2）研制了一種防滲墻槽型監(jiān)測裝置 ，用于檢測鉆孔是否傾斜及小墻清理是否徹底，從而確保了防滲墻槽孔的施工質(zhì)量，提高了施工效率。

（3）預(yù)埋管接頭部位創(chuàng)新使用了套筒箍接技術(shù)，克服了傳統(tǒng)焊接法存在預(yù)埋管容易脫落的問題，確保了預(yù)埋管的垂直度，埋管成活率顯著提高，達(dá)到95%以上，從而提升了帷幕灌漿質(zhì)量。

（4）研究了斜坡面無砂混凝土澆筑工藝，通過試驗(yàn)確定合適的配合比，采用反鏟配合溜槽入倉，人工攤鋪均勻，采用滾筒對混凝土表面進(jìn)行壓平。

（5）土工膜及其伸縮節(jié)的布置型式，分別設(shè)置“之”字型和“S”型伸縮節(jié)，減少了施工工序，降低了施工難度，保證了防滲質(zhì)量。

3 主要施工技術(shù)

圍堰總體施工程序：截流→防滲墻平臺施工→防滲墻施工→墻下帷幕灌漿施工→堰體填筑和防滲體系施工。圍堰防滲帷幕灌漿由防滲墻下帷幕灌漿和兩堰肩岸坡帷幕灌漿組成，帷幕灌漿設(shè)計(jì)底線要求進(jìn)入透水率小于5 Lu基巖內(nèi)，最大孔深約130 m，帷幕孔分布高差大，施工干擾大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。坡面新型防滲體由坡面墊層料、無砂混凝土、復(fù)合土工膜、噴混凝土以及鋼筋石籠組成，面臨著基礎(chǔ)面平整度要求高、無砂混凝土入倉難、土工膜施工面積大等難點(diǎn)。

3.1 防滲墻

防滲墻施工采用62臺套沖擊鉆機(jī)配合2臺鋼絲繩抓斗，采取“兩鉆一抓”法進(jìn)行成槽施工作業(yè)，泥漿固壁。I、II期槽采用套接，接頭孔采用接頭管連接或鉆鑿法連接?；炷敛捎脭嚢柢囘\(yùn)輸至槽孔澆注平臺，由溜槽入孔，水下混凝土采用直升導(dǎo)管法澆注。沖擊鉆鉆孔作業(yè)產(chǎn)生的沉渣通過沉淀池沉淀凈化后回收利用，漿池內(nèi)沉淀的鉆渣由反鏟清挖。

3.1.1 先導(dǎo)孔施工

在防滲墻主孔孔深接近預(yù)計(jì)的基巖面上部1.0～2.0 m時(shí)，按段長0.2～0.3 m采取沖擊鉆鉆孔。當(dāng)鉆進(jìn)深度進(jìn)入基巖后停止沖擊造孔，進(jìn)行孔底清渣，采取巖樣并測定深度，下設(shè)套管作為導(dǎo)向管，導(dǎo)向管下至孔底，填入1～2 m3黏土。導(dǎo)向管的頂部采用孔口支架固定，底部采用埋管法固定。地質(zhì)鉆機(jī)取芯采用泥漿沖洗、金剛石鉆頭取芯鉆進(jìn)技術(shù)，單回次進(jìn)尺一般不超過1.5 m。

3.1.2 造孔成槽

防滲墻成槽施工主要采用“循環(huán)鉆進(jìn)兩鉆一抓法”，輔助“劈打法”和“平打法”進(jìn)行。根據(jù)地層條件，主孔采用ZZ－6或CZ－9型沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)，加強(qiáng)對塊石破碎及地層的擠密效應(yīng)，排渣采用傳統(tǒng)抽筒方式和氣舉法反循環(huán)排渣管出渣方式相結(jié)合，減少輔助作業(yè)時(shí)間，增加純鉆時(shí)間。

沖擊鉆機(jī)鉆鑿主孔到達(dá)傾斜基巖面時(shí)，根據(jù)爆破抵抗線的大小和對周邊已澆槽段混凝土的影響情況，采用乳化炸藥定向聚能爆破破碎巖石，或用全液壓鉆機(jī)在巖面上鉆爆破孔，下爆破筒進(jìn)行爆破。爆破后再用沖擊鉆機(jī)重錘沖砸、破碎；另外，根據(jù)先導(dǎo)孔鉆孔情況，利用部分先導(dǎo)孔提前爆破，達(dá)到破碎基巖的效果。

為防止槽孔內(nèi)的小墻清理不徹底，影響防滲墻槽孔質(zhì)量，根據(jù)槽型及大小，模擬防滲墻成槽形狀，研制了防滲墻槽型監(jiān)測裝置。防滲墻槽段施工完畢后，用鉆機(jī)將該監(jiān)測裝置自上而下吊放入槽孔內(nèi)，一直下放到設(shè)計(jì)深度，若順利放入，說明槽孔內(nèi)的小墻已經(jīng)完全鑿除，防滲墻成槽質(zhì)量滿足要求；若下放過程中出現(xiàn)卡阻情況，則說明槽孔在一定范圍出現(xiàn)偏斜，存在未完全鑿除的小墻，需重新進(jìn)行鉆鑿，直至滿足槽孔成孔質(zhì)量要求。

3.1.3 清孔換漿

防滲墻的槽孔采用氣舉反循環(huán)法和傳統(tǒng)抽筒法。防滲墻造孔經(jīng)過驗(yàn)收合格后，首先采用抽筒法對每個(gè)槽孔進(jìn)行清孔換漿作業(yè)，將槽孔孔底粗的沉積物置換出來，直到槽孔內(nèi)無粘稠濃泥漿、大量鉆渣被抽出為止。

復(fù)測孔底淤積厚度小于50 cm，同時(shí)沒有大顆粒碎石之后，采用氣舉反循環(huán)法清孔。清孔結(jié)束前在回漿管口取樣，測試泥漿的三項(xiàng)指標(biāo)，其結(jié)果作為換漿指標(biāo)的依據(jù)。其中，清孔要求：當(dāng)使用膨潤土泥漿時(shí)，泥漿密度不超過1.15 g/cm3，馬氏漏斗粘度不超過40 s，含砂量不超過2.5%，在30 min內(nèi)失水量小于30 ml，不含粒徑大于5.0 mm的鉆碴，沉淀物淤積厚度不應(yīng)大于10 cm。

3.1.4 預(yù)埋管施工

圍堰防滲墻墻厚1.2 m，在墻體內(nèi)預(yù)埋單排外徑為108 mm的無縫鋼管做為墻下帷幕灌漿導(dǎo)向管，孔距1.5 m。每10個(gè)預(yù)埋灌漿孔布設(shè)1個(gè)檢查孔，采用外徑為127 mm的無縫鋼管。由于預(yù)埋灌漿管普遍較深，為保證同一槽孔內(nèi)的預(yù)埋灌漿管位置準(zhǔn)確，并防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生移位、彎曲，采用φ25 mm的螺紋鋼筋制作專門用于支撐、定位的鋼筋骨架，并將預(yù)埋鋼管焊接固定在鋼筋骨架中間，連接成一個(gè)整體。

為增加預(yù)埋管的垂直度、防止單純的接頭焊接造成預(yù)埋管脫落的現(xiàn)象，在預(yù)埋管接頭部位采用套筒箍接技術(shù)，套筒內(nèi)徑略大于預(yù)埋管外徑，長度為20 cm。底口采用薄鐵板焊接或混凝土堵塞，防止?jié)仓^程中混凝土進(jìn)入管內(nèi)。

3.1.5 水下混凝土澆筑

混凝土灌注采用直升導(dǎo)管法。槽孔墻體預(yù)埋件安裝就位后，下設(shè)φ300 mm鋼制導(dǎo)管。水下混凝土澆筑采用的隔水栓為球塞式，導(dǎo)管距孔底的距離大于球塞的直徑?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車先下料至儲料罐，再經(jīng)溜槽分流進(jìn)入到各根導(dǎo)管。在混凝土澆筑過程中，各導(dǎo)管均勻下料，使槽內(nèi)混凝土面高差小于0.5 m，同時(shí)根據(jù)混凝土上升速度和導(dǎo)管埋深及時(shí)起拔導(dǎo)管。

3.1.6 槽段連接

槽段連接采取接頭管法，即在清孔換漿結(jié)束后，在一期槽兩端孔位置下設(shè)φ110 cm鋼制接頭管，孔口固定。在混凝土澆筑過程中，根據(jù)混凝土初凝時(shí)間、混凝土面上升速度及上升高度起拔接頭管。接頭管分節(jié)制作，插銷連接，采用液壓拔管機(jī)起拔。拔管采用“慢速限壓拔管法”，即：當(dāng)管底混凝土的齡期達(dá)到設(shè)計(jì)的脫管齡期后，按照混凝土的澆筑速度逐步起拔接頭管。

3.2 墻下帷幕灌漿

防滲墻上、下游墻下及兩岸岸坡和灌漿平洞共布置帷幕灌漿1排，在防滲墻墻體內(nèi)預(yù)埋灌漿管，鉆孔孔徑φ60 mm。帷幕灌漿采用孔口封閉法，施工工藝流程為：鉆孔孔位檢查復(fù)核→埋管段掃孔→鉆機(jī)就位校正→接觸段鉆灌→隔管埋設(shè)→第2段及以下鉆灌→鉆孔測斜→終孔驗(yàn)收→灌漿封孔。

3.2.1 鉆孔

帷幕灌漿孔鉆孔采用地質(zhì)鉆機(jī)，采用金剛石鉆頭、清水鉆進(jìn)工藝，鉆孔按自上而下分段鉆進(jìn)。鉆孔孔斜偏差控制在孔底偏差值設(shè)計(jì)規(guī)定值以內(nèi)，測斜儀器采用井斜儀。施工過程中如發(fā)現(xiàn)孔斜超標(biāo)時(shí)，及時(shí)采取糾偏補(bǔ)救措施。

3.2.2 阻塞

孔口管及隔管埋設(shè)前灌漿段次采用孔內(nèi)阻塞，阻塞器采用機(jī)械壓縮膠球栓塞式或氣囊式阻塞器，阻塞器外徑根據(jù)鉆孔孔徑選配。

3.2.3 灌漿及壓水壓力

壓水均應(yīng)在鉆孔沖洗或裂隙沖洗完畢后立即進(jìn)行，壓水壓力為80%的灌漿壓力且不大于1 MPa。帷幕灌漿的先導(dǎo)孔、灌后檢查孔的壓水均采用單點(diǎn)法進(jìn)行壓水試驗(yàn)，其它帷幕灌漿的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔各灌段均采用簡易壓水。

關(guān)于帷幕灌漿壓力及段長劃分，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，確定帷幕灌漿段長及灌漿壓力按表1執(zhí)行。

表1 帷幕灌漿段長及灌漿壓力

3.3 坡面新型綜合防滲體系

圍堰上游坡面防滲采用復(fù)合土工膜斜墻，斜墻最大高度40.0 m，高程840.5～872.5 m的復(fù)合土工膜下部澆筑10 cm厚的無砂混凝土，起到支撐土工膜和排除土工膜下部積水的作用，坡比1∶2。

3.3.1 堰體填筑

要求墊層料與石渣混合料同步填筑上升，先填筑石渣混合料，再填筑墊層料。石渣混合料填筑采用進(jìn)占法施工，分層厚度為80～100 cm。墊層料填筑采用后退法施工，分層厚度為30 cm。斜坡面墊層料采用小型振動(dòng)碾分區(qū)分段碾壓。在回填分界處，特別是迎水側(cè)及背水側(cè)應(yīng)保證有足夠的超填寬度，以保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線內(nèi)填筑料能碾壓密實(shí)。

3.3.2 無砂混凝土

無砂混凝土澆筑采用10 cm高槽鋼作為側(cè)模，模板背面焊三角支撐架，打插筋固定。模板頂與無砂混凝土頂面設(shè)計(jì)高程一致，模板底面與坡面墊層料頂面緊貼。每個(gè)條帶無砂混凝土按照自下而上順序澆筑，混凝土料由攪拌車運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)平臺，再用反鏟鏟入溜槽內(nèi)，由人工配合將物料溜到倉內(nèi)。人工攤鋪均勻后，逐條帶采用耙子邊鋪邊刮平，采用鐵鍬對混凝土表面進(jìn)行加工拍平，保證坡面平整，坡度符合設(shè)計(jì)要求。

3.3.3 復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜的焊接設(shè)備主要為熱熔擠壓自行式焊接機(jī)、熱熔擠壓式焊槍及擠出式塑料熱風(fēng)焊槍（局部修補(bǔ)用輔助工具）、手提式縫合機(jī)（復(fù)合土工膜上、下層土工布的縫合設(shè)備）等。

土工膜端頭與防滲墻連接時(shí)，把復(fù)合土工膜一端卷起，將卷邊與主體縫合形成布筒，把鋼管穿入布筒內(nèi)，再用尼龍絲每隔2 m綁扎牢固。防滲墻頂部混漿層混凝土鑿除至新鮮塑性混凝土后，在防滲墻槽口板內(nèi)距蓋帽混凝土頂面下部50 cm處設(shè)置鋼筋支撐架，將復(fù)合土工膜裹纏在φ48 mm鋼管上，再把鋼管固定在鋼筋支撐上，然后澆筑蓋帽混凝土，將土工膜直接埋設(shè)在蓋帽混凝土內(nèi)。

3.3.4 噴射混凝土

噴射混凝土選用濕噴法，采用濕噴機(jī)施工。噴混凝土前，人工將復(fù)合土工膜表面清理干凈并進(jìn)行適當(dāng)濕潤；受噴面驗(yàn)收合格后，間隔布設(shè)石塊標(biāo)示噴射混凝土厚度。采用自下而上分區(qū)分塊方式進(jìn)行，噴射距離控制在0.8～1.2 m之間。噴射混凝土分兩層噴射，初噴6 cm厚，待終凝1 h后再復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。復(fù)噴之前，應(yīng)先用風(fēng)水清洗初噴面并灑水浸潤。

4 結(jié)語

大型水電站樞紐工程圍堰堰體施工具有地質(zhì)條件復(fù)雜、覆蓋層深厚、防滲體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工藝要求高、工序多等難題，為解決這些技術(shù)難題，依托烏東德水電站大壩上游圍堰施工，開展了專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，通過創(chuàng)新施工技術(shù)及方法、選用高效施工設(shè)備及工藝、系統(tǒng)規(guī)劃施工布置、科學(xué)組織施工人員及設(shè)備，形成了一套成熟的深厚覆蓋層綜合防滲型圍堰高效安全快速施工技術(shù)。

該施工技術(shù)已在烏東德水電站大壩上游圍堰工程中成功應(yīng)用。在確保工程施工質(zhì)量和安全的同時(shí)，大大提高了施工效率，加快了工程的施工進(jìn)度，達(dá)到了汛前完成圍堰工程的工期目標(biāo)。該施工技術(shù)具有較為廣闊的應(yīng)用前景，可為類似工程提供借鑒。