何旭斌,陈建斌

(义乌市水务局,浙江 义乌 322000)

1 工程概况

义乌市柏峰水库位于东阳江支流吴溪(大田溪)上游,坝址位于赤岸镇柏峰村,距义乌市区约20 km。水库控制集水面积23.4 km2,水库总库容为2 267万m3,正常蓄水位120.71m,相应库容1 810万m3,工程按50 a一遇洪水设计,2 000 a一遇洪水校核。是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、供水等综合利用的中型水利工程。

原水库主坝采用黏土心墙砂壳坝,最大坝高为38.5m,坝顶高程126.13 m,防浪墙顶高程127.13m。原副坝最大坝高18.5m,坝顶长235m。该水库经30多年的运行,主坝在坝身渗流稳定、坝坡稳定、坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏等方面存在安全隐患,严重威胁坝体安全和正常效益发挥。该水库由金华市水利局组织大坝安全鉴定为二类坝,本工程采用坝轴线混凝土防渗墙加固方案处理,并于2009年1月施工。

2 混凝土防渗墙成墙施工工艺

2.1 造孔成槽

2.1.1 布置施工平台

工程采用CZ-30冲击钻机,施工平台设置在防渗墙轴线上游侧,原坝顶宽度只有5m不能满足抓斗施工所需8～10m宽的施工平台的要求。将坝顶土方开挖至124.5m高程形成宽为10m左右的施工平台。在防渗墙轴线的下游侧设置平行坝轴线的排渣排浆沟,断面尺寸40 cm×40 cm,再按80m间距沿背水坡修建2根φ300PVC排渣排浆管,将废渣、废浆水排至下游坝脚沉浆池,所有废渣运至弃渣场。

2.1.2 修筑导向槽

导向槽是在坝顶表面沿防渗墙轴线方向设置的临时构筑物。导向槽起着标定防渗墙位置,成槽导向,锁固槽口,保持泥浆液面,槽孔上部孔壁保护,外部荷载支撑等的作用。导向槽的稳定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程导向槽两侧墙体采用50 cm×100 cm矩型断面C15钢筋混凝土结构,槽内净宽85 cm。其结构见图1。

图1 冲击钻施工平台剖面图(单位:cm)

2.1.3 槽段划分

混凝土心渗墙厚度为80 cm。

槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段,根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ序槽段开挖长度同为8m,每个槽段分为2个主孔及1个副孔,先施工Ⅰ序槽段,后施工Ⅱ序槽段。槽孔划分见图2。

图2 槽孔划分示意图(单位:cm)

2.2 护壁泥浆

泥浆在造孔成槽过程中起固壁、悬浮、携渣、冷却钻具和润滑的作用,成墙后还可增加墙体的抗渗性能,本工程泥浆采用膨润土拌制,泥浆配合比为水1 000 kg、膨润土60～80 kg、Na2CO33～4 kg。

泥浆的性能指标见表1所示。

新制泥浆经过24 h膨化后,利用供浆管输送至槽孔内使用,成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆,经净化后可重复使用。槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以下30～50 cm范围内。

表1 新制固壁泥浆性能指标

2.3 防渗墙体灌筑

2.3.1 清孔换浆

槽段终孔验收合格后进行清孔换浆工作,Ⅱ期槽孔终孔后还需进行接头孔的刷洗。本工程清孔方法采用泵吸反循环法。清孔设备采用6 PS型泥砂泵配设JHB-100型震动除砂机及旋流器。

清孔时,将排碴管下入孔内,排碴管底口距离孔底50～100 cm,启动泥砂机泵,孔底泥碴浆被吸出孔外至泥浆净化系统,被净化后的泥浆回流槽孔内。同时,向槽内不断补充新鲜泥浆。清孔时还可以下入钻头不断搅动孔底沉积物,以彻底清除沉碴。一个单孔清孔完毕后,移动钻机及排碴管,逐孔进行清孔。本工艺具有清孔效率高,孔内淤积少等特点。如果单元槽段各孔孔深不一时,清孔次序为先浅后深。

槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在钻机钻头上,紧贴一、二期混凝土结合面,分段上下反复提动,达到刷子上不带泥屑,孔底淤积不再增加,即接头面清洗合格。

清孔换浆结束1 h后,达到下列标准:①孔底淤积厚度不大于10 cm;②泥浆参数为:槽内泥浆比重不大于1.1 g/cm3,黏度不大于35 s,含砂量不大于3%。清孔换浆工作可以结束。

2.3.2 槽段混凝土灌注

清孔换浆结束后,下设混凝土灌注导管,导管内径为250mm。一期槽段长度为8m,下设3套导管,两侧导管距槽端1～1.5 m;二期槽段由于套抓接头,槽段长度为9.6m,下设3套导管,两侧导管距孔端1.0m;同时,槽段内导管间距不大于3.5 m。导管底部距槽孔底板不大于25 cm,当槽底高差大于25 cm时将导管置于控制范围的最低处。

灌注前导管内置入可浮起的隔离塞球,灌注时先注入水泥砂浆,随即注入足够的混凝土,挤出塞球并埋住导管底端,避免混凝土与泥浆混合。

灌注过程中每30m in测量1次混凝土面,每2 h测量一次导管内混凝土面,根据混凝土面上升情况,决定导管的提升长度。导管在混凝土内的埋深最小不得小于1.0m,最大不得大于3.0m,在保证埋深的前提下,随着混凝土面的上升,用吊车提升导管,并将顶部的部分导管拆除。

槽孔内混凝土面上升至槽口时,采用泥浆泵抽出浓浆,并提升导管,减小埋深,增加混凝土的冲击力,直至混凝土顶面超出设计墙顶标高 0.5 m,即可停止浇筑,拔出导管。

2.4 槽段接头处理

相邻槽段的衔接部分即为接头,本工程采用钻凿法进行接头连接,即一期槽段浇筑完毕12 h后,视混凝土强度进行二期槽段造孔时,将一期槽段混凝土套抓35 cm,以保证接头质量。

3 冲击钻成槽造混凝土防渗墙技术在施工中常见问题及其处理

3.1 坍塌、漏浆

槽段在成槽过程中会出现局部坍塌和大面积坍塌,当出现局部坍塌时加大泥浆密度,出现大面积塌孔时用优质黏土 (掺入20%水泥)回填到坍塌处以上1～2m,待沉积密实后再进行施工,同时在相应地段减小槽段开挖长度。

槽段成槽开挖过程中,有时会出现的漏浆现象,出现漏浆现象常采用处理措施有:①平抛黏土,加大泥浆比重或抛入锯末进行堵漏;②松散地层,造孔应循序渐进,预防在先,稳中求快;③保证泥浆供应强度和质量,发现漏浆及时补充;④对泥浆漏失严重的地层用速凝水泥等特殊材料处理,必要时还应对槽孔进行回填。

3.2 孔斜的处理

施工中造成防渗墙发生孔斜的原因有多种,其中冲击钻造孔施工控制不好是主要问题。当槽孔施工发生孔斜时,将使防渗墙体的有效厚度减少以及将影响墙体的连续性,因此,孔斜的控制尤为重要,可采取如下措施:①改变钻头规格、形状。在冲击钻施工中要勤测勤量,及时掌握孔形情况,如发现孔斜,则可在钻头上加焊一圈钢筋,以扩大钻头直径,进行扩孔改变孔斜,或在孔斜的相反方向加焊耐磨钢块进行修孔;②利用冲击钻机修孔。当发现孔斜时,可用10～25 cm石料回填至偏斜段顶部,重新进行该段造孔,并加大造孔进程的测斜密度,严格控制。

3.3 导管堵塞

成墙灌注混凝土过程中有时会出现导管堵塞,针对导管堵塞采用捣、顿等方法疏通,如果无效将导管全部拔出、冲洗、并重新下设,用泥浆泵抽净导管内泥浆后继续浇筑,同时还要核对混凝土面高程及导管长度,确认导管的埋入深度。该段墙体重新下导管浇筑混凝土,处理不慎,极易造成断桩、夹层等质量问题,应尽量避免。并在质量检测中,加强取芯、压水试验等检测。

3.4 提 脱

当发现导管内混凝土面过低时、突然大幅度下降或有泥浆由管底进入管内时应立即下放导管,增加埋深,直到管内情况正常。当发现导管提脱后,如管内进入较多泥浆而与混凝土严重混浆现象时,可下入导管,用泥浆泵抽出管内泥浆,再继续浇筑。如导管反复出现提脱,确认槽内泥浆与混凝土大量混浆时,应停止浇筑按断桩处理。

3.5 防渗墙质量检查

检查方法包括混凝土拌和机口或槽口随机取样检查,钻孔取芯检查,钻孔压(注)水试验,芯样室内物理力学性能试验等。

4 结 语

从现场开挖检查、钻孔取芯检查结果分析,混凝土防渗墙无论外观质量还是物理力学指标都满足设计要求,取得了防渗效果。实践表明,冲击钻成槽造混凝土防渗墙技术在南方大坝除险加固工程中,具有施工速度快,施工不受雨季影响,可靠性高等特点,是水库大坝混凝土防渗墙施工中较好的施工措施。随着混凝土防渗墙技术的迅速发展,施工机具的不断创新和完善,经济效益的不断提高,其用途将日益广泛,具有推广性。