橫泉水庫(kù)塑性混凝土防滲墻施工中有關(guān)問(wèn)題的處理

　?。壅?要］ 在復(fù)雜地質(zhì)條件下的水利水電工程混凝土防滲墻施工中，會(huì)經(jīng)常遇到槽孔坍塌、槽孔偏斜以及大孤石等嚴(yán)重影響工程施工的問(wèn)題。本工程采取事先預(yù)防與現(xiàn)場(chǎng)處理相結(jié)合的方法較好地解決了以上問(wèn)題。

　　［關(guān)鍵詞］ 防滲墻 槽孔穩(wěn)定 孔斜 卡鉆 孤石處理

　　1 概述

　　橫泉水庫(kù)工程位于山西呂梁地區(qū)中部，為山西省在建的重點(diǎn)水利樞紐工程，建筑物主要包括大壩、泄洪洞、洪水發(fā)電洞和電站等。大壩壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)合的方案，壩基的上部分采用塑性混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理。防滲墻設(shè)計(jì)墻厚0.80m，成墻深度28～42m，墻體嵌入風(fēng)化基巖深度5m，混凝土抗壓強(qiáng)度1.5～2.5MPa，設(shè)計(jì)滲透系數(shù)小于10-7cm/s。

　　第Ⅷ標(biāo)段位于樁號(hào)0＋230～0＋550部位，軸線總長(zhǎng)320m，成墻總面積約為10177m2。工程于2005年8月4日開(kāi)工，2006年5月3日完工，歷時(shí)270余天。主體施工方案采用“鉆鑿法”、“兩鉆一抓法”鉆孔成槽，“水下直升導(dǎo)管法” 澆筑混凝土。

　　根據(jù)防滲墻施工的相關(guān)地質(zhì)資料，地層條件自上而下可大致分為:

　　1）人工堆積層:為舊壩體，分布于壩基左岸部位，為低液限粘土，厚度5～20m不等。

　　2）砂卵礫石層：為卵石混合物土、混合土卵石、級(jí)配不良礫石及低液限粉土夾碎石層等，厚度15～30m。

　　3）基巖層：主要為混合斜長(zhǎng)片麻巖、混合花崗片麻巖、混合花崗巖?；鶐r層的上部為全風(fēng)化體和強(qiáng)風(fēng)化體，厚度15～40m不等。

　　2 施工中遇到的主要技術(shù)難題

　　1）槽段孔壁的失穩(wěn)問(wèn)題：在施工前期的鉆孔過(guò)程中，多次發(fā)生孔壁不穩(wěn)和大范圍塌孔現(xiàn)象，處理工作量大，處理時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。如在工程初期對(duì)部分槽段的成*槽統(tǒng)計(jì)中，塌孔處理時(shí)間占整個(gè)成槽時(shí)間的33%，占各類成槽事故的62.8%；

　　2）施工中的孔斜控制問(wèn)題：在施工前期的鉆孔過(guò)程中，由于鉆具、施工工藝和砂卵礫石層的地層等因素，導(dǎo)致多次發(fā)生孔斜問(wèn)題，糾斜比較困難，成孔作業(yè)時(shí)間增長(zhǎng)；

　　3）施工下部的巖層“卡鉆”處理：在施工至下部巖層時(shí)，多次出現(xiàn)鉆頭被卡在基巖面上，無(wú)法提起的事故；

　　4）較大孤石對(duì)施工的影響：在施工中屢次遇到孤石的存在，如在35號(hào)槽鉆進(jìn)到12.0m深度時(shí)，遇到大孤石，沖擊鉆機(jī)無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆具多次被打壞，進(jìn)尺極慢。后經(jīng)查看，孤石的尺寸長(zhǎng)度達(dá)3.2m、厚度達(dá)2.5m，為一特大孤石，處理起來(lái)非常困難。

　　3 解決方案

　　3.1 事先預(yù)防

　　1)槽孔墻壁的穩(wěn)定措施研究

　　槽孔穩(wěn)定與地層情況、槽段長(zhǎng)度、泥漿性能和人員操作等諸多因素有關(guān)，根據(jù)對(duì)導(dǎo)致塌孔的關(guān)鍵成因分析，在技術(shù)上從泥漿配制、槽段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)等方面采取措施預(yù)防塌孔。

　　（1）泥漿性能的改進(jìn)

　　通過(guò)對(duì)槽壁穩(wěn)定系數(shù)(坍塌安全系數(shù))的計(jì)算，可得出造孔泥漿所需最小密度，計(jì)算公式如下：

　　式中：N——條形基礎(chǔ)的承載力系數(shù)。對(duì)于矩形溝槽，N=（L+B/L）；

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　　L、B、H——分別為槽段的長(zhǎng)度、寬度和深度(m)；

　　c——粘性土不排水抗剪強(qiáng)度，近似取粘聚力（kPa）；

　　K0——靜止土壓力系數(shù)；

　　q——有影響的地面或已有構(gòu)筑物的均布荷載（kPa）；

　　γ′γ′1——分別為土和泥漿的有效重力密度，（kN/m3）

　　本工程中上部為粉土層，中部為砂卵石，下部為風(fēng)化混合花崗巖，其槽壁穩(wěn)定性都很差，泥漿的粘度、密度和失水量是其控制重點(diǎn)。粘度的增加可在孔壁形成泥皮，密度的增加可保證槽壁的穩(wěn)定性，失水量的減少可降低泥漿中的水滲透入土體，減少對(duì)孔壁穩(wěn)定性的破壞。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最后選用了府谷生產(chǎn)的造漿率較高的膨潤(rùn)土，并添加了外加劑(聚丙烯胺)來(lái)增加泥漿粘度。膨潤(rùn)土泥漿的配比及24小時(shí)膨化后的泥漿性能指標(biāo)分別見(jiàn)表1和表2：

　　(2)槽段長(zhǎng)度的調(diào)整

　　一方面，槽段越長(zhǎng)，可以減少槽段的接頭數(shù)，增加防滲墻的防水性和整體性；另一方面，槽段過(guò)長(zhǎng)又會(huì)降低孔壁的穩(wěn)定性，縮短槽長(zhǎng)可以增加槽壁的抗剪強(qiáng)度，有利于孔壁的穩(wěn)定，而且單槽成槽時(shí)間不能太長(zhǎng)。 因此，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算，最終確定各槽段的劃分長(zhǎng)度一般在6．0～6．4m。槽段劃分示意圖如圖1。

　　2)在砂卵層中的孔斜控制

　　經(jīng)分析，施工中砂卵石地層厚度大，粒徑不均，10～20cm粒徑在一些槽段的砂卵石地層中達(dá)到15%～30%的比例，甚至還有大粒徑的孤石等，是造成孔斜的主要原因，而鉆頭重量偏輕、施工經(jīng)驗(yàn)不足等也是其中因素之一。

　　由于砂卵層中卵石的直徑大小不一，施工中容易發(fā)生孔斜超出規(guī)范要求。通過(guò)研究和以往經(jīng)驗(yàn)，在施工砂卵石層應(yīng)選用沖擊力大的鉆機(jī)，鉆頭優(yōu)先選用空心鉆，鉆頭質(zhì)量保證在一定重量以上，鉆機(jī)操作手一定要經(jīng)驗(yàn)豐富、操作熟練，這樣可以減少施工中的孔斜偏差。同時(shí)，鉆機(jī)操作手要做到減小一次松繩長(zhǎng)度，增加松繩次數(shù)，特別是在劈打副孔和小墻時(shí)，更應(yīng)控制一次松繩量，最好是在一定時(shí)間內(nèi)暫停松繩，鉆機(jī)不停(俗稱“吊打”)。要經(jīng)常檢查沖擊鋼絲繩的垂點(diǎn)與槽孔中心的偏差，超過(guò)50mm就應(yīng)采取措施。

　　3)預(yù)防“卡鉆”

　　施工中大多出現(xiàn)的卡鉆情況，一是施工時(shí)槽孔上部掉石頭，出現(xiàn)塌孔，將鉆頭埋住；二是施工中鉆頭被卡在下部巖石中。針對(duì)以上兩種情況采取的相應(yīng)措施是：

　?。?）施工中使用合格的漿液，防止槽孔坍塌；

　　（2）在下部基巖鉆過(guò)時(shí)重復(fù)利用舊鉆頭鉆孔，新補(bǔ)焊的鉆頭不能直接用于下部的基巖鉆進(jìn)，以免出現(xiàn)新鉆進(jìn)的基巖孔徑大于上部孔徑，形成卡鉆的條件。

　　3.2 現(xiàn)場(chǎng)處理

　　1)塌孔的處理

　　塌孔發(fā)生在成槽快要結(jié)束的時(shí)候，如果塌孔后不影響鉆機(jī)的正常施工，可以用水泥摻拌粘土槽內(nèi)靜止一段時(shí)間后再施工，這樣可以使槽內(nèi)的泥漿粘度和泥漿密度增加，增加槽壁的穩(wěn)定性。若槽孔坍塌后，導(dǎo)墻底部懸空，則下部應(yīng)采用粘土回填到導(dǎo)墻下部2～3m后，把槽內(nèi)上部泥清除，用混凝土將上部塌空部分回填密實(shí)，待混凝土有一定強(qiáng)度后再重新開(kāi)孔成槽。

　　塌孔后，如果鉆機(jī)平臺(tái)或棄渣平臺(tái)已塌空，導(dǎo)墻已發(fā)生斷裂，使得鉆機(jī)無(wú)法繼續(xù)施工，可把該槽段兩側(cè)地基加固后，采用合適的工字鋼將鉆機(jī)平臺(tái)或棄渣平臺(tái)架空，重新形成一個(gè)導(dǎo)向槽支架，從而減少槽壁上部的均布荷載。在施工32號(hào)槽時(shí)，由于導(dǎo)墻發(fā)生斷裂，當(dāng)時(shí)槽段已成槽且冬季天氣特別寒冷，在槽內(nèi)回填粘土和澆筑混凝土已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，最后用了兩根12m長(zhǎng)的工型鋼將鉆機(jī)平臺(tái)和棄渣平臺(tái)架空，再繼續(xù)施工，最后順利的完成了該槽段。

　　2)孔斜的處理

　　在前期的成槽施工過(guò)程中，孔斜偏大與糾斜處理成為影響施工進(jìn)度的因素中僅次于塌孔處理的最重要技術(shù)難題。