蘭彩虹,趙瑞峰,潘殿琦

(1.吉林省吉林市船營區(qū)農(nóng)業(yè)水利局,吉林市132011;2.中國水電基礎(chǔ)局有限公司,天津301700;3.長春工程學(xué)院 教務(wù)處,長春 130012)

1 工程概況

黃河小浪底西霞院水利樞紐工程位于黃河干流中游河南省境內(nèi),距小浪底電站下游16 km,以反調(diào)節(jié)為主,兼顧發(fā)電、灌溉、供水的大(Ⅱ)型水利樞紐工程。其右岸土石壩軸線長857.7 m,左岸土石壩軸線長1 725.5 m。水庫正常蓄水水位134 m,裝機(jī)容量140 MW,設(shè)計(jì)洪水位132.87 m,總庫容1.62億m3。

工程主要建筑物由擋水大壩、泄洪閘、排沙閘(洞)、徑流式河床電站及地面開敞式開關(guān)站、王莊引水閘、壩后灌溉引水閘和連接建筑物等組成。西霞院工程電站基坑段混凝土防滲墻位于黃河右岸,介于黃河與混凝土防滲墻試驗(yàn)區(qū)工程之間,是黃河小浪底水利樞紐工程的臨時(shí)配套項(xiàng)目。

西霞院工程電站基坑圍堰原設(shè)計(jì)采用高噴防滲墻形式,施工過程中由于地層情況復(fù)雜,高噴方案無法滿足工期質(zhì)量要求,經(jīng)設(shè)計(jì)修改,將高噴防滲墻大部分段更改為混凝土防滲墻,設(shè)計(jì)防滲面積約為12 000余m2,最大孔深約42.0 m。防滲墻采用粉煤灰混凝土,設(shè)計(jì)標(biāo)號C15,強(qiáng)度保證率為80%,抗?jié)B標(biāo)號為W6,墻體厚度60 cm。

2 工程地質(zhì)及水文條件

試驗(yàn)區(qū)工程揭露的地質(zhì)情況,覆蓋層表部為松散沉積層,多呈淺黃色砂土。按土體特征,可分為上、下兩層(Q23、Q13)。組成黃土的主要粒組為粉粒,多數(shù)為中粉質(zhì)壤土,局部有粉質(zhì)黏土及粉質(zhì)砂壤土等薄層。砂土結(jié)構(gòu)疏松,易出現(xiàn)孔壁坍塌,厚度一般為0.7～3.0 m;深部為土及砂礫(卵)石沉積膠結(jié)層,厚度0.3～0.9 m,結(jié)構(gòu)極為密實(shí),局部出現(xiàn)架空;卵石磨圓度高,易產(chǎn)生歪孔現(xiàn)象。覆蓋層中部為砂卵石層,厚薄不均,一般最大厚度37～40 m。砂卵石層中大于300 mm的漂石含量約占12%,最大粒徑達(dá)900 mm以上。下部砂卵石2～5 mm的小礫石顆粒含量偏高,平均達(dá) 14%,缺少 0.5～0.1 mm間的粒徑。最為不利的是,在高程100～110 m分布有砂層,厚約4～8 m。砂層以細(xì)砂、粉細(xì)砂為主,局部為中砂。覆蓋層地質(zhì)條件分布不均,給施工帶來很大難度。

壩址區(qū)基巖主要由上第三系(N)粉砂巖與砂質(zhì)黏土巖互層組成?；鶐r層巖性以粉砂紫紅色砂質(zhì)黏土巖為主?；鶐r結(jié)構(gòu)疏松,成巖作用差;局部為松散狀,基巖面高差較大。

施工區(qū)段內(nèi)地下水位較穩(wěn)定,壩址區(qū)地下水類型可分為松散巖類孔隙水與基巖孔隙裂隙水。

3 施工臨建

3.1 施工總布置

施工總體按照就近方便原則在黃河岸邊建設(shè)混凝土拌合系統(tǒng)以及砂石料廠。設(shè)備存放以機(jī)修車間均集中靠外側(cè)。

3.2 施工供水

施工用水分2步進(jìn)行,先用深井泵自水井抽水送入集水池,而后再用清水泵將儲水池中的水通過專用管路,分別送至各施工機(jī)組。制漿站、混凝土攪拌站,供水系統(tǒng)采用φ 100mm鋼管,通過法蘭連接。

3.3 施工供電

本工程施工用電量約為1 200 kVA。自電網(wǎng)主干線6 000 kVA高壓電網(wǎng)引入施工區(qū)內(nèi)。經(jīng)2臺變壓器(一臺1 000 kVA,一臺630 kVA)變高壓為低壓電源,再用直徑不小于185 mm2的電纜引至各用電網(wǎng)點(diǎn)的配電箱內(nèi)。

3.4 混凝土拌和系統(tǒng)

修建一個(gè)面積約2 000 m2的拌和系統(tǒng)。拌和系統(tǒng)由攪拌站、水泥貯存庫、砂石料堆放場等組成。攪拌站主要由3臺JS500型攪拌機(jī)和3臺PLD1200型配料機(jī)組成。攪拌機(jī)內(nèi)側(cè)為堆料場,占地面積約3×500 m2。堆料場和攪拌站間隔處布置配料機(jī),面積約100 m2?；炷翑嚢柘到y(tǒng)組成形式和結(jié)構(gòu)詳見圖1和圖2。

圖1 混凝土拌和系統(tǒng)組成形式圖

圖2 拌和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳圖

3.5 泥漿系統(tǒng)

在防滲墻軸線臨河側(cè)建造制漿站。制漿站主要由2臺ZJ-1500型高速攪拌機(jī)、膨潤土貯存庫和泥漿池組成。貯存庫可存放120～150 t膨潤土,為施工高峰期攪漿所用。制漿站旁貯存庫和攪拌機(jī)建在同一個(gè)高程處,以便制漿。泥漿系統(tǒng)布置見圖3。

圖3 泥漿系統(tǒng)布置圖

修建一個(gè)總?cè)莘e不少于600 m3的泥漿池,其中分為膨化池、供漿池、回漿池。施工中,造孔產(chǎn)生的廢漿通過自流方式直接進(jìn)入污水池,定期用反鏟和拉碴車清理產(chǎn)生的施工沉碴。

3.6 施工道路

對外交通以焦枝鐵路干線和洛陽柿園經(jīng)小浪底南岸外線公路至留莊。右岸由洛陽柿園經(jīng)耀店、雷河、白鶴到壩址,全長44 km。壩址區(qū)已修建有縣、鄉(xiāng)公路和部分簡易公路,直接和施工現(xiàn)場相連。所有施工設(shè)備、材料、人員均通過此公路進(jìn)出施工現(xiàn)場。

4 混凝土防滲墻施工

按照設(shè)計(jì)文件,墻體嵌入黏土巖1.5 m,粉砂巖3.0 m,防滲墻墻體厚度為0.60 m。

4.1 施工平臺、導(dǎo)墻

為滿足抓斗及沖擊鉆機(jī)的交叉施工,施工導(dǎo)墻選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。施工平臺包括鉆機(jī)平臺、倒碴平臺和棄漿溝。在導(dǎo)墻側(cè)壁兩外側(cè)分布有鉆機(jī)平臺和倒碴平臺。鉆機(jī)平臺寬為4.5～6.0 m。鉆機(jī)平臺底層采用爐碴輔墊,平臺上均勻布置枕木、道軌。倒碴平臺采用素混凝土結(jié)構(gòu)體。施工平臺、導(dǎo)墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖4。

4.2 防滲墻施工

4.2.1 工藝流程圖

本工程防滲墻分Ⅰ、Ⅱ期槽段施工,先施工Ⅰ期槽、后施工Ⅱ期槽,成槽采用“四鉆三抓”方案。施工流程見混凝土防滲墻施工程序,見圖5。

圖4 防滲墻施工平臺結(jié)構(gòu)圖

圖5 混凝土防滲墻工程施工程序圖

4.2.2 槽段劃分

本工程沿防滲墻軸線劃分為Ⅰ、Ⅱ期槽段,單序號為Ⅰ期槽段,雙序號為Ⅱ期槽段。在同一槽段內(nèi),又分為7個(gè)孔:4個(gè)主孔,3個(gè)副孔。具體見圖6。

圖6 槽段劃分示意圖

4.2.3 沖擊鉆機(jī)施工

根據(jù)工程地質(zhì)條件,本次施工擬投入34臺沖擊鉆機(jī)與2臺抓斗配合完成槽段覆蓋層、基巖層和混凝土接頭孔的鉆鑿任務(wù)。

沖擊鉆機(jī)具有地層適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。本工程覆蓋層厚、地質(zhì)條件復(fù)雜,在成槽過程中,必須嚴(yán)格按鉆孔施工規(guī)程進(jìn)行施工。

4.2.4 抓斗成槽施工

本工程施工強(qiáng)度大、工期短,必須充分發(fā)揮抓斗的效率。所有槽段的副孔覆蓋層和部分基巖層擬采用抓斗施工。

4.2.5 基巖施工

原則上,基巖部分由沖擊鉆機(jī)完成。但在抓斗施工過程中,不論地層如何,擬讓抓斗抓不動(dòng)為止。無論是抓斗還是沖擊鉆機(jī),在基巖抓鑿過程中,接近基巖深度時(shí),按設(shè)計(jì)要求抽取巖芯樣品,以鑒定巖層巖性,確定單孔終孔深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2.6 槽段連接成墻

本工程墻段連接,采用鉆鑿法連接方式施工。鉆鑿法墻體連接是利用沖擊鉆機(jī)在Ⅰ期槽端孔孔位處重新鉆鑿已澆筑混凝土,形成2個(gè)Ⅱ期槽端孔。

在進(jìn)行Ⅱ期槽混凝土澆筑前,對兩端孔必須采用鋼絲刷進(jìn)行清洗,以確保Ⅰ、Ⅱ期槽段連接質(zhì)量。

樁號為壩下0+100處是墻體分界點(diǎn)。根據(jù)十四局與我局槽孔劃分情況,我方在該部位處布置的槽段為Ⅱ期槽端孔。該處端孔的施工,鉆孔、打接頭由Ⅰ期槽施工方負(fù)責(zé)完成,接頭刷洗、清孔、混凝土澆筑由Ⅱ期槽施工方負(fù)責(zé)完成。

4.2.7 特殊地層的施工

本工程地下水位較高(地表以下0.5～1.4 m見地下水)且地下水位以上是一層細(xì)砂,極易液化,造孔過程中易產(chǎn)生孔壁坍塌;砂卵石層中存在漂石、孤石等特殊地層情況,在鉆孔成槽過程中,必須控制槽內(nèi)泥漿質(zhì)量、槽內(nèi)泥漿液面變化幅度。在鉆進(jìn)過程中,根據(jù)地層地質(zhì)條件,擬采取以下具體措施:

(1)開孔時(shí)預(yù)填黏土、碎石(適量)、水泥(黏土的10%),用十字鉆頭對全槽的導(dǎo)墻與地基接觸帶進(jìn)行擠壓、密實(shí)、固化,以提高該部位的密實(shí)度及穩(wěn)定性。

(2)卵石較為密集部位,必須增大沖擊力和斷面破碎能力,穩(wěn)鑿穩(wěn)打,以獲得有效進(jìn)尺。

(3)發(fā)現(xiàn)有坍塌現(xiàn)象,立即停止施工,及時(shí)回填碎石、黏土混合體,以達(dá)到阻止事態(tài)的蔓延、擴(kuò)展。

(4)勤補(bǔ)焊鉆頭,保證鉆頭各部位的幾何尺寸,防止出現(xiàn)梅花形孔,引發(fā)卡鉆、掉鉆等孔內(nèi)事故。

(5)漂石、孤石處理

由于本標(biāo)段地層含有粒徑70～90 cm的漂石、孤石,使之成為抓斗施工的最大難點(diǎn)。如漂、孤石過大或呈探頭狀,應(yīng)采取有效措施:

(a)重鑿沖砸破碎:如遇孤石抓斗無法抓取,擬卸下抓斗,換上重錘進(jìn)行沖、砸破碎;而后,換上抓斗進(jìn)行正常抓取作業(yè)。

(b)聚能爆破或鉆孔爆破:如孤石特別大而堅(jiān)硬重鑿沖砸無法破碎,可采取孔內(nèi)聚能爆破或鉆孔爆破技術(shù)措施。

(6)致密、堅(jiān)硬地層施工

從試驗(yàn)工程揭露的地質(zhì)資料可看出,中、下部的Q4、Q3砂卵石層厚度較大、含砂率低,其中下部的Q3砂卵石層處于中等密實(shí)狀態(tài)。抓斗在該層的挖掘有一定難度,須采取重鑿與沖擊鉆相結(jié)合、重鑿錘打措施,來提高抓斗的施工工效。

遇致密、堅(jiān)硬地層應(yīng)卸下抓斗,換上重錘進(jìn)行沖砸使其破碎成疏松地層,然后再卸下重錘,換上抓斗進(jìn)行正常抓取?；蛞崎_抓斗至其它工作面,換沖擊鉆鉆鑿該層,使之盡快穿過,再讓抓斗繼續(xù)抓取。與孤石、漂石處理措施不同的是,主要通過改變鉆頭角度(幾何尺寸),盡可能選用多角鉆頭,增加斷面的破碎能力。

4.3 清孔換漿

槽孔孔形驗(yàn)收結(jié)束后,必須及時(shí)進(jìn)行清孔換漿,以防止槽孔內(nèi)泥漿靜置時(shí)間過長,引起槽壁的坍塌。清孔換漿采用抽筒或泵吸法進(jìn)行清孔換漿,及時(shí)用新鮮泥漿補(bǔ)充,達(dá)到清除槽內(nèi)沉淀滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4 混凝土澆筑

4.4.1 混凝土原材料的貯備

(1)原材料

水泥:選用業(yè)主指定廠家生產(chǎn)的32.5級普通硅酸鹽水泥,使用前除取得出廠檢驗(yàn)合格證外,還應(yīng)分期、分批(400 t為一批)取樣按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、安定性等指標(biāo)的檢測。合格后,方可投入使用。

粉煤灰:擬采用河南省洛陽熱電石生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰;

水:符合國家飲用標(biāo)準(zhǔn)的純凈水;

中砂:選用細(xì)度模數(shù)2.4～3.0范圍的中細(xì)砂,級配良好,其含泥量不大于3%;

骨料:選用天然卵碎石,粒徑 5～20 mm、20～40 mm,含泥量不大于1.0%;

外加劑:選用南京水科院生產(chǎn)的NAF-Ⅱ高效減水劑。

(2)墻體材料配合比

本工程為粉煤灰混凝土防滲墻工程,根據(jù)水利部小浪底工程建設(shè)檢測中心提供的《配合比試驗(yàn)報(bào)告(臨時(shí))》規(guī)定,粉煤灰混凝土材料配合比表如表1所示。

4.4.2 澆筑混凝土前準(zhǔn)備

(1)混凝土拌制及運(yùn)輸

墻體混凝土采用JS-500型強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制。運(yùn)輸用混凝土泵直接輸送至澆筑槽段孔口集料斗內(nèi),而后通過已下設(shè)好的導(dǎo)管送入槽段內(nèi)。

表1 粉煤灰混凝土配合比

(2)澆筑導(dǎo)管的配制、檢查

槽段內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量好壞及澆筑成功與否,與澆筑導(dǎo)管質(zhì)量密切相關(guān)。故在導(dǎo)管下設(shè)前,必須做好澆筑導(dǎo)管的配制和檢查工作。

導(dǎo)管配制前應(yīng)檢查單根導(dǎo)管長度及連接質(zhì)量,單套導(dǎo)管長度需和下設(shè)孔孔深相適應(yīng)。導(dǎo)管連接質(zhì)量主要是指檢查導(dǎo)管間的連接質(zhì)量及單根導(dǎo)管自身的焊接質(zhì)量。

4.4.3 澆筑混凝土

防滲墻混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法,導(dǎo)管的管徑選擇 Ф 250 mm。導(dǎo)管采用吊車、鉆機(jī)相互配合下設(shè)、起吊。

混凝土開澆前,須拌制0.7 m3的砂漿,放入漏斗中,待儲料倉內(nèi)備好足夠數(shù)量的混凝土后,方可開始澆筑。導(dǎo)管進(jìn)料順序按槽段孔深由深到淺進(jìn)行控制。

正常澆筑過程中,按4～5 h的時(shí)間間隔進(jìn)行1次混凝土和易性指標(biāo)測試,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。非正常情況下,必須加密檢測次數(shù),以便隨時(shí)掌握混凝土的性能指標(biāo)。

每30 min測量1次混凝土面的深度,終澆高程按超過設(shè)計(jì)墻頂高程0.5 m控制。

5 質(zhì)量效果評價(jià)

混凝土試樣在滿足齡期要求后,所有檢測數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求指標(biāo)。此外,由業(yè)主指定位置在墻體上進(jìn)行了取芯鉆孔和注水試驗(yàn)的現(xiàn)場檢查。取出的混凝土巖樣膠結(jié)致密,不存在夾泥等質(zhì)量缺陷;現(xiàn)場注水試驗(yàn)最大滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)滲透系數(shù)要求。目前,該圍堰內(nèi)土方開挖已基本完成,沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,效果理想,事實(shí)證明了防滲墻良好的施工質(zhì)量和防滲效果。