張伯夷,李清平
(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司,成都,611130)
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毛爾蓋水電站超厚型混凝土防滲墻施工
張伯夷,李清平
(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司,成都,611130)
毛爾蓋水電站壩基防滲墻厚1.4m,最大墻深58m,工程量5070m2。本電站混凝土防滲墻目前為國(guó)內(nèi)墻體最厚、孔深最深的防滲墻,在施工上無成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒。基于地層復(fù)雜,針對(duì)漂石、孤石架空地層進(jìn)行了槽口段預(yù)注漿處理;同時(shí)為解決松散地層和強(qiáng)漏失地層的槽段穩(wěn)定問題,在施工中通過不斷實(shí)踐、改進(jìn),創(chuàng)新了一種“平行鉆進(jìn)法”成槽工藝;另外,對(duì)高強(qiáng)度C40W12F50混凝土防滲墻的墻段連接方式,研發(fā)了“拔管擴(kuò)孔法”。
毛爾蓋水電站混凝土防滲墻 槽口段預(yù)注漿 “平行鉆進(jìn)法” “拔管擴(kuò)孔法”
毛爾蓋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內(nèi),為大(2)型混合式單一發(fā)電工程,采用混合式開發(fā)方式,首部樞紐由擋水建筑物、溢洪道、放空洞組成。攔河大壩為礫石土直心墻堆石壩,壩頂高程2138.00m,壩頂寬12.0m,最大壩高147.00m,裝機(jī)容量420MW。
壩基防滲墻施工平臺(tái)高程為1997.00m,墻底高程為1940.00m,軸線長(zhǎng)194.89m。墻體材料為C9040混凝土,其技術(shù)指標(biāo)為90d強(qiáng)度≥40MPa,彈?!?.25×104MPa,抗?jié)B≥W12,抗凍≥F50,最大深度57.0m,墻厚1.4m,防滲墻面積5070m2。
壩基河床覆蓋層以粗粒土為主,且結(jié)構(gòu)不均一,現(xiàn)場(chǎng)抽(注)水試驗(yàn)成果表明,總體上屬中等至強(qiáng)透水層。壩基防滲墻施工存在以下難點(diǎn):(1)毛爾蓋水電站壩基地層分布為砂卵石、漂石、孤石層,并局部有架空,成槽施工中極易發(fā)生塌槽、漏漿現(xiàn)象,若采用傳統(tǒng)的成槽工藝會(huì)造成成槽周期長(zhǎng)。因此,防滲墻施工成敗的關(guān)鍵因素取決于合理的成槽工藝;(2)由于地層的特殊性,通過前期試驗(yàn)證明采用常規(guī)的“鉆鑿法”接頭,防滲墻墻體混凝土充盈系數(shù)達(dá)1.4,混凝土耗量大,施工成本增加;(3)防滲墻設(shè)計(jì)墻體混凝土C9040W12F50,強(qiáng)度高,若墻段連接直接采用φ1.4m接頭管施工,拔管成功率低,易造成埋管事故;(4)防滲墻最大深度58m,厚1.4m,在國(guó)內(nèi)屬首例,無成功經(jīng)驗(yàn)借鑒,施工工藝需探索。
2.1 槽口段預(yù)處理
根據(jù)壩基防滲墻軸線地層情況分析,在防滲墻的施工過程中,槽段10m深度以內(nèi)是防滲墻施工關(guān)鍵部位,它不僅對(duì)操作人員有很高的技術(shù)要求,同時(shí)對(duì)施工地層中的地質(zhì)情況也提出了相應(yīng)規(guī)定(即槽口10m深度內(nèi)地層粘聚力達(dá)10KPa以上,承載力達(dá)100KPa~450KPa)。由于壩基防滲墻0~10m深度內(nèi)具有松動(dòng)及架空的漂石地層,在槽口漿液反復(fù)浸泡下,會(huì)造成槽口兩側(cè)坍塌,甚至導(dǎo)致該段導(dǎo)向槽整體沉降。
基于上述原因,對(duì)壩基防滲墻槽口段的地層進(jìn)行了預(yù)處理。處理方案為沿防滲墻中心軸線按孔距3m預(yù)埋花管進(jìn)行注漿處理。鉆機(jī)采用成都哈邁YXZ-70鉆機(jī),鉆孔孔徑φ114mm,鉆進(jìn)至適宜孔深后,下入φ50mm花管,然后拔出套管后灌漿。灌漿采用全孔一次性限量法灌注,地質(zhì)缺陷部位可適當(dāng)縮短段長(zhǎng)。灌漿優(yōu)先采用0.5∶1的濃水泥漿開灌,若地層吸漿量小,可調(diào)整漿液濃度至1∶1,并適當(dāng)加壓。注漿量限制在1000L/m內(nèi),當(dāng)注漿量達(dá)到1000L/m時(shí),無論注入率大小均結(jié)束該孔注漿。
2.2 鉆頭改進(jìn)
防滲墻最大深度58m,厚1.4m,采用常規(guī)鉆頭無法一次性成槽(常規(guī)鉆頭口徑小,重量輕,施工效率低,滿足不了工期需要)?;诖耍槍?duì)毛爾蓋水電站的地質(zhì)條件和防滲墻的施工特點(diǎn),仔細(xì)研究后,采用直徑φ1.0m鋼管加焊成直徑為φ1.4m的鉆頭,與十字鉆相比,造孔進(jìn)尺快、易于控制孔斜。
改進(jìn)型鉆頭技術(shù)要求如下:(1)在腰身加焊肋板、箍圈,以增大鉆頭的外切割面;(2)用材質(zhì)較好的車用半軸加大管口,保證其工作時(shí)的穩(wěn)定性,同時(shí)加大內(nèi)切割面;(3)改裝提梁和活芯,避免由于鉆頭重量增加后發(fā)生掉鉆事故。直徑1.0m鋼管鉆頭進(jìn)行加焊后,由原重3t增加至5t~6t。
2.3 成槽工藝革新
國(guó)內(nèi)混凝土防滲墻成槽工藝,主要有“鉆抓法”、“抓取法”和“鉆劈法”等。毛爾蓋水電站壩基地層分布為砂卵石、漂石、孤石層,并局部有架空,成槽施工中塌槽、漏漿現(xiàn)象非常嚴(yán)重,且成槽周期長(zhǎng),且澆筑時(shí)防滲墻墻體混凝土充盈系數(shù)達(dá)1.4。為穩(wěn)定孔壁、加快施工進(jìn)度,在施工中通過不斷的實(shí)踐、改進(jìn),最后在施工中摸索創(chuàng)新了一種“平行鉆進(jìn)法”成槽工藝。其施工方法為:在主孔比副孔深10m時(shí),便開始向主孔內(nèi)回填粘土,然后鉆副孔和小墻,在副孔鉆至主孔深度差2m時(shí),又開始鉆主孔,如此循環(huán)至槽段成槽完成。
“平行鉆進(jìn)法”的主要優(yōu)點(diǎn):(1)回填后的黃土在鉆孔過程中自然形成護(hù)壁泥漿,很好地起到護(hù)壁的作用,大大減少了泥漿制備系統(tǒng)的投入;(2)針對(duì)特殊地層,其綜合鉆進(jìn)工效較傳統(tǒng)工藝有一定提高,同時(shí)最大限度地發(fā)揮了鉆具對(duì)地層的擠密加固作用,可以較好地解決松散地層和強(qiáng)漏失地層的槽段穩(wěn)定問題;(3)該成槽工藝施工的槽段質(zhì)量較好,墻體混凝土充盈系數(shù)可降至1.1。
2.4 墻段連接新工藝
毛爾蓋水電站壩基防滲墻較厚,墻體強(qiáng)度高,采用“鉆鑿法”或“雙反弧樁柱法”施工進(jìn)度慢,套接厚度不易保證。但采用“接頭管法”進(jìn)行墻段連接,在國(guó)內(nèi)防滲墻厚1.4m的工程上尚無先例。
毛爾蓋水電站壩基防滲墻設(shè)計(jì)墻體混凝土C9040W12F50,7d混凝土強(qiáng)度可達(dá)14MPa,若墻段連接采用常規(guī)的“鉆鑿法”接頭,質(zhì)量很難保證,如果直接加工φ1.4m接頭管施工,由于混凝土強(qiáng)度高,無法保證拔管成功率,容易造成埋管事故。
為提高施工工效,減少接頭孔混凝土用量,降低施工成本,本項(xiàng)目創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了“拔管擴(kuò)孔法”的墻段連接方法。其施工方法為:一期槽段混凝土澆筑前下設(shè)φ1.0m接頭管,待混凝土初凝后采用φ1.4m鉆頭對(duì)接頭孔進(jìn)行擴(kuò)孔。
采用“拔管擴(kuò)孔法”主要優(yōu)點(diǎn)為:(1)拔管后再進(jìn)行擴(kuò)孔,將接頭孔擴(kuò)至1.4m,更易于保證接頭孔質(zhì)量;(2)通過試驗(yàn)證明,當(dāng)接頭孔孔深均為58.0m時(shí),若墻段連接采用鉆鑿法,接頭孔0~20.0m施工需要8d,20m~58.0m需17d,共計(jì)25d。而“拔管擴(kuò)孔法”施工接頭孔,只需7d時(shí)間,比鉆鑿法施工提前18d。
3.1 鉆孔取芯、壓水
3.1.1 施工完成后根據(jù)規(guī)范要求,布置了5個(gè)檢查孔(其中1個(gè)孔布置在槽段連接部位)進(jìn)行鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)。
3.1.2 檢查孔取芯采用XY-Ⅱ地質(zhì)鉆機(jī)鉆取,鉆孔孔徑φ150mm。各孔段混凝土芯樣采取率均為100%,最長(zhǎng)芯樣達(dá)到6m,芯樣表面平整、光滑、密實(shí),無氣泡、麻面等現(xiàn)象。
檢查孔芯樣抗壓強(qiáng)度、彈性模量和抗?jié)B試驗(yàn)的具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1中可見,墻體混凝土各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)要求。
表1 防滲墻檢查孔芯樣物理性能試驗(yàn)成果
3.2 聲波檢測(cè)防滲墻聲波檢測(cè)主要采用跨孔波速測(cè)試,即發(fā)射換能器和接收換能器分別在相鄰的兩個(gè)檢測(cè)孔內(nèi),同時(shí)向上移動(dòng),由于孔間距固定,因此通過超聲波儀器,可以得到聲波在兩孔間的傳播速度,從而計(jì)算出兩孔間介質(zhì)的波速。
墻體聲波檢測(cè)委托了黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司測(cè)試,通過墻體內(nèi)預(yù)埋管測(cè)試單元墻段內(nèi)和槽段間的跨孔聲波(共16個(gè)單元墻段),檢測(cè)結(jié)果平均波速為Vp=3850m/s,且各測(cè)點(diǎn)波速變化幅度不大,表明墻體混凝土質(zhì)量良好。
4.1 毛爾蓋水電站壩基防滲墻施工,使用改進(jìn)后的鉆頭及創(chuàng)新的“平行鉆進(jìn)法”施工工藝,能有效提高施工工效,比常規(guī)施工方案節(jié)約時(shí)間3個(gè)月,少投入鉆機(jī)45臺(tái)。
4.2 墻體連接采用“拔管擴(kuò)孔法”墻段連接方式,比單純的“鉆鑿法”施工接頭孔的效率高,節(jié)約接頭孔混凝土600m3,同時(shí)提高了接頭孔的施工質(zhì)量,較單純采用“拔管法”施工接頭孔,降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。
4.3 革新了一套超厚型防滲墻施工工藝,為超厚型防滲墻在水利水電施工中推廣提供了先例。
4.4 毛爾蓋水電站大壩基礎(chǔ)防滲墻,是目前國(guó)內(nèi)一次性成墻的最厚最深防滲墻。通過革新并運(yùn)用上述超厚型防滲墻施工工藝,在防滲墻延遲開工近3個(gè)月的情況下,僅用100d完成了防滲墻施工,比業(yè)主調(diào)整節(jié)點(diǎn)工期提前10d完工。
〔1〕王 斌.地下連續(xù)墻接頭管提拔時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究.價(jià)值工程.
〔2〕馬國(guó)彥,常振華.巖體灌漿排水錨固理論與實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003.
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2095-1809(2015)05-0042-03
張伯夷(1976-),男,漢族,四川南充人,1998年畢業(yè)于四川大學(xué),副總工程師兼項(xiàng)目經(jīng)理,一級(jí)建造師、水利造價(jià)師。主要從事水利水電工程施工、地基與基礎(chǔ)工程施工等方面的工作;
李清平(1981-),男,漢族,四川成都人,2004年畢業(yè)于四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,主要從事水利水電工程施工、地基與基礎(chǔ)工程施工方面的工作。