歐陽小平，巨偉濤，楊 磊

(1.中國葛洲壩集團基礎工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢 430072)

1 研究背景

核電站防滲墻大多是建造在防波堤或填海臨時圍堰上，圍堰為拋填塊石、巨石堆積而成，防滲墻主要為隔斷海水，為核電站地下構筑物提供干地施工作業(yè)環(huán)境。填海塊石層防滲墻造孔技術從20世紀90年代末嶺澳核電站開始使用以來，先后在田灣核電站、陽江核電站、臺山核電站、寧德核電站、紅沿河核電等核電站的建設中得到推廣應用。填海塊石層防滲墻施工技術研究雖然起步較晚，但隨著多個沿海核電工程防滲墻的建設得到不斷發(fā)展和成熟，國內學者針對該問題的研究不斷涌現(xiàn)。張聚生等[1]在嶺澳核電站防波堤塊石層防滲墻造孔技術的研究為核電站填海圍堰防滲墻提供了施工經(jīng)驗；李永琳[2]在遼寧紅沿河核電廠防滲墻施工中采用的漏失地層造孔控制技術，克服成槽塌孔漏漿的難題；黃祥平等[3]結合循環(huán)鉆進成槽法在猴子巖水電站圍堰防滲墻施工中的應用，改進傳統(tǒng)造孔工藝，有效避免了塊石地層造孔卡鉆、埋鉆、漏漿、塌孔等事故的發(fā)生。

以往的核電站填海塊石圍堰大多建在淤泥、黏土、全強風化等地層上，該類防滲墻成槽工藝常規(guī)做法為采用“鉆劈法”或上部回填層采用“鉆劈法”下部淤泥、黏土、風化軟巖可采用“抓斗法”或“兩鉆一抓法”。固壁泥漿采用膨潤土漿或黏土漿，同時采用回填黏土堵漏。防滲墻底部深入全強風化巖或中微風化巖等相對不透水層，墻下與基巖結合緊密，滲漏風險較低，往往無需再進行墻下帷幕灌漿處理。而陸豐核電站一期泵房填海圍堰底部覆蓋層薄，圍堰大部分直接建在礁石、孤石和裸露的基巖上，而且海底巖面起伏大，基巖表面風化裂隙和海蝕溝眾多，礁石林立，塊石堰體與基巖間缺失淤泥、黏土、全強風化層等相對不透水層，缺乏天然水平防滲鋪蓋，滲徑短。防滲墻成槽采用以往常規(guī)施工方法存在漏漿量大、塌孔、墻下滲漏或繞滲等風險。本文以陸豐核電泵房圍堰防滲墻施工為背景，通過成槽工藝、塌孔處理、局部灌漿處理、塑性混凝土材料配比和防滲墻質量檢驗等幾方面對礁石灘填海圍堰的防滲墻施工技術進行了研究。

2 工程簡介

陸豐核電站一期泵房圍堰防滲墻主要目的是為泵房負挖、排水虹吸井和排水隧道口工作井實現(xiàn)干地施工。防滲墻位于填海圍堰上，軸線總長488 m，最大墻深36.6 m，墻厚0.8 m，墻體材料采用塑性混凝土，抗壓強度≥1 MPa，抗拉強度≥0.3 MPa，彈性模量E=250～500 MPa，滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s。所有防滲墻底部按設計要求嵌入中風化花崗巖≥3 m，嵌入微風化花崗巖≥1 m。防滲平臺由塊徑0.3～1.5 m開山石充填石渣填海形成臨時圍堰，覆蓋層部位為砂層和風化土層，層厚0～1 m，部分基巖無覆蓋層?；鶐r為中微風化花崗巖，防滲軸線上原始地貌存在較多礁石，礁石體積大、裂隙多，部分礁石落差大，存在海蝕溝，防滲墻墻下滲漏隱患大。防滲墻地質地貌情況見圖1。

圖1 防滲墻施工區(qū)地貌圖

3 施工重點難點分析

(1)地層復雜、鉆孔成槽難度大、精度高。特別是圍堰填筑為開山石填筑，因此在圍堰堰體內必將存在大量的架空層和大塊石，極大地加大成槽難度。

(2)防滲墻墻底位于礁石區(qū)，礁石的裂隙、溝槽發(fā)育，防滲墻墻下滲漏風險極高。

(3)礁石高差錯落較大，對防滲墻墻底勘巖的準確性是個極大的考驗，防滲墻施工可能存在局部未堪巖或堪巖深度不夠的隱患，從而造成局部滲漏。

(4)由于防滲墻軸線全線臨海，施工平臺為填石圍堰，滲徑短、滲漏通道多，防滲效果完全依靠垂直防滲墻的可靠性和完整性，一旦出現(xiàn)局部滲漏，可能形成大的管涌，對圍堰和基坑安全危害較大，且不易準確查找滲漏點，堵漏困難。

4 施工技術研究與應用

4.1 成槽工藝的改進與應用

由于圍堰防滲墻單元槽段成槽施工是在含有大量孤石、塊石且結構松散、架空嚴重的深厚覆蓋層中進行的，成槽過程容易產(chǎn)生塌槽事故，液壓抓斗、雙輪銑等先進的成槽設備不適用于本地層。成槽施工機械設備只能選擇傳統(tǒng)的沖擊鉆，沖擊鉆機機型由最初的CZ-20型發(fā)展到CZ-9型和ZZ-6A型，鉆具質量由最初的1 t發(fā)展到5 t。本工程施工主要選擇ZZ-6A型沖擊鉆機，配備4～5 t平底鉆，該鉆機破巖能力強，對地層夯實擠密效果好，適合本地層成槽施工。

4.1.2 槽段長度的確定

針對本工程特殊的地質條件，槽段長度的確定對成槽起著關鍵的作用。如果槽段太長，槽壁自穩(wěn)性降低且成槽周期長，塌槽事故風險高；如槽段太短，不適合多臺設備同時施工，同樣成槽周期長，塌槽風險增高，且墻體接頭多增加成本。

槽段劃分主要是根據(jù)成槽功效和鉆機設備尺寸來確定。由于塊石地層造孔功效約3～4 m/d，功效低，單純提高設備功效困難，縮短成槽周期只能通過多臺設備同時施工同一槽段。由于ZZ-6A型鉆機寬度較大，兩臺鉆機并排中心最小間距2.5 m。因I期槽難度較大，槽段劃分三主兩副，考慮1、5號主孔和2、4號副孔可布置鉆機同時施工，副孔長度設為1.5 m，槽長5.4 m；I期槽施工完成后地層相對密實，II期槽成槽相對容易，槽段劃分四主三副，考慮Ⅱ期槽1、5、7號主孔和2、6號副孔可布置鉆機同時施工，Ⅱ期槽副孔長度設為1.2 m，槽長6.8 m。槽段劃分見圖2。

圖2 槽段劃分示意圖(單位：mm)

4.1.3 固壁泥漿的選用與改進

防滲墻成槽施工，傳統(tǒng)固壁泥漿采用膨潤土漿，鑒于本防滲墻工程為塊石回填地層，存在塊石架空，成槽施工大量漏漿將成為施工中的常態(tài)，所以采用膨潤土漿無法起到槽孔堵漏的效果，且施工成本很高。經(jīng)過生產(chǎn)試驗，施工中選擇了回填黏土自主造漿工藝，上部塊石地層槽孔鉆進過程中要反復投放黏土，重復造孔，起到擠密孔壁和填堵孔洞，防止出現(xiàn)大量漏漿，威脅槽孔穩(wěn)定。一旦出現(xiàn)大量漏漿，需要迅速回填黏土或泥渣，并摻加片石，泥渣可流入塊石層充填孔洞，片石與黏土可快速堵住大滲漏孔洞，防止槽孔因漿面下降過快而塌孔。

4.1.4 工法的選擇及改進

此外，企業(yè)的管理層也是直接影響經(jīng)濟管理的重要因素，管理層能否合理稱職的履行經(jīng)濟職能可以從財務會計的監(jiān)督下反映體現(xiàn)，且在這樣的監(jiān)督下管理層的職權能夠更加的公正透明，財務更加健康合理化。

根據(jù)《水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》[4]傳統(tǒng)的單元槽段成槽施工方法為“鉆劈法”，先鉆主孔，再劈打副孔，最后施工小墻。針對本工程地層條件采用傳統(tǒng)的“鉆劈法”施工，存在以下不足之處：

(1)成槽施工過程中槽孔內易出現(xiàn)卡鉆、埋鉆事故，由于主孔和副孔孔深相差懸殊，處理難度極大，有時會處理失??；

(2)劈打副孔時容易出現(xiàn)大面積塌孔漏漿，且由于副孔兩邊主孔已施工，回填黏土堵漏困難，需將兩邊主孔回填，回填黏土量大。

鑒于以上原因，該地層條件下成槽工藝選擇“循環(huán)鉆進法”[3]，及“平打法”。由于上部塊石架空地層極其容易出現(xiàn)塌孔漏漿，需反復回填黏土擠壓密實，在上部塊石地層中造孔成槽縮短主副孔的高差有利于快速回填黏土堵漏，鑒于主孔需要一定的導向深度要求和鉆具高度，主副孔鉆進錯開2 m。如此提高了回填黏土堵漏的速度和效果，并擠壓密實槽壁，節(jié)約黏土用量?！把h(huán)鉆進法”施工工法見圖3。

4.1.5 槽孔坍塌的處理

該地層防滲墻施工難免出現(xiàn)部分槽孔坍塌，如何處理塌槽成為施工的難題。塌孔往往為上部塊石回填層，塌孔會使槽孔形成“漏斗形”或“酒壇型”，回填黏土或石渣料難以使坍塌部位再次形成穩(wěn)定地層，往往隨著槽孔的再次鉆進回填部位會再次垮塌，并造成卡鉆、埋鉆事故。

通過生產(chǎn)試驗，塊石地層塌槽采用低標號混凝土回填的方法，能有效的控制地層穩(wěn)定，為二次成槽提供保障。為節(jié)約成本，回填的混凝土強度選用5～10 MPa，混凝土骨料可選用石渣、石屑、風化砂等廢料，膠凝材料選用水泥、粉煤灰。為減少回填混凝土用量，需先探明塌孔位置，再用黏土或石渣回填至塌孔底部，回填混凝土采用水下直升導管法澆筑，確?；炷翝仓|量。待回填混凝土達到2 MPa強度以上(約3 d齡期)后可開始二次成槽施工，成槽后，回填部分混凝土可與地層緊密結合并形成槽壁襯砌或拱圈，穩(wěn)定槽壁。塌孔處理示意圖見圖4。

圖3 循環(huán)鉆進法施工工法示意圖

圖4 塌孔處理方法示意圖

4.1.6 局部特殊地質部位采取的措施

防滲墻在施工過程中,通過先導孔基巖取芯和基巖壓水試驗，發(fā)現(xiàn)A19、A23、A38號槽遇到大孤石，A9～A12、A56～A57、A80～A81、A88、A93～A94號槽存在基巖面起伏較大，可能存在礁石、海蝕溝、風化槽，基巖完整性差，堪巖判斷困難，存在滲漏通道，嚴重影響防滲效果。經(jīng)過精確的勘察和多次方案論證，決定在特殊地質情況的槽段增加墻下帷幕灌漿處理以確保防滲效果。帷幕灌漿孔以上部位沿防滲墻軸線單排布置，孔距1m，共計95個孔，分兩序施工，灌漿段深入基巖15～20 m，灌漿后基巖滲透系數(shù)小于5 Lu，有效控制了墻下基巖滲漏，確保了防滲體系的完整性。灌漿孔布置如圖5。

圖5 灌漿孔位布置圖

4.2 防滲墻塑性混凝土墻體材料研究及應用

由于本工程塑性混凝土強度低、彈性模量小、抗?jié)B要求高，以往采用砂石骨料為主的塑性混凝土彈性模量和抗?jié)B系數(shù)較難達到設計要求，根據(jù)《水工混凝土配合比設計規(guī)程》[5]和《水工混凝土試驗規(guī)程》[6]對混凝土配合比室內試驗，采用以砂石為骨料、石屑和石子為骨料、全部石屑為骨料3種骨料不同組合進行混凝土配合比試驗[7]，試驗結果表明石屑骨料塑性混凝土既滿足了設計指標要求，在水膠比相近的情況下，石屑骨料塑性混凝土強度小幅降低而彈性模量和滲透系數(shù)可大幅減小，更好的滿足了低強度、低弾模、低滲透系數(shù)的指標要求，而且石屑替代砂石，可大幅降低混凝土成本，取得較好的經(jīng)濟效益?；炷僚浔燃霸囼灲Y果見表1、2所示。

表1 塑性混凝土配比選擇結果

表2 塑性混凝土物理力學性能指標試驗結果

5 防滲墻質量檢驗

5.1 防滲墻混凝土取樣檢測結果

防滲墻混凝土取樣檢測結果見表3。

表3 防滲墻砼試塊檢測結果統(tǒng)計表

5.2 防滲墻墻體防滲性能檢測

(1)墻體注水試驗檢測。防滲墻工程完成后，混凝土齡期滿足28 d后進行注水檢查，每隔100 m內布置一個注水孔，共布置5個注水檢查孔，注水試驗結果均滿足設計要求。墻體注水試驗結果見表4。

表4 墻體注水試驗結果統(tǒng)計表

注：設計要求塑性地連墻墻體材料28 d齡期指標應滿足滲透系數(shù)K≤1×10-8cm/s。

(2)墻體孔內彩電觀測。為進一步判斷墻體混凝土密實性和完整性，抽取部分槽段進行了孔內攝像進行直觀分析，由孔內圖像判斷分析，塑性混凝土防滲墻檢查孔孔壁光滑，墻體澆筑均勻密實，完整性較好，表明成墻質量基本完好。部分孔內攝像效果如圖6所示。

圖6 部分槽段孔內攝像效果圖

(3)基坑開挖后墻體滲水觀測。泵房基坑開挖完成后，在基坑內防滲墻側設置排水溝和集水坑對墻體滲水進行抽排，架設50 m3/h水泵日夜各抽水1次，每次抽排約1 h即可達到排水平衡。通過基坑排水觀測，基坑滲水量約100 m3/d，墻體防滲效果良好，基坑排水量較小，滿足了泵房干地施工條件。基坑開挖完成后滲水情況見圖7。

5.3 防滲墻墻體變形觀測

本工程沿防滲墻軸線每30 m布置一個測斜孔，共布置測斜孔16個，在泵房基坑開挖過程中對防滲墻變形進行不定期監(jiān)測，測斜成果如表5所示。

根據(jù)防滲墻設計技術規(guī)格書要求，在內部子項施工期間需加強對防滲墻變形檢測，設計要求防滲墻最大水平位移控制值為20 mm，報警值為15 mm。本工程墻體最大水平位移5.29mm，符合設計要求，墻體變形控制良好。

圖7 基坑開挖滲水情況圖

孔號A11-7A18-5A26-1B32-1B36-5B42-7B48-1B52-7最大水平位移/mm0.883.324.774.7343.965.293.66孔號B63-5B72-1A78-5A84-7A88-5A94-1A98-7A102-5最大水平位移/mm3.633.923.943.982.831.821.621.21

6 結 語

通過礁石灘填石圍堰防滲墻施工技術在陸豐核電一期泵房圍堰防滲工程中的應用，對防滲墻各項質量指標的進行了檢測，得出以下結論。

(1)在塊石圍堰地層中采用的防滲墻成槽工藝在傳統(tǒng)工藝的基礎上根據(jù)實際地層情況進行了改進，采用“循環(huán)鉆進法”的成槽工藝、反復回填黏土摻片石自主造漿和擠密堵漏的固壁方法、低標號混凝土塌孔處理方法，有效解決了塊石地層成槽泥漿漏失量大，塌孔嚴重的施工難題，成槽質量可靠，對類似地層的防滲墻成槽施工有一定的指導意義。

(2)針對礁石灘填石圍堰的特殊地層情況，局部采取補充墻下帷幕灌漿的方案可進一步規(guī)避因礁石裂隙、海蝕溝、風化槽等造成防滲墻墻下滲漏的風險，確保防滲墻與基巖完整閉合。

(3)采用的石屑替代砂石為骨料的塑性混凝土，質量指標能滿足設計和規(guī)范要求，墻體抗?jié)B效果好，且可降低混凝土材料成本，在圍堰塑性混凝土防滲墻中可推廣應用。

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[1] 張聚生，孔祥生，楊永強.嶺澳核電站防波堤塊石層防滲墻造孔技術[J].水力發(fā)電，1999,(11)：18-19.

[2] 李永琳.遼寧紅沿河核電廠塑性混凝土防滲墻施工關鍵技術[J].武漢大學學報(工學版)，2010,(s1)：471-474.

[3] 黃祥平，周昌茂，何 英，等.循環(huán)鉆進成槽法在圍堰防滲墻施工中的應用[J].人民長江，2014,(4)：60-62.

[4] DL/T5199-2004,水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范[S].

[5] DL/T5300-2005，水工混凝土配合比設計規(guī)程[S].

[6] SL352-2006,水工混凝土試驗規(guī)程[S].

[7] 張勝強，楊 磊，李佳偉，等.摻石渣粉塑性混凝土配合比試驗研究與應用.長江科學院院報，2016，33(5)：116-120.