橫泉水庫塑性混凝土防滲墻施工中有關問題的處理

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

　　［關鍵詞］ 防滲墻 槽孔穩(wěn)定 孔斜 卡鉆 孤石處理

　　1 概述

　　橫泉水庫工程位于山西呂梁地區(qū)中部，為山西省在建的重點水利樞紐工程，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行防滲處理。防滲墻設計墻厚0.80m，成墻深度28～42m，墻體嵌入風化基巖深度5m，混凝土抗壓強度1.5～2.5MPa，設計滲透系數(shù)小于10-7cm/s。

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

　　根據(jù)防滲墻施工的相關地質(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：主要為混合斜長片麻巖、混合花崗片麻巖、混合花崗巖。基巖層的上部為全風化體和強風化體，厚度15～40m不等。

　　2 施工中遇到的主要技術難題

　　1）槽段孔壁的失穩(wěn)問題：在施工前期的鉆孔過程中，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，處理時間長，嚴重影響了工程進度。如在工程初期對部分槽段的成*槽統(tǒng)計中，塌孔處理時間占整個成槽時間的33%，占各類成槽事故的62.8%；

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

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

　　4）較大孤石對施工的影響：在施工中屢次遇到孤石的存在，如在35號槽鉆進到12.0m深度時，遇到大孤石，沖擊鉆機無法繼續(xù)鉆進，鉆具多次被打壞，進尺極慢。后經(jīng)查看，孤石的尺寸長度達3.2m、厚度達2.5m，為一特大孤石，處理起來非常困難。

　　3 解決方案

　　3.1 事先預防

　　1)槽孔墻壁的穩(wěn)定措施研究

　　槽孔穩(wěn)定與地層情況、槽段長度、泥漿性能和人員操作等諸多因素有關，根據(jù)對導致塌孔的關鍵成因分析，在技術上從泥漿配制、槽段長度設計等方面采取措施預防塌孔。

　　（1）泥漿性能的改進

　　通過對槽壁穩(wěn)定系數(shù)(坍塌安全系數(shù))的計算，可得出造孔泥漿所需最小密度，計算公式如下：

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

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　　L、B、H——分別為槽段的長度、寬度和深度(m)；

　　c——粘性土不排水抗剪強度，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。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，減少對孔壁穩(wěn)定性的破壞。經(jīng)過多次試驗，最后選用了府谷生產(chǎn)的造漿率較高的膨潤土，并添加了外加劑(聚丙烯胺)來增加泥漿粘度。膨潤土泥漿的配比及24小時膨化后的泥漿性能指標分別見表1和表2：

　　(2)槽段長度的調(diào)整

　　一方面，槽段越長，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，槽段過長又會降低孔壁的穩(wěn)定性，縮短槽長可以增加槽壁的抗剪強度，有利于孔壁的穩(wěn)定，而且單槽成槽時間不能太長。 因此，根據(jù)相關公式計算，最終確定各槽段的劃分長度一般在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。通過研究和以往經(jīng)驗，在施工砂卵石層應選用沖擊力大的鉆機，鉆頭優(yōu)先選用空心鉆，鉆頭質(zhì)量保證在一定重量以上，鉆機操作手一定要經(jīng)驗豐富、操作熟練，這樣可以減少施工中的孔斜偏差。同時，鉆機操作手要做到減小一次松繩長度，增加松繩次數(shù)，特別是在劈打副孔和小墻時，更應控制一次松繩量，最好是在一定時間內(nèi)暫停松繩，鉆機不停(俗稱“吊打”)。要經(jīng)常檢查沖擊鋼絲繩的垂點與槽孔中心的偏差，超過50mm就應采取措施。

　　3)預防“卡鉆”

　　施工中大多出現(xiàn)的卡鉆情況，一是施工時槽孔上部掉石頭，出現(xiàn)塌孔，將鉆頭埋?。欢鞘┕ぶ秀@頭被卡在下部巖石中。針對以上兩種情況采取的相應措施是：

　　（1）施工中使用合格的漿液，防止槽孔坍塌；

　?。?）在下部基巖鉆過時重復利用舊鉆頭鉆孔，新補焊的鉆頭不能直接用于下部的基巖鉆進，以免出現(xiàn)新鉆進的基巖孔徑大于上部孔徑，形成卡鉆的條件。

　　3.2 現(xiàn)場處理

　　1)塌孔的處理

　　塌孔發(fā)生在成槽快要結(jié)束的時候，如果塌孔后不影響鉆機的正常施工，可以用水泥摻拌粘土槽內(nèi)靜止一段時間后再施工，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，導墻底部懸空，則下部應采用粘土回填到導墻下部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，待混凝土有一定強度后再重新開孔成槽。

　　塌孔后，如果鉆機平臺或棄渣平臺已塌空，導墻已發(fā)生斷裂，使得鉆機無法繼續(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平臺或棄渣平臺架空，重新形成一個導向槽支架，從而減少槽壁上部的均布荷載。在施工32號槽時，由于導墻發(fā)生斷裂，當時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，最后用了兩根12m長的工型鋼將鉆機平臺和棄渣平臺架空，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程中，孔斜偏大與糾斜處理成為影響施工進度的因素中僅次于塌孔處理的最重要技術難題。