试论水库电站大坝中混凝土防渗墙的施工技术
摘要:大坝混凝土防渗墙为隐蔽工程,施工质量要求比较严格。本文通过介绍防渗墙施工方法及技术说明为了提高施工质量,应要求承建单位加强内部管理和人员培训,提高施工工艺水平,防止或减少类似质量事故发生,确保工程质量。
关键词:水库大坝，防渗墙设计施工，施工技术，质量控制
1工程概况
该水库防洪标准为100年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核,设计洪水位166.80m,校核洪水位167.20m,兴利水位165.00m,死水位154.00m,总库容2997.1万m3,兴利库容2234.7万m3,其中发电库容890.6万m3。大坝坝顶总长773m,分主坝和副坝两段。主坝为均质土坝,坝顶总长460m,坝顶高程168.40m,最大坝高22.0m,坝顶宽8.0m。副坝为均质土坝,长313m,最大坝高7.30m,坝顶宽8.0
m,坝顶高程168.40m。主、副坝坝顶上游侧设高1.2m、厚0.6m的浆砌细料石防浪墙,墙顶高程169.60m。溢洪道位于大坝右端,为正槽开敞式,共5孔,每孔净宽7.5m,设置7.5m×9.5m平板钢闸门5扇,堰顶高程157.50m,最大泄量2015m3/s。放水洞位于溢洪道右边墙内,为有压涵管式,进口底板高程154.00m,设计泄量7.21m3/s。
2防渗墙设计
大河水库施工时,清基不彻底且未设截渗槽,主、副坝及左坝肩直接建在厚度1～12.5m的砂砾石层上,坝基、左坝肩渗漏严重。兴利水位165.00m时,年渗漏量581.6万m3,占总库容的19%。为保证电站的正常运行,必须对坝基和左坝肩进行防渗处理。
经过对混凝土防渗墙、高压旋喷板墙和帷幕灌浆三个方案的技术经济比较,选择了混凝土防渗墙方案。主、副坝防渗墙沿坝轴线上游0.8m处布置,墙顶高程167.40m,主坝段长543.137m(0+000～0+543.137),副坝段长268.528m(0+543.137～0+811.665),防渗墙厚0.6m。主、副坝段防渗墙顶与防浪墙基础相接,主坝段防渗墙右端与右岸溢洪道边墩相接,副坝段防渗墙左端与左岸岩体相接。主坝段防渗墙嵌入强风化基岩1.5m,副坝段嵌入强风化基岩1.0m。防渗墙采用C15素混凝土,抗渗等级W6。混凝土防渗墙最大深度30m,设计总成墙面积2.07万m2。
3防渗墙施工
3.1施工方法
混凝土防渗墙为槽孔形,先施工的槽段为Ⅰ期槽,后施工的槽段为Ⅱ期槽。Ⅰ、Ⅱ期槽的端槽均采取套接形式连接。采取抓斗与钻劈相结合的方法施工,泥浆式固壁,自流式灌注混凝土。防渗墙坝体段槽孔采用宽0.6m的抓斗开挖,基岩及端槽开挖采用冲击钻。
3.2施工技术及质量控制
3.2.1施工平台
防渗墙施工平台应坚实、平坦,导墙应垂直、稳固、位置准确。防渗墙施工平台沿坝顶轴线布置,顶高程168.40m。施工平台设计宽度为14m,其中防渗墙轴线上游宽3m,下游宽11m。防渗墙轴线上游坝顶宽3.2m,满足防渗墙轴线上游宽3m的要求;防渗墙轴线下游坝顶宽4.8m,不满足要求,采取填筑的方法形成,以达到下游宽11m的要求。在填筑过程中,应严格控制填筑的下游边坡及压实质量,确保施工平台的稳定性,保证防渗墙造孔质量。
3.2.2先导孔及单孔基岩鉴定
为探明块球体或孤石等对造孔质量的影响,准确掌握防渗墙底部高程,沿防渗墙中心线每隔6.0～10.0m布置先导孔,钻取岩芯并描述,为保证防渗墙槽孔深入强风化岩层顶板以下1.5m、1.0m,应根据先导孔确定的强风化岩层顶板线为基础,要求每一主孔和特殊副孔在将进入强风化岩层顶板线以上时开始取样,进行岩样鉴定,最终确定单孔的强风化岩层顶板高程及终孔深度。
3.2.3造孔
孔口的导墙基础应修筑在稳固的地基上,并应对松散地基土进行加密处理,深度不小于5m。应重点检查导墙修筑的技术指标有:
(1)导墙应平行于防渗墙中心线,其允许偏差为±lcm;(2)导墙顶面高程(整体)允许偏差±lcm;(3)导墙顶面高程(单幅)允许偏差±0.5cm;(4)导墙间净距允许偏差±0.5cm;(5)导墙内墙垂直度允许偏差≤0.2%。
槽孔壁应平整垂直,孔位中心允许偏差不大于3cm,Ⅰ期槽孔孔斜率不大于0.4%;遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时,其孔斜率亦不得大于0.6%;对于Ⅰ、Ⅱ期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值应不大于20cm,并应采取措施保证设计厚度。
3.2.4槽形
单元槽段槽形质量控制,主要指标包括槽段长度、宽度、深度、孔斜率、套接厚度(Ⅱ期槽)等,其中前三项可直接测量,后两项可通过测量计算求出。
(1)孔斜率
孔斜率是某一孔深处的孔位中心相对于孔口处的孔位中心偏差值与该处孔深的比值。槽孔孔斜率采用重锤法测量。利用钻机钢丝绳悬吊钻头,在自重作用下,沿钻孔中心线每2m测定钻头偏离中心的距离,按下式计算得某段底部或全孔底部的孔斜值:K=B/H'(H=H')B=[(H'+h)/h]A式中,K为孔斜率;H为实际孔深;H′为量测孔深;h为桅杆高度;A为钢丝绳在槽口测定距离;B为被测定处的底部偏斜距离。设计要求孔斜率:Ⅰ期槽孔不大于0.4%,其余槽孔孔斜率不大于0.6%。
(2)套接厚度
套接厚度指Ⅰ、Ⅱ期槽套接孔在某一孔深处两槽孔相交的公共弦长度。套接厚度计算方法:以槽孔正孔位为相对坐标原点0(0,0),顺防渗墙轴线方向为X轴,垂直于防渗墙轴线方向为Y轴建立平面直角坐标系。套接孔在两次施工时的某段底部或钻孔底部的孔斜值对应坐标01(X1,Y1),02(x2,y2),则套接孔的中心距为:l=√(x2-x1)2+(y2-y1)2;套接厚度:b=√d2-l2,其中d为钻头钻孔直径,为60cm。Ⅰ、Ⅱ期槽套接孔的两次孔位,在任一深度的套接厚度均应满足设计要求不小于60cm。
(3)墙段连接
防渗墙单元槽段采取套接形式连接。根据现有施工设备,套接孔采用钻凿法施工。影响单元槽段套接质量的主要因素有:二次造孔和清孔时的孔形、孔壁刷洗、泥浆性能、清孔质量、槽内混凝土面的高差、端部浇筑导管埋设部位、测量误差等。
设计要求单元槽段段长控制在5～8m,为了减少墙体连接缝,对单元槽段长进行了适当调整,一般控制在8～10m。
3.2.5清孔单元槽段槽形经检查验收合格后方可清孔换浆。清孔换浆采用泵吸法,清除回落在孔底的沉渣,更换新鲜泥浆。其主要目的是使槽内泥浆质量满足清孔规定要求,以保证混凝土浇筑质量;检验槽底淤积厚度不大于允许标准(设计要求小于10cm),保证防渗墙与基岩的接触质量。清孔结束1h后,应检查孔底泥浆淤积厚度、泥浆比重、含砂量及粘度,各项指标均应满足设计要求(淤积厚度小于10cm,孔内泥浆比重<1.3、含砂量<10%,粘度<30s)。
