福建水口水電站縱向子圍堰防滲墻工程快速成槽施工技術(shù)探討

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清，301700)

1 工程概況

福建閩江水口水電站樞紐壩下水位治理與通航改善工程位于福建省閩江干流閩清縣境內(nèi)的閩江河段上，上距水口水電站約9.0km，距閩清縣城約5.0km，距福州約71.0km。

本工程為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型。工程開發(fā)任務(wù)為抬高水口水電站下游水位，保證在基荷流量(308m3/s)下即可滿足通航要求，改善通航條件；滿足水口水電站水輪機吸出高度達(dá)到原設(shè)計要求，保證機組的正常穩(wěn)定運行。本樞紐工程主要建筑物包括擋水建筑物、泄洪消能建筑物和通航建筑物等。

福建閩江水口水電站樞紐壩下水位治理與通航改善工程圍堰防滲墻已先后在2016年和2017年年初進行了兩期施工，完成了上游和下游橫向圍堰防滲墻。2017年汛后施工的是縱向子圍堰防滲墻?？v向子圍堰為土石圍堰，梯形斷面，堰體全斷面填筑石渣，采用C4塑性混凝土防滲墻防滲?？v向子圍堰防滲墻軸線長達(dá)895.4m，劃分為149個槽段；防滲墻厚度分為0.6m和0.8m兩種型式；入基巖50cm，最大孔深51.20m；成墻面積為17101.01m2。

2 工程地質(zhì)

縱向子圍堰防滲墻需穿過圍堰填筑區(qū)(圍堰填筑高程約-6.0m～10.5m)、河床覆蓋層(卵石、礫石層)進入基巖，基巖為花崗斑巖。

縱向子圍堰堰體采用石渣回填。圍堰填筑料采用建興料場和備料場的石料，土石混雜，級配不均勻，膠結(jié)性差，壓實度低。

覆蓋層厚度壩線上游較薄，下游段靠近深槽覆蓋層較厚，厚度變化大。主要由中粗砂、砂卵礫石層組成，卵石粒徑一般約2cm～6cm，少量為10cm～20cm，含量約30%～40%，礫石粒徑一般0.2cm～2cm，含量約30%～35%，中粗砂充填，覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，透水性強，工程性能差。

覆蓋層下伏弱風(fēng)化基巖(花崗斑巖)，巖石堅硬，力學(xué)強度高，弱風(fēng)化基巖巖體透水率為q=0.19Lu～3.73Lu，為弱～微透水層，巖體完整性差～較完整，地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷層不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)大的不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面，地基穩(wěn)定性較好。

3 總體施工方案

根據(jù)本工程地質(zhì)條件、工期等要求及前兩期圍堰防滲墻的施工經(jīng)驗，縱向子圍堰防滲墻總體施工方案為：

(1)防滲墻成槽開挖主要采用沖擊鉆“鉆劈法”，抓斗輔助施工的施工工藝；

(2)主孔鉆進階段采用抽筒法排渣，清孔階段采用抽筒換漿法清孔出渣；

(3)固壁泥漿：主孔以粘土漿為主，副孔采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿，清孔采用膨潤土泥漿；

(4)采用液壓拔管機進行“接頭管法”墻段連接，這樣既能節(jié)約接頭孔混凝土，又能節(jié)省接頭孔鉆鑿工時，并可最大限度地保證接縫質(zhì)量；

(5)混凝土拌合樓拌制塑性混凝土，9m3混凝土罐車運輸至槽口；

(6)泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土，壓球法開澆。

4 防滲墻施工存在的難點

4.1 施工工期緊，施工強度高

縱向子圍堰防滲墻施工工作面分兩個階段提供，給施工布置帶來了很多不便；臨建期短，只有7d；防滲墻施工工期緊，主體結(jié)構(gòu)工期為64d；工程量大，施工強度高。

4.2 地質(zhì)情況復(fù)雜，漏漿、塌孔嚴(yán)重

4.2.1 槽段漏漿、塌孔

縱向子圍堰防滲墻各槽段上部為回填的建興料場和備料場的石料，土石混雜，級配不均勻，膠結(jié)性差，壓實度低，部分槽段開孔就是大塊石，造成本期防滲墻大部分槽段開孔就發(fā)生漏漿，甚至塌孔。

縱向子圍堰防滲墻各槽段在孔深10m～12m以下為大塊石堆積體，直接坐落在原始巖面上。該區(qū)域填筑料粒徑大、強度高、松散，普遍具有架空結(jié)構(gòu)，存在很多滲漏通道，經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重漏漿。各槽段10m～12m以下造孔過程中需反復(fù)回填粘土、石渣和塊石進行堵漏，重復(fù)造孔次數(shù)多，施工工效低。

一旦槽孔底部嚴(yán)重漏漿，致使泥漿大量流失，漿面急劇下降，槽孔上部失穩(wěn)，槽段上部5m極易發(fā)生坍塌，甚至埋住鉆頭。

4.2.2 基巖鑒定困難

位于縱向子圍堰堰體底部的大塊石堆積體直接坐落在原始巖面上?；鶐r為花崗斑巖，巖性堅硬，力學(xué)強度高。在防滲墻入巖過程中，頻繁、嚴(yán)重的漏漿造成鉆渣取樣不純，基巖鑒定困難，終孔深度不易確定，致使實際入巖超深，成槽困難，施工周期長。

4.2.3 抓斗施工困難

漏漿嚴(yán)重的槽段采用抓斗成槽易發(fā)生塌孔，需堵漏后再采用抓斗施工。由于圍堰底部多為大塊石堆積層，而抓斗遇上大塊石無法正常施工，造成大部分槽段只能抓至8m～10m，部分槽孔甚至只能抓取3m～5m，成槽功效很低，無法充分發(fā)揮抓斗施工工效高的優(yōu)勢。

4.3 施工道路場地小，交叉作業(yè)多

縱向子圍堰防滲墻施工設(shè)備多，高峰期現(xiàn)場共投入62臺沖擊鉆和2臺抓斗，另外還有2臺吊車、5臺裝載機、4臺小挖機、4臺運渣車、4臺混凝土罐車等大量的輔助設(shè)備。

施工軸線長，施工現(xiàn)場道路狹窄。大量施工車輛同時運行在不足7m寬的施工道路上，交叉作業(yè)多，相互干擾大，運行效率低，安全隱患多，同時也會造成部分槽段由于不能及時將堵漏材料運送至漏漿槽段而造成槽段塌孔。

5 快速成槽的主要施工技術(shù)

5.1 選擇與地層相適應(yīng)的造孔工藝和施工設(shè)備

防滲墻造孔成槽工藝主要有“鉆劈法”、“鉆抓法”、“純抓法”、“銑削法”等?？紤]到本工程特有的地質(zhì)情況、墻體深度、設(shè)備能力和施工強度等，縱向子圍堰防滲墻采用“鉆劈法”，結(jié)合抓斗輔助施工的方法。即先使用CZ-6A沖擊鉆機鉆進主孔至設(shè)計入巖深度，然后劈打副孔，再找小墻成槽，底部基巖采用沖擊鉆鉆鑿。為加快施工進度，根據(jù)地層情況，在劈打副孔、沖鑿小墻時可利用液壓抓斗進行輔助施工。

為確保施工工期，縱向子圍堰防滲墻第一階段工作面接收后投入40臺沖擊鉆，根據(jù)第二階段工作面接收情況，逐步增加施工設(shè)備，高峰期投入62臺沖擊鉆，另外現(xiàn)場投入了2臺液壓抓斗輔助鉆機進行搶工。

5.2 采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿護壁

泥漿是混凝土防滲墻施工不可缺少的介質(zhì)材料。泥漿在造孔過程中起到固壁、防滲、懸浮攜帶鉆碴、清孔和冷卻鉆具的作用。泥漿的正確使用和泥漿性能的控制是泥漿護壁成槽法成敗的關(guān)鍵。

縱向子圍堰防滲墻主孔施工以粘土漿(孔內(nèi)原位造漿)為主，副孔施工、清孔換漿采用膨潤土泥漿，防止槽孔漏漿、塌孔，確保清孔和澆筑質(zhì)量。由于本期防滲墻地質(zhì)情況復(fù)雜，填筑料松散，架空嚴(yán)重，常規(guī)膨潤土泥漿不能很好地滿足固壁和防滲的要求，為此在膨潤土泥漿中添加了3‰的CMC，改善泥漿的膠體性質(zhì)，減少失水量，提高鉆碴的懸浮能力和固壁效果。

5.3 漏漿、塌孔的預(yù)防和處理

鑒于本防滲墻工程施工過程中漏漿、塌孔現(xiàn)象普遍存在，造孔過程采取了以下措施進行預(yù)防：

(1)縮短每個槽段的長度(墻厚0.8m的槽段長度為6.8m，墻厚0.6m的槽段長度為6.6m)。通過對設(shè)計提供的地質(zhì)資料的認(rèn)真分析，并總結(jié)前兩期圍堰防滲墻的施工經(jīng)驗，最終采取了“3主2副”的成槽方案，縮短成槽時間，確保槽段安全；

(2)防滲墻各槽段控制開孔時造孔速度，上部5m采取“反復(fù)式”回填堵漏材料，期間不抽渣，以便對地層擠壓密實，預(yù)防漏漿，防止導(dǎo)向槽底部坍塌；

(3)由于各槽段孔底普遍漏漿嚴(yán)重，防滲墻造孔過程中，先將3個主孔施工完畢后再將2個副孔坐至孔底，保留小墻作為支撐，最后打掉小墻成槽，降低塌孔風(fēng)險；

(4)抓斗施工前，先將3個主孔和2個副孔用排渣溝內(nèi)的鉆渣和泥漿混合體回填滿，并預(yù)備足量的粘土和鉆渣混合料。抓斗施工槽段期間不停補充膨潤土泥漿，根據(jù)情況加入粘土和鉆渣混合料，這樣可以保證抓斗施工時槽孔內(nèi)的泥漿粘度，降低漏漿、塌孔風(fēng)險；

(5)在造孔過程中，根據(jù)施工的實際情況適當(dāng)提高膨潤土和CMC的材料用量，提高泥漿性能指標(biāo)，防止槽孔漏漿。

針對縱向子圍堰防滲墻造孔過程中經(jīng)常發(fā)生漏漿的情況，經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)實踐，主要采取以下措施進行處理：

(1)一旦發(fā)現(xiàn)漿面下降較快，立即停鉆，將鉆頭迅速拉起；

(2)如遇少量漏漿，則加大泥漿粘度，根據(jù)情況也可將排渣溝內(nèi)鉆渣填入漏漿槽孔中；

(3)若槽段孔壁發(fā)生大量漏漿，則迅速向槽孔內(nèi)補充膨潤土泥漿，并將水泥摻入鋸末中混合均勻后投入槽孔中；

(4)若槽孔底部大量漏漿，則反復(fù)向孔內(nèi)加入比例為1∶1的片石和粘土的混合料，再沖擊鉆進直至堵住孔底滲漏通道，同時迅速向槽孔內(nèi)補充膨潤土泥漿；

(5)個別漏漿特別嚴(yán)重的特殊槽段，聯(lián)合采取多種堵漏措施進行處理。

針對縱向子圍堰防滲墻造孔過程中經(jīng)常發(fā)生塌孔的情況，主要采用以下方法進行處理：

發(fā)現(xiàn)有塌孔跡象，首先迅速提起施工機具，根據(jù)塌孔程度采取回填粘土、低標(biāo)號混凝土等處理措施；如孔口坍塌嚴(yán)重，先在塌孔位置處布置插筋、拉筋、廢舊鋼絲繩等，然后澆筑C15低標(biāo)號混凝土進行處理，保證槽口的穩(wěn)定。縱向子圍堰防滲墻造孔過程中，多個槽段出現(xiàn)了不同程度的塌孔。為保證施工進度，塌孔程度較輕的槽段盡量不采用澆筑混凝土的方式進行處理，盡快成槽澆筑。塌孔嚴(yán)重槽段澆筑C15混凝土進行處理。

5.4 準(zhǔn)確、及時的基巖面鑒定

縱向子圍堰防滲墻主孔鉆進至基巖面附近時，多加粘土，少加石渣，以提高鉆渣取樣的純度，保證基巖鑒定的準(zhǔn)確性，及時確定終孔孔深；個別漏漿嚴(yán)重的槽段由于填料多，造成取樣純度低，可再在副孔位置進行取樣，驗證所鑒定基巖面的準(zhǔn)確性；必要時采用巖心鉆進行取芯，確定終孔孔深。

5.5 “接頭管法”墻段連接

縱向子圍堰防滲墻墻段連接采用“接頭管法”。Ⅰ期槽孔澆筑前，在其端孔處下設(shè)接頭管。在墻體混凝土澆筑過程中，根據(jù)試驗確定的脫管齡期，隨混凝土面上升采用拔管機逐節(jié)拔出接頭管而形成接頭孔，然后將該接頭孔作為相鄰Ⅱ期槽孔的端孔。這種方法避免了重復(fù)鉆鑿接頭孔造成的工時和材料浪費，并具有接觸面光滑、接縫緊密、孔斜易控制、搭接厚度有保證等優(yōu)點。接頭管直徑根據(jù)墻厚分為600mm和800mm兩種，單節(jié)長5.6m，單銷連接。

本工程接頭管技術(shù)的采用，與傳統(tǒng)的鉆鑿法相比，不僅節(jié)省了塑性混凝土954.30m3，降低了材料成本，同時也減少了重復(fù)鉆鑿接頭孔的工程量2757.20m，加快了成槽進度。

5.6 鉆頭加焊耐磨塊

縱向子圍堰防滲墻槽段底部為回填的大塊石堆積體，粒徑大，強度高；基巖為花崗斑巖，巖性堅硬。造孔過程中，普通沖擊鉆頭強度偏低、磨損快，補焊頻繁，輔助時間長，鉆進工效低，制約了施工進度。針對這種情況，本工程在沖擊鉆頭上加焊耐磨耐沖擊高強度合金塊，有效克服上述缺陷，提高了施工工效。

6 施工管理

本工程防滲墻施工軸線長、槽段多、工程量大、工期短，施工期氣溫高，在國內(nèi)同等地層條件下也是罕見的。為此，項目施工前進行精心策劃，施工過程中加強協(xié)調(diào)管理，采取下列措施：

(1)為提高管理效率,加強現(xiàn)場協(xié)調(diào)，每天早8∶00在施工現(xiàn)場堅持日例會，每周三晚7∶30在項目部會議室召開周例會，及時解決現(xiàn)場施工存在的問題，加快施工進度；

(2)本工程施工期間正值福州夏季，8、9月份持續(xù)高溫2個月，白天最高氣溫高達(dá)38℃～40℃。夏季防暑降溫工作成為保障現(xiàn)場生產(chǎn)的一大重點。為此，每天為施工現(xiàn)場供給足夠的飲用水、飲料和涼茶等；為高溫天氣下堅持施工的廣大一線施工人員提供藿香正氣液/水、人丹、清涼油、風(fēng)油精等防暑藥物；積極改善工地生產(chǎn)生活環(huán)境，加強通風(fēng)降溫，宿舍和食堂均安裝電扇。通過采取多種措施，有效地開展了防暑降溫工作，避免了中暑事件的發(fā)生，保障了現(xiàn)場持續(xù)安全生產(chǎn)；

(3)為了充分調(diào)動各施工機組的積極性，項目設(shè)立了獎勵基金，按周開展勞動競賽。根據(jù)本工程控制性工期要求和現(xiàn)場實際施工情況確定各施工槽段的節(jié)點工期，對按期或提前完工的機組進行獎勵；抓斗施工班組按照施工進尺進行獎勵。

7 防滲效果

縱向子圍堰防滲墻于2017年10月13日實現(xiàn)了閉氣合攏，2017年10月16日投入20臺水泵進行圍堰基坑抽水，10月底基坑見底，開始基坑開挖和基礎(chǔ)面清理。2017年11月初完成防滲墻檢查孔11個，取芯完整、連續(xù)、致密，注水試驗所得滲透系數(shù)均小于10-7cm/s，滿足設(shè)計要求。2017年11月底圍堰基坑開挖完成，最深處開挖至高程-20m以下，整個基坑面積約27萬m2，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點，防滲墻施工效果良好，為基坑內(nèi)后續(xù)施工創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境。

8 結(jié)語

由于本工程開工前準(zhǔn)備充分，資源投入充足，施工過程中認(rèn)真分析，采取了一系列有針對性的快速成槽施工技術(shù)，圓滿完成了本期防滲墻施工任務(wù)?？v向子圍堰防滲墻2017年8月4日接收第一階段施工工作面，臨建準(zhǔn)備期7d，2017年8月11日開工，2017年8月19日至2017年8月27日分段接收了第二階段工作面，2017年10月13日完工，主體結(jié)構(gòu)施工歷時64d，澆筑槽段149個，成墻面積17101.01m2，高峰期平均成槽強度為341m2/d。

本工程地質(zhì)情況復(fù)雜，工期極為緊張，要按時完成必須采取必要的施工措施。本項目采取的快速成槽技術(shù)，為以后類似地層的防滲墻施工積累了經(jīng)驗，有一定的借鑒意義。