第十一节混凝土防渗墙工程实例文档格式.docx
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本期防渗墙分为43个槽孔,单数号槽孔为一期槽,双数号槽孔为二期槽。
槽孔长度为6.60~8.70m,主孔长均为1.20m,副孔长1.30~1.95m,其中大部分槽孔长7.20m,副孔长1.80m。
采用CZ30型和CZ22型钢绳冲击钻机造主孔,液压导板抓斗抓部分副孔,另一部分副孔采用钻劈法施工。
总计投入冲击钻机20台,液压导板抓斗1台,2m3卧式泥浆搅拌机10台。
为避免相互干扰,冲击钻和液压导板抓斗分别布置在槽孔两侧,抓斗抓出的砂卵石由装载机装自卸卡车运走。
施工高峰时抓斗抓取副孔的工效达到48.0m2/台日,冲击钻钻凿主孔
的工效达到l.8m2/台日,钻劈副孔的工效达到3.0m2/台日,钻凿粉煤灰混凝土接头孔的工效为2.3m2/台日。
防渗墙混凝土由JS500型卧轴强制式混凝土搅拌机拌和,由自动称量系统称量骨料,人工加水泥和掺合料。
搅拌站生产能力为53m3/h。
搅拌好的混凝土由6m3搅拌运输车运至
槽孔口卸至接料漏斗。
造孔泥浆由设在右岸滩地上的10台2m3泥浆搅拌机生产,备有6个储浆池,总容积
33
900m3,日制浆能力548m3。
当地粘土质量较差,粘粒含量仅为35%,为拌制合格的泥浆,在制粘土浆时加入了少
量的膨润土和碱粉(表7-11-1)。
表7-11-1加入膨润土对当地粘土泥浆性能改善的情况
产地
膨润土加量(%)
加碱量
密度
粘度
含砂量
失水量
稳定性
胶体率
泥皮厚
pH值
静切力(Pa)
(%)
(g/cm3)
(s)
(mL/30min)
(mm)
1min
10min
规程
要求
1.15~
1.25
20~
25
<
5
10
≤0.03
≥96
2~4
7~9
2~3
5~10
梁村土
—
0.40
18.0
6.2
21.1
0.031
97
5.0
0.59
1.35
1.40
24.5
0.9
12.0
100
2.0
8~9
3.07
3.43
工程开始使用的混凝土早期强度太高(R5=30.7MPa,R28=44.1MPa),给钻凿接头孔
带来很大的困难。
前期所造的15个接头孔中有8个因孔斜过大而报废,其中有的孔只钻凿了5.2m就因孔斜过大而无法继续钻进,最后只有向孔内回填质地坚硬的卵石以重新修孔钻进。
修孔和钻凿接头孔工作量总计385m,其工效为1.15m2/台日。
为此,后期研究并采用了早期强度较低,而后期强度较高的掺粉煤灰混凝土,该种混凝土的物理力学指标如表7-11-2。
表7-11-2粉煤灰混凝土强度指标
指标
R7
R14
R28
R60
R90
R360
E90
W
(MPa)
90d
试验室
7.8
16.7
24.7
34.2
37.8
46.5
23300
≥S8
机口取样
15.8
19.4
28.7
31.4
38.7
47.8
30800
>
S12
为了监测混凝土质量,对39个槽孔的混凝土均进行了机口取样,求得28d和90d的抗
压强度。
对部分槽孔取样还求得7d、14d、60d和360d的抗压强度、抗渗指标以及弹性模
量。
对90d抗压强度试验结果进行了数理统计分析得到,R90=38.7MPa,标准差σ=3.8MPa,
离差系数Cv=0.098,强度保证率P=93.5%,合格率100%。
抗渗标号均在W12以上,弹性模量E=30000MPa左右。
从统计结果看,混凝土质量控制均匀,按《水利水电基本建设单元工程质量等级评定标准》(SDJ249-88)评定,混凝土质量应属于优良之列。
经验收的43个接头孔中,测斜总计1974点,孔斜率小于2‰的1938点,占98.2%,大于2‰的测点亦可满足墙厚1.2m的要求。
槽孔其它部位的测斜点总数为2944个,小于4‰
的测点占99.9%,还有2个点也能满足墙厚的要求。
混凝土浇筑面的平均上升速度为2.50~5.22m/h,浇筑的最高速度为55.00m3/h。
防渗墙体内埋设了应变计、无应力计、土压力计、倾角计等共20支,墙外和墙底基
岩中埋设了渗压计5支,埋设仪器的成活率为100%。
1.2.2第二期工程
左岸部分墙长15lm,最大深度70.3m,由国外承包商施工。
自1997年10月28日截流开始进行施工准备,1997年12月8日开始造孔,1998年3月10日完成,历时93天。
采用本章第九节所述图7-9-7的墙段接头方式,共分23个主槽孔和22个横向接头槽孔。
总计完成1.2m厚的混凝土防渗墙5101m2,浇筑混凝土7399m3。
施工中采用了4台钢绳抓斗和1台液压铣槽机,并配以11t的重锤。
对河床砂砾石层用抓斗挖槽,对大漂石、基岩用双缆吊车吊重锤击碎,对混凝土接头和风化岩用液压铣槽机铣削。
孔斜通过液压铣槽机上装备的槽孔垂直度自动测定装置进行测控。
最后由铣槽机进行清孔换浆。
这些机械的组合和应用大大加快了施工进度。
经测定1台抓斗的平均挖槽工效为1.95m2/h,扩孔系数为约1.18。
泥浆制备和循环系统包括1台2m3泥浆搅拌机、1台450m3/h的振动除砂机和1台100m3/h的除砂过滤机,对液压铣槽机从槽孔中抽出泥浆回收除渣,循环再用。
系统有3个300m3
的贮浆池。
造孔泥浆由法国产膨润土制成,主要指标为,密度≤1.1g/cm3;
马氏漏斗粘度
35~45s,含砂量<3%,pH值8~12。
混凝土系统为一座60m3/h的自动拌合楼,用4台容量7m3的混凝土拌和车运输,浇筑采用直升导管法,混凝土面的平均上升速度为4m/h。
该工程采用的用横向接头孔浇筑低标号混凝土包裹接缝的方法,22个接头孔用去低标
3
号混凝土(R28=3.8MPa,大于W6)4210m3。
墙体混凝土的配合比为水泥400kg/m3,砂452kg/m3,石子1358kg/m3,水180kg/m3。
机口取样的试验结果,混凝土28d的抗压强度最大值为49.3MPa,平均值为45.0MPa,抗渗标号均大于W8。
对墙体布设的13个直径110mm的检查孔取芯结果表明:
3个骑缝孔取芯率98%,进行5段压水试验透水率为0~2.42Lu。
9个垂直孔和斜孔取芯率为100%,进行17段压水试验透水率为0~1.97Lu,透水率较大值出现在墙体顶部5~10m处或墙体与基岩接触处。
小浪底水利枢纽主坝防渗墙由于深度较大,地层复杂,墙体较厚,混凝上标号较高,因而被视为枢纽工程的四大难题之一。
它的建成标志着我国的防渗墙施工技术又上了一个新台阶。
2长江三峡水利枢纽二期上游围堰混凝土防渗墙
2.1工程概况
长江三峡水利枢纽拦河坝最大坝高183m,水电站总装机容量18200MW,是世界上最
大的水利水电工程。
三峡二期围堰由上、下游土石围堰和右岸混凝土纵向围堰组成(图
7-11-2),共同保护二期主体工程溢流大坝和电站大坝的施工,使用年限7年,是三峡工
程最重要的临时建筑物之一。
土石围堰断面采用两侧石渣夹风化砂堰体垂直防渗的结构型式。
其中上游围堰全长1439.60m,堰顶高程88.50m,最大高度82.50m,防渗墙4.22万m2,墙顶高程86.20m,帷幕灌浆7789.00m,土工膜3.72万m2,振冲4.39m2。
图7-11-2长江三峡水利枢纽二期围堰平面布置(上)及上游围堰剖面图
围堰地基地质条件复杂,表层为厚5~10m的粉细砂层,影响围堰地基的渗透稳定性。
原河漫滩残积冲积层内有花岗岩石质的块球体,基岩全强风化层中也有包裹着的块球体,块径一般1~3m,最大5~7m,石质坚硬完整,饱和抗压强度达100MPa。
基岩为闪云斜长
花岗岩,弱风化岩体坚硬。
河床左侧基岩面有倾向河心和下游、倾角大于70°
的双向陡
坡陡坎,上下高差近30m。
这些条件对防渗墙施工极为不利。
堰体防渗结构为塑性混凝土防渗墙上接土工合成材料,墙下透水岩体采取帷幕灌浆处理。
上游围堰深槽段162.0m采用双排防渗墙,两墙中心间距6.0m,最大深度73.5m,
墙厚1.0m、0.8m,嵌入岩石深度0.5~1.0m。
墙体材料抗压强度R28=4~5MPa,抗折强度T28≥1.5MPa,初始切线弹模E0=700~1000MPa,渗透系数K=1×
10-7cm/s,允许渗透坡降
J>
80。
2.2防渗墙的施工
2.2.1施工过程
第一阶段:
1996年9月23日~1997年4月26日,在墙体轴线右端头140.465m的范围进行液压铣槽机试验,主要完成了BC30铣槽机性能和生产性试验。
试验设备除1
台BC30铣槽机外尚有GSD机械式抓斗、SM400全液压工程钻机、CZF-1500冲击反循环钻机各1台。
进行了固壁泥浆、硬岩钻爆、灌浆管埋设、槽孔倾斜度检测、预灌浓浆等5
项专题工艺试验,总计完成工程量3740m2,成墙效率1200m2/台月。
收集了大量试验数
据,为下一阶段大施工积累了经验,选定了施工方案。
第二阶段:
1997年5月5日~1997年9月20日,左、右岸预进占段共227.9m长的防渗墙施工,其目的是为了争取工期,降低高峰期的施工强度。
本阶段主要成槽设备为BC30铣槽机1台,GSD机械式抓斗1台,SM400液压工程钻机1台,CZF-1500冲击反循环钻机9台,CZF-1200冲击反循环钻机6台。
左段采用了“两钻一抓”法成槽,墙段连接采用“双反弧接头槽”法。
完成工程量2997m2。
右段采用铣槽机与冲击钻配合的“铣钻结合”法成槽,墙段连接采用钻凿法和铣削法,完成工程量4737m2,施工工效达到1068m2/台月。
两段共完成工程量7506m2,最高月成槽孔3166m2,最高月成墙2345m2。
第三阶段:
1997年11月15日~1998年8月,左右漫滩和河床部位共676.98m长的主要墙段施工,在大江截流、施工平台形成及对堰体风化砂振冲加密后进行。
主要施工设备为BC30铣槽机1台,GSD机械式抓斗1台,BH12液压抓斗1台,SM400全液压工程钻机3台,CZF-1200、CZF-1500冲击反循环钻机共25台,CZ-22、CZ-30钢绳冲击钻机20台。
左右漫滩采用“两钻一抓”法成槽,槽段连接采用双反弧接头法和钻凿法。
深槽段采用“铣抓钻结合”法成槽,墙段连接采用钻凿法。
对块球体采用各种爆破措施。
该阶段完成工程量30769.12m2。
最高月成槽孔6070.86m2,最高月成墙6440.39m2。
三个阶段总计完成墙轴线长992.35m,截水面积42244.26m2,浇筑混凝土59652.84m3,墙下帷幕钻孔灌浆7789.22m。
最大墙深73.50m,平均墙深42.91m。
根据不同的墙深确定三种不同的墙厚0.8m、1.0m和1.1m。
整道墙体被分成245个槽段,槽段长一般为5.9~7.5m。
墙体材料根据不同的槽深分为两种,孔深小于40m者采用柔性材料,孔深大于40m者采用塑性混凝土。
2.2.2成槽方法
(1)“两钻一抓”法,见本章第六节。
(2)“铣砸爆”法,其工艺要点是对风化砂、粉细砂、砂卵石和全风化岩用铣槽机铣
削,对块石、块球体和强、弱风化岩采用钻爆法爆破,或用6t重锤冲击砸碎后进行铣削。
(3)“铣钻抓结合”法,其工艺要点是对上部风化砂用铣槽机铣削;
对风化砂中所夹之块石、平抛石及覆盖层中的砂卵石由抓斗(配10t重锤)抓取;
下部基岩、混凝土接头及部分砂卵石由冲击反循环钻机钻凿。
该法三种设备互相配合充分发挥各自的优势,实现了12.3m/d的较高工效。
2.2.3墙段连接方法
本道防渗墙除了采用传统的钻凿法接头外,还采用了43个铣削法接头和31个双反
弧接头。
2.2.4陡坡、块球体及硬岩处理
强度大于100MPa的坚硬花岗岩、块球体以及左侧大于70°
陡坡段的钻凿是本工程
的最大难题。
施工中除采用了传统的槽孔内聚能爆破外,还大量采用了地面钻孔预爆和槽内钻孔爆破。
地面钻孔预爆采用全液压工程钻机和偏心扩孔跟管钻具,大大提高了钻孔工效,经钻爆后铣槽机在花岗岩中之工效提高2~3倍,冲击反循环钻机提高工效1~
2倍。
陡坡段钻进采用了一种专门设计的槽内定位爆破工艺效果良好。
2.2.5平抛垫底层及其它漏失层的处理根据截流要求,二期围堰填筑深槽段采用平抛砂卵石垫底,最厚达20余m。
此外在
防渗墙轴线其它部位也存在块石架空或砂卵石漏失区。
对于这些造孔时严重漏浆的部位,一般可用先导孔查明漏失范围和估计漏失量的大小,然后采用偏心扩孔跟管钻具钻孔并灌注浓浆。
灌浆孔距1.0~1.5m;
灌浆段长0.75m,灌浆压力0.15~0.20MPa。
所使用的浆液有膨润土浆、水泥膨润土浆、水泥水玻璃膨润土浆、水泥砂浆等。
2.2.6固壁泥浆由于地质情况复杂,又采用冲击反循环钻机、抓斗和液压铣槽机施工,这就对固壁泥浆提出了很高的要求,因此采用了密度较小的低固相膨润土泥浆。
膨润土为湖南澧县产钙基膨润土,泥浆的配合比(%)为:
水100,膨润土6、碳酸钠0.4。
泥浆的性能为:
密度1.043g/cm3,粘度33s,失水量19.8mL/30min,泥皮厚1.4mm,动切力5.6Pa,1min静切力4.2Pa,10min静切力11.2Pa。
泥浆的制备采用NJ1500型泥浆搅拌机,该机的生产能力为15m3/h,搅拌时间不小
于5min,浆液搅拌后经24h膨化,粘度提高10%。
使用后的泥浆经与铣槽机配套的BE500
型泥浆净化系统及与反循环钻机配合的JHB型泥浆净化机,进行筛分和旋流净化处理,
除去0.076mm以上的颗粒,重新回到贮浆池中。
清孔换浆后的泥浆指标为密度不大于
1.1g/cm3,粘度20~35s,含砂量小于3%。
2.2.7混凝土材料和搅拌运输系统
上游围堰左右两端各设混凝土搅拌站1座,均由4台JS500型强制式混凝土拌和机及其配料系统组成,另配4~5辆6m3混凝土搅拌运输车,负责供应混凝土浇筑。
墙体混凝土材料有两类,槽孔深度小于40m者采用柔性材料,槽孔深度大于40m者
采用塑性混凝土,两种混凝土材料的配合比见表7-11-3。
表7-11-3每m3混凝土材料用量表(kg)
材料种类
水泥
卵石
风化砂
天然砂
膨润土
水
粉煤灰
分散剂
外加剂
柔性材料
260
1370
70
370
1.3
塑性
180
72
1341
282
80
0.027
混凝土
石渣粉1385
330
0.27
1.7
墙体材料施工特性:
入槽坍落度20~24cm,坍落度保持15cm以上的时间不小于1h,扩散度35~40cm,初凝时间>
6h,终凝时间≤24h。
墙体材料检验成果:
抗压强度R28≥4MPa,深槽段R28≥5MPa;
抗折强度T28≥1.5MPa;
初始弹性模量Ei<
1500MPa,Ei/R28<
250;
渗透系数K28<
i×
10-7cm/s;
允许渗透比降J>
2.3墙内仪器埋设和原型观测
为了监测防渗墙的运行情况,确保工程安全,二期上游围堰共布设了6个观测断面,埋设了141支仪器。
河床深槽部位典型断面埋设的仪器有:
测压管3支、渗压计16支、测斜管3支、应变计16支、无应力计4支、压应力计2支、土压力计16支、其它14支。
自第一道墙完成,基坑开始抽水(此时第二道墙尚在施工)以来连续进行观测。
根据对观测资料的分析,认为:
(l)根据测斜仪资料显示,防渗墙变形虽大,最大达570mm,但墙体未出现明显位错
现象,即变形分布曲线比较平滑,没有明显拐点出现。
(2)堰体水位随基坑水位下降而下降,两道防渗墙间渗压水位虽有些偏高,但目前呈下降趋势。
(3)防渗墙实测最大压应力为1.392MPa,拉应力为0.043MPa,拉压应力均在材料允许强度范围内。
(4)对堰体巡视检查,未发现坍滑及严重渗漏现象。
因此得出结论,上游围堰的工作性态基本正常。
2.4工程质量的检查与评价防渗墙工程质量检查按规范及设计要求进行,包括原材料检测、混凝土现场及机口取样检测、槽孔地质鉴定及孔形验收、成墙后钻检查孔取芯、注水试验等诸多项目。
在上游围堰深墙段孔形验收中,采用了先进的日本KODEN公司制造的超声测井仪。
检查结
果表明,防渗墙施工质量满足设计要求,单元工程合格率100%,优良率大于80%,属优
良工程。
与此同时下游围堰防渗墙也圆满完成任务,基坑在1998年汛期完成了抽水,并经历长江八次洪峰的考验,承受水头近50m,围堰漏水量远远低于设计要求。
三峡二期上游围堰在安全地运行了5年后,于2002年拆除。
三峡二期上游围堰防渗墙,工程规模大、施工强度高、技术难点多,其综合技术难度在国内外都是少见的,其成功实践,是我国混凝土防渗墙建设史上的里程碑,标志着我国的混凝土防渗墙施工技术已经跃入国际领先水平。
参考文献
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中国电力出版社,2000
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天津科学技术出版社,2002
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