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薄壁抓斗法混凝土防渗墙技术在滨田水库的应用,水库施工中塑性混凝土渗墙技术的应用与探讨

点击: 91 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-01-05

摘要:在处理坝基渗漏与工程除险的社会实践中,需要具备良好的防渗技术才可以保证坝基的稳定性与安全性,保障坝基能够发挥出良好的效用。其中混凝土防渗墙技术因自身具备的优点,在实际防渗施工中获得了较为广泛的应用。然而,混凝土防渗墙工程在土石坝环境中施工存在着较大的难度,只有充分把握土石坝混凝土防渗墙工程的施工工艺,选择合适的墙体材料,才可以保证整体工程的质量。

水库施工中塑性混凝土渗墙技术的应用与探讨

下面是本网给大家带来关于薄壁抓斗法混凝土防渗墙技术在滨田水库的应用,以供参考。

关键字:土石坝 混凝土防渗墙 施工工艺

摘要:水库混凝土防渗墙工程量与施工难度均较大,文章对塑性混凝土防渗墙的设计与施工工艺进行了一些探讨。

薄壁液压抓斗法新的防渗墙施工技术出现于20世纪90年代,此项技术适用于坚硬的土壤与砂砾石中成槽,成槽深度可达60米,此项技术不仅降低了工程造价,而且提高了工程施工速度,一台液压抓斗成槽平均工效为125m2/d,此项技术已在江西省鄱阳县滨田水库除险加固工程中得到了推广运用。

一、混凝土防渗墙墙体材料

关键词:塑性混凝土,防渗墙,水库,施工技术

1、工程概况

在土石坝混凝土防渗墙工程中,需要根据实际工程所需要的抗压强度及弹性模量来选择混凝土防渗墙墙体材料。防渗墙墙体材料可以分为柔性材料与刚性材料两种。柔性材料一般所具备的抗压强度在5MPa以内,弹性模量在1000MPa以内,如塑性混凝土、固化灰浆等;刚性材料一般具备的抗压强度在5MPa以上,弹性模量超过1000MPa,如粉煤灰混凝土及普通混凝土等。其中塑性混凝土材料是由水、水泥、石子、砂子、膨润土、粘土等原材料在一定配比的组合下,经过搅拌、浆体浇筑凝结而成的混合材料,属于土与普通混凝土之间的柔性材料。塑性混凝土原材料选择使用膨润土及粘土代替了普通混凝土中的水泥,最终获得的塑性混凝土比普通混凝土更具备优势,如塑性混凝土与普通混凝土相比,塑性混凝土更加节约水泥,具备降低成本、施工便捷等优势,且塑性混凝土可以适应较大变形,具有极限应变大、弹性模量低、抗渗性较好等。在土石坝混凝土防渗墙工程中,塑性混凝土属于最为主要的防渗墙墙体材料之一。

前言:

江西省鄱阳县滨田水库于1960年4月建成投入使用,是一座以灌溉、防洪、养殖等综合利用的大型水库。

二、土石坝混凝土防渗墙工程的施工工艺及施工注意事项

塑性混凝土各原材料用量要严格执行施工配合比,严禁不用称量仪器而直接凭经验上料。混凝土拌和前要对砂、石骨料的含水率进行测定,据此来调整骨料和水的实际用量;在浇筑混凝土的过程中,也要经常检测砂、石骨料的含水量情况,如发现含水量有变化,则立即对砂、石骨料和水的用量进行调整,特别是在雨天施工时更要加强含水量的控制。

水库主坝为均质土坝,坝顶高程53.2m,坝顶长723m,坝顶宽5m,最大坝高26m。水库在多年运行后主坝存在坝身渗流稳定、坝坡稳定、坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏等问题,严重威胁坝体安全和正常效益的发挥,被水利部列为病险库。

在进行土石坝混凝土防渗墙工程施工时,需要根据实际地质条件、水文条件,选择合适的机械设备,合理安排施工工序,土石坝混凝土防渗墙工程工艺流程图如下:

一、水库塑性混凝土防渗墙施工工程

滨田水库除险加固工程对主坝坝体防渗选用了薄壁抓斗塑性混凝土防渗墙技术进行加固处理,由中国水利水电第六工程局承建。防渗墙轴线位于坝轴线上游0.5m处,范围0+000—0+723桩号,全长723m,孔口高层53.2m,墙体有效厚度0.35m,进入基岩2.5-6.2m,墙顶高程51.5m。塑性混凝土防渗墙深29m左右。本工程完成混凝土防渗墙19010m2,共耗时148d。

土石坝混凝土防渗墙工程工艺流程图

1、布置施工平台

坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第二段浅变质岩及第四系松散堆积层。坝址区构造形迹主要表现为断层和裂隙。地层概况由上而下为:⑴6~29m厚的黏性壤土;⑵河床岩石表面呈全风化为其厚度约为2.9—5.2m,⑶强风化带岩石厚度约为3.1—8.5m,弱风化岩石厚度约7.5—13.0m,下伏微新岩石。

修建施工平台与导向槽

抓斗施工平台设置在防渗墙轴线下游侧,原坝顶宽度只有5m不能满足抓斗施工所需8m宽的施工平台的要求。经业主同意将坝顶高程降低1m至52.2m并将防渗墙轴线向上游平移1.75m,另外将降坝的土料填筑到坝体下游侧,以保证抓斗施工平台的宽度。在防渗墙轴线的下游侧设置平行坝轴线的排渣排水沟,断面尺寸40×40cm,再按40m间距修建垂直防渗墙轴线的排渣排水沟,将废渣﹑废水排至下游坝脚,所有废渣运至弃渣场。

塑性混凝土防渗墙设计物理力学指标为:渗透系数K≤5.0×10-7cm/s;墙体厚度t=0.35m;抗压强度3Mpa≤R28d≤5Mpa;弹性变形模量300Mpa≤E28d≤1000Mpa;允许渗透比降J≥80。

在进行造孔作业之前,设置导向槽,可以有效防止槽孔的废水、泥浆在孔口处漫流的现象,防止钻具撞击孔口,维护孔口土体稳定,避免孔洞坍塌;导向槽的设置需要注意其轴线要与防渗墙轴线保持平行,导墙宽为0.8m,深度为15m,槽口处宽度设置为1.0m;施工平台需要严格按照施工设计进行修建,土石坝混凝土防渗墙工程施工平台一般宽为11m,铺设15cm厚度的碎石以保证安装钻机轨道的稳定性。

2、修筑导向槽

2、混凝土防渗墙成墙技术要点

槽段划分与施工成槽

导向槽是在地层表面沿地下连继防渗墙轴线方向设置的临时构筑物。导向槽起着标定防渗墙位置、成槽导向、锁固槽口;保持泥浆液面;槽孔上部孔壁保护、外部荷载支撑的作用。导向槽的稳定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程导向槽两侧墙体采用倒L型断面,现浇C10混凝土构筑,槽内净宽45cm,顶面高于施工场地10cm以阻止地表水流入。

2.1造孔成槽

为提高防渗墙的整体性,需要尽量减少槽段接头数量,尽量加长槽段长度;成槽方式可以采用液压抓斗和冲击钻组合的“两钻三抓”方式快速成槽,这种成槽方式可以充分发挥抓斗的效用,提高端孔造孔的精确度,增加槽长,加快施工速度,提高成槽质量。采用液压抓斗在控制槽孔垂直度、提高成槽效率上有着较大帮助;采用冲击钻可以有效控制槽孔垂直度,加上冲击钻在槽内存在较大的挤压、冲击作用,可以有效增加基础密实度,防止槽壁漏浆、坍塌现象的发生。在不同的地质环境下,需要采取不同的钻头进行钻进,如在粘土层之中,选择空心钻头较为合适,而在砂砾层或基岩层地质环境中,采用“十”字形铸钢钻头较为合适,根据实际需要,合理安排钻头的使用,可以保证成槽质量及效益。

3、抓斗成槽

2.1.1布置施工平台

泥浆固壁

土石坝防渗墙开槽施工工艺主要锯槽法和挖掘法。锯槽法主要有往履射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽;挖掘法主要有冲击钻法、抓斗法、冲抓结合法。根据本工程地质条件及生产性试验确定采用挖掘法中抓斗法,并制定了“三抓法”的施工方案,即采用KH-180液压抓斗机先抓取槽段的主孔再抓取中间的副孔成槽。

抓斗施工平台设置在防渗墙轴线下游侧,原坝顶宽度只有5m不能满足抓斗施工所需8m宽的施工平台的要求。经业主同意将坝顶高程降低1m至52.2m并将防渗墙轴线向上游平移1.75m,另外将降坝的土料填筑到坝体下游侧,以保证抓斗施工平台的宽度。在防渗墙轴线的下游侧设置平行坝轴线的排渣排水沟,断面尺寸40×40cm,再按40m间距修建垂直防渗墙轴线的排渣排水沟,将废渣﹑废水排至下游坝脚,所有废渣运至弃渣场。

在土石坝混凝土防渗墙工程施工过程中,需要采用泥浆固壁,泥浆本身存在着一定的抗剪强度,可以支撑槽壁,加强槽壁稳定性。固壁泥浆的使用,还具备润滑钻具、冷却钻头、防止塌孔的作用。在进行泥浆固壁施工时,需要保证泥浆配比符合施工设计的标准。

4、槽段划分

2.1.2、修筑导向槽

清孔换浆

槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段,根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ序槽段开挖长度同为7.5m,每个槽段分为两个主孔及一个副孔,先施工Ⅰ序槽段,后施工Ⅱ序槽段。

导向槽是在地层表面沿地下连继防渗墙轴线方向设置的临时构筑物。导向槽起着标定防渗墙位置、成槽导向、锁固槽口;保持泥浆液面;槽孔上部孔壁保护、外部荷载支撑的作用。导向槽的稳定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程导向槽两侧墙体采用倒L型断面,现浇C10混凝土构筑,槽内净宽45cm,顶面高于施工场地10cm以阻止地表水流入。

使用抓斗在挖掘槽底的过程中,会遗留少量的岩渣与细砂,在抓斗抓孔过程中,也会有少量的岩渣与细砂混在泥浆之中,最终沉淀在孔底,这些淤积物对墙体的质量有着极大的负面影响,所以要在混凝土浇筑之前,将所有的淤积物进行清理。一般清理造孔选择清孔换浆的方式。清孔换浆法可以采取气举法与反循环泵吸法,先使用抓斗将槽内淤积物进行清理,后使用泥浆槽底正循环置换法进行清理作业,最终清除槽底孔底淤积物。

5、槽段成槽

2.1.3、抓斗成槽

混凝土浇筑

槽段成槽采用“三抓法”,在导向槽上放样标识孔位,将抓斗对正孔位后进行垂直造孔。首先施工槽段两端2.8m的主孔,主孔完成后再抓中部1.9m的副孔。主、副孔完工即该施工槽段成槽完工,经监理确定岩层岩性,并最终确定该施工槽段成槽深度。

土石坝防渗墙开槽施工工艺主要锯槽法和挖掘法。锯槽法主要有往履射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽;挖掘法主要有冲击钻法、抓斗法、冲抓结合法。根据本工程地质条件及生产性试验确定采用挖掘法中抓斗法,并制定了“三抓法”的施工方案,即采用KH-180液压抓斗机先抓取槽段的主孔再抓取中间的副孔成槽。

土石坝混凝土防渗墙工程混凝土浇筑,可以采用直升导法进行水下混凝土浇筑作业,以2.5m的间距在每个槽段设置2组导管,导管型号以250mm直径为准;将槽口、导管与储料斗进行连接,使用混凝土输送泵对集料斗进行送料;在混凝土浇筑之前,需要使用带钢绳钢板封闭料斗口,并在导管内安置隔离塞球,在初次浇筑混凝土时,先往料斗内倒入砂浆然后注满混凝土,同时将封底钢板拉开,料斗内混凝土推挤隔离塞球,通过隔离塞球将泥浆从导管中排出;当混凝土到达孔底之后,让隔离塞球从导管底部浮出;混凝土进行初次导管填埋并保证填埋深度在50cm以上,导管最终埋深在1.0m――6.0m之间;在混凝土浇筑过程中,要保证料斗均匀瞎下料;浇筑过程中不可以出现混凝土浇筑中断现象。

6、护壁泥浆

2.1.3.1、槽段划分

槽段连接

泥浆在造孔成槽过程中起固壁、悬浮、携渣、冷却钻具和润滑的作用,成墙后还可增加墙体的抗渗性能,本工程泥浆采用膨润土拌制,泥浆配合比为水1000kg、膨润土50kg、Na2CO31kg;固壁泥浆性能指标密度<1.1g/cm3如漏斗粘度>25s、含砂量<3%。新制泥浆经过24h膨化后,利用供浆管输送至槽孔内使用,成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆,经净化后可重复使用。槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以下30~50cm范围内。

槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段,根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ序槽段开挖长度同为7.5m,每个槽段分为两个主孔及一个副孔,先施工Ⅰ序槽段,后施工Ⅱ序槽段。

在土石坝混凝土防渗墙工程中,可以采用接头管法进行墙段连接,在一期槽孔浇筑之前便在其槽孔两端设置钢管,当浇筑混凝土初凝之后,将钢管按照一定速度拔起,形成接头孔,从而降低槽段连接的难度,节省混凝土浇筑量,且为二期槽孔表面泥皮的清除作业带来方便;但这种方法也存在着一定的不足之处,如将钢管拔出的阻力较大,混凝土初凝时拔起钢管容易造成混凝土坍落现象等。

7、防渗墙体灌筑

2.1.3.2、槽段成槽

三、土石坝混凝土防渗墙工程施工质量控制的关键

混凝土防渗墙是在泥浆下灌筑混凝土,本工程是采用刚性导管法进行墙壁体灌注,混凝土竖向顺导管下落,利用导管隔离泥浆,使其不与混凝土接触,导管内混凝土依靠自重压挤下部管口的混凝土,并在已灌入的混凝土体内流动、扩散上升,最终置换出泥浆,保证混凝土的整体性。

槽段成槽采用“三抓法”,在导向槽上放样标识孔位,将抓斗对正孔位后进行垂直造孔。首先施工槽段两端2.8m的主孔,主孔完成后再抓中部1.9m的副孔。主、副孔完工即该施工槽段成槽完工,经监理确定岩层岩性,并最终确定该施工槽段成槽深度。

为保证土石坝混凝土防渗墙工程施工质量,就需要对槽孔深度进行良好控制,严格把关混凝土原材料的质量,保证每项原材料的使用都经过检验并符合施工设计的标准,在进行混凝土浇筑过程中,需要严格按照施工工艺及施工规范进行操作,禁止出现浇筑中断现象。在土石坝环境下进行防渗墙工程施工,选择塑性混凝土作为墙体的材料,可以获得良好的施工效果。

8、槽段接头处理

2.2、护壁泥浆

四、结语

相邻槽段的衔接部分即为接头,本工程采用钻凿法进行接头连接,即一期槽段浇筑完毕后12小时后,视混凝土强度进行二期槽段造孔时,将一期槽段混凝土套抓35cm,以保证接头质量。

泥浆在造孔成槽过程中起固壁、悬浮、携渣、冷却钻具和润滑的作用,成墙后还可增加墙体的抗渗性能,本工程泥浆采用膨润土拌制,泥浆配合比为水1000kg、膨润土50kg、Na2CO31kg;固壁泥浆性能指标密度<1.1g/cm3如漏斗粘度>25s、含砂量<3%。

在土石坝混凝土防渗墙工程中,使用塑性混凝土原材料作为防渗墙体的原材料,合理安排施工工序,保证施工过程中所使用各种原材料都符合标准,严格按照施工规范进行施工,可以有效的处理坝基渗漏,做到工程除险,维护坝基稳定性,收获良好的社会效益。

二、水库塑性混凝上防渗墙施工质量控制措施

新制泥浆经过24h膨化后,利用供浆管输送至槽孔内使用,成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆,经净化后可重复使用。槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以下30~50cm范围内。

参考文献:

1.塑性混凝土原材料质量控制

2.3、防渗墙体灌筑

[1]汪胜利.混凝土防渗墙工程施工监理质量控制的几点体会[J].水利建设与管理,2012,:44-47.

原材料的质量是决定工程质量的关键。在施工中,对于组成塑性混凝土的各种材,严格按规定要求进行检验,不合格的材料绝不允许进人工地。水泥和膨润土每批材料都必须有出厂检验单,并取样按批量送试验室检验。进场的膨润土、水泥以及粘上均应采取防潮措施、钢筋采取防锈措施。施工拌制塑性混凝土所用水采用清水泵抽取的井,并对水质进行检验。砂石骨料每500m3进行一次包括筛分、含泥量、泥块含量、含水量、饱和面干吸水率及有机质含量在内的全面分析,以确保厚材料质量。

混凝土防渗墙是在泥浆下灌筑混凝土,本工程是采用刚性导管法进行墙壁体灌注,混凝土竖向顺导管下落,利用导管隔离泥浆,使其不与混凝土接触,导管内混凝土依靠自重压挤下部管口的混凝土,并在已灌入的混凝土体内流动、扩散上升,最终置换出泥浆,保证混凝土的整体性。

[2]杨鳌,袁卫东.浅析马鞍山水库混凝土防渗墙工程质量检测[J].治淮,2012,:24-25.

2.槽孔深度控制

[3]何海云.浅谈混凝土防渗墙的工程设计[J].科学之友,2011,:54-55.

防渗坡的坡底离程达到插人相对不透水层以下2.0m,冲击钻机钻进时,要根据地质报告将钻孔钻进至设计底高程,采用重垂法测量实际孔深。此外,液压抓斗抓深应由实际取样决定,每抓出一斗,观察取出的岩样,确定地层成分。

3.严格执行混凝土配合比

塑性混凝土各原材料用量要严格执行施工配合比,严禁不用称量仪器而直接凭经验上料。混凝土拌和前要对砂、石骨料的含水率进行测定,据此来调整骨料和水的实际用量在浇筑混凝土的过程中,也要经常检测砂、石骨料的含水量情况。如发现含水量有变化,则立即对砂、石骨料和水的用量进行调整,特别是在雨天施工时更要加强含水量的控制。

4.塑性混凝土

塑性混凝土肉混凝土搅拌机拌和后经过混凝土箱送泵再由混凝土输送管道输送到分料盘。分料盘的设置要使分料斗的位置高出浇筑导管上口,分料盘设有3分料斗,分别连接在3根导管的上人口处。为保证导管内混凝土面高度保持一致塑性混凝土到达分料盘后经3根导管同时进人槽孔。浇筑时分料盘由两名浇筑员看守,当混凝土进人分料盘后,如发现有超径的石料或未搅拌开的水泥团,即用铁锹铲除,不合格的物料严禁进人导管。

三、结语

塑性混凝土是用猫土和膨润土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一种柔性工程材料。与普通混凝土相比,塑性混凝土弹性模低、极限应变大、能适应较大变形、抗渗性能好,同时还具有节约水泥、降低造价、施工方便等优点。因此,在同类水利水电工程中具有推广应用的价值。