浅议反循环冲击钻工法建混凝土防渗墙在横峰县姚源水库除险加固中的应用.pdf

水利建设 与管理 2 0 1 1 年 第 1 期 工 程 加 固 6 7 浅议反循环冲击钻工法建澡凝士防渗墙 在横峰县姚源水库除赡艇固巾蛉应It l 胡永东 ( 上饶市水利科学研究所3 3 4 0 0 0 ) 【 摘要】 本文介绍了反循环冲击钻工法建混凝土防渗墙在姚源水库除险加固中的应用情况。 【 关键词】 反循环冲击钻混凝土防渗墙除险加固 应用 l 引 言 姚源水库位于江西省横峰县港边乡港边村 ，距县城 1 5 k in 。坝址 以上控制流域面积 l 1 ． 5 k in z ， 水库总库容 1 0 6 9 万 m ] ， 是一座以灌溉为主 ， 兼有防洪、 发电、 养殖等综合利 用的中型水利工程。枢纽建筑物主要 由大坝 、 溢洪道 、 引 水建筑物及电站厂房等组成。加 固前大坝为粘土心墙土 坝 ， 心墙填筑质量差 ， 渗透系数不满足规范要求 ； 坝基存 在厚约 2 ～ 2 ． 5 m的砂砾石层 ， 坝脚老河床段出现集中渗水 点， 伴有细粉砂等颗粒带出， 坝基漏水严重。 2 大坝 防渗 设计方 案选择 此次大坝防渗设计只考虑坝体防渗置于坝轴线处的 坝中垂直防渗方案 ； 而对于上游防渗方案 ， 由于大坝为心 墙坝 ，新的防渗体难以处理至坝中防渗相对较好 的心墙 体 ， 致使两道防渗体间夹有一透水体 ， 反而不利于上游坝 体稳定 ， 况且上游施工 围堰工程量太大 ， 故不予以考虑 。 对于坝中垂直防渗方案 ， 重点考虑坝体下部、 坝基面及透 水基岩的防渗处理。 坝体防渗处理方案较多 ， 根据大坝工程地质 、 地形 、 建材条件 ， 参照类似工程经验 ， 比选国内防渗处理较为成 熟的施工工艺， 按坝身加固防渗材料及施工工法不同， 对 反循环冲击钻工法造混凝土防渗墙 、液压抓斗工法造混 凝土防渗墙 、 旋喷水泥桩防渗墙 [ 旋喷桩：Y L ~ L 距 1 ． O m， 成 桩有效直径 1 ． 2 m( 按二 三 管法考虑) ， 有效墙厚 0 ． 6 6 m] 三种 方案进行比较。 从经济上看 ， 反循环冲击钻工法造混凝土 防渗墙约每平方米造价为 6 0 0 元左右 ，液压抓斗工法造 混凝土防渗墙每平方米造价为 5 0 0 元左右，旋喷水泥桩 防渗墙每平方米造价为 6 0 0 元左右 ，液压抓斗工法造混 凝土防渗墙最便宜 ；但 由于到达姚源水库途经港边乡政 府， 路途远且过几座桥梁 ， 对于笨重的液压抓斗机械通行 存在较大 的困难 ， 若一定要通行 ， 必须对桥梁及乡镇街道 进行改造 ， 液压抓斗进场条件较差 ； 旋 喷桩的垂直度控制 难度较大， 桩底部施工质量难以得到保证 ， 并且 目前 尚未 形成简便而有效的控制措施对坝体防渗墙体质量进行检 测 ；而反循环钻机可以在弱风化强风化岩层 中成槽 ， 因 此 ， 对于坝体和坝基可以形成统一的混凝土防渗墙 ， 该方 法施工工艺可靠 、 成墙质量有保证。 故此次除险加 固设计 选用反循环冲击钻工法造混凝土防渗墙对坝体进行防渗 处理 ， 对坝基、 坝肩防渗结合地质建议 ， 采用帷幕灌浆防 渗处理。 3 反循环冲击钻工法造混凝土防渗墙运用 反循环冲击钻工法造混凝土防渗墙布置范围为大坝 0 + 0 0 0 ～ 0 + 2 2 4 桩号 ，混凝土防渗墙墙 中心线与加 固后的 坝轴线重合 ， 但仍在原粘土心墙 内( 施工前先找出心墙 位 置 ， 若防渗墙轴线偏出心墙位置 ， 则相应防渗墙轴线 由设 计单位提出变更) 。 根据该工程地质条件 ， 选用反循环钻机成槽施工工 艺 ， 反循环钻成孔施工方法是 ： 在桩顶处设置护筒 ( 直径 比桩径大 1 5 ％左右 ) ，护筒内的水位要高 出自然地下水 位 2 m以上 ，以确保孔壁 的任何部分均保持 0 ． 0 2 M P a以 上 的静水压力 ， 以保护孔壁不坍塌 ， 因而钻挖 时不用套 管 。钻 机工作时 ， 旋转盘带动钻杆端部的钻头钻挖孔 内 土。在钻进过程中， 冲洗液从钻杆与孔壁问的环状间隙 中流人孔底 ， 并携带被钻挖 下来 的岩石 钻渣 由钻杆内腔 返回地面 ， 与此同时 ， 冲洗液又返回孔 内 形 成循环。 反循 环钻机混凝土 防渗墙采用槽段式混凝土防渗墙 ， 是用 冲 击钻或 回转钻将处理层钻成 1 ． 8 m一段 的槽段 。钻孔 时 鱼 — — — — 永东， 浅议反循环冲击钻工法建混凝土防渗墙在横峰县姚源水库除险加固中的应用 用泥浆固壁 ， 并带出钻屑 ， 钻到岩石后 ， 用循环泥浆清除 孔底碎屑 ， 在泥浆下浇筑混凝土。 先钻第一期槽段( 间隔 一 槽段 ) ， 浇筑混凝土 ； 一星期后钻第二期槽段 ， 将第一 期槽段混凝土柱切 削掉 1 0 ～ 1 5 c m， 再浇混凝土 ， 形成 连 续的槽段 。因此 ， 此次设计采用反循环钻机成孔造防渗 墙 ， 设计混凝土防渗墙墙顶部高程为 1 2 0 ． 0 0 m， 有效墙厚 0 ． 6 m ( 钻孔孔径 0 ． 6 m， 每槽段 1 ． 8 m) ， 底 高程深入强风化 基岩 l m， 最大墙高约 2 8 ． 0 m。防渗墙与帷幕灌浆防渗系 统相连接。 3 ． 1 防渗墙布置 大坝混凝土防渗墙布置在原粘土心墙内，防渗墙造 孔布置在 1 2 0 ． 5 0 m高程， 布置范围为 0 + 0 0 0 ～ 0 + 2 2 4桩号 ， 单排布孔， 孔 口高程 1 2 0 ． 5 0 m， 有效墙厚 0 ． 6 0 m 。 墙身高度 自墙顶( 即 1 2 0 ． 0 0 m高程 ) 至伸人基岩 1 ． 0 m， 墙身最大高 度为 2 8 ． 0 m。 3 ． 2 防渗墙设计指标及施工 a ． 普通混凝土防渗墙混凝土强度等级为 C 2 0 ，有效 墙厚 0 ． 6 0 m， 抗渗等级不小于 W6 。压( 注 ) 水检查标准为 渗透系数不大于 1 ~ 1 0 ％n d s 。 b ． 墙体有效厚度为 0 ． 6 m。 c ． 墙体深度。 防渗墙设计深度既要满足防渗要求 ， 又 要做到经济合理和便于施工 ， 选定全封闭深墙设计 ， 墙底 伸入基岩 1 ． 0 m， 最大深度 2 8 ． 0 m。 d ． 墙体允许抗渗 比降。 类比同类工程经验， 墙体允许 抗渗 比降采用 > 6 0 。 e ． 混凝土配合比。混凝土配合 比应经现场试验确定 ， 根据现场取样试验成果 ，每平方米防渗墙用料为 ：水泥 3 6 9 k g ， 砂 7 6 4 k g ， 卵石 1 0 5 5 k g ， 水 1 9 2 k g ， 混凝土坍落度控 制在 1 8 ～ 2 2 c m， 扩散度控制在 3 4 ～ 3 8 m。 ￡主要建材要求。 水泥采用 4 2 ． 5 级普通硅酸盐水泥 ， 卵石粒径为 1 0 ～ 2 0 m，n ， 砂料为中粗砂 ， 造浆粘土要求塑性 指数大于 2 0 ，粒径小于 0 ． 0 0 5 ra m 的粘粒含量在 5 0 ％以 上 ， 含砂量小于 5 ％， S O 和 AI O 含量比为 3 ~ 4 。 2 ． 同壁泥浆要求。在粘 士和粉 土层 中钻挖 时泥浆 比重 可取 1 ． 0 2 ～ 1 ． 0 4 ；在砂 和砂砾 等容易坍孔 的土层 中挖 掘时 ， 必 须使泥浆 比重 保持在 1 ． 0 5 ～ 1 ． 0 8 ； 当泥浆 比重超过 1 ． 0 8 时 ， 则钻挖 困难 ； 效率降低 ， 易使泥浆泵 产生堵塞或 使混凝 土的置换产生 困难 ， 要用 水适当稀 释 ， 以调整泥 浆 比重 ； 在不含 粘土 或粉 土的纯砂层 中 钻挖 时 ， 还须 在贮水 池 中加入粘 土 ， 并搅 拌成适 当 比 重 的泥浆 ； 造 浆粘 土应符 合下列 技术要 求 ： 胶体率 不 低于 9 5 ％；含砂率不大 于 4 ％；造 浆率不低于 0 ． 0 0 6 ～ 0 ． 0 0 8 m ／ k g 。 成孔时 ， 由于地下水稀释等使泥浆比重减小 ， 可添加 膨润土等来增大 比重。膨润土溶液的浓度与比重 的关系 见 下表。 膨 润 土 溶 液 浓 度 比 重 关 系 表 浓度( ％) 6 7 8 9 1 0 l 1 1 2 1 3 1 4 比重 1 ．0 3 5 1 ．0 4 0 1 ．045 1 ． 0 5 0 1 ． 0 5 5 1 ． 0 6 0 1 ．0 6 5 1 ． 0 7 0 1 ． 0 7 5 h ． 质量检查： ④经常检查钻孔孔位有无偏差 ， 及时予 以纠正； ⑥对墙体进行现场钻孔压水试验； ⑥墙体质量检查应在成墙一个月以后进行 ， 检查的 方法主要采用开挖观察 ， 必要时也可采用钻孔取芯或其 他无损检测方法 。该 混凝土 防渗墙 开挖检 测点定为 2 处 。 每处开挖 深为 3 ． 5 m， 开挖长度为 4 ． 0 m， 开挖检查部 位在各项检测结束 后 ， 按筑 坝的要求 回填压实 ， 压实度 不小 于 0 ． 9 6 。 i ． 特殊情况处理技术措施。由于在老河床段存在一 原建坝时的施工导流管 ， 地层严重漏浆 ， 施工中迅速填入 堵漏材料及 回填槽孔 ， 待凝一段时间后 ， 重新开槽建造混 凝土防渗墙。 4 结语 根据批复文件及设 计文件等要求 ， 目前 ， 姚 源水库 反循环冲击钻工法造混凝土防渗墙施工已完成 ， 施工过 程中未发生任何质量事故 ， 试块试验样本抗压强度均大 于 2 0 MP a ， 经统计分析， 满足规范及设计要求。经开挖检 查 ， 墙体垂直 ， 墙体之间搭接完好 ， 不见开叉等现象 ； 同 时经压( 注) 水检查， 渗透系数平均值为 6 ． 0 x l 0 — 8 c m ／ s ， 满 足设计要求 ， 防渗墙质量优 良。反循环冲击钻工法成槽 工艺可适用 于各种 土、 砂层 、 砾石 、 卵石 、 漂石 、 软岩 、 硬 岩等地层 ， 墙深一般可达 1 0 0 m左右 ， 有较广阔的应用领 域 ， 若能解 决施工 进度及造价 问题 ， 将会得到更 为广泛 的应用。