南水北调配套大宁调蓄水库工程塑性混凝土防渗墙施工.pdf

第 9卷第 6 期 2 0 1 1 年 1 2月 南水北调与 水利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r D i v e r s i o n a n d Wa t e r S c i e n c e& T e c h n o l o g y Vo l _ 9 No ． 6 De c ． 2 0 1 1 d o i ： 1 0 ． 3 7 2 4 ／ S P ． J ． 1 2 0 1 ． 2 0 1 1 ． 0 6 0 1 9 南水北调配套大宁调蓄水库工程 塑性混凝土防渗墙施工 曹建华 ， 陈建华。 ， 焦龙飞 ( 1 ． 北京燕波工程管理有限公司， 北京 1 0 0 0 9 7 ； 2 ． 北京市京水建设工程有限责任公司， 北京 1 0 O 1 9 3 ) 摘要： 大宁水库库区被南水北调北京段输水线路横穿 ， 具备调蓄南水北调来水功能的条件。由于大宁水库地质基本 上为砂卵石地层， 要增加调蓄水库功能， 需要先做防渗， 大宁水库的防渗工程采用塑性混凝土修建成墙的型式。施 工过程中， 通过施工参数 、 工艺流程、 特殊情况处理、 质量控制成果等各个方面的严格质量把关， 实现了防渗墙工程 的优良标准， 为大宁水库作为调蓄水库蓄水提供了保障。 关键词： 南水北调； 墙体参数； 配合比； 质量检查； 特殊情况 ； 处理 中图分类号： TV5 4 3 ． 8 ； T V6 8 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 — 1 6 8 3 ( 2 0 1 1 ) 0 6 — 0 0 1 9 — 0 4 Co n s t r u c t i o n o f P l a s t i c Co n c r e t e Cu t - o f f W a l l i n Da n i n g S t o r a g e Re s e r v o i r i n t h e S o u t h - t o - N o r t h Wa t e r D i v e r s i o n P r o j e c t CA0 J i a n - h u a ， CHE N J i a n - h u a 2 ， J I AO L o n g - f e i 。 ( 1 ． B e i j i n g Y a n b o En g i n e e r i n g Ma n a g e me n t C o ． L t d， B e i j i n g 1 0 0 0 9 7 ， C h i na ； 2 ． B e i j i n g J i n g s h u i C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ． L t d ， B e O i n g 1 0 0 1 9 3 ， C h i na ) A b s t r a c t ： As wa t e r l i n e o f B e ij i n g S e c t i o n i n t h e S o u t h - t o - No r t h Wa t e r Di v e r s i o n P r o j e c t i s j u s t a c r o s s D a n i n g r e s e r v o i r a r e a ， t h e r e s e r v o i r h a s a c o n d i t i o n t o r e g u l a t e a n d s t o r e wa t e r f r o m t h e P r o i e c t ． B e c a u s e t h e r e s e r v o i r S s t r a t a a r e mo s t l y s a n d y g r a v e l ， s e e p a g e p r e v e n t i o n wa s a p p l i e d t O e n h a n c e t h e r e s e r v o i r S f u n c t i o n ． Th e a n t i - l e a k a g e t y p e wa s p l a s t i c c o n c r e t e c u t - o f f wa l 1 ． I n t h e c o n s t r u c t i o n， s t r i c t q u a l i t y c h e c k s we r e c a r r i e d o u t i n t h e a s p e c t s o f c o n s t r u c t i o n p a r a me t e r s ， t e c h n i c a l p r o d u c t i o n f l o w， s p e — c i a l t r e a t me n t a n d q u a l i t y c o n t r o l t o e n s u r e t h e i mp e r v i o u s c o r e me e t s t h e s t a n d a r d i n o r d e r t o g u a r a n t e e t h e Da n i n g Re s e r v o i r a s a s t o r a g e r e s e r v o i r ． Ke y w o r d s ： t h e So u t h - t o - No r t h Wa t e r D i v e r s i o n P r o j e c t ； wa l l p a r a me t e r s ； p r o p o r t i o n o f mi x t u r e ； q u a l i t y c h e c k ； s p e c i a l c o n d i t i o n ； t r e a t m e n t 大宁水库位于北京市房山区大宁村， 与南部的稻 田水库 及马厂水库组成永定河滞洪水库， 主要任务为防洪， 控制永 定河官厅山峡的洪水， 提高永定河北京市境内河道的防洪标 准。大宁水库库容、 水位等工程条件具备调蓄南水北调来 水， 提高北京城市供水保证率的条件。因此， 南水北调配套 工程要求大宁水库在承担原设计防洪任务的基础上， 增加作 为南水北调调蓄水库的功能， 以充分发挥水库防洪、 供水效 益。大宁调蓄水库总库容为 4 6 1 1万 r n 3 ， 为中型水库， Ⅱ等 工程 ， 主要建筑物按 2 级建筑物设计 ， 洪水标准为 1 0 0 年一 遇洪水设计， 地震基本烈度为Ⅷ度。沿水库周边新建塑性混 凝土防渗墙， 全长约 7 ． 8 k m， 最大深度达 3 7 m， 成墙面积约 1 5 ． 8万 m2 ， 墙厚分为 8 O a m和 6 0 c m两种。 l 基本地质条件 大宁水库主要被第四系冲洪积物所覆盖， 下伏第三系黏 土岩及碎屑岩， 呈互层状， 岩层近水平。第四系冲洪积物广 泛分布于库区， 岩性以卵砾石为主， 中密一密实， 卵石含量一 般 3 O ～6 O 成分以辉长岩、 闪长岩、 安山岩、 灰岩为主， 粒径 一 般为 4 ～8 c I n ， 大者 1 2 ~1 5 C IT I ， 含漂石， 其一般粒径 2 5 ~3 0 c m， 大者达 5 0 c m。卵砾石磨圆较好， 分选差， 充填物以砂为 主， 其含量约 2 O ～2 5 。钻孔揭露层厚 8 ． 8 ～3 3 ． 0 m， 层 底高程一般 2 0 ． 1 5 ~4 4 ． 7 3 m， 总体由北向东南呈逐渐降低趋 收稿 日期 ： 2 0 1 1 — 0 9 — 0 2 修回 日期 ： 2 0 1 1 — 1 0 — 1 8 网络出版 时间： 2 0 1 1 — 1 2 — 0 7 网络 出版地址 ： h t t p ： ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 1 3 ． 1 3 3 4 ． Tv_ 2 0 1 1 1 2 0 7 ． 1 8 2 2 ． 0 1 2 ． h t ml 基金项目： 北京市南水北调配套工程大宁调蓄水库工程( N S B D - P T - D N - S G ) 作者简介： 曹建华( 1 9 7 o 一 ) ， 男， ~ t F , A ， 工程师， 主要从事水利水电工程施工及管理工作。E - m a i l ： ~ h 2 2 2 @s i n a ． c o m | 鹦 ． 1 9 ． a 8 ‰ 自 I | g ‰ s g ％ ％珏 ％E 1 第 9卷 总第 5 7期 南水北调与水利科技 2 0 1 1年第 6期 势， 该地层与下伏第三系基岩呈角度不整合关系。 2 防渗墙施工技术参数 塑性混凝土是指用膨润土取代普通混凝土中的大部分 水泥形成的一种柔性墙体材料， 具有强度低、 适应变形好、 施 工速度快、 成本较低、 防渗可靠等特点_ 】 ] 。 2 ． 1防渗墙设计指标 本工程防渗墙塑性混凝土采用商品混凝土， 由北斗星混 凝土搅拌站供应。塑性混凝土现场检验的性能指标为： 坍落 度 2 0 ~2 4 c m， 扩散度 3 4 ~4 0 c m， 析水率小于 3 ， 初凝时间 不小于 5 h ， 终凝时间不大于 2 4 h ， 密度不小于 2 1 0 0 k g ／ m。 。 塑性混凝土的主要物理力学性能指标( 2 8 d龄期) ： 弹性模量 不大于 l 5 0 0 SP a ； 抗压强度不小于 2 ． 0 MP a防渗墙整体渗 透系数小于 1 1 0 ～c m／ s 。防渗墙成墙厚度分别为 8 0 c m和 6 0 c m， 墙体嵌入基岩深度不小于2 ． 0 m。孔位中心允许偏差 不大于 3 c m， 孑 L 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， 孔斜率控制在 0 ． 6 之 内 。 2 ． 2泥浆性 能指标 大宁调蓄水库工程成槽护壁泥浆采用膨润土泥浆 ， 泥浆 性能指标包括新制泥浆性能指标和槽孔清孔结束 1 h后槽 内泥浆性能指标， 其性能控制指标分别见表 1和表 2 。 表 1 新制膨润土泥浆性能控制指标 Ta b l e 1 Ne w b e n t o ni t e s l u r r y p e r f o r ma n c e c o nt r o l i n d i c a t o r s 指标名称 浓度 ( ) 密度／ ( gc m- 。 ) 漏斗黏度／ s 塑性黏度／ c p 1 0 m i n静切力／ ( N 玎 r )p H值 表 2 槽孔清孔结束 1 h后槽内泥浆性能控制指标 T a b l e 2 T a n k s l u r r y p e r f o r ma n c e o o n t ml in d ic a t o r s o n e h o u r a f t e r c l e a n in g t h e s l o t 2 ． 3塑性混 凝 土配合 比选 定[ ] 由于该工程塑性混凝土设计要求具有强度低、 弹性模量 及渗透系数小和适应地基变形系数大的“ 一低二小一大” 特 点， 为了保证防渗墙墙体质量达到设计指标及规范要求 ， 施工 单位共同委托北京市水利科学研究所进行塑性混凝土配合比 试验。北京市水利科学研究所先后进行了 1 9组试验， 通过 对试配结果的比对， 并经专家咨询后， 选定试配编号 9 — 1 2的 配合比作为大宁调蓄水库防渗墙工程的施工配合比， 见表 3 。 为了验证该配合比的可靠性 ， 北斗星混凝土搅拌站进行 了试拌， 试验成果表明， 混凝土配合比完全满足设计指标和 符合规范要求。 表 3 塑性 混凝 土配合 比 Ta b l e 3 P l a s t i c c o nc r e t e mi x p r o p o r t i o n 3 防渗墙施工 种。 槽段划分情况见图 。 3 ． 1工 艺流程 防渗墙施工工艺流程为： 槽段划分一施工准备一防渗墙 成槽施工一塑性混凝土浇筑一墙体质量检查。槽孔分两序 施工， 一期与二期槽孔间隔布置， 先施工一期槽孔。为防止 在砂卵石地层中塌孔， 钻孔、 成槽过程中， 采用膨润土泥浆护 壁。泥浆下浇筑混凝土采用直升导管法。防渗墙墙体连接 采用“ 接头管” 法， “ 接头管” 法是在一期槽孔浇筑混凝土前将 专用的接头管预先埋置于槽孔的两端接头孔位置， 并将接头 管固定在槽口， 然后浇筑混凝土 ， 待混凝土初凝后， 用专用的 起拔设备将接头管拔出， 从而在一期墙段的两端直接形成光 滑的半圆柱面和便于二期槽孔施工的两个导孔[ 4 ] 。 3 ． 2 槽段 划分 槽段划分应考虑防渗墙轴线布置和折点位置、 抓槽设备 斗齿开张度等因素， 有时， 为了保证墙体的整体性， 应尽量减 少接头数量， 适当增加槽段的长度。大宁调蓄水库防渗墙工 程分为中堤、 西堤和副坝三段 ， 槽段长度因各 自的工程特点 以及设备型号不同而有所不同， 一期槽段标准长度为 6 ． 2 m 和 6 ． 4 m两种 ， 二期槽段标准长度为 6 ． 2 m、 6 ． 4 m、 6 ． 8 m三 ． ． l |慕 |妃鹫 图 1 槽段划分示意图 F i g ．1 Gr o o v e s e g me n t d i v i s i o n s c h e ma t i c d i a g r a m 3 ． 3 施 工 准备 施工前进行测量放线， 按照合同要求进行地质复勘， 然 后进行导墙施工。导墙完成后进行钻机平台、 抓斗平 台、 倒 浆平台、 排浆沟和泥浆、 水、 电等线路的敷设工作。 3 ． 4 防渗墙成槽施工 考虑到地层特点、 工期要求和施工条件， 防渗墙成槽主 要采用 “ 钻抓法” 工艺施工， 亦称“ 三钻两抓法” ， 即先采用冲 击钻机钻进主孔， 每个主孔临近设计基岩面高程后开始取样， 曹建华等 南水北调配套大宁调蓄水库工程塑性混凝土防渗墙施工 进行基岩面鉴定， 确保防渗墙人岩深度不小于 2 ． 0 m， 然后采 用液压抓斗抓取副孔， 成槽施工完成后， 由参建各方组成的验 收组对成槽质量进行检验， 主要检验各个孔位的孔深和孑 L 斜 是否符合设计要求 ， 检验合格后签发终孔验收合格证。 3 ． 5 清孔换浆和二期接头刷洗 槽段终孔验收合格后， 进行清孔换浆， 二期槽段还须进 行接头刷洗。清孔换浆采用抽桶法， 清孔换浆过程中及时向 槽孔内注入新鲜浆液， 确保孔内泥浆质量符合要求。二期槽 孔清孔换浆结束前， 采用钢丝刷子清除一期槽孔端头混凝土 壁上的泥皮， 以刷子上无泥屑、 孔底淤积不增加为合格标准。 清孔换浆结束后 1 h ， 用测饼测量孔底淤积厚度， 并在槽孔底 部以上 0 ． 5 m部位取样， 进行泥浆性能检测， 当孔底淤积厚 度不大于 1 0 c m且泥浆各项性能达标时， 即可结束清孔换浆 工作。清孔验收合格 ， 由监理工程师签发清孔验收合格证后 进入 下道 工序施工 。 3 ． 6塑性 混凝 土 浇筑 ① 接头管、 导管下设。清孔验收合格后 ， 一期采用吊车 配合下设接头管和导管， 二期仅下设导管。一期槽导管距接 头管壁面的距离宜为 1 ． 0 ～1 ． 5 m， 二期槽端的导管距槽孔 端部宜为 1 ． 0 m， 槽孔内有 2套以上导管时， 导管间距不得大 于 3 ． 5 m， 导管采用管径为 2 5 0 mm的钢管 ， 丝扣连接 ， 导管 距孔底距离控制在 1 5 ～2 5 c m范围内， 当槽底高差大于 2 5 c m时， 将导管置于控制范围的最低处l 5 ] 。 ② 塑性混凝土浇筑。混凝土采用泥浆下直升导管法浇 筑， 混凝土浇筑前， 对混凝土质量进行现场检测， 确保人槽混 凝土质量满足设计要求。浇筑时， 槽内布设 3 ～4个混凝土 面测点， 每隔 3 0 mi n至少测量一次槽孔内混凝土面深度， 导 管埋人混凝土深度不得小于 1 ． 0 m， 不宜大于 6 ． 0 r n 。混凝 土终浇高程超出设计墙顶高程 5 0 c m。 ③ 接头管起拔。接头管采用拔管机起拔， 吊车配合完 成， 拔除完成后， 对接头孔深进行测量。 3 ． 7 墙 体检 查 该工程墙体质量采用检查孔注水试验检查 ， 检查孔沿防 渗墙轴线每 1 0 0 ~1 3 0 m布设 1 个检查孔 ， 检查孔布设在一 二期槽段接缝处和施工薄弱部位。防渗墙施工完毕 2 8 d后 进行检查孔施工， 采用地质钻机钻孔 ， 检查孔孔径不小于 7 6 mm， 检查孔深度等于终孔验收实际深度减去 1 m， 不得穿透 防渗墙墙底。施工完成后分段进行常水头注水试验， 注水试 验完成后 ， 对检查孔进行封孔 ， 封孔材料采用去除粗骨料 的 塑性混凝土， 封孔高度与设计墙顶持平。 4 特殊情况处理 在本工程施工中， 出现了与防渗墙轴线交叉的废弃溢流 堰、 漏浆、 接头管筑管、 抓斗被卡等特殊情况， 由于采取了合 理的处理措施， 因此未对防渗墙成墙质量造成影响。 4 ． 1 废 弃 溢流堰 处理 施工一标在进行桩号 Z D 0 +7 9 2 ． 3 3 6 ～Z D 1 +0 9 5 ． 5 3 6 段防渗墙成孔施工时， 发现大多数孔在 9 m以上都存在向库 区侧偏斜现象 ， 经调查档案资料和现场重新勘察， 发现施工 平台以下 6 m存在一处废弃溢流堰， 该溢流堰齿墙与防渗墙 轴线斜交且部分位于槽内， 溢流堰齿墙高 3 m左右， 平面布 置见图 2 。由于防渗墙轴线一侧混凝土溢流堰齿墙的存在， 造成地层差异过大 ， 成孔过程 中极易发生孔斜、 塌孔以及槽 内混凝土“ 小墙” 处理非常困难等问题。 Fi g ． 2 Ov e r f l o w we i r l a y ou t 由于溢流堰混凝土的存在， “ 钻抓法” 成槽技术已不再适 用， 经过多次专家研讨 、 论证 ， 最终将 O ～9 IT I 段成孔方法由 “ 钻抓法” 调整为 “ 钻劈法” ， 即使用冲击钻机直接钻劈成槽。 并采取了以下富有针对性的措施 ： ① 造孑 L 过程中加强孔斜 量测， 发现孔斜超标后 ， 用卵石将偏斜部位 回填并超填 1 ～2 1T I ， 重新造孔 ； ② 将钻头加工成方形， 凿除圆形钻头无法触及 到的遗留混凝土， 保证防渗墙成槽厚度达 8 0 c m。 4 ． 2漏浆 处理 由于本工程地层多为砂卵石地层， 局部存在大的漂石或 孤石， 因此具强透水性， 施工过程中极易发生漏浆问题。为 减少漏浆问题的发生， 防止发生塌孔事故， 主要采取了以下 措施： ① 严格控制泥浆质量和槽内泥浆液面高度； ② 加大泥 浆储备 ， 发生泥浆漏失时， 及时向槽内补充泥浆； ③ 发生严 重漏浆事故时， 及时填黏土或低标号混凝土进行封堵处理， 如施工二标在造孔时遇见地下遗弃管道， 采用低标号混凝土 对渗漏通道进行了封堵 ， 控制了漏浆的进一步发展。 4 ． 3 接头管筑管处理 本工程发生过筑管事故， 推究原因是对塑性混凝土的初 凝时间估计不足， 起拔时间太晚， 造成混凝土面与接头管之 间的握裹力太大。按照事先制定的应急预案 ， 严禁硬拔 ， 首 先不停活动接头管， 以减小握裹力， 液压拔管机在较小压力 下就能抬起接头管时， 再进行起拔， 当压力持续增加而接头 管抬升不明显时， 立 即停止起拔， 重复活动接头管， 如此循 环， 直至将接头管全部拔出。 4 ． 4 抓 斗被 卡 处理 本工程发生抓斗被卡事故的原因是由于操作人员未按 要求检查钢丝绳， 导致吊放抓斗的钢丝绳发生断裂 ， 抓斗掉 入槽中被卡住的事故发生。采取的处理方法如下： 焊制高强 度弯钩， 用吊车将吊钩下到被卡抓斗掉入槽内的一端， 钩住 抓斗， 缓慢上抬， 无法抬动时， 及时调整吊钩部位， 上下错动， 直至将抓斗从槽内吊出。遇见此问题后， 施工人员加强了对 抓斗设备的保养和维护， 定期检查设备的运行情况， 避免了 再次遇见同类问题。 5 质量控制效果 从施工准备、 施工过程、 施工检验、 验收等进行质量控制 评价。施工前期的各项准备工作完善， 原材料及中间产品检 验全部合格， 塑性混凝土抗压强度值在 2 ． O ～6 ． 7 M P a 之间， 弹模在 4 1 0 ~1 4 7 4 MP a 之间， 整体渗透系数在 1 ． 9 1 0 — 9 ～ 5 ． 8 1 X1 0 。 c m／ s 之间， 满足抗压强度不小于 2 ． 0 MP a 、 弹模不 | ． 2 1 ． 铀 8 稍 蛳 | | ‰瓣 ㈣ 虢 谶 l 龇 第 9 卷 总第 5 7期 南水北调与水利科技 2 0 1 1 年第6期 大于 1 5 0 0 MP a 、 整体渗透系数小于 1 1 c m／ s 的设计要求。 墙体质量检测采用分段注水试验的方式进行， 渗透系数在 5 ． 1 5 1 0 ～9 ． 9 1 1 0 。 c m／ s之间， 满足设计要求。在防渗 墙施工完成后， 陆续展开了分部工程验收， 通过检查施工过 程资料、 施工现场、 各种仪器监测情况， 全部被评定为优 良。 6 经验与建议 ① 大宁水库周边基本上为砂卵石地层， 具强透水性， 要 将其作为南水北调的调蓄水库， 提高北京市城市供水保证 率， 必须减少渗漏， 防渗墙修建完成后， 小于 1 0 。c m／ s的整 体渗透系数有效的减少 了渗漏， 通过近期的临时蓄水 ， 库内 水位高程已达 4 8 m， 而库外水位高程基本上长期维持在 4 0 m左右， 截水效果明显。 ② 防渗墙工程采用的塑性} 昆 凝土材料， 其弹性模量更 接近周围砂砾料地层的变形模数， 满足砂砾料地层变形大的 需要， 减少了墙体内的应力 ， 避免了墙体开裂 ， 为更好的起到 防渗效果提供了保障。 ③ 大宁水库防渗墙工程总体成墙面积达 1 6 万 r n 2 、 工期 1 6 个月。工程量之大、 工期之短给工程施工带来了较大压 力， 通过“ 分标分段” 的施工组织和管理， 合理编排施工进度 计划 ， 有效分解了施工压力， 进度控制效果良好。 ④ 塑性混凝土试验方法及其配合 比的确定， 为本工程 的顺利实施创造了有利条件。 ⑤ 通过本工程所遭遇废弃溢流堰的特殊情况， 应加强 施工前的地质勘探和进场后的复勘工作， 避免因地质问题造 成工期延长和施工难度加大。 参考文献( R e f e r e n c e s ) ： [ 1 ] 丛蔼森． 地下连续墙 的设计施工与应用[ M] ． 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 0 ． ( C 0 NG Ai - s e n ． D e s i g n Co n s t r u c t i o n a n d Ap — p l i c a t i o n o f U n d e r g r o u n d C o n t i n u o u s wa l l [ M] ． B e i j in g ： C h in a W a t e r p o we r Pr e s s ， 2 0 0 0 ．( i n Ch i n e s e ) ) [ 2 ] S I 1 7 4 — 9 6 ， 水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[ s ] ． ( S I 1 7 4 — 9 6， Th e Co ns t r u c t i o n Te c h ni c a l Sp e c i f i c a t i o n o f Co n c r e t e Cu t o f f Wa l l Us e d for W a t e r Re s o u r c e s a nd Hy d r o e l e c t r i c P r o — j e c t E S ~ ． 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