液压抓斗造塑性砼防渗墙在梅铺水库除险加固中的应用

液压抓斗造塑性砼防渗墙在梅铺水库除险加固中的应用

探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第8期液压抓斗造塑性砼防渗墙在梅铺水库除险加固中的应用马健，武营军，丁晔(长江勘测规划设计研究院长江岩土工程总公司(武汉)，湖北武汉430010)摘要：以郧县梅铺水库大坝除险加固工程为例，结合工程实际地质及塑性砼防渗墙设计情况，从施工程序、施工工艺、成墙施工难点及对策、塑性砼防渗墙施工过程及质量控制等方面，介绍了液压抓斗造塑性砼防渗墙在土坝加固中的应用。关键词：液压抓斗；防渗墙；塑性砼；水库除险加固中图分类号：TU476．3文献标识码：A文章编号：1672—7428(2olo)o8—0064—03ApplicationofPlasticConcreteCut-ofWallMadebyHydraulicGrabinMeipuReservoirReinforcementProject／MAJian，WUYing~un，DINGYe(ChangjiangGeotechnicalEngineeringCorporation(Wuhan)，WuhanHubei430010，China)Abstract：TakingtheexampleofMeipureservoirreinforcementprojectofYunCountryandcombiningwiththepracticalen—gineeringgeologyandthedesignofplasticconcretecut—ofwall，thepaperintroducedtheapplicationofplasticconcretecut-ofwallmadebyhydraulicgrabinreservoirreinforcementaboutconstructionprograms，constructiontechnology，construc—tiondifficultiesandcountermeasures，constructionprocessesandthequalitycontro1．Keywords：hydraulicgrab；cut—ofwall；plasticconcrete；reservoirreinforcement1工程概况Lu，具弱透水性，无不利地质体及构造存在，无不利梅铺水库位于丹江一级支流滔河下游，郧县城结构面组合，岩体稳定性良好。关以北70km的梅铺镇。梅铺水库坝址以上集雨面心墙填土为粘性土，棕褐色，稍湿，硬塑状一可积1076km，总库容2089万m。。它是一座集灌溉、塑状，含少量铁锰质结核及碎石(5％)，碎石成分为发电、防洪、城镇供水等综合效益的中型水库。水库白云岩碎块。天然含水量W=24．3％，孔隙比e=坝址以上主河道多属高山区，平均坡度比降在3％00．732，塑性指数Ip=13．7，液性指数W．=0．01，压～7．5％0之间不等，流域内多年平均降雨量841mm，缩系数a2=0．31MPa～，压缩模量E。=7．12最大年降雨量1334．5mm，多年平均径流量8．O2MPa；从试验资料统计来看，塑性指数在10．9—9．8m／s，最大年来水量6．84亿m。之间，平均值为13．7，填土由粘土和粉质粘土组成，填土不均匀，粘性一般。土工膨胀试验结果表明，大2工程地质坝心墙土的自由膨胀率在29％～60％，具弱膨胀坝址区海拔标高一般190．2～255．4m，相对高性，标贯击数N=6～16击。心墙粘土实测干容重差范围65．2m左右。出露地层主要为上元古界震平均值’，=15，70kN／m，平均压实度为0．90，未达旦系上统灯影组(z)白云质灰岩及白云岩、中生界到压实度0．98的基本要求。白垩系上统胡岗组(K)砾岩、第四系全新统(Q)冲洪积砂砾层及上更新统(Q)坡洪积粘性土，广泛3塑性砼防渗墙的设计分布于库区周边丘陵一河流阶地地带，构成库岸及液压抓斗法构筑塑性砼防渗墙布置在坝顶，轴基底。线位于坝轴线上游2．0m，桩号0+100～500，全长大坝最大坝高33．0m，心墙土坝，坝基承载能400m。力较高，应力较小，能满足大坝要求，不存在整体滑3．1墙体厚度动问题。防渗墙厚度是根据破坏时的水力梯度来确定根据现场压水试验结果，坝基渗水率q=6．71的，其公式为：收稿日期：2010—03—11；修回日期：2010—07—05作者简介：马健(1967～)，男(汉族)，湖北武汉人，长江勘测规划设计研究院长江岩土工程总公司工程师，岩土工程专业，从事岩土工程、水利工程施工技术及管理工作，湖北省武汉市解放大道1863号，yueguang—dy@163．con。n2010年第37卷第8期探矿工程(岩土钻掘工程)65B=H，J龟施工场地平整式中：B——防渗墙厚度，m；作用在墙体上的l水头，m；．，——防渗墙的允许坡降。l导向墙修建ll水、电、泥浆站、拌合站制兰防渗墙在渗流作用下的耐久性，取决于机械力侵蚀和化学侵蚀作用，试验表明塑性混凝土抗机械JI、^环造主孔I破坏和抗化学溶蚀破坏的水力梯度都很大，设计采浇灰浆或塑性砼抓斗Ll期槽．用J=80。I期槽I屙洗砼接头l根据墙体承受的水头并结合施工机具，墙体厚J清孔换浆、槽孔验收I度定为40Om。Ⅱ期槽3．2墙体伸人基岩的深度下浇筑导管II砼拌合、运输l混ll墙体伸人基岩的深度是根据坝基地质条件，渗凝土浇筑水下砼I透稳定及结构要求确定，坝基表层为节理裂隙发育浇筑II期槽的强风化岩层，渗透性较强，若墙底伸人基岩的深度结束，转下一槽孔不当，则渗透比降很大，风化基岩被强渗流冲刷，仍图1塑性砼防渗墙施工工艺流程图有发生渗透破坏之虑。因此，要求墙体伸人强风化基岩1．0m。具体要求如下：(1)孔口平台设置在高于槽孔3．3塑性砼防渗墙设计指标施工期最高洪水位以上；(2)导向墙施工。塑性混凝土是一种水泥用量比较少的粘土类混孔口的导向墙基础修筑在稳固的地基上。由于凝土。由于加入粘土、膨润土后，降低了水泥胶结的地基土松散，为了增加地基土强度，防止成槽时出现粘结力，使混凝土的强度大大降低，并且具有较大的坍塌，将导向墙设计成矩形钢筋砼结构，导向墙深塑性。与普通混凝土相比，它具有初始弹模低，极限1．2m，厚0．6m，净宽0．85m，采用钢筋砼导向墙，应变大，能适应较大的变形，有利于改善防渗墙体的导向墙顶部和底部设置纵向受力钢筋，为使导向墙应力状态，能节省水泥，降低工程造价，同时也具有尽早发挥作用，在导向墙砼中加入早咖强剂，导向墙一一定的强度和良好的抗渗性能。次浇筑长度《20m。导向墙结构详见图2。根据湖北省水利设计院对塑性砼在堤基防渗墙工程中的应用研究成果，同时类比国内已建工程经验，防渗墙的设计指标为：渗透系数K≤1×10em／S，抗压强度93．0MPa，渗透破坏比降>80。一翼4液压抓斗造塑性砼防渗墙的施工图2防渗墙施工平台结构图4．1施工程序导向墙修筑满足下列规定：①导向墙平行于防大坝塑性砼防渗墙的施工过程有：施工准备、液渗墙中心线，偏差不大于±1om；②导向墙顶面高程压抓斗成槽、冲击钻冲击基岩、清孔换浆、砼浇筑等(整体)偏差不大于±1om；③导向墙顶面高程(单工序。具体工艺流程见图1。幅)偏差不大于±0．5om；④导向墙间净距偏差不4．2施工工艺塑性砼防渗墙施工由0+500桩号向0+100桩大于±0．5om。号方向进行，施工方法为粘土泥浆固壁，冲击钻配合4．2．2槽孑L划分液压抓斗“二钻一抓”成一期槽和二期槽，泥浆下直根据类似工程经验，槽孔长度拟定为5m，双反升导管法浇筑砼，墙段连接采用双反弧桩柱法。弧桩法墙段连接拟定为0．8m。4．2．1导向墙施工方案4．2．3成槽施工砼防渗墙开工之前，根据施工强度要求，完成施一期槽孔先用一台冲击反循环钻机钻先导孔，工场地平整，孔口平台、施工导向墙修建，以及供水、直至基岩面，然后用BH12液压抓斗抓取先导孔之供电、泥浆站、拌合站的安装等工作。间的土体，孔口补充固壁泥浆，最后再用一台HG600冲击反循环钻机冲击基岩，人岩1．0m成n探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第8期槽。率，使钢绳在合斗过程中对斗体的提升始终起作用。双反弧桩柱法墙段槽孔施工时，在双反弧钻头4．4塑性砼防渗墙施工过程及质量控制要求两侧装上可拆卸的钢丝刷以洗刷一期槽孔两侧的泥4．4．1导墙胚，使槽孔接头完整，无夹泥现象。导向墙平行于防渗墙中心线，其允许偏差为±14．2．4固壁泥浆em；导向墙顶平面高程(整体)允许偏差±1cm；导冲击钻造先导孑L时固壁泥浆采用孔口直接抛投向墙顶面高程(单幅)允许偏差0．5cm；导向墙间净粘土自身造浆，抓斗成槽固壁泥浆采用0．4m立式距允许偏差0．5em。高速搅拌机制浆，浆液性能指标达到设计要求。4．4．2槽孔建造4．2．5清孔换浆设置地表水排水系统，防止地表水渗入槽内，以当抓斗及冲击钻机成槽至设计深度后，先进行免影响泥浆性能和破坏孔壁稳定。造孔中，孔内泥清淤处理直至符合槽孔验收标准，然后下设导管进浆面保持在导墙顶面以下30～50cm。保证槽孔平行清孔换浆，即将导管下至孔底，用泵把性能良好的整垂直，孔位中心允许偏差≯3cm、孔斜率≯0．2％；泥浆经导管送至孔内，由浆液以反循环流动携带钻遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特渣出槽孔，达到清孔换浆之目的。殊情况时，其孔斜率控制在0．6％以内。槽孔嵌入4．2．6砼浇筑基岩的深度必须达到1．0m。造孔结束后，对造孔砼拌合采用锥形反转出料砼拌合机，砼坍落度质量进行全面检查，经检查合格后方可进行清孔换控制在18～22cm之内。浇筑采用直升导管法，导浆。同一孔钻进使用的抓斗规格必须一致。坝基岩管内径≯200mm，多管浇筑时导管间距≯3．5m，导石钻进时，防止产生孔斜和溜坡现象。管距孔端：一期槽孔为1．0—1．5m，二期槽孔为0．54．4．3清孔换浆—1．0m。控制砼面均匀上升，高差控制在0．5m造孔结束并经检查合格后方可进行清孔换浆工内，上升速度一般为2m／h。导管埋深不小于1m，作。接头槽孔清孔换浆结束前，使用带刷子的钻头，不大于6m，每隔30min测量一次槽孔内砼面高度。分段刷洗砼孔壁上的泥皮。刷洗合格标准为刷子钻4．3成墙施工难点及对策头上基本不带泥屑，孔底淤泥不再增加。清孔换浆4．3．1施工中遇到漂石时结束1h后，达到下列清孑L标准：孔底淤积厚度≤lO(1)用重型冲击锤进行冲击作业，再把击散的cm；当使用粘土泥浆时，孔内泥浆密度≤1．3g／cm，土(石)料抓上来。完成特殊地层的槽孔施工。粘度≤30s，含砂量≤10％。(2)当槽孔边缘遇有大块石造成槽孔方向偏斜4．4．4泥浆时，向槽内投入卵石、块石，用重型冲击锤冲击这些泥浆材料符合下列要求：粘土料宜选择粘粒含卵石、块石，将槽孔边缘大块石砸碎，用抓斗抓出。量>50％、塑性指数>20、含砂量<5％、二氧化硅与(3)如漂石过大或呈探头状，采用定向聚能爆三氧二铝含量的比值为34的粘土。膨润土成品料破或槽孔内钻孔爆破的方法解决含大孤石成槽问的品质应符合《钻井液用膨润土标准》(SY5060—题。35)规定。新制膨润土泥浆或粘土泥浆性能指标，4．3．2坝基透水性强出现严重坍孔时应分别符合《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术(1)尽快补充大密度泥浆稳定孔壁，回填适量规范》(SL174—96)表4．0．6和表4．0．7的规定。的粘土，平衡孔壁土压力；循环使用的泥浆应经常检测其性能，当泥浆性能指(2)在泥浆中加入锯末或投放适量水泥封堵渗标超过规定值时，作废浆处理，废浆应集中排放在监漏途径；理人指定的地点。配制泥浆的水质应符合《混凝土(3)在泥浆中加入SM植物胶保护孔壁。拌合用水标准》(JGJ63—89)第3．0．4条的规定。4．3．3保证垂直度，预防孔斜的措施按试验选定的配合比配制泥浆，粘土和水的加料量(1)保证机械底座稳定、牢固和平整，在整个成采用称量计量，加料量误差<5％，拌制泥浆所采用槽过程中不发生沉陷和变形；的外加剂及其掺量通过试验确定。储浆池内的泥浆(2)采用短行程冲击，根据垂体定向的原理，利采用空压机定时冲风搅动，以免结块和沉淀。用斗体的自重对土体进行切割；(下转第69页)(3)根据垂体定向的原理采用吊抓限制抓取n2010年第37卷第8期探矿工程(岩土钻掘工程)69扰动范围直径约10m，根据地下扰动范围的异常现在注浆完成之后的2个星期之后，我们对加固场分东南西北成正方形布置4个孔，中间布置1孔区块进行了地质雷达复测，发现路基下溶洞及其扰(如图1所示)。中间孔与周边四孔间距约3．6m。动区域在雷达剖面上基本没有异常反应。此项目完注浆施工时，我们先施工周边4孔，以形成有效的止成2年多以来，没有出现任何质量问题，说明用注浆浆帷幕，阻挡浆液的外流；再施工中间孔。充填技术处理公路路基下潜伏的溶洞或土洞具有良3．2注浆施工工艺好效果，获得很好的社会效益和经济效益。在钻孔施工时，不允许冲击钻孔，以防溶洞再次突然塌落。此次钻孔使用的是XY一100型钻机。4结语钻孔孔径为108mlTI，周围4孔钻孔深度为8．2～8．5在岩溶地区溶洞一般较为发育，工程地质条件m，中间1孔钻孔深度为12．5m(5孔孔深均根据地较为复杂，在基础施工时一定要查清地下地质情况，质雷达资料及钻孔取心综合确定的)。确定孔底均采取相应的处理方案。利用地质雷达可较清楚的探为破碎带相连，孔底沉渣较少。在钻孔之后预埋测出公路路基下溶洞及破碎区的位置及分布范围，075mmPVC管。进而确定溶洞的大体规模，选择适合的注浆压力及在开始注浆前，进行简易压水试验，确定单孔吸最大注浆量。溶洞破碎区经过稳定性分析，选用水浆量，5孔共需要注浆约18．6m。注浆时应先用稀泥、砂石、粉煤灰等进行注浆，可以有效的对其进行浆，再用浓浆，最后再用稀浆。加固处理，保证路基的质量与安全。注浆时选用一般细度及强度浆材，即用普通水泥、粘土、粉煤灰、砂等作为充填材料。本工程主要参考文献：采用水泥粉煤灰浆和水泥砂浆两种，填加适量水玻[1]刘崧．物探方法在岩溶勘查中的应用综述[J]．地质科技情报，1997，(2)：38—45．璃速凝剂。在考虑到设计及施工在凝结时间、结石[2]AnnanAP．Ground-penetratingradarprinciples，procedures＆p—率及结石体强度等方面的要求的同时，配比时水泥plications[M]．Canada：SensorsandSoftwareIne，2003．的用量尽量少。注浆泵采用ZJ一250／10型变量挡[3]Davis儿，AnnanAP．Ground-penetratingradarforhigh—resolutionmappingofsoilandrockstratigraphy[J]．GeophysicalProspec—定量泵，其额定排量为250L／min，注浆泵压力为10ting，1986，37：531—551．MPa(压力表最大压力指数>10MPa)。[4]胡朝彬，邓世坤，梅宝．探地雷达在调查地下人工构(建)筑物灌浆压力是给于浆液扩散、充填、压实的能量，中的应用[J]．工程地球物理学报，2007，4(1)：46—51．[5]李铁汉，潘别桐．岩体力学[M]．北京：地质出版社，1980．压力大有助于提高充实程度和结石体强度，但压力[6]黎斌范，秋雁，等．岩溶地区溶洞顶板稳定性分析[J]．岩石力过大，易导致浆液冒人上部地基土中。我们按照相学与工程学报，2002，21(4)：532—536．关规范要求按照以下标准控制：灌浆压力达到3．0[7]任红旗．煤矿采空区钻孔注浆治理工艺[J]．中国煤田地质，2001，13(2)：102—103．MPa持续稳定时间20～40min，注浆量<50L／min[8]胡朝彬，邓世坤，王宝勋，等．探地雷达用于人工挖孔桩桩底岩后才终止注浆。溶探测的应用研究[J]．地质灾害与环境保护，2009，20(75)：施工中采用先低后高、先周边后中间的注浆顺74—78．序，即先施工周边帷幕孔，使溶洞形成一个周圈帷[9]肖永贵，肖亚辉，等．用注浆法处理采空区[J]．湖南交通科技，2002，28(3)：19—20．幕，再施工中部普通孔，这样，溶洞的充填效果非常[10]王发民，石永泉，韩永昌．大溶隙岩溶地层的有效钻孔堵漏方明显。法[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2007，34(3)：15—17．3．3注浆效果(上接第66页)参考文献：[1]白永年．中国堤坝防渗加固新技术[M]．北京：中国水利水电出版社，2001．5结语．[2]刘才高，夏洪华．混凝土防渗墙在富水水库主坝除险加固中的目前该工程施工自设备进场至今，进展顺利，已应用[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2008，35(2)．[3]侯敏，赵建平．薄型抓斗在黄冈长孙堤防渗墙工程中的应用完成全部防渗墙施工，经质量检测，均已达到设计指[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2002，(s1)：284—285．标，且未出现异常情况，为该项技术的推广应用取得[4]编委会．地基与基础(第2版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．了宝贵的经验。[5]秦训松．在深厚砂层中建造薄型塑性砼防渗墙施工技术[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2003，(3)：4—6．