山西省泽城西安水电站工程坝基混凝土防渗墙的施工工艺

王学强刘艳明

（1.山西泽城西安水电有限公司 山西太原 030002；2.山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概况

山西省泽城西安水电站（二期）工程地处山西省晋中市左权县境内的清漳河干流上,是一座以发电为主，兼顾防洪、养殖等综合利用，并为下游梯级水电站调节发电用水的水电枢纽工程。

挡水坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高46.8 m，坝顶长256 m，宽8 m，坝基采用混凝土防渗墙防渗，防渗墙穿过坝基混合土卵石层，入岩5.0 m，全长191.50 m(桩号：坝0+057.00～0+248.50)，最大墙深52 m，墙厚1.0 m。左右坝坡趾板、连接板下基岩进行固结灌浆；防渗墙下、左右岸坡趾板下基岩和水库两岸向上游延伸段基岩进行帷幕灌浆。

2 工程地质情况

本区位于太行山中南段，地势西北高、东南低，属构造剥蚀中山地貌，地形起伏大，山势陡峭，河谷发育。区内主要发育清漳河，在其发展演化过程中，形成了四级河流阶地。山脉、水系明显受地质构造和岩性的控制。

库区出露地层主要有太古界赞皇群，元古界长城系、古生界寒武系和奥陶系以及燕山期辉绿岩侵入体，新生界上第三系和第四系。构造主要发育北北东向褶皱及断裂，其中人头山-天池脑长轴背斜通过库区。

库区两岸基本为岩质岸坡，基岩裸露，岩性为常州沟组石英砂岩，岩性坚硬。左岸岸坡较缓，岩层倾向河谷，为顺向岸坡，受卸荷、风化影响，岸坡处岩体中的节理裂隙较发育。右岸岩层倾向上游偏岸坡内部，为逆向岸坡，岩体整体性较好。

防渗墙轴线位置河床覆盖层为混合土卵石，混合土卵石层内局部存在孤漂石；河床比现有围堰低3 m，且围堰内水位过高，在混合土卵石层中造孔难度大，易塌孔，泥浆流失严重，并且防渗墙入岩深达5 m，冲击钻钻凿基岩困难。

3 施工总体布置

3.1 供水系统

施工供水主要取自围堰基坑内集水坑渗透水，采用2台IS100-65-250型离心式清水泵(Q=100 m3/h，H=80 m，N=37 kW)在集水坑中提水，用DN100钢管向场内的各施工工作面供水。供水系统共需铺设DN100钢管约1 500 m。

3.2 供电系统

本标段主要用电负荷有：防渗墙、灌浆施工、以及混凝土拌和系统、膨润土制浆站、水泥浆制浆站、供水、施工辅助工厂、照明等，用电负荷约为1 000 kVA。

根据施工总体布置，在围堰上游左岸处布置三台变压器，变压器容量分别为：500 kVA、250 kVA、250 kVA，可满足大坝基础混凝土防渗墙施工用电需求。

3.3泥浆系统

在防渗墙轴线上游侧40 m外、桩号坝0＋170位置的河漫滩处，建立一套泥浆拌和系统，建造制浆站规模为建造280 m3的膨化池1个，280 m3的供浆池1个。安装2台S1500高速搅拌机和3台3PNL型泥浆泵。泥浆站至施工现场的供、回浆管路为Φ100 mm钢管。

3.4混凝土拌和系统

为方便供水、供电的统一规划，本工程混凝土拌和系统建设在泥浆系统附近，并就近设砂、石储料场，料场保证2个槽孔储量。

拌和站设2台JS-500型强制式拌和机，骨料由配料机按自动配料程序完成，水泥通过袋装计量，水用量由时间继电器控制。混凝土运输采用混凝土泵，根据施工强度，投入1台HBT-60A泵。混凝土拌和系统见图1。

图1 混凝土拌和系统组成形式

3.5施工平台及导墙

施工平台及导墙采用钢筋混凝土形式，沿防渗墙轴线修筑，钻机平台位于防渗墙轴线下游，轴线上游为抓斗施工作业平台，断面图如图2。

图2 防渗墙施工平台断面图（单位：cm）

3.6水泥浆系统布置

水泥制浆站布置在帷幕灌浆作业区内。在大坝左岸趾板附近建设一集中制浆站，供给固结、帷幕灌浆所需浆液，距离较远的地方设置水泥浆中转站，采用输浆管把浓浆输送到各个作业面，保证远距离输浆需要。

4 混凝土防渗墙施工

4.1槽段划分

根据设计文件，考虑地下水位、槽孔深度、施工历时、导管布置和浇筑能力等，在保证槽孔稳定的前提下，初步拟定防渗墙Ⅰ期、Ⅱ期槽段长度均为7.0 m。施工过程中根据实际情况，坝体两岸部位防渗墙深度较浅，可适当加长槽孔施工长度；坝体中间部位防渗墙施工时，若有漏浆塌孔现象，可缩短槽孔施工长度。槽孔划分示意见图3。

4.2防渗墙造孔

钻进槽孔时特别要求孔位准确，垂直度符合规范要求，并控制槽孔孔斜率不大于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，其孔斜率应控制在6‰以内；本工程采用接头管进行槽段连接，端孔孔斜直接关系接头管下设和起拔。

造孔是防渗墙施工中的主要工序，受地层等自然条件影响最大，是影响工期、工程成本，甚至决定工程成败的重要因素。施工中采用如下控制措施：

1）采用“三钻两抓”或“两钻三抓”造孔。

2）开孔前，首先调整好抓斗和钻机位置，保证孔位偏差小于等于±3cm。

3）造孔过程中，随时检验孔斜率，以保证孔斜率控制在4‰以内。

4）测斜采用相似三角形法。量出带钻头的测绳距孔口中心的偏差，即可求出孔斜率，每2 m填一次测斜记录。

5）造孔过程中孔内泥浆面应保持在导墙顶面以下30～50 cm。

6）漏失地层，应采取预防措施。发现泥浆漏失，应立即堵漏和补浆。

7）槽孔孔壁应平整垂直，不应有梅花孔、小墙等。

4.3清孔换浆

槽孔验收合格后，进行清孔换浆，并及时向槽内补充新鲜浆液。新鲜浆液与槽底浆液的置换量为该槽孔方量的1/3。

使用膨润土泥浆清孔合格的标准为：槽孔清孔换浆结束后1h，槽孔淤积厚度小于等于10 cm，槽内泥浆密度小于等于1.15 g/cm3，马氏漏斗粘度：32～50 s，含砂量小于等于 6%。

4.4预埋帷幕灌浆管

为后期灌浆需要，防渗墙内预埋φ110 mm钢管，管距2.0 m，利用钢筋保持架定位。预埋灌浆管孔距2.0 m，位于防渗墙中心轴线上，平面上的允许偏差不大于±5 cm。

预埋灌浆管在槽口固定在导墙上，灌浆管间采用丝扣连接或焊接，底口缠过滤网，防止混凝土进入管内。预埋管施工完毕后，管口采用圆形木塞封闭，防止异物落入管内增加帷幕钻孔的难度。

4.5钢筋笼的吊装与下设

（1）按照设计要求，本合同段防渗墙钢筋笼在每个槽段设计墙顶高程以下5 m高度内布设。

（2）钢筋笼在下部的预埋灌浆管下设完成后下设。

（3）钢筋笼采用25 t吊车吊装和下设。

（4）钢筋笼入槽时，若遇阻碍，应进行槽孔处理，不得强行下沉,并应采取措施防止混凝土浇筑时钢筋笼上浮。

5 特殊技术及预防措施

5.1漏浆和塌孔及孔口工程防护

本工程覆盖层主要为混合土卵石，不利于成槽过程中的孔壁稳定。成槽过程中，首先应使用优质膨润土泥浆护壁，在大漏失量地层成槽时，适当加大泥浆比重，并向槽内加入黏土，然后利用钻头或重凿冲击挤密地层，每挤密一层后，再正常钻进或抓取进尺。如此循环，直至穿过漏失地层。这样施工既可以保证槽孔安全，又有利于提高成槽工效。

5.2孤石、漂石处理

采用抓斗施工，漂石、孤石严重制约抓斗工效，遇该地层，应采取适当处理措施：

（1）用抓斗挂重锤（或冲击钻冲击）破碎；

（2）孤石、漂石表面聚能爆破；

（3）采用地质钻机在孤、漂石中钻孔，孔内预爆。

这几种办法应该下一种比上一种更为有效，当采取孔内爆破措施时，首先应征得监理人同意，并就孔深及孤、漂石大小的判断，考虑装药量和爆破方案。槽内聚能爆破见图4。

5.3孔斜控制

（1）冲击钻钻进，应随时进行孔斜测量，发现孔斜后，首先采取轻打勤放措施，用钻头自重修正偏斜孔壁；或在偏斜部位预填石块，轻打纠偏。

（2）抓斗施工，斗体安设导向板，斗体采用导向杆控制；施工过程中，随时观测孔斜仪表盘，通过斗体控制自动纠偏。

5.4堵埋管

（1）严格控制新拌混凝土质量,防止配料错误、流动性不满足要求、严重离析及含超径大卵石的混凝土进入导管。

（2）混凝土的拌制和运输能力应满足混凝土面上升速度的要求，并留有余地，避免由于浇筑速度过慢，使混凝土丧失流动性。

图4 槽内聚能爆破示意图

（3）开始浇筑前应做好各项准备工作，确保混凝土浇筑连续进行，避免长时间中断浇筑。

（4）导管内径应上下一致，采用二级配混凝土时，导管内径应不小于230 mm。向导管内浇入混凝土时速度不能太快，以防止压入过多空气造成堵管。

（5）发生埋管时，暂停浇注或降低浇注速度，避免继续增加导管埋深；同时改换吊车或以千斤顶配合等措施增加起拔力；必要时可在导管口上垫厚木板，用钻头往下轻击导管，从反方向活动导管。

6 结论

在混凝土防渗墙的施工中,应严格按照操作规程设计规范施工,合理地布置导墙，选取合适的造孔机械，改进造孔工艺不仅可以提高防渗墙的施工效率，还可以节省施工成本,保障工程质量。