抓斗成槽造孔混凝土防渗墙技术在炳灵水电站库区防护工程中的应用

把玉祥,赵丰俊

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065;2.青海省民和县移民安置局,青海省民和县 810899)

1 工程概况

炳灵水电站位于甘肃省境内的黄河干流上，是黄河龙羊峡—青铜峡河段水电开发规划中第13个梯级电站。工程枢纽位于甘肃省临夏回族自治州永靖县与积石山县交界处塔坪村和三坪村，上距在建的大河家水电站29.5 km，下距已建刘家峡水电站44.5 km。炳灵水电站的主要任务是发电，水库设计正常蓄水位1 748.00 m，汛限水位1 744.00 m，最大利用水头25.7 m，坝顶高程1 752.00 m，采取防护措施后总库容4 794万m3，为日调节水库。电站装机容量240 MW，保证出力88.3 MW，多年平均发电量9.74亿kWh。工程规模属Ⅲ等中型工程。

炳灵水电站水库防护工程位于库区川水地区，距坝址约12 km。防护区河段为甘肃、青海两省界河，左岸为青海省民和县，右岸为甘肃省积石山县，为保护库区川区的两岸耕地，在水库两岸进行了防护工程设计，右岸甘肃段防护采用堤防防洪，垫地防浸的设计方案，左岸青海段采用堤防防洪，混凝土防渗墙+均质黏土堤防防渗、防浸的方案。

炳灵水电站库区防护工程(青海段)主要包括4片防护区，从黄河下游至上游依次为峡口防护区、美二防护区、美一防护区、金田防护区。4片防护区总长为5 956.9 m，防护面积215.27 hm2，防护工程堤防等级为5级。峡口防护区的堤后防浸方式为垫地防浸;美二、美一、金田防护区采用均质黏土堤防+连续式混凝土防渗墙的防护方案。均质黏土堤防迎水面坡比为1∶2，背水面坡比为1∶1.5;基础防渗采用连续式混凝土防渗墙，防渗墙最大深度20 m，厚度0.6 m，入岩0.5～1.0 m，插入堤体1 m，工程量63 183.9 m2，墙体沿堤防布置长度约4 km，墙体设计厚度0.6 m，墙底入岩0.5～1.0 m，混凝土防渗墙设计物理力学指标为：C25混凝土，抗渗标号W6，弹性模量E≤1.5×104MPa。

2 防渗墙施工技术

2.1 施工工序及工艺流程

混凝土防渗墙施工工序及流程见图1。

图1 防渗墙施工工艺流程图

2.2 混凝土防渗墙施工方法

2.2.1 施工准备

确定防渗轴线开挖导向槽，开挖后的施工平台在导墙浇筑完毕后需回填1层碎石或乱石，抓斗布置在导墙右侧，混凝土浇筑用设备及混凝土运输车辆放在防渗墙的左侧。导墙采用钢筋混凝土矩形断面，高度1.2 m，宽度0.5 m，内侧净宽0.7 m。导墙截面内分3层布置钢筋，纵向受力钢筋采用Φ14@15，钢筋采用Ⅰ级圆钢。导墙混凝土等级为C25，采用二级配混凝土。

2.2.2 建造槽孔

(1) 划分槽孔段

采用液压抓斗造孔成槽法时，根据设计提供的地质资料及现场混凝土供应强度、成孔时间、浇筑速度等因素，确定槽段槽孔长度按7.6 m划分。在拐点和长度不够7.6 m的地方局部调整。

(2) 槽孔开挖

针对本工程槽孔深度、厚度要求及地层特点，采用“抓取法”进行槽孔开挖。防渗墙基岩鉴定以抓斗实际抓出的岩样并参考设计给定的地质资料综合确定最终入岩深度。在接近基岩时对抓斗抓出的岩样进行现场取样，所有岩样编号并予以保留，以便各方进行地质鉴定。

本工程墙段连接采用接头管法，在一期槽清孔验收合格后下设接头管，待槽内混凝土初凝后用专用的液压拔管机起拔接头管，使其形成接头。

2.2.3 泥浆护壁措施

由回波信号和多相位分段调制干扰信号的幅相特性曲线可知，干扰信号与回波信号的幅频特性在全频带内均为一常数，二者成倍数关系，干扰信号的相频特性和y轴的交点与调制相位值的大小有关，曲线斜率与分路的时间点有关。由k=1时的干扰信号幅相特性推广至k取任意值，可以看出，多相位分段调制干扰信号在单个信号分路上的相频特性依然是线性连续的，然而多个分路间的相频特性不再具有回波信号相频特性所固有的线性相位特性。

炳灵水电站库区防护工程采用优质膨润土泥浆进行护壁，泥浆主要是在防渗墙造孔成槽过程中起到固壁、润滑和悬浮的作用。抓斗造孔时，回收泥浆的主要措施是在弃碴倒运时尽可能沥尽携带的泥浆浆液。防渗墙混凝土浇筑过程中，自导管孔口流出的泥浆均直接采用泥浆泵回输至回浆池中，经沉淀后作为其它槽孔固壁之用。浇筑混凝土顶面以上1 m左右的泥浆会被污染而造成劣化，应做废弃处理。泥浆液面距导墙顶高差不超过50 cm，不宜少于30 cm。

2.2.4 清孔换浆

槽孔终孔验收合格以后进行清孔换浆。视孔内泥浆质量及沉碴多少，采用抓斗直接捞取、气举(3 m3空压机)置换、泵吸法等多种方法清孔。清孔换浆结束1 h后，需达到质量要求：槽内泥浆密度不大于1.15 kg/m3，马式漏斗黏度不大于50 s，含砂量不大于6%，槽底淤积厚度不大于10 cm。换浆清孔结束前，采用特制接头刷子自上而下分段刷洗槽段端头的混凝土表壁。刷洗合格标准为接头刷子上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加。

2.2.5 防渗墙混凝土拌和与浇筑

混凝土采用集中拌和楼拌制。单个槽孔浇筑时，混凝土拌和的最小强度需达到25 m3/h。采用混凝土罐车输送混凝土至各浇筑槽孔口，采用泥浆下直升导管法浇筑。导管法浇筑顺序为从低处到高处，逐个管浇筑。浇筑导管距离孔底约15～25 cm，采用压球满管法浇筑。开浇前，需先准备好足量的混凝土，并在导管内注入适量的水泥砂浆，以使导管底口的橡胶球被挤出后，导管底端能埋入混凝土内。当一个槽孔采用2套以上导管浇筑，槽底高差大于50 cm时，导管宜布置在其控制范围的最低处，导管中心至槽孔端部或接头管壁的距离宜为1.0～1.5 m，中心距不大于4 m。各导管保持均匀进料，以保证槽孔内混凝土面高差不大于0.5 m，导管埋深宜为1～6 m。浇筑时严格控制槽内混凝土面高差和导管埋深，以防混浆和夹泥。

混凝土开浇时检查导管内是否渗进泥浆。浇筑过程中应定时测量槽内混凝土面，测点设置在两导管间及槽孔两端头，测量时间为30 min间隔。槽内混凝土面平均上升速度不小于2 m/h，在开浇和终浇阶段缩短测量混凝土上升面的间隔时间。连续浇筑至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5 m，即可停止浇筑，拔出导管。

3 造孔常见事故处理

3.1 塌孔处理

根据对导致塌孔的关键成因分析，当出现大面积塌孔时用优质黏土回填到坍塌处以上1～2 m，待沉积密实后再进行施工；当出现局部坍塌时应加大泥浆密度，目的使槽内的泥浆黏度和泥浆密度增加，增加槽壁的稳定性。若槽孔坍塌后导墙底部悬空，则下部应采用黏土回填到导墙下部2～3 m后，把槽内上部泥清除，用混凝土将上部塌空部分回填密实，待混凝土有一定强度后再重新开孔成槽。

3.2 较大孤(漂)石处理

3.3 导管堵塞处理

当在浇筑混凝土成墙的过程中发生浇筑管堵管的情况，应查对浇筑记录，仔细分析堵管原因及位置，确认管底位置和埋深，及时采取处理措施，避免其他导管同时被堵。浇筑导管堵塞一般采用捣、顿的方法进行疏通，如果以上措施无效，及时将导管全部拔出进行冲洗，果断抓紧时间起拔导管重新下管浇筑。在重新开始浇筑时，管底插入混凝土的范围为0.5～1 m，同时采用小抽筒将管内泥浆抽净，并至少注入1 m3砂浆。

3.4 提 脱

当发现混凝土面突然大幅度下降、导管内混凝土面过低或者有泥浆由管底进入管内时应立即增加导管埋深，直至管内情况恢复正常。在导管提脱后，如发现管内进入较多泥浆而混凝土无严重混浆现象，可下入导管，并采用小抽筒抽出管内泥浆，再进行浇筑。在导管反复提脱过程中，如发现槽内混凝土大范围混浆，应立即停止浇筑，按断桩进行处理。

4 施工质量检查及质量效果分析

4.1 钻孔取芯检查

防渗墙成墙28 d后进行钻孔检查，沿墙体轴线布置检查孔，具体孔位按监理工程师指示确定。本工程共设置18个检查孔，平均间距在100 m左右，在防渗墙的接头处和拐点处等特殊位置均有设置。

取芯钻机选用XY-2型地质钻机，孔径不小于110 mm；深度大于防渗墙深度1.0 m或按现场监理工程师指定的深度进行；孔斜控制在0.5%以内；孔位误差不大于±1.0 cm；检查孔自上而下分段取芯钻进，分段作压(注)水试验[k

检查孔由监理工程师验收合格后，方可进行封孔作业。检查孔采用黏土水泥浆压浆封孔法进行封孔，封孔材料选用黏土水泥浆，材料的成分比例为：土∶水泥∶水=3∶1∶2。

4.2 现场开挖检查孔检查

接头开挖检查的部位和数量根据监理工程师指示确定。本工程开挖设置在桩号为1+200.00 m处，开挖后主要对墙体的平整度、密实度、墙体厚度及墙体材料等方面进行检查和对比，通过开挖段检查，本工程防渗墙完全符合设计要求。

4.3 施工质量效果分析

从现场钻孔取芯检查、开挖检查孔检查的结果分析，堤防基础下连续式混凝土防渗墙从外观质量及物理力学指标均满足设计要求，达到了施工目的，取得了防渗效果。

5 结 语

地下连续式混凝土防渗墙的防渗效果和耐久性均较好，工程质量也较为可靠，在覆盖层较厚及基岩硬度较低的地区采用薄型液压抓斗进行施工，大幅度地提高了防渗墙的施工速度和工效，既快又较为经济地完成水电站库区防护工程的建设。

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