巴基斯坦卡洛特水电站塑性混凝土防渗墙施工技术总结

高永国

中国水电基础局有限公司 天津 301700

1 工程概况

卡洛特水电站位于巴基斯坦境内吉拉姆（Jhelum）河上，属Ⅱ等大（2）型工程，电站装机容量720MW，坝址位于巴基斯坦旁遮普省与AJ&K 特区交界处的卡洛特桥上游1km 处的河湾地块。枢纽工程主体建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物等组成。大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程EL.469.5m，最大坝高95.5m。大坝施工时采用上下游围堰进行挡水，上下游围堰为全年挡水土石围堰，基础均采用塑性混凝土防渗墙防渗。

大坝上下游围堰塑性混凝土防渗墙设计墙厚0.8m，深入弱风化基岩0.5m。上游围堰防渗墙轴线长113m，施工平台高程EL398.5m，最大孔深23m，平均孔深19.25m，成墙面积2174.81m2；下游围堰防渗墙轴线长127m，施工平台高程EL396.0m，最大孔深24m，平均孔深18.45m，成墙面积2342.91m2。

2 工程难点

工期紧，任务重。2018 年9 月22 日实现大江截流，业主要求12 月15 日完成上游围堰防渗墙施工，12 月30 日完成下游围堰防渗墙施工，工期相对比较紧张，施工强度高。

地质条件复杂，河床部位大块石及漂卵石多。上游围堰左岸漫滩部位分布崩坡积巨块石；河床多分布碎块石及少量漂卵石，厚度达8-10m。下游围堰左岸岸坡较陡，局部分布基岩陡坎；河床及两岸河滩分布碎块石、孤石，厚度5-8m，具架空结构。

3 防渗墙塑性混凝土设计及要求

3.1 塑性混凝土设计指标

设计塑性混凝土28d 抗压强度4-5MPa，渗透系数K20＜1.0×10-7cm/s，弹性模量E0 ＜1500MPa。

3.2 塑性混凝土配合比

塑性混凝土配合比见表1。

3.3 塑性混凝土施工技术要求

（1）塑性混凝土入孔塌落度为180-220mm，扩散度为340-400mm，塌落度保持150mm 以上的时间≥1h；

（2）塑性混凝土的初凝时间＞6h，终凝时间＜24h；

（3）塑性混凝土的密度≥2100kg/m3。

4 施工方案

考虑本工程的特殊性和地层特点，以及防渗墙的质量要求和现场施工条件，防渗墙总体施工方案为：

大坝上下游围堰各投入6 台ZZ-6A 型大功率冲击钻机同时进行防渗墙施工；

场地预先经过平整后进行施工平台的建造，浇筑C25 混凝土，中间及底部布设受力钢筋，以提高导向槽的抗弯性能；

防渗墙采用“钻劈法”进行成槽施工：冲击钻机先钻进主孔至设计孔深，然后劈打副孔成槽；

槽段分一、二期施工，墙段连接采用“接头孔套接法”；

采用泥浆护壁，主孔施工以粘土浆为主，副孔施工、清孔换浆采用膨润土泥浆，确保浇筑质量；

清孔换浆采用抽筒置换清孔法；

采用泥浆下直升导管法浇筑混凝土，导管开浇顺序为自低处至高处，导管距孔底15cm-25cm 左右，采用压球法开浇。

5 施工准备

导向槽及施工平台施工。为保证槽口稳定，并起造孔导向作用，在槽口建造钢筋混凝土导向槽。导向槽及施工平台断面见图1。导向槽施工时，采取纵向分段浇筑，各段之间采用斜面搭接的方式连接。导墙内墙面应保证垂直，导墙成型后背侧用粘土分层回填压实，内面应打入支撑杆或砖砌隔断防止因外力造成导墙的偏移或变形。

图1 导向槽及施工平台断面示意图

泥浆制作、配合比及性能指标。选用高效、低噪音的LSJ-1500 型旋流立式高速搅拌机进行膨润土泥浆拌制。膨润土泥浆配合比和性能指标分别见表2 和表3。槽孔划分。综合考虑地层、墙体深度、设备能力等，槽孔分两期施工，先施工一期槽孔，后施工中间的二期槽孔。墙段连接采用“接头孔套接法”。一期槽槽长为6.8m，分为4 个主孔和3 个副孔，主孔为0.8m，副孔为1.2m；二期槽槽长为6.8m，分为4 个主孔和3 个副孔，主孔为0.8m，副孔为1.2m。施工中根据实际情况可适当调整槽段的大小，施工时优先施工深槽段，合拢段安排在槽深较浅、条件较好的地方。槽孔划分见图2。

表2 新制膨润土泥浆配合比（1m3 浆液）

表1 塑性混凝土配合比

表3 膨润土泥浆性能指标

6 塑性混凝土防渗墙主要施工方法

6.1 先导孔施工

根据设计及监理工程师要求，在防渗墙造孔开工的同时，沿整个施工轴线布设先导孔，以判定防渗墙轴线部位基岩的顶板高程，以便指导防渗墙的施工，确保防渗墙的每个部位的嵌岩均达到设计标准。先导孔采用XY-2 型地质回转钻机、金刚石钻头钻进。由于本工程覆盖层皆为回填料，钻孔难度大，施工时采用冲击钻机钻凿上部覆盖层，下部岩芯钻机钻孔取芯的方法。根据钻孔取芯要求，防渗墙先导孔孔径为76mm。

6.2 防渗墙施工工艺流程

本工程防渗墙施工工艺流程见图3。

图3 混凝土防渗墙施工程序图

6.3 成槽施工本工程覆盖层主要为卵砾石层，大孤石、块石多

针对本工程地质特点和槽深分布情况，选用大功率ZZ-6A 型冲击钻机作为成槽施工设备，采用“钻劈法”成槽工艺，此工艺比较适宜对含孤、块石和硬岩地层的施工。采用ZZ-6A冲击钻机造孔，泥浆护壁，抽桶出渣施工。成槽过程中，为保证设计墙体厚度，终孔钻头直径应不小于开孔钻头直径，钻头磨损后应及时补焊。

成槽的质量标准要求：孔位偏差不大于3cm；槽孔孔壁应平整垂直，孔斜率不大于4‰；不应有梅花孔、小墙等；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，孔斜率应控制在6‰以内；一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心线在任一深度的偏差值应不大于设计墙厚的1/3。

6.4 基岩鉴定

槽孔终孔深度应以防渗墙地质剖面图和先导孔资料为基础，由设计、监理与施工单位的地质工程师结合槽孔造孔现场取样综合判断后确定[1]。若地质情况与设计图纸出入较大时，由设计、监理和防渗墙施工单位等单位的有关人员进行现场鉴定后签认确定最终深度。防渗墙伸入基岩的控制标准为：槽孔嵌入基岩的深度必须满足设计要求，深入弱风化上限基岩0.5m。主孔基岩面按以下方法确定：

（1）依照防渗墙地质剖面图以及先导孔详细资料，当孔深接近基岩面时开始留取抽筒岩样，现场取样每进尺20-30cm 一次，当岩层风化程度变化剧烈、地质条件明显异常时，加密取样。所有岩样按顺序、深度、位置编号，填好标签，装箱，妥善保管。

（2）对照邻孔基岩面高程，并参照钻进情况确定基岩面。

（3）当上述方法不能确定基岩面时，或对基岩面发生怀疑时，应用岩芯钻机取岩样，加以确定。

副孔基岩面按以下方法确定：

（1）两相邻主孔终孔深度差小于1m，其中间的副孔深度与较深主孔孔深之差不得大于两相邻主孔孔深之差的1/3。

（2）两相邻主孔终孔深度差大于1m，其中间的副孔深度应取岩样进行鉴定，但副孔的终孔深度与较深主孔孔深之差不得大于1m。

6.5 终孔验收

槽孔终孔质量检查项目主要有孔位、孔深、墙厚和孔斜。孔位通过防渗墙中心线及槽段桩号控制；槽孔深度采用测绳测量；厚度通过钻头直径控制；孔斜采用重锤法进行测量。

6.6 清孔换浆

清孔采用抽筒置换清孔法，利用钻机自带抽筒抽取槽孔内含钻渣最多的稠泥浆，同时向槽内补充新鲜泥浆。清孔换浆结束后1h，进行泥浆试验[2]。如果达到清孔标准，即可结束清孔换浆的工作。清孔标准：清孔换浆结束一小时后，槽孔内淤积厚度不大于10cm；泥浆密度不大于1.15g/cm3；泥浆粘度32-50s（马氏）；含砂量不大于6%。泥浆取样位置距孔底0.5m-1.0m，清孔换浆合格后，方可进行下道工序。

Ⅱ期槽在清孔换浆结束之前，需进行接头孔的刷洗。接头孔的刷洗采用具有一定重量的圆形钢丝刷子，通过调整钢丝绳位置的方法使刷子对接头孔孔壁进行施压，在此过程中，利用钻机带动刷子自上而下分段刷洗，从而达到对孔壁进行清洗的目的。结束的标准是刷子钻头基本不带泥屑，并且孔底淤积不再增加。

6.7 混凝土浇筑

（1）导管安装。防渗墙塑性混凝土采用直升导管法进行泥浆下混凝土浇筑。导管直径Ф300mm，每个槽段浇筑时下设2套导管，导管采用冲击钻机副卷扬下放和提升。导管安装应满足如下要求：①一期槽孔两端导管距孔端为1.0-1.5m，二期槽孔两端导管距孔端为0.5-1.0m；②槽孔内有两套以上导管时，相邻导管间距不得大于3.5m；③当槽底高差大于0.25m 时，应将导管中心置于控制范围的最低处；④导管底口距槽底距离应控制在15-25cm 范围内。

（2）混凝土浇筑。由混凝土搅拌楼拌料，采用混凝土搅拌车将拌制好的熟料输送至浇筑槽口，经分料斗和溜槽将混凝土输送至浇筑漏斗，浇筑导管均匀放料，有利于保证混凝土面均匀上升。混凝土开浇时采用压球法开浇，每个导管均下入隔离塞球。开始浇筑混凝土前，先在导管内注入适量的水泥砂浆，并准备好足够数量的混凝土，以使隔离的球塞被挤出后，能将导管底端埋入混凝土内

（3）墙体混凝土浇筑施工技术要求。导管埋入混凝土的深度不小于1.0m，且不宜大于6.0m。混凝土面上升速度不应小于2.0m/h，槽孔内混凝土面应均匀上升，其高差控制在0.5m 以内。每30min测量一次混凝土面高程，每2h 测定一次导管内混凝土面高程，在开浇和结尾时适当增加测量次数，根据每次测得的混凝土表面上升情况，填写浇筑记录和绘制浇筑指示图，核对浇筑方量，指导导管拆卸。浇筑混凝土时，孔口设置盖板，防止混凝土散落槽孔内[3]。槽孔底部高低不平时，从低处浇起。混凝土浇筑完毕后的顶面应高于设计要求的顶高程50cm。严禁不合格的混凝土进入导管内。

6.8 防渗墙墙段连接

墙段连接采用“接头孔套接法”连接，此法施工的防渗墙由I期和Ⅱ期墙体结合组成，I期墙体端头呈圆形，完成一期槽浇筑后打掉两个端孔（接头孔）混凝土使I期墙体端头呈圆弧形，然后再施工二期槽，确保套接厚度不低于1m，待二期槽施工完毕刷洗接头孔淤泥，最后下入导管并浇筑砼成墙，形成了墙体可靠连接。该方法优点是成本低、风险小。

7 特殊情况的处理

（1）地层漏浆、塌孔处理。由于本工程的地层为含漂（孤）石的砂卵石层，透水率较大，施工中容易造成大量的集中式浆液漏失，进而影响成槽过程中的孔壁稳定。如遇上漏浆、塌孔等情况，拟采取以下几种主要措施来处理：①造孔过程中，如遇少量漏浆，则采用加大泥浆比重，投堵漏剂等处理，如遇大量漏浆，单孔采用回填粘土钻进处理，槽孔采用投锯末、水泥、稻草或高水速凝材料等进行堵漏处理。②根据工程施工经验，危险性管涌土，会加剧地层渗漏通道的渗漏，钻进时，要加强泥浆损失测估，改变钻进工艺，准备好足够的堵漏材料及时处理好渗漏，尤其是槽孔的副孔钻劈时，要小心提防。③塌孔处理：由于覆盖层级配不均，局部架空，造孔中可能出现塌孔。发现有塌孔迹象，首先提起施工机具，根据塌孔程度采取回填粘土、柔性材料或低标号混凝土等处理；如孔口塌孔，采取布置插筋、拉筋和架设钢木梁等措施，保证槽口的稳定。

（2）孔斜的处理。造成防渗墙发生孔斜的原因有很多，其中地层原因是最主要的。当槽孔施工发生孔斜时，将使墙体的有效厚度减少，影响墙体的连续性。因此，孔斜的控制尤为重要，拟采取下列措施：①改变钻头规格、形状。冲击钻机施工中要勤测勤量，及时掌握孔形情况，如发现偏斜，可在钻头上加焊一圈钢筋，扩大钻头直径，扩孔改变孔斜；或在孔斜的相反方向加焊耐磨块进行修孔。②回填石料修孔。冲击钻机造孔中如果发生孔斜，可用10-25cm 石料回填至偏斜段顶部，重新进行该段造孔，并加大造孔过程中的测斜密度，严加控制进行修孔。

（3）混凝土浇筑堵管的处理。混凝土的浇筑质量是防渗墙施工成败的关键环节，防渗墙的浇筑应严格按照规范的规定执行。有效地控制混凝土的搅拌质量及按规定掌握导管的埋深，是避免发生堵管的关键措施。一旦发生堵管，可利用吊车上下反复提升导管进行抖动，疏通导管，如果无效，可在导管埋深允许的高度下提升导管，利用混凝土的压力差，降低混凝土的流出阻力，达到疏通导管的目的。当各种方法无效时，可考虑重新下设另一套导管，新下设的导管底中应完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒将导管内的泥浆抽吸干净，方可继续进行混凝土的浇筑。

8 结语

塑性混凝土墙体经压水试验、孔内摄像等检查，其弹性模量、混凝土强度、抗渗等级等指标均达到设计要求，表明防渗墙工程质量达到了设计预期效果。塑性混凝土因其弹性模量低，极限应变大，使得塑性混凝土防渗墙在荷载作用下，墙内应力和应变都很低，可提高墙体的安全性和耐久性；而且施工方便，节约水泥，降低工程成本。巴基斯坦卡洛特水电站上下游围堰采用塑性混凝土防渗墙进行防渗处理，取得了良好的防渗效果，围堰一次闭气成功，受到建设单位好评。