水利工程中截渗墙施工技术要点及管理措施分析

金国磊, 吴华欢, 尹 上, 齐 冠

(1.杭州萧宏建设环境集团有限公司,浙江 杭州 310052;2.浙江交通职业技术学院,浙江 杭州 311112)

0 引 言

混凝土截渗墙作为水利工程建设中的重要技术,因其特有的抗渗性和稳定性被广泛用于供排水和防汛抗洪工程[1],但是该技术存在施工难度较高、技术复杂等问题,在实施过程中容易拖慢施工进度[2]。混凝土截渗墙是长河干流水环境整治工程3标拦河堰坝修建的关键环节,与工程顺利推进紧密相连。因此,本文对长河干流水环境整治工程中截渗墙施工技术要点及管理措施进行分析,可供类似工程借鉴。

1 工程实例

本次项目位于太湖县长河干流,其水环境整治工程综合考虑了长河干流防洪排涝、堤防安全、河势稳定等要求,对长河干流滚水坝下至黑河口段河道开展综合治理。通过建设拦蓄河水建筑物,形成一定水面、水体,为营造县城长河旅游文化轴和修复坝下湿地环境创造条件,有效改善枯水季河道生态状况及滚水坝下长河的水环境。其中,施工3标拦河堰坝基截渗墙布置上游距闸室底板边线5m处,两端与顺水流向围封截渗墙闭合,墙体材料为C25混凝土,墙厚0.4m,截渗墙顶标高为22.8～23.5m。设计要求墙底嵌入页岩强风化层厚度不小于1m,局部全风化破碎处墙底需穿透至较完整岩层内。

2 水利工程中截渗墙施工技术分析

2.1 施工前期的准备工作

2.1.1 施工平台及导墙

施工平台和导墙浇筑形式为钢筋混凝土结构,导墙断面形式为倒L形,通过先开挖后立模实施浇筑。施工平台高程定为比河道最高水位高出2m以上,宽度约为12m。

2.1.2 主要临建设施布置

制浆站及供应系统:泥浆站布设位置距截渗墙下游约30m,主要由膨润土库、泥浆搅拌机、供浆池和回浆池等部分组成。总储浆量约为800m3,系统周围用砂土围堆,中间铺设防渗膜。废水及废浆处理:寻找场地适宜位置建立临时施工污水沉淀池,废水、废浆通过排浆沟汇聚排放至沉淀池,经沉淀后上部清水由清水泵抽水排放,下部沉渣通过机械设备挖掘排出。

2.1.3 现场生产性试验

为了确保截渗墙施工过程中相关技术参数设置的合理性,在开工前,根据设计及规范要求,在截渗墙轴线上游位置开展现场生产性试验。主要试验内容为泥浆配合比试验、混凝土配合比试验、成槽造孔设备效果试验、接头连接工艺试验、混凝土浇筑工艺试验等。[3]

2.2 成槽造孔固壁泥浆施工技术

本项目实施中主要采用履带液压抓斗、冲击钻机来进行截渗墙成槽作业。履带液压抓斗安装有自动测斜和纠偏装置,可有效控制开槽孔斜,施工时操作简便,行走方便,适合野外施工;冲击钻机通过钻头向下的冲击运动破碎地基土,形成钻孔。不仅适用于一般的软弱地层,亦适用于砾石、卵石、漂石和基岩。具有结构简单,操作、维修和运输方便等特点。

针对本工程地质条件和槽孔尺寸情况,采用“上抓下钻法”或“纯抓法”的成槽工艺。“上抓下钻法”成槽是通过液压抓斗直接抓取上部的覆盖层,下部的基岩由冲击钻机钻凿成槽。“纯抓法”则是将覆盖层和基岩层都用液压抓斗直接抓取。本项目施工槽的设计长度为6m,当选定6m成槽比较困难时,可以改为一抓成槽,槽长为3m。截渗墙施工过程中泥浆能起到维持孔壁稳定、悬浮沉渣和冷却钻具的作用。[4]

本项目通过高效低噪的回转搅拌机进行泥浆拌制,制作好的膨润土泥浆在储藏室存放至少24h,下一步经过充分水化溶解才能应用到工程中。储浆池内泥浆须经常均匀搅动,防止泥浆沉淀或离析。钻孔过程中,由于岩石碎屑混入和处理剂的消耗,槽孔内的泥浆性能会逐渐降低,此时需将使用过的泥浆进行净化,通过系统过滤土颗粒和碎石块,然后把干净的泥浆重新送回槽内。在成槽过程中,应定期在泥浆循环沟渠中取样,进行检测试验,若不符合相关规范标准,必须暂停处理直至达标。在施工作业场地周边应设置排水沟,适时排放地表雨污水,避免污染泥浆池。

2.3 孔形控制与检查施工技术

本项目孔形的控制工作主要包括深度、厚度和孔斜控制。孔斜率指标为不大于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,孔斜率按0.6%控制。作业实施前,在槽孔各端头设置测量标桩,以标桩为基准确定槽孔中心线,进一步沿用该中心线校核成墙后的中心误差。槽孔中心线允许偏差范围为3cm,各方向都应满足该标准。墙体厚度取决于抓斗宽度和钻机钻头直径,因此,所有槽段终孔时抓斗宽度和钻头直径应超过墙体的原设计厚度。本次工程采用抓斗机或钻机施工,利用相似三角形原理开展孔斜测量。墙体应穿入岩层1m,并根据成墙工艺试验进一步确定入岩深度。截渗墙、抗冲板桩先导孔间距约30m,孔底入岩约2.0m。终孔时在深度验收环节应在监理监督下采用专业孔深测绳仪校核,使用前应对该仪器进行校准。

每次测量后应保存终孔段地层岩样,然后交由监理复核检查以确保检测深度依据充分。孔底基岩复核时应准确复核岩层表面,确保墙体的确嵌入基岩至一定深度,并符合相关规范标准。基岩复核过程中一方面要参考设计图纸,另一方面也要考虑本工程的地质条件,综合比较做出定论。如有必要可采用钻孔取样的方式来判断墙体嵌入基岩深度是否足够,钻孔入岩深度应满足至少5m。两相邻主孔深度差大于1.0m时,其中间的副孔深度应取岩芯进行基岩鉴定,但副孔的终孔深度应同时满足:副孔孔底高程不得高于两主孔高程的中间位置;副孔与较深主孔之差一般不得大于1.0m。当孔深接近设计深度时,便开始连续钻取岩样检测,记录好基岩顶面深度并做好存储。根据岩样特征判断孔底的地层性状,最后联合设计、监理三方确认,得出终孔位置。

2.4 清孔换浆和接头孔刷洗施工技术

2.4.1 清孔换浆

槽孔挖完后,开始清洗槽孔更换泥浆,本项目选择的清孔方法为气举法。成槽后,先用抓斗机清除槽底沉渣、浮泥,再用气举法借助反循环吸取剩余沉渣,下一步经过过滤净化得到干净泥浆,同步用刷壁器做好混凝土墙接头处胶结物质的清除浇筑工作。清洗槽孔时也要检测泥浆性能,主要测定范围是槽底上方0.2～1m位置,比重<1.15,黏度≤50s,含沙量≤6%,沉渣厚度<100mm。成槽完成后,为了把沉积在槽底的沉渣清出,应及时对底部清洗,以确保截渗墙的承载力和抗渗性能够稳定,提高成墙质量。同时在清洗过程中,要不断向槽内泵送优质泥浆,以保持液面稳定,防止塌孔。槽内泥浆必须高于地下水位1.0m以上,并且不低于导墙顶面0.5m。

清槽后及灌注混凝土前,检查槽底沉渣厚度,检查方法通常用测绳量法,一个槽段至少设三个测点,沉渣厚度不得大于设计要求。如果单元槽段内各孔孔深不同时,清孔次序为先浅后深。

2.4.2 接头孔刷洗

接头孔位置刷洗应采用较重的钢丝刷,洗刷过程中通过调整钢丝绳位置使刷子直接对准孔壁加压。在洗刷过程中,通过钻机引导钢丝刷由孔底至孔口循环往复洗刷,直到槽孔清洗完成。[5]洗刷结束的指标是钻头基本没有浮泥,并且孔底的沉渣不再增多。

2.4.3 清孔换浆结束标准

当清孔换浆结束1h后,在槽孔底部0.5m部位取样进行泥浆试验。如果达到结束标准,即可结束清孔换浆的工作。结束标准:清孔换浆结束1h后,槽孔内淤积厚度不大于10cm;泥浆密度小于1.3g/cm3;泥浆黏度不大于50s,含砂量小于4%。

2.5 槽段连接和混凝土浇筑施工技术

2.5.1 槽段连接

本项目的截渗墙槽段主要采用接头管法连接。这是行业中截渗墙接头处理的新兴技术,虽然施工中存在较大工艺难度,但其也有独特的优势:一是通过接头管法作业形成的接头孔孔形质量较好,不容易在端头位置形成较厚的泥皮;同时由于其形状规整,易于接头的洗刷,能够保证接头处的接缝质量。二是基于接头管的向下敷设形式,能够节约时间,提高工作效率,降低施工成本。

2.5.2 混凝土浇筑

本项目通过压球法进行混凝土浇筑[6],即在正式浇筑前,向每个导管放入隔离塞球,并备好充足的商品混凝土,以确保隔离塞球被混凝土挤出导管后,能够用混凝土包住导管底端。整个过程保持连续浇注,孔内混凝土上升速度应≥2m/h,并连续泵送抬升至墙顶处的有效高程。混凝土导管的埋深保持在1～6m内浮动,以防止多余泥浆进入导管。孔内混凝土整体表面保持均匀上升,其平整度控制范围为0.5m左右。分别按照0.5h测量一次槽孔内混凝土面,以2h为周期测量一次导管内混凝土面。在浇筑开始和结束部分适当增加测量次数,并根据每次测量数据,做好相应记录,同步绘制好混凝土浇筑指标图,根据测量数据校核工程量,指导下一道工序。在混凝土浇筑过程中,孔口位置应补充盖板,以防止混凝土掉落到槽孔内,影响浇筑质量。同时应在孔口位置定期取样,检验混凝土的指标性能。在每个槽孔混凝土浇注时应做现场坍落度试验,并取混凝土试块,每组试块应按规范要求制作、养护、确认达到28d龄期后做室内检测试验。取样数量应满足抗压、渗透系数的试验要求。

2.6 截渗墙质量检查

检查方法包括混凝土拌和机口随机取样检查、钻孔压(注)水试验,芯样室内物理力学性能试验等。

2.6.1 机口随机取样

混凝土浇筑过程中,在机口由试验室试验员随机取样,测试混凝土熟料主要性能指标,在每个槽孔应做现场坍落度试验,并取混凝土试块,每组试块应按规范要求制作、养护、确认达到28d龄期后做室内检测试验。

2.6.2 室内物理力学性能试验

试验项目按设计指标或监理人的要求进行。合格标准为:混凝土物理力学强度指标和抗渗标准达到设计值,合格率应在90%以上,不合格部分的物理力学指标必须在设计值的70%以上,并不得集中在相邻槽段内。

3 水利工程中截渗墙施工管理措施分析

3.1 施工质量管理措施

在项目实施前,技术负责人应对全体作业人员进行技术交底。做好墙体导线测量复核和放样工作,保证精度满足设计及相关规范要求;把好施工材料的质量关,所有进场使用的材料都必须有检验合格证书和监理工程师的批准;混凝土配合比经监理工程师审核通过后方可实施;在钢筋加工棚加工钢筋,应按照图纸要求进行编号挂牌,并分类合理堆放;按照配合比进行混凝土配料,各种配比含量应计算准确,由专人监督实施,并进行随机取样检测,确保混凝土强度满足设计要求。

3.2 施工安全管理措施

现场全体施工人员必须佩戴安全帽,根据作业种类按照国家相关规定配备劳保用具,并佩戴专门的防护用品;施工现场的电箱要保持外壳整洁完整,并进行接地保护,箱体外部应配备漏电保护器,保证用电安全;场地内机械设备使用由专人负责,定期对设备做好保养和检测工作,杜绝安全隐患;大型机械设备运转中,在其回旋半径内禁止任何施工作业;在工地现场管理过程中,应定期进行巡查检查,及时查处违背安全生产的作业行为,并责令施工单位限时整改。

3.3 施工环境管理措施

本项目以截渗墙中轴线为参考依据,按照80m的间隔修建废水池,在施工过程中产生的废水、废浆通过沟渠排放到废水池进行过滤处理,池内上层清水通过抽水泵抽取排走,底层沉渣通过反铲器械挖出后运到指定位置储存,避免沉渣散落影响周边的生态环境;此外也要根据地表径流和地层特征,在沉渣堆放场四周增加排水沟,避免地面径流影响堆渣场的环境;在工程结束后,对施工中临时搭建的设施,例如废水池、泥浆池等应进行回土覆盖,并通过碾压机平整场地,为后续的施工项目提供良好的施工场地。

4 结束语

综上所述,在实际水利工程截渗墙施工中,务必严格完善落实每个环节的施工标准和施工职责。通过精细化做好前期准备工作、成槽造孔固壁泥浆、孔形控制与检查、清孔换浆与接头孔刷洗、槽段连接与混凝土浇筑等施工要点,并加强质量、安全、环境管理措施,才能确保截渗墙的工程质量和安全,推动水利工程建设的长远发展。