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摘要:经济的发展伴随而来的是水利工程建设的快速发展,作为民生大计建设的重要组成部分,混凝土防渗墙的施工质量对于水电站土石坝的基础工程建设的整体质量发挥着重要作用。因此,本文对水电站土石坝混凝土防渗墙施工技术进行分析,以期为同类工程提供参考。
关键词:水电站;土石坝;混凝土防渗墙;施工技术
1引言
水电站土石坝混凝土防渗墙施工是一项相对庞大的工程,施工质量受多种因素、多个环节的共同影响,由于水利工程施工单位数量的不断增加,竞争压力和质量要求也越来越高,因此在施工过程中,相关施工人员和监理人员应熟练掌握防渗墙的施工技术,严格控制工序和质量,更多地运用新工艺、新方法、新技术,避免土石坝渗漏或防渗墙裂缝、坍塌问题,对于提高水电站土石坝的施工质量,确保水利工程的稳定与安全具有重要的意义。
2水电站土石坝混凝土防渗墙施工工艺
采用防渗墙防渗,施工简便,工程量小,受地形条件制约小,除用于土石坝、水闸地基防渗外,还用于病险土石坝加固和防渗处理。在施工导流围堰中常用防渗墙做为地基和坝体的防渗措施。
2.1准备工作
1、修建导向槽。导向槽布置在拟建防渗墙墙顶的槽形建筑物,主要作用:一是导正和控制防渗墙的方向和范围;二是锁定槽口,防止塌孔事故;三是导向槽顶兼做停放机械设备的施工平台,宽18——25米,导向槽比防渗墙宽0.2米,平台为混凝土浇筑运输创造良好施工条件,导向槽两侧或一侧设置排渣槽,排放弃渣。为满足上述要求,导向槽必须修筑牢固、结实。导向槽形式有木结构导向槽、钢木结构导向槽,工程上使用混凝土导向槽较多,在粘性土層内修筑的防渗墙还有用灰拌土做导向槽的。
导向槽工作平台高程确定考虑以下几个因素:
1)为保证施工机械正常工作,要高出地下水位2米以上。
2)开挖的废渣、弃浆、脏水等不能倒流入槽中
3)槽中需先注入0.6—2米深的粘土泥浆,才能进行开挖。
综合以上因素施工平台应高出地面1.5—2米。
防渗墙从开挖至浇筑混凝土都要在泥浆中进行,泥浆作用:
1)用泥将压力平衡地层土压力,开钻前在导向槽中注入泥浆,用泥浆平衡侧向土压力,起的作用称为泥浆固壁,泥浆起液体支撑作用。
2)泥浆在冲击钻钻孔时可以起润滑钻头和冷却降温作用。
3)在清除墙内石渣时泥浆有携砂作用,使石渣悬浮在泥浆内,便于除渣,提高钻头工作效率,延长钻头使用寿命。
2、泥浆生产制备。泥浆生产设施包括土料库、搅拌站和储浆池组成,土料以膨润土为最佳,粘粒含量>50%,塑性指数>20%,含砂量<1%,SiO2/AL2O3=3—4,粘土由人力车、皮带机想搅拌站供料,搅拌站主要是双轴卧式泥浆搅拌机,有进料口、进水口和泥浆出口组成。搅拌机容积2—4m3,转速80—120r/min,一盘40—60min,要根据工程规模选择搅拌机数量,泥浆比重1.15—1.3吨/m3,粘度18—30秒,含砂量≤10%,用泥浆泵向现场泵送泥浆。
3、钻孔机械安装。目前常用是CZ系列冲击式钻机,有CZ22型(冲程1000-350mm和CZ30型(冲程1000-500mm),每分钟冲击分40、45、50次三档,开孔直径分别为>711mm,和1016mm,用于开挖的冲击钻钻头采用大直径空心钻头和十字花钻头,重1300-2500公斤,靠钻头自重进行钻孔,适用于风化岩层、坚实土层和低标号混凝土。
对坚硬的土层钻进时对钻头的磨损较大,所以在施工现场一般都配有对钻头进行维修的设备和人员,随坏随修,常采用电弧堆焊和补焊方法进行维修,电焊维修时还可以扩大钻头直径,711mm可以扩至900mm,1016mm可以扩至1200mm,扩大冲击钻适用范围。
4、混凝土生产运输。混凝土石料采用≤40mm两级配粗骨料,砂率控制在30%-40%,单位水泥用量在230—400公斤之间。水灰比0.55-0.6。
防渗墙混凝土最有特色一点是为提高抗渗性,混凝土中要掺土料,以膨润土最为理想,其次是经化验合格的粘性土,掺用量控制在15%-20%之间。塑性混凝土是单位水泥用量减少到100-170公斤,膨润土或粘土用量增加到125公斤左右。现将膨润土制成1:1.8-1:2的泥浆后加入混凝土中。
防渗墙施工准备工作除以上还要有风、水、电供应和建一些为施工服务的设施例如修配车间、钻机工具棚、材料库、水泥库以及办公和生活设施。
2.2防渗墙开挖施工
主要包括防渗墙开挖及防渗墙浇筑混凝土成墙,防渗墙施工特色做法是分段成墙。
槽孔段长6至12米,先是一期开挖,浇筑一期混凝土,再挖二期槽孔,浇筑二期混凝土,最终形成一个完整的地下连体墙,下面以一个槽孔段介绍成槽施工。
防渗墙开挖有多重开挖方式,先介绍钻劈法:采用主孔钻进、副孔劈打的方式,适用一般土质和砂砾石土质,施工时主孔可以一钻到底,也可以导前副孔8-12米,副孔长度根据土质不同确定,一般土质L=(1.0-1.25)d,砂砾石L=(1.2-1.5)d,每台钻机工作效率3-10米/台.天。工作最大深度120-180米。孔位误差±3cm,孔斜率≯0.4%。
冲击钻钻头只能冲击或劈打土层,不能出渣,出渣常用抽筒完成,抽筒下落时底阀门打开,抽筒上提时底阀门关闭。出渣筒和钻头共用一台钻机,轮流工作,当抽筒出渣时,会导致部分泥浆被排除,不能重复利用,浪费泥浆是其缺点,弃渣平台和排渣沟要常清洗,为混凝土浇筑运输创造良好工作环境。
另外一种是两钻一抓法,主孔钻进,副孔直接由抓机抓渣出槽,由于成槽施工约占防渗墙施工的一半工作量,所以缩短成槽时间是加快施工进度的有效措施,采用先进施工机械进行成槽施工就是缩短成槽施工的有效措施,KH180液压导板抓斗机,抓斗0.8m3,适合用于粒径≤150mm的土层或砂砾石层作业,抓机效率高施工灵活,每台班可以完成100㎡,生产能力11.84m/台.天,在小浪底时一台抓机配23台钻机同时施工,主要缺点是泥浆不能重复利用,在三峡施工时使用的是国产CZF-1200型冲击反循环钻机,能同时完成钻孔和除渣工作,效率提高一倍。 防渗墙浇筑混凝土前有一项重要工作,即清孔换浆,用新泥浆置换旧泥浆,换浆后,孔底残留淤泥厚≤10cm,新泥浆比重≤1.3,泥浆黏度≤30s,含砂量≤12%。
2.3成墙施工
以一个槽孔段介绍,浇筑混凝土是由下向上浇筑成墙,采用直升导管法,将一组钢管送到孔底,(钢管直径d=200-230mm,顶部钢管长度L=0.3-1.0m,中部钢管长度L=1.5-2.0m,底部钢管长度L=3-6m)然后随着混凝土浇筑上升。
将导管下至孔内时,管内将充满泥浆,需要将混凝土和泥浆分开,所以在导管上部进口先压住一个隔离球,直升导管安在井架上,导管距底部20-30cm,浇筑混凝土在泵车及重力作用下压迫隔离球向导管底部,压出泥浆后飘出泥浆表面后回收,混凝土直落井底,一个槽孔中要同时布置几个导管,中间导管间距≯3.5m,端部导管距槽孔两头间距为1-1.5m,浇筑时保证导管下口始终埋在混凝土中适当深度。
防渗墙混凝土浇筑常用办法是搅拌车(混凝土罐车)上工作平台,直接将混凝土卸在直升导管上的接料漏斗里下泻,浇筑的混凝土塌落度在18-22cm,扩散度34-38cm,这样可以保证混凝土充填至防渗墙的任何角落,直升导管出口埋入混凝土≮1m和≯6m,每2小时测一次管内混凝土面的高程,从最低高程处先浇混凝土,当混凝土面上升到邻近导管高程时,邻近导管开始浇筑混凝土,相邻两管混凝土面的高程不超过0.5m,混凝土上升浇注速度为2-4m/h,连续浇筑,一直到墙顶。
由于墙顶混凝土与泥浆接触,质量较差,所以混凝土防渗墙顶要高出设计高程0.5m,一、二期混凝土结合处是混凝土薄弱环节,为保证一期混凝土和二期混凝土的良好结合,有两种处理方式:
1、套打一孔法。在一期混凝土浇筑结束后24-36h内,开始二期防渗墙开挖成槽施工,施工时用冲击钻钻头将一期混凝土接头处打掉一部分,形成一个半月牙形状,这样做使混凝土损失10%左右,用带钢刷的钻头沿贴面上下反复刷磨几十次,将月牙表面泥皮刷掉,此方法施工简单,工艺成熟,较多采用。
2、接头管法。在一期混凝土浇筑前,在孔两端各放置一根接头管,然后浇筑一期混凝土成墙,在二期开挖前,适时拔出接头管,用拔管机和冲击钻机配合拔出。優点:一是不用打掉一期混凝土接头处的混凝土,节约混凝土用量。二是避免冲击钻对一期混凝土的冲击破坏,保证一期混凝土施工质量。三是省去了一期浇筑二期打掉的时间,所以规范推荐优先采用,接头管法适用40m深防渗墙使用。
3结束语
水利工程技术的进步与应用无疑会对我国的经济发展起到重要的促进作用。
参考文献 :
[1] 宋焱军.混凝土防渗墙在土石坝加固方案中的探研与分析[J]. 水利科技与经济. 2018(05).
[2] 谷俊武.山区土石坝混凝土防渗墙设计与施工介绍[J]. 山西水利. 2006(01).
[3] 金文华,肖丰华.丹江口左岸土石坝混凝土防渗墙施工监理质量控制[J]. 水利建设与管理. 2014(01).
[4] 李云.混凝土防渗墙在病险土石坝加固中的应用[J]. 陕西水利. 2013(03).
[5] 李煊明.土石坝低弹模混凝土防渗墙设计关键技术[J]. 水利水电技术. 2013(09).
(作者单位:中国水利水电第七工程局有限公司)
关键词:水电站;土石坝;混凝土防渗墙;施工技术
1引言
水电站土石坝混凝土防渗墙施工是一项相对庞大的工程,施工质量受多种因素、多个环节的共同影响,由于水利工程施工单位数量的不断增加,竞争压力和质量要求也越来越高,因此在施工过程中,相关施工人员和监理人员应熟练掌握防渗墙的施工技术,严格控制工序和质量,更多地运用新工艺、新方法、新技术,避免土石坝渗漏或防渗墙裂缝、坍塌问题,对于提高水电站土石坝的施工质量,确保水利工程的稳定与安全具有重要的意义。
2水电站土石坝混凝土防渗墙施工工艺
采用防渗墙防渗,施工简便,工程量小,受地形条件制约小,除用于土石坝、水闸地基防渗外,还用于病险土石坝加固和防渗处理。在施工导流围堰中常用防渗墙做为地基和坝体的防渗措施。
2.1准备工作
1、修建导向槽。导向槽布置在拟建防渗墙墙顶的槽形建筑物,主要作用:一是导正和控制防渗墙的方向和范围;二是锁定槽口,防止塌孔事故;三是导向槽顶兼做停放机械设备的施工平台,宽18——25米,导向槽比防渗墙宽0.2米,平台为混凝土浇筑运输创造良好施工条件,导向槽两侧或一侧设置排渣槽,排放弃渣。为满足上述要求,导向槽必须修筑牢固、结实。导向槽形式有木结构导向槽、钢木结构导向槽,工程上使用混凝土导向槽较多,在粘性土層内修筑的防渗墙还有用灰拌土做导向槽的。
导向槽工作平台高程确定考虑以下几个因素:
1)为保证施工机械正常工作,要高出地下水位2米以上。
2)开挖的废渣、弃浆、脏水等不能倒流入槽中
3)槽中需先注入0.6—2米深的粘土泥浆,才能进行开挖。
综合以上因素施工平台应高出地面1.5—2米。
防渗墙从开挖至浇筑混凝土都要在泥浆中进行,泥浆作用:
1)用泥将压力平衡地层土压力,开钻前在导向槽中注入泥浆,用泥浆平衡侧向土压力,起的作用称为泥浆固壁,泥浆起液体支撑作用。
2)泥浆在冲击钻钻孔时可以起润滑钻头和冷却降温作用。
3)在清除墙内石渣时泥浆有携砂作用,使石渣悬浮在泥浆内,便于除渣,提高钻头工作效率,延长钻头使用寿命。
2、泥浆生产制备。泥浆生产设施包括土料库、搅拌站和储浆池组成,土料以膨润土为最佳,粘粒含量>50%,塑性指数>20%,含砂量<1%,SiO2/AL2O3=3—4,粘土由人力车、皮带机想搅拌站供料,搅拌站主要是双轴卧式泥浆搅拌机,有进料口、进水口和泥浆出口组成。搅拌机容积2—4m3,转速80—120r/min,一盘40—60min,要根据工程规模选择搅拌机数量,泥浆比重1.15—1.3吨/m3,粘度18—30秒,含砂量≤10%,用泥浆泵向现场泵送泥浆。
3、钻孔机械安装。目前常用是CZ系列冲击式钻机,有CZ22型(冲程1000-350mm和CZ30型(冲程1000-500mm),每分钟冲击分40、45、50次三档,开孔直径分别为>711mm,和1016mm,用于开挖的冲击钻钻头采用大直径空心钻头和十字花钻头,重1300-2500公斤,靠钻头自重进行钻孔,适用于风化岩层、坚实土层和低标号混凝土。
对坚硬的土层钻进时对钻头的磨损较大,所以在施工现场一般都配有对钻头进行维修的设备和人员,随坏随修,常采用电弧堆焊和补焊方法进行维修,电焊维修时还可以扩大钻头直径,711mm可以扩至900mm,1016mm可以扩至1200mm,扩大冲击钻适用范围。
4、混凝土生产运输。混凝土石料采用≤40mm两级配粗骨料,砂率控制在30%-40%,单位水泥用量在230—400公斤之间。水灰比0.55-0.6。
防渗墙混凝土最有特色一点是为提高抗渗性,混凝土中要掺土料,以膨润土最为理想,其次是经化验合格的粘性土,掺用量控制在15%-20%之间。塑性混凝土是单位水泥用量减少到100-170公斤,膨润土或粘土用量增加到125公斤左右。现将膨润土制成1:1.8-1:2的泥浆后加入混凝土中。
防渗墙施工准备工作除以上还要有风、水、电供应和建一些为施工服务的设施例如修配车间、钻机工具棚、材料库、水泥库以及办公和生活设施。
2.2防渗墙开挖施工
主要包括防渗墙开挖及防渗墙浇筑混凝土成墙,防渗墙施工特色做法是分段成墙。
槽孔段长6至12米,先是一期开挖,浇筑一期混凝土,再挖二期槽孔,浇筑二期混凝土,最终形成一个完整的地下连体墙,下面以一个槽孔段介绍成槽施工。
防渗墙开挖有多重开挖方式,先介绍钻劈法:采用主孔钻进、副孔劈打的方式,适用一般土质和砂砾石土质,施工时主孔可以一钻到底,也可以导前副孔8-12米,副孔长度根据土质不同确定,一般土质L=(1.0-1.25)d,砂砾石L=(1.2-1.5)d,每台钻机工作效率3-10米/台.天。工作最大深度120-180米。孔位误差±3cm,孔斜率≯0.4%。
冲击钻钻头只能冲击或劈打土层,不能出渣,出渣常用抽筒完成,抽筒下落时底阀门打开,抽筒上提时底阀门关闭。出渣筒和钻头共用一台钻机,轮流工作,当抽筒出渣时,会导致部分泥浆被排除,不能重复利用,浪费泥浆是其缺点,弃渣平台和排渣沟要常清洗,为混凝土浇筑运输创造良好工作环境。
另外一种是两钻一抓法,主孔钻进,副孔直接由抓机抓渣出槽,由于成槽施工约占防渗墙施工的一半工作量,所以缩短成槽时间是加快施工进度的有效措施,采用先进施工机械进行成槽施工就是缩短成槽施工的有效措施,KH180液压导板抓斗机,抓斗0.8m3,适合用于粒径≤150mm的土层或砂砾石层作业,抓机效率高施工灵活,每台班可以完成100㎡,生产能力11.84m/台.天,在小浪底时一台抓机配23台钻机同时施工,主要缺点是泥浆不能重复利用,在三峡施工时使用的是国产CZF-1200型冲击反循环钻机,能同时完成钻孔和除渣工作,效率提高一倍。 防渗墙浇筑混凝土前有一项重要工作,即清孔换浆,用新泥浆置换旧泥浆,换浆后,孔底残留淤泥厚≤10cm,新泥浆比重≤1.3,泥浆黏度≤30s,含砂量≤12%。
2.3成墙施工
以一个槽孔段介绍,浇筑混凝土是由下向上浇筑成墙,采用直升导管法,将一组钢管送到孔底,(钢管直径d=200-230mm,顶部钢管长度L=0.3-1.0m,中部钢管长度L=1.5-2.0m,底部钢管长度L=3-6m)然后随着混凝土浇筑上升。
将导管下至孔内时,管内将充满泥浆,需要将混凝土和泥浆分开,所以在导管上部进口先压住一个隔离球,直升导管安在井架上,导管距底部20-30cm,浇筑混凝土在泵车及重力作用下压迫隔离球向导管底部,压出泥浆后飘出泥浆表面后回收,混凝土直落井底,一个槽孔中要同时布置几个导管,中间导管间距≯3.5m,端部导管距槽孔两头间距为1-1.5m,浇筑时保证导管下口始终埋在混凝土中适当深度。
防渗墙混凝土浇筑常用办法是搅拌车(混凝土罐车)上工作平台,直接将混凝土卸在直升导管上的接料漏斗里下泻,浇筑的混凝土塌落度在18-22cm,扩散度34-38cm,这样可以保证混凝土充填至防渗墙的任何角落,直升导管出口埋入混凝土≮1m和≯6m,每2小时测一次管内混凝土面的高程,从最低高程处先浇混凝土,当混凝土面上升到邻近导管高程时,邻近导管开始浇筑混凝土,相邻两管混凝土面的高程不超过0.5m,混凝土上升浇注速度为2-4m/h,连续浇筑,一直到墙顶。
由于墙顶混凝土与泥浆接触,质量较差,所以混凝土防渗墙顶要高出设计高程0.5m,一、二期混凝土结合处是混凝土薄弱环节,为保证一期混凝土和二期混凝土的良好结合,有两种处理方式:
1、套打一孔法。在一期混凝土浇筑结束后24-36h内,开始二期防渗墙开挖成槽施工,施工时用冲击钻钻头将一期混凝土接头处打掉一部分,形成一个半月牙形状,这样做使混凝土损失10%左右,用带钢刷的钻头沿贴面上下反复刷磨几十次,将月牙表面泥皮刷掉,此方法施工简单,工艺成熟,较多采用。
2、接头管法。在一期混凝土浇筑前,在孔两端各放置一根接头管,然后浇筑一期混凝土成墙,在二期开挖前,适时拔出接头管,用拔管机和冲击钻机配合拔出。優点:一是不用打掉一期混凝土接头处的混凝土,节约混凝土用量。二是避免冲击钻对一期混凝土的冲击破坏,保证一期混凝土施工质量。三是省去了一期浇筑二期打掉的时间,所以规范推荐优先采用,接头管法适用40m深防渗墙使用。
3结束语
水利工程技术的进步与应用无疑会对我国的经济发展起到重要的促进作用。
参考文献 :
[1] 宋焱军.混凝土防渗墙在土石坝加固方案中的探研与分析[J]. 水利科技与经济. 2018(05).
[2] 谷俊武.山区土石坝混凝土防渗墙设计与施工介绍[J]. 山西水利. 2006(01).
[3] 金文华,肖丰华.丹江口左岸土石坝混凝土防渗墙施工监理质量控制[J]. 水利建设与管理. 2014(01).
[4] 李云.混凝土防渗墙在病险土石坝加固中的应用[J]. 陕西水利. 2013(03).
[5] 李煊明.土石坝低弹模混凝土防渗墙设计关键技术[J]. 水利水电技术. 2013(09).
(作者单位:中国水利水电第七工程局有限公司)