防渗墙工程施工技术综述.doc

防渗墙工程施工技术综述摘要:着重从防渗墙的成槽成墙,槽墙接头,墙体质量检测、原型观测、施工自动化等工艺方法、技术手段、设备仪器、材料工具诸方面综合介绍了区外防渗墙工程施工科技进步动态,可作为广西开展库坝、河堤、堰坎作防渗加固处理时的借鉴。关键词:防渗墙;施工技术;工艺;设备防渗墙起源于50年代,是库坝、堤堰工程进行防渗加固处理的有效可靠措施。40多年来,防渗墙工程的施工技术进步日新月异,施工经验日益丰富,本文从现有资料,予以综合、分析、比较、介绍,以供参考。1高深库坝厚防渗墙成槽成墙技术工工艺、设备、材料库坝防渗墙是使用铣槽机、钻机、抓斗等主要机械并配以辅助设备,采用以铣削、钻壁、抓铲为主,爆、吸为辅及其组合的工法(工艺) 进行造孔(槽) 作业的,而且因地层岩性、库坝土质不同而异。除常用的钻吸法(冲击钻+ 抽筒,冲击钻+ 反循环泵管) 外,还有如下其他工法、设备。11普通、单一地层成槽工法、设备(1)直抓法。在颗粒粒径较小的砂卵石层单用BH型液压导板抓斗(以全液压履带式起重机起吊)不经破碎直接抓取至地面装车运走而成槽,其功效相当于用冲击钻进、抽筒清碴工艺的1520倍。(2)钻抓法1 。即两钻一抓法或上抓下钻法,使用钻机与导板抓斗(分为机械式和液压式) 或带齿铲斗联合作业交替进行挖土提升排土工序而成槽。(3)铣抓法2 。在长江三峡等重要工程围堰防渗墙施工中引进了德国宝峨公司产BC - 30型双轮铣槽机与抓斗联合运用并辅以砸石用重锤组合而进行铣抓法造槽,这是目前最先进的设备与工法。(4)铣吸法。即单用双轮铣(配有反循环吸渣设备) 直接铣削成槽。12复杂地层成槽工法、设备如地层中有花岗硬岩,块球体可用铣钻法,铣砸爆法2 。在槽口的用聚能爆破,在下部的用全液压工程钻机, TOBEX偏心扩孔跟管钻具钻孔预爆。槽内钻孔爆破旨在提高铣削成槽工效。在复杂地层深槽孔段可用铣抓钻法2 ,即上部风化砂层先用液压铣铣削,对其中平抛块石、覆盖层中砂卵石则由抓斗(并配10 t重锤) 抓取,下部基岩、部分砂卵石则由冲击反循环钻机钻凿。其他工法还有:多钻头成槽机配砂石泵的BW工法及电铣刀挖掘机、超大型液压挖槽机等设备在国外多用于砂砾石层、固结层和硬质基岩的开挖,能不同程度地适应施工需要3 。13非均质大粒径土石坝防渗墙成槽工艺有些工程采用定向爆破筑的库坝是典型的非均质大粒径土石坝。因其未经筛选、更未经分层碾压,建防渗墙时成槽施工有两大难题要解决:一是由于有新鲜坚硬、大粒径甚至超过墙厚的石块存在,成槽机具或被卡埋钻具或钻不动而难以通过,即使能通过也难以成规则槽。二是由于大小不一的超径石的构架作用形成孔洞发育连通的良好渗漏通道,地层漏失将十分严重以至无法固壁。根据长江三峡二期围堰和其他工程施工经验,可分别采取如下措施:(1)遇大块石、孤石可采用少量裸爆、聚能爆破、钻孔预爆破碎,其钻孔可使用岩芯钻机,有条件时可使用全液压工程钻机, TOBEX偏心扩孔跟管钻具施工,利用已研制出的套筒式大合金钻头和自由抓卡可解决钻具在深孔基岸钻进中的卡钻难题2 (2)在定向爆破平抛层中造槽孔前采用预灌浓浆的工艺,以封堵渗漏通道。预灌则用跟管钻打孔、自流灌浆方式,造孔中随时用粘土、粘土粉、膨胀粉、水泥、锯末屑等物堵漏,抓挖中遇上漏浆则用膨胀粉堵漏。造孔泥浆使用下面提到的聚合物浆液以增强固壁作用。14采用新型造孔护壁聚合物泥浆和聚合物溶液4 固壁稳定液是钻孔灌注桩、防渗墙能成孔(槽)的关键。它已由细分散泥浆、粗分散高固相泥浆发展到当今的不分散低固相泥浆,或称聚和物泥浆(第四代) 、聚和物溶液(第五代) ,均是以聚和物为基础的“不分散体系”,是最新的两代冲洗液和槽壁稳定液。与普通的高固相细分散泥浆(对槽壁稳定作用大小取决于浆液浓度) 不同,聚和物溶液本身有较强的吸附胶结作用,缘是它以聚和物分子在槽(孔) 壁表层及溶液可以进入的孔壁深处,形成的吸附膜胶结孔壁表层和深层岩土颗粒,即深入槽壁深处较大范围胶结加固土体,而对槽壁产生主动约束作用,尤对松散土体为甚。该溶液特具的强吸附胶结作用在攻克复杂地层钻进难题方面显示了比普通泥浆的极大优越性和良好的应用前景。15塑性混凝土及其他材料的成墙应用塑性混凝土因其弹模低,极限变形大,抗压强度低等良好的物理力学特性更能适应周围土体的变形 (沉陷、位移) ;以当地材料取代大部分水泥而价廉;和易性好,便于浇筑作业,接斗孔钻进较易而好施工等经济适用、安全可靠的优点广泛地应用于防渗墙5 ,在对强度无过高要求时,大有取代普通混凝土的趋势。2槽墙接头处理施工新技术混凝土防渗墙的造孔、浇筑作业因划分两期槽段跳开施工而形成了可能产生渗漏的垂直向施工缝,只有在临时工程中才可以采用不作特殊处理的“直接接头”法(仅将接触面打毛或刷毛) ,一般永久工程均须对接头作特殊处理,才能使墙体成为密合连续的防渗体。21常规接头法最原始的套打一钻钻凿法: 即搭接型接头法。在施工好一期单元槽段浇筑混凝土后约一周,再造二期槽孔时将一期的接头端削去一部分,浇筑混凝土后即互相搭接而成(如图1 (a) ) 。此法直观易操作,但多费工料,而且在接触面上即使用铁刷钻头刷过仍然存在薄层夹泥,泥皮的厚度及其防渗功能与固壁泥浆优劣有关,显然使用膨润土浆效果最佳。22双反弧桩柱法接头施工工艺中国水电基础工程局在长江三峡一期围堰防渗墙施工中,研制了与冲击反循环钻机配套使用、采用液压传动操纵的可张式双反弧接头专用钻具。在跳打钻灌形成的两头呈半圆形的、期槽段之间预先留出长度为 D + (3040 cm) , D为槽宽即孔径的一小段,用冲击钻造出圆孔后即成由两道X形小墙组合的土体,再用双反弧钻头(通过伸缩使两侧反弧紧贴槽孔半圆头) 从上至下及从下至上反复冲击并清除泥皮后即凿出一个双反弧孔再浇筑期混凝土。该法是施工技术规范 (SL174 - 96) 所推荐的方法。23接头管(板、胶囊) 法该法也是施工技术规范(SDJ 82 - 79 、SL174 - 96) 建议优先选用的方法,这实际上是半圆形(或平直线形) 施工接缝,即在期槽孔成槽后在端部插入一根直径或宽度与墙厚相等的接头管(锁口管) 或板,在混凝土开浇2 h后将管预拔起10 cm ,在浇筑完毕23 h之后用起重机或油压千斤顶甚至振动器即可将接头管(板) 从墙端拔起来(浇筑混凝土过程中不停转动管子以利于上拔) ,如此即形成半圆形榫槽(如图1 ) ,此法目前受拔管机起拔能力所限,在低坝、堰、堤薄防渗墙中应用较广泛,而在高深库坝厚防渗墙中暂时难以采用。使用胶囊作接头管法。把直径6070 cm胶布管(以塞封底成袋) 放入一期槽孔两端的主孔中,袋内充以大比重泥浆,下附加重块,侧面固定牢并使袋内保持足够压力,待混凝土浇筑后3540 h即打开底塞,去除重物,向袋内压入空气并排出泥浆即可将胶囊慢慢拔出。24组合钢模接头中国水利基础工程局为越南某工程防渗墙施工之需研制了一套组合钢模以替代接头圆管7 。该钢模由一片半圆形模,一片梯形模拼成,同时钢模在竖向也是分节拼装的。梯形的那一片紧靠期槽孔。安置程序同接头管法,但混凝土浇筑完后,钢模不是用拔起法而是在卸模后再吊上来。此法比接头管法省去上拔力,同时适应对防渗有更高要求(如在槽段接头处安装止水带) 的情况(如图1 (d) ) 。25横向槽法平板式接头小浪底水利枢纽工程坝基河床砂砾冲积层中建造了深达8119 m的地下防渗墙。其槽段的连接,在国内外首次采用横向槽孔填充塑性混凝土保护下的平板式接头方式8 。其作法是先开挖横向接头槽孔并浇筑塑性混凝土后进行期槽孔施工,但要超过横向接头槽中心线10 cm。开挖期槽孔时须将期槽孔超浇的10 cm混凝土用双轮铣自上而下铣削干净以形成新鲜的混凝土接触带,从而达到新老紧密结合的目的。留下的横向槽两端的塑性混凝土附在接缝两端,可以加厚和保护施工接头缝。这种接头处理可靠且施工速度快。26体积替代法接头施工工艺在超深和高标号混凝土防渗墙(如小浪底工程墙深8119 m ,墙厚112 m ,墙身混凝土强度35 MPa)宜用该法,与常规套打法比,综合工效提高6142倍,费用节约75 %。该法是在期槽孔混凝土浇筑前,用强度低的替代料充填接头孔位置,待混凝土浇毕达一定强度后,再将替代料钻出以形成接头孔。替代料可采用加气混凝土(低标号) ,安装时采用“分块插装、整体下放“工艺, 期槽孔的清孔和混凝土浇筑是在替代料安放好后进行。当期槽孔混凝土达到一定强度后(大于替代料) 即将替代料钻凿掉(与期槽孔同钻) ,再浇期槽孔混凝土。此法对低标号混凝土防渗墙无意义。3低坝、堤堰薄防渗墙成槽成墙技术、工法、设备、材料31低坝堤堰采用薄型防渗墙的可行性水利工程中大量的低矮库坝、溢洪道堰坎、河堤、导流围堰等大多需作防渗处理,也多采用防渗墙方式。由于低坝堤堰具有如下特点:高度小,承受水头不大,有的还作为临时建筑要求不高,有的虽为永久建筑,但高水位持续时间不长等等,为使用多种材料,墙厚减小的薄型防渗墙开辟了广泛的应用前景。32几种薄型防渗墙成槽、墙工法比较当在小颗粒地层中建造深度小于30 m ,厚度小于0. 4 m的混凝土薄心墙或其他材料防渗墙时可以用射水法、冲击喷射成槽法、插板法、冲抓套井法、高喷灌浆法及液压开槽机连续槽法和液压抓斗成槽法等工法。它们相对深厚防渗墙,较简单适用、成本低廉、成槽墙工效高,对材料适应性强。4其他方面的新技术、新方法、新器具41应用弹性波CT技术检测墙体混凝土质量小浪底主坝防渗墙混凝土质量检测中首次应用的弹性波透射CT技术9 ,主要通过超声波和地震波两套设备及相应的观测系统进行检测。其原理是:混凝土浇筑质量通过弹性波在混凝土体中传播速度来反映,波速高、混凝土密实,反之则有缺陷,它是利用弹性波信息分析结构内部构造,类似医用CT技术的层析成像技术。弹性波透射CT对不同跨度防渗墙剖面均行之有效,先用CT普查,再有的放矢钻检查孔验证、处理缺陷。412防渗墙原型观测为了监测防渗墙在运行中工作状态,通过在墙中预先埋设的观测仪器(具体由观测分析目的而定)测读有关物理力学数据,反馈给设计部门作应力应变等分析,验证设计,从而提高计算精度和设计质量,优化防渗墙的设计。混凝土防渗墙的原型观测是一种特殊情况的岩石观测,也是近期发展的一项科学技术,山西某水库防渗墙为分析比较普通混凝土墙段和塑性混凝土墙段在运行中不同情况,分别埋设了10支大应变计,2支无应力计,实现了观测目的。观测仪器埋设方法有吊索法、挂布法、推顶法、套管法、钻孔法、钢构架法等,视工程具体条件选用。413电子自动控制、施工自动化技术简介(1)在槽孔施工中利用超声波技术和高灵敏度的电子测斜仪来自动调控成槽设备挖槽的垂直度。利用电子自动控制系统还可以调控槽孔开挖的速度。(2)利用电子技术和电脑自动调配泥浆配比、相对密度以随时适应成槽、混凝土浇筑工序对泥浆物理性能的要求。利用自动记录仪和计算机称量材料以控制心