薄壁抓斗法成槽防渗墙施工方案.doc

摘要：混凝土防渗墙技术已广泛用于病险水库土石坝的防渗加固，本文通过该技术在江西省鄱阳县滨田水库除险加固工程中的应用，介绍了薄壁液压抓斗法混凝土防渗墙的施工技术要点及注意事项。 关键词：薄壁液压抓斗 导墙 泥浆护壁 塑性混凝土 防渗墙 薄壁液压抓斗法新的防渗墙施工技术出现于20世纪90年代，此项技术适用于坚硬的土壤与砂砾石中成槽，成槽深度可达60米，此项技术不仅降低了工程造价，而且提高了工程施工速度，一台液压抓斗成槽平均工效为125m2/d，此项技术已在江西省鄱阳县滨田水库除险加固工程中得到了推广运用。1、工程概况江西省鄱阳县滨田水库于1960年4月建成投入使用，是一座以灌溉、防洪、养殖等综合利用的大（二）型水库。水库主坝为均质土坝，坝顶高程53.2m，坝顶长723m，坝顶宽5m，最大坝高26m。水库在多年运行后主坝存在坝身渗流稳定、坝坡稳定、坝基渗漏和坝肩绕坝渗漏等问题，严重威胁坝体安全和正常效益的发挥，被水利);水利部列为病险库。滨田水库除险加固工程对主坝坝体防渗选用了薄壁抓斗塑性混凝土防渗墙技术进行加固处理，由中国水利水电第六工程局承建。防渗墙轴线位于坝轴线上游0.5m处，范围0+0000+723桩号，全长723m，孔口高层53.2m，墙体有效厚度0.35m，进入基岩2.5-6.2m，墙顶高程51.5m。塑性混凝土防渗墙深29m左右。本工程完成混凝土防渗墙19010m2，共耗时148d。坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第二段浅变质岩及第四系松散堆积层。坝址区构造形迹主要表现为断层和裂隙。地层概况由上而下为：629m厚的黏性壤土；河床岩石表面呈全风化为其厚度约为2.95.2m，强风化带岩石厚度约为3.18.5m，弱风化岩石厚度约7.513.0m，下伏微新岩石。塑性混凝土防渗墙设计物理力学指标为：渗透系数K5.010-7cm/s；墙体厚度t=0.35m；抗压强度3MpaR28d5Mpa；弹性变形模量300MpaE28d1000Mpa；允许渗透比降J80。2、混凝土防渗墙成墙技术要点2.1、造孔成槽2.1.1、布置施工平台抓斗施工平台设置在防渗墙轴线下游侧，原坝顶宽度只有5m不能满足抓斗施工所需8m宽的施工平台的要求。经业主同意将坝顶高程降低1m至52.2m并将防渗墙轴线向上游平移1.75m，另外将降坝的土料填筑到坝体下游侧，以保证抓斗施工平台的宽度。在防渗墙轴线的下游侧设置平行坝轴线的排渣排水沟，断面尺寸4040cm，再按40m间距修建垂直防渗墙轴线的排渣排水沟，将废渣废水排至下游坝脚，所有废渣运至弃渣场。2.1.2、修筑导向槽导向槽是在地层表面沿地下连继防渗墙轴线方向设置的临时构筑物。导向槽起着标定防渗墙位置、成槽导向、锁固槽口；保持泥浆液面；槽孔上部孔壁保护、外部荷载支撑的作用。导向槽的稳定是混凝土防渗墙安全施工的关键。本工程导向槽两侧墙体采用倒L型断面，现浇C10混凝土构筑，槽内净宽45cm，顶面高于施工场地10cm以阻止地表水流入。其结构见下图：2.1.3、抓斗成槽土石坝防渗墙开槽施工工艺主要锯槽法和挖掘法。锯槽法主要有往履射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽；挖掘法主要有冲击钻法、抓斗法、冲抓结合法。根据本工程地质条件及生产性试验确定采用挖掘法中抓斗法，并制定了“三抓法”的施工方案，即采用KH-180液压抓斗机先抓取槽段的主孔再抓取中间的副孔成槽。2.1.3.1、槽段划分槽段划分为、序槽段，根据设备及地质条件确定、序槽段开挖长度同为7.5m，每个槽段分为两个主孔及一个副孔，先施工序槽段，后施工序槽段。 2.1.3.2、槽段成槽槽段成槽采用“三抓法”，在导向槽上放样标识孔位，将抓斗对正孔位后进行垂直造孔。首先施工槽段两端2.8m的主孔，主孔完成后再抓中部1.9m的副孔。主、副孔完工即该施工槽段成槽完工，经监理确定岩层岩性，并最终确定该施工槽段成槽深度。2.2、护壁泥浆泥浆在造孔成槽过程中起固壁、悬浮、携渣、冷却钻具和润滑的作用，成墙后还可增加墙体的抗渗性能，本工程泥浆采用膨润土拌制，泥浆配合比为水1000kg、膨润土50kg 、Na2CO31 kg；固壁泥浆性能指标密度1.1g/cm3如漏斗粘度25s、含砂量3%。新制泥浆经过24h膨化后，利用供浆管输送至槽孔内使用，成槽及槽段浇筑过程中回收的泥浆，经净化后可重复使用。槽孔孔口泥浆面在成槽过程中保持在导向槽顶面以下3050cm范围内。2.3、防渗墙体灌筑混凝土防渗墙是在泥浆下灌筑混凝土，本工程是采用刚性导管法进行墙壁体灌注，混凝土竖向顺导管下落，利用导管隔离泥浆，使其不与混凝土接触，导管内混凝土依靠自重压挤下部管口的混凝土，并在已灌入的混凝土体内流动、扩散上升，最终置换出泥浆，保证混凝土的整体性。2.3.1、清孔换浆槽段终孔验收合格后进行清孔，清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下设潜水排污泵抽浆，并及时用新鲜泥浆补充。清孔换浆结束1h后，达到下列标准： 孔底淤积厚度不大于10cm； 泥浆参数为：槽内泥浆比重不大于1.1g/cm3，粘度不大于35s，含砂量不大于3%。清孔换浆工作可以结束。槽段清孔换浆结束前将钢丝刷子安装在抓斗斗体上，紧贴一、二期混凝土结合面，分段上下反复提动，达到刷子上不带泥屑，孔底淤积不再增加，即接头面清洗合格。2.3.2、槽段混凝土灌注2.3.2.1、清孔换浆结束后，下设混凝土灌注导管，导管内径为200mm。一期槽段长度为7.5m，下设三套导管，两侧导管距槽端11.5m；二期槽段由于套抓接头，槽段长度为8.2m，下设三套导管，两侧导管距孔端1.0m；同时，槽段内导管间距不大于3.5m。导管底部距槽孔底板不大于25cm，当槽底高差大于25cm时将导管置于控制范围的最低处。2.3.2.2、灌注前导管内置入可浮起的隔离塞球，灌注时先注入水泥砂浆，随即注入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端，避免混凝土与泥浆混合。2.3.2.3、灌注过程中每30min测量一次混凝土面，每2h测量一次导管内混凝土面，根据混凝土面上升情况，决定导管的提升长度。导管在混凝土内的埋深最小不得小于1.0m，最大不得大于6.0m，在保证埋深的前提下，随着混凝土面的上升，用吊车提升导管，并将顶部的部分导管拆除。2.3.2.4、槽孔内混凝土面上升至槽口时，采用泥浆泵抽出浓浆，并提升导管，减小埋深，增加混凝土的冲击力，直至混凝土顶面超出设计墙顶标高0.5m，即可停止浇筑，拔出导管。2.4、槽段接头处理相邻槽段的衔接部分即为接头，本工程采用钻凿法进行接头连接，即一期槽段浇筑完毕后12小时后，视混凝土强度进行二期槽段造孔时，将一期槽段混凝土套抓35cm，以保证接头质量。3、混凝土防渗墙成墙技术应用常出现的问题3.1、坍塌、漏浆槽段在成槽过中会出现局部坍塌和大面积坍塌，当出现局部坍塌时加大泥浆密度，出现大面积塌孔时用优质粘土（掺入20%水泥）回填到坍塌处以上12m，待沉积密实后再进行施工，同时在相应地段减小了槽段开挖长度。槽段成槽开挖过程中，有时会出现的漏浆现象，出现漏浆现象常采用处理措施有（1）平抛粘土，加大泥浆比重或抛入锯末进行堵漏；（2）松散地层，造孔应循序渐进，预防在先，稳中求快；（3）证泥浆供应强度和质量，发现漏浆及时补充；（4）对漏失严重的地层用速凝水泥等特殊材料处理，必要时还应对槽孔进行回填。3.2、导管堵塞成墙灌注混凝土过程中有时会出导管堵塞，针对导管堵塞采用捣、顿方法疏通，如果无效将导管全部拔出、冲洗、并重新下设，用泥浆泵抽净导管内泥浆后继续浇筑，同时还要核对混凝土面高程及导管长度，确认导管的埋入深度。4、混凝土防渗墙成墙技术应用应注的问题4.1、控制好抓接头的时间抓接头时间太短混凝土没有凝固，时间太长混凝土强度太高，抓接头适宜的时间为墙体浇筑后12小时，最迟不超过24小时，抓斗抓取时斗体一侧为混凝土另一侧为土，斗体受力分布不均匀，容易造成槽孔沿轴线方向偏移，导致接头质量无法保证，同时严重影响造孔成槽进度，撑握好抓接头的时间是成槽进度快慢的关键环节。4.2、吊装设备的配置和保养本工程的混凝土运输采用3台1m3自卸汽车运输混凝土，1台12t吊车吊卧罐的较为经济的设备组合。吊车配置偏少，在施工中吊车一旦出现机械故障，短时间内如无法修好将造成很大的经济损失及工程质量问题。4.3、成墙混凝土灌筑应注意的问题混凝土导管下设过程中检验螺丝紧固程度，确保导管间连接可靠。混凝土灌筑具有相当高的连续性，因故中断不得超过40min。同时，槽内混凝土上升速度不得小于2m/h，各灌筑导管均匀放料，保证混凝土面均匀上升，使其高差不超过0.5m。浇筑时槽口要设置盖板，防止杂物落入槽内。（二）液压抓斗开槽建墙法（姜家门堤段） 中国水电基础工程局于1998年汛后在监利县姜家门堤段和黄州长孙堤实施薄型混凝土防渗墙，采用了液压抓斗开槽建墙工程，成墙深度为1830,成墙厚度为30。姜家门防渗墙工程桩号547+000-548+000，长度1000m，属国家二级堤防。该工程采用中国水利水电基础工程局最新实验成功的，设计墙厚0.3m，深18m，墙体全长1000m，墙体轴线距堤外脚1.0m，墙顶高程31.00m，墙底高程13.00m，墙体材料为柔性混凝土（R28=2.0MPa）抗压强度不小于2.0MPa，弹性模量200-1000 MPa，渗透系数不大于110-7cm/s，墙体总面积18000m2。实际完成墙体面积18086.124 m2，浇筑混凝土7470.47m3，平均孔深18.09m。 1、基本原理 该法是利用改进的液压抓斗形成薄壁槽孔，并在施工形成的槽孔内，灌注或铺设防渗材料，从而形成连续的防渗墙（刚性或柔性）。一般先分序(序，序)施工成槽,然后浇筑砼连成一体。 2、施工方法及程序 液压抓斗开槽分段建墙法的施工方法是用-300型液压抓斗造孔,槽孔抓取时一般使用膨润土或粘土泥浆护壁以防槽孔坍塌,槽孔分成间隔的、期槽孔。在期槽孔成槽后,将接头管置入槽孔两端,依据初凝时间,浇筑混凝土的速度、气温等因素,确定起拔时间,全部拔出后形成接头孔,等期槽孔浇筑时,混凝土嵌入期槽孔形成连续墙。成墙28后,渗透系数2.0。 具体施工程序如下： 1) 沿防渗墙轴线修建施工平台，为防止孔口坍塌，增强孔口稳定性，并控制轴线偏差，沿轴线修建宽40cm的导向槽。导向槽为C10混凝土，厚30厘米，高50厘米，底部铺2根12毫米的钢筋。 2) 顺导向槽分段抓取成槽，在抓取的过程中采用泥浆固壁，分别在547+650-547+185处堤顶外侧修建两个储浆60立方米的泥浆站，用PN泵向槽孔送浆泥浆用湖南澧县产的二级钙基膨润土和湖北宜昌产的纯碱加水配制。 3) 在清孔验收合格的槽空进行混凝土浇筑；浇筑一期槽孔时为保证一期槽孔与二期槽孔的搭接厚度，在一期槽孔两端下设外径305毫米的接头管直至孔底，混凝土初凝后拔出接头管；在浇筑二期槽孔时，用钢丝刷刷洗一期浇筑的混凝土墙上的泥皮，以保证一、二期槽孔间的搭接。 3、工程质量控制 为保证墙体有效的搭接厚度，施工中采取“接头管”法进行槽段连接的措施。 4、优缺点及适用范围 1） 本方法抽槽后混凝土防渗墙墙体连续,防渗墙整体性好； 2） 本法适应性较强,适用于任何地层,深薄较大(达40),施工效率较高； 3） 本方法工效较低,成墙速度较慢,每台班造墙不足1002； 4） 造价比较高,单位面积造价为250元左右。 5） 墙体容易出现分叉现象。黄冈赤东段长江大堤超深薄壁防渗墙施工技术匡建国（中国水利水电基础工程局，天津武清301700） 摘 要：黄冈赤东段混凝土薄壁防渗墙，墙厚0.3m，墙深35m，最大深度达37.5m，如此薄而深的防渗墙，国内外均属罕见，再加上本段地层粉细砂层厚度达10m，施工难度很大。针对施工中出现的问题，对施工机具和施工工艺进行改进和完善。通过对该技术的总结，为在深厚粉细砂层中施工积累了一定经验。 关键词：深薄壁防渗墙；抓斗；自凝灰浆；气举反循环法；射水成墙法 黄冈赤东段长江大堤位于湖北省黄冈地区蕲春县蕲州镇境内，桩号为，堤顶垂直防渗墙采用塑性混凝土墙，墙厚.，墙体深入基岩.，墙深一般，最大深度达.。黄冈赤东段长江大堤堤身高度为左右，堤顶宽左右，内外堤坡为.。堤身填土多为逐年加培而成，以粉质壤土为主，局部为粉质粘土，砂壤土；填土压实程度不均匀还存在生物洞穴。堤基为多层结构，由粉质壤土、粉质粘土、中砂、粉细砂及砂卵石构成。基岩为粉红色砂岩。 工程施工采用德国利勃海尔公司生产的型钢丝绳抓斗、意大利土力公司生产型液压抓斗、日本真砂公司生产的型液压抓斗，分两期成槽、水下直升导管法浇筑。施工中的技术难点.地质方面 由于本段地层粉细砂层厚度达，给施工带来极大难度。粉细砂由于颗粒细小，比表面积大，在动力作用下易液化，施工作业时难以对其结构进行破坏，易发生如下问题： （）粉细砂地层不易抓取，施工回次多、工效低、进尺慢。 （）斗齿不易深入粉细砂地层，特别是液压抓斗需要在原处反复开斗合斗，施工中地层易产生台阶，如果不及时进行处理，槽段出现台阶就难以连续，就会出现质量事故。 （）粉细砂地层不稳定，槽孔易坍塌，因此也就易发生埋钻事故。.机器方面工艺 （）由于粉细砂地层结构难以克取，抓斗连续作业时间长，主机损耗大，机械故障率较高。设备长期处于超负荷运转，动力不足，液压油温升高很快，加之反复抓取，斗体极易磨损，一方面斗体需勤补焊严重地影响进尺，另一方面由于斗体磨损后槽孔宽度难以保证，因此极易产生卡斗及孔内事故。 （）由于粉细砂层抓斗施工工效低，加之进尺慢，槽孔浸泡时间长，容易导致塌孔现象。；加之砂石料供应跟不上，也成为制约工期的因素。机器和施工工艺方面的改进措施.机器设备方面 （）加强抓斗设备的日常养护。每班交班前停机半小时以便检查设备状况，接班后检查机油柴油水等日常项目，保证抓斗的完好率，确保正常施工。 （）液压系统中加水冷却器降低油温。 （）在导向槽两侧加支撑补强，增大其刚度。 （）针对斗体易损坏，修补时间长，严重影响施工进度的问题，采取重新加工新斗体和补强易损坏的部位。新加工的斗体由原设计承受的力增加一倍为承受的力。油缸变大，连杆变粗，大大减少了事故率，提高了纯抓时间。.施工工艺方面 （）成槽是制约施工工期的关键。首先对粉细砂层采取措施，采用气举反循环法或射水成墙法来专门施工粉细砂层，一般在底部左右，通过粉细砂层后，气举反循环法或射水成墙法工效明显降低再改为抓斗抓槽施工，直至成槽以及清孔均由抓斗完成。 气举反循环法：反循环是交通部门的一项专利技术、技术先进、设备简单、开槽连续、质量可靠，是近年防渗墙施工的一项新技术，工效高、成墙连续，在隐蔽工程防渗墙施工中，将喷气管接在冲击器上，压缩的气体通过管路到达孔底，压缩气体挟带碎渣返回孔口，达到进尺的目的。地层适应性强，特别适用于砂层及砂卵石层。 射水成墙法：利用水泵和特制成型器中的射水装置所形成的高速水流的冲击力，淘刷土质、砂土地基，水土混合使泥沙溢出地面，并通过成型器修整，泥浆固壁，形成规格尺寸槽孔，墙体厚度，深度可达，垂直度小于。射水法造墙机由造孔机、浇筑机、混凝土搅拌机三部分组成。适用于密实黏土、严黏土、淤泥，特别适用于砂层。 （）墙体浇筑材料：由于湖北正值雨季，砂石料供应跟不上，成槽后无法及时浇注，最多时有个槽孔同时等待浇柱，严重影响了正常施工，因此选择了自凝灰浆成墙工艺。自凝灰浆类似混凝土防渗墙，在槽孔泥浆中，加入各种固化剂和外加剂，经搅拌均匀后，自凝成墙体，起到防渗的作用。自凝灰浆要同时满足造孔固壁和成墙两方面的要求，应具有一定的流动特性和后期成墙的强度，它类似塑性防渗墙，具有弹性模量低、接缝质量易保证、墙体不易裂缝、抗渗性能好、造价低、工艺比较简单等优点。施工效果 经过上述一系列的改造和改进以后，工程施工得以顺利进行。气举反循环法及射水成墙法有效地解决了抓斗在粉细砂层中十分缓慢的弊病，充分发挥抓斗在其它地层中施工高效的特点，又让气举反循环法及射水成墙法有效地解决了在粉细砂层中的施工，不同施工设备各自发挥了自己的优势，因此施工进度大为提高，而且由于抓斗避开了在粉细砂层中的艰难工作使事故率大大降低，不仅提高了工效，而且极大地降低了施工成本，取得了较好的经济效益。 自凝灰浆成墙工艺在我国尚属新工艺，自凝灰浆在成槽时起固壁作用，由于它较泥浆稠度更大，因此固壁效果更好；成槽后无需浇注便直接成墙了，减少了诸如下浇筑导管、浇筑等一系列过程，极大地提高了施工效率；由于不需要浇注，也就不需要砂、石建筑材料，因此不受气候、运输等的影响，完全做到小时连续施工，施工进度大为提高；节省了建筑材料，降低了施工成本，取得了较好的经济效益。结语 （）在黄冈赤东段混凝土防渗簿墙的施工中投入了国内甚至世界上最先进的成槽设备，但开始还是满足不了施工进度要求，后来因地制宜地引进了气举反循环法及射水成墙法才解决了粉细砂层施工难的问题，也才开始能够提高工效，将以前损失的时间补回来，最终较合同工期提前天完成施工任务。 （）自凝灰浆成墙工艺在我国甚至世界上都属新工艺，在黄冈赤东段混凝土防渗簿墙的施工中适时地引进了该选进工艺，不仅确保了工期，而且取得了较好的经济效益。4.2.1 造孔 由于防渗墙部位的坝体局部进行了高压旋喷灌浆等因素使得液压抓斗成槽非常困难，为提高工效，采取在每一槽段抓斗成槽前，先行钻设深度与防渗墙一致，直径为300mm的钻孔，其每槽段沿中心线均匀布置1215个左右，采用在每一槽段抓斗成槽前，先行钻设深度与防渗墙一致，直径为300mm的钻孔，其每槽段沿中心线均匀布置1215个左右，采用三叶钻头泥浆护壁钻进，钻木机使用XY型汽车钻，共投入4台。 4.2.2造槽 成槽方法 成槽机具采用HC60型液压抓斗（意大利土力公司生产）一台，最大挖深70m，并配备超薄防渗墙自行设计制造的薄壁抓（宽度25cm和30cm）各一件。 槽段分两期施工，先施工期槽（奇数），后施工期槽（偶数）（即隔施工），采用选钻主孔后抓取法成槽。、期槽均采用四抓成槽（每抓成槽长度2.5m），抓取顺序一般为先抓取两侧单元，后抓取中间单元。 槽段宽度及长度划分 槽段宽度根据合同文件及设计要求，宽度250300mm，在西0500西1000坝段，防渗墙宽300mm，西2700西3100和西39004800两段防渗墙宽度250mm。 槽段宽度划分的依据一是以设计要求为准，二是考虑坝体成槽的条件。槽段长度一期槽均为10m，二期槽长度变8m或10m，实际成槽长度8.6m或10.6m。在特殊部位（上坝路口，槽壁不稳定）槽段长度相应减少，一般在槽段孔壁稳定，砼生产能力足够的前提下，宜选用较长的槽段长度而减少套接工作量达到有利于防渗墙整体性的目的。 槽段中心与垂直度 防渗墙中心线在坝轴线上，槽孔壁保持平整垂直，防止偏斜，成墙段无探头石和波浪形小墙等。其质量标准为：防渗墙轴线上、下游方向的误差不大于30mm，槽段偏斜率不大于4%，一、二期槽段搭接部位的两次槽位中心在任一深度的偏差值应能保证搭接墙厚度满足设计要求。因此，抓槽前先认真校对槽位，利用该设备三级导向和矩形手抓斗（长高为2.511m）的刚性及重量（9吨）的优良性能，确保抓斗纵面轴线与防渗墙设计轴线结合，抓斗上下升降过程中保持平衡，避免左右摆动，主机要到退行驶。另外，利用槽内垂直的钻孔起到抓斗挖槽的导向作用而保证墙体的垂直度。其槽孔偏斜度采用自行设计制造的“浮筒式”测斜仪量测。该测斜仪具有操作简便，直观检查的特点。每槽段基本选取23个点，开槽后深度10m左右及终槽量测，并利用液压抓斗自行纠偏的良好特性进行及时纠正和控制。 槽段深度 根据设计要求，防渗墙底部无益伸入坝基线以下2m左右的粘土相对不透水层，且在古河槽段穿过砂层进入2m左右的粘土层，从而形成一个封闭的防渗墙体。在西0500西1000段防渗墙深度为16245m，西27003100段，防渗墙深度1415m左右，西3900西4800段防渗