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人工挖孔灌注混凝土防渗墙的设计与施工

日期:2016-8-5 14:34:53 来源:转载 浏览数:
 
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    三岔河水电站位于云南省保山市腾冲县猴桥镇,为槟榔江梯级的龙头水库,为二等大( 2) 型工程。以发电为主,电站装机容量3 × 24 MW,水库正常蓄水位1 895 m,总库容2. 74 亿m3,具有年调节性能。大坝为混凝土面板堆石坝,坝顶高程1 900 m,最大坝高94 m,坝顶长331 m。
    混凝土防渗墙沿左岸坝肩1 900 ~ 1 868. 20 m 高程布置,墙宽1. 5 m,防渗墙底部嵌入弱风化基岩1 m,开挖深度14. 9 ~ 25. 7 m,水平总长147. 744 m,包括水平段95 m,斜坡段52. 744 m。水平段沿1 900 m 公路内侧布置,斜坡段布置于左岸趾板前缘,混凝土防渗墙与趾板接缝设止水连接,接缝按周边缝处理。防渗墙采用混凝土C25、W12、F100 浇筑,上下游面双向布置Φ 20 钢筋网。在防渗墙底部,沿墙体中心线布置单排帷幕灌浆孔,孔距1. 5 m。
    1 ·人工挖孔灌注混凝土防渗墙方案的设计
    1. 1 左岸坝基防渗设计
    1) 地质条件。左岸坝肩以喜山期粗粒钾长花岗岩分布为主,局部分布有中细粒花岗岩,全风化下限埋深一般为28 ~ 35 m,囊状风化明显,卸荷裂隙水平发育深度差异较大,一般为25 ~ 35 m。地下水位埋藏较浅,一般为5 ~ 15 m; 地下水类型主要为基岩裂隙水和孔隙水,局部为脉状裂隙承压水,地下水主要受大气降水补给,其运移受节理及其组合控制。
    2) 防渗设计。左岸坝肩部位趾板全风化层厚度大,难以全部挖除。若全部挖除全风化层,坝轴线长度将增加75 m,坝肩开挖边坡高度增加55 m,边坡开挖及支护、坝体填筑、趾板、面板等工程量相应增加较多。考虑到该部位渗透压力较小,基础强度要求可适当降低,因此可将部分趾板置于强风化及全风化岩体下部。由于全风化岩体可灌性较差,因此该部位采用了趾板前缘设置混凝土防渗墙,防渗墙底部置于弱风化岩体,底部设帷幕灌浆的方式进行防渗处理,墙顶设止水与趾板连接形成封闭的防渗体系。防渗墙与趾板接缝止水设计见图1。 
 
    坝基防渗帷幕沿趾板轴线布置,左岸防渗帷幕与防渗墙底部帷幕连接,帷幕灌浆延伸至正常蓄水位与水库蓄水前左岸的地下水位交点。帷幕深入相对不透水层5 m,帷幕灌浆孔距1. 5 m,对于局部地质条件较差的地方帷幕当加密。
    1. 2 槽孔开挖方式的选择
    防渗墙槽孔的开挖是防渗墙施工的重点和难点。水平段防渗墙地处左岸坝阿顶交通要道,坝顶公路最窄处仅为9 m; 斜坡段防渗墙后趾板宽度仅为6 m 且处于斜坡地段; 总体来说施工空间狭小,采用机械开挖难度较大。人工挖孔具有机具设备简单、施工操作方便、占用施工场地小、对周围建筑物影响小等优点; 本工程防渗墙的开挖可选择降水较少的旱季进行施工,并加强坡内外的截排水措施,可有效减少地下水对施工的影响。综合考虑各方面的因素,本工程防渗墙采用人工挖孔方式进行开挖,考虑人孔开挖必要的施工空间需要,防渗墙宽度确定为1. 5 m。
    1. 3 监测设计
    为及时监视防渗墙后期使用的运行情况,在防渗墙与基岩接触部位、防渗墙下游侧1 m 位置,选取了3组断面埋设了3 支渗压计监视防渗墙的渗流情况,见图2。

    2 ·人工挖孔灌注混凝土防渗墙方案的施工
    2. 1 总则
    三岔河水电站混凝土面板堆石坝左坝肩部位的混凝土防渗墙是左岸趾板部位未全部清除全风化岩层的坝基的主要防渗设施,且系隐蔽工程,建成后一旦出现问题将很难补救,对大坝的安全至关重要。
    2. 2 施工工艺[1]
    2. 2. 1 造孔
    1) 槽孔的开挖尺寸确定为3 m × 1. 5 m( 长× 宽) ,采用跳仓开挖,人工槽挖长度147. 744 m,划分为49个槽段,其中Ⅰ期槽段24 个,Ⅱ期槽段25 个。Ⅰ、Ⅱ期槽挖布置见图3、图4。
                  
    2) 孔身开挖主要采用人工分段开挖、混凝土护壁。每开挖1 m 深度后,立即进行护壁钢筋的安装和混凝土护壁浇筑,待护壁混凝土浇筑完成4 h 以后,再进行下部开挖。
    3) 护壁混凝土采用细石混凝土( 粗骨料粒径不大于10 mm,中砂,掺早强剂) ,施工时密实早强,坍落度为30 ~ 50 mm。
    4) 槽孔孔壁平整垂直开挖。孔位允许偏差± 3cm,孔斜率不得大于0. 4%,保证防渗墙位置准确,墙体几何尺寸符合设计要求。
    5) 地层中的孤石,在保证孔壁安全的前提下,采取小钻孔爆破或定向聚能爆破的方法处理。
    2. 2. 2 掘进
    1) 掘进前由地质技术员向每个操作小组作地下土层、地下分布情况的交底,并指出可能出现的问题,出现问题时立即启动应急预案。
    2) 每个槽孔有一个固定的小组负责施工,每个正在施工的井下、井上均有人操作,上下之间保持良好的联络信号。孔内设应急爬梯,供施工人员上下交通及安全通道使用。
    3) 每日开工前必须检测井下的有毒有害气体含量,并有足够的安全措施。配备专门的送风设备向井下输送洁净空气,保持孔内有足够的新鲜空气。
    4) 挖出的土石方及时运离孔口,妥善指挥机动车辆的通行,避免对井壁的稳定造成影响。地面周围禁止摆放铁锤、锄头、石头或铁棒等坠落伤人的物品。
    5) 掘进工作连续进行,但井下施工人员每隔2 h换班一次,换班的时间尽量缩短,尽量减少未经支护的土体在空气中或水中的暴露时间,以防坍塌。
    6) 当相邻槽孔在浇灌混凝土时,停止掘进,以防竖井在较大侧压力下土体失去稳定而坍塌。
    2. 2. 3 槽孔内钢筋笼安装
    钢筋笼在清孔合格后立即安装,外形尺寸按设计要求制作。
    2. 2. 4 混凝土浇筑[2]
    1) 混凝土采用二级配,粗骨料最大粒径不大于40 mm,细骨料采用中、粗砂。
    2) 浇筑混凝土前及时将混凝土护壁上的渗漏处堵塞,然后把井内积水抽干,以保证混凝土质量。堵漏的方法: 大面积堵成小面积、小面积堵成点漏直至全部堵塞。
    3) 井口至串筒之间混凝土运送采用吊筒输送,混凝土经过串筒到达浇筑面,其自由落下的高度小于2 m,避免造成混凝土的分层和不均匀,影响混凝土的质量。
    4) 防渗墙混凝土振捣,由井下操作人员用插入式振动器分层振捣密实,前层厚度不超过50 cm,插入形式为垂直式。插点间距约40 ~ 50 cm,并且做到“快插慢拔”。混凝土一次连续浇捣完毕,不留设施工缝。
    5) Ⅰ、Ⅱ序防渗墙之间接缝采用接缝灌浆进行处理,每处设2 个灌浆钻孔,孔距1 m( 对称布置) ,孔径50 mm。
    2. 2. 5 质量检查
    1) 在防渗墙施工过程中,对造孔、混凝土质量、钢筋笼加工等,作经常性的质量检查和控制,并作出详细的施工纪录。
    2) 防渗墙成墙后,采用钻孔取芯和压水试验的方法检查质量,重点检查Ⅰ、Ⅱ期槽孔的接触部位和墙身质量有疑点的部位。检查孔采用压浆法封闭。
    3· 结语
    坝基防渗处理是大坝防渗的重点。三岔河水电站左岸坝肩采用混凝土防渗墙作为防渗体进行大坝的防渗处理,避免了由大开挖形成的高边坡等问题,达到了防渗的目的,节约了工期,节省了工程造价; 同时合理选择施工时段,做好施工安全措施,实现了人工挖孔进行防渗墙的开挖,为同类工程提供了可借鉴的设计和施工经验。

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