混凝土防渗墙施工技术分析

2022-09-10

混凝土防渗墙施工技术, 广泛用于水利、水电工程中, 在我国的应用已经有几十年历史, 为了适应堤防加固垂直防渗工程的需要, 已开发出多项混凝土防渗墙施工新技术, 如射水法、锯槽法、抓取法等。现此项技术除在堤防上广泛应用外, 在水库的消险加固和水库防渗等方面也广泛使用, 且取得了良好的效益。

1 防渗墙施工技术

1.1 施工设备

钻孔机械是防渗墙施工的主要设备, 仿苏式钢绳冲击钻机, 其钻孔原理是利用钻头对地层进行反复;中击破碎, 直至地层碎屑被破碎到能被泥浆悬浮, 用抽砂筒提出孔外, 因而功耗大, 工效低。冲击式反循环钻机, 改抽筒断续出渣为泵吸连续出渣, 避免了钻头对地层颗粒的重复破碎, 工效提高, 但需要有泥浆净化机配套分离钻渣。抓斗挖槽机, 抓斗无须以泥浆为介质, 完全利用斗齿切割, 破碎土层, 直接抓出渣土, 按工作原理可分液压抓斗和钢绳抓斗。

1.2 造孔工艺

(1) 钻劈法, 适用于一般砂卵石地层。施工时墙轴线划分不同长度的槽段, 相邻两个槽段分一、二期先后施工。使用钢绳冲击钻机或冲击式反循环钻机, 分主、副孔钻进, 当相邻两个主孔钻进一定深度后, 再劈打副孔接存劈落的石渣并提出孔外。

(2 1抓取法, 在粒径较小的砂卵石层或粉土层中修建防渗墙, 可用抓斗直接挖掘成槽, 可大大地提高工效。

(3) 钻抓法, 在紧密的地层中造槽或施工深槽孔, 即采用冲击钻和抓斗联合施工, ;中击钻钻进主孔漂卵石层及基岩, 两主孔之间的副孔用抓斗抓掘。根据槽孔的大小, 可采用两钻一抓或三钻两抓。

1.3 其他关键工序

(1) 导墙的作用。是为开挖机具导向, 保护槽口、承重等。由于防渗墙每一槽段的施工周期较短, 为降低工程成本, 应尽量使用可周转使用的钢结构导墙, 如使用混凝土导墙时其断面尽量缩小, 一般为高×宽=50cm×30cm的矩形。

(2) 在成槽过程中, 为保槽壁稳定, 应用泥浆固壁, 现多使用膨润土制浆, 其主要指标是密度1.04 g/cm。左右, 马氏漏斗粘度32s~50s。泥浆可重复使用, 但需用泥浆净化机除砂。

(3) 防渗墙一般用一级配塑性混凝土为墙体材料, 这种材料强度和变形模量均很低, 适应地基变形的能力强, 抗渗性能好, 渗透系数小于1×1 0-6c m/s渗透破坏比降可达300以上。

(4) 混凝土浇筑采用直升导管法, 导管内径2 0 c m左右。视施工现场条件可选取用罐车或泵输送混凝土。

(5) 墙的连接多采用“接头管法”, 也可采用“切削法“或其他方法, 墙段连接是该项技术的难点之一。

2 技术难点与对策

2.1 坝体裂缝与孔壁坍塌

(1) 原因分析。

孔壁坍塌的原因主要有: (1) 由于坝体土料松散及填筑压实度不够, 在开槽产生临空面后孔壁失稳, 形成裂缝与坍塌; (2) 配制的固壁泥浆性能指标不符合要求, 泥浆不能够有效地形成泥皮, 保护孔壁; (3) 钻进特殊地层, 如孔隙较大的砂砾层、集中渗透带等, 可能突然漏失大量泥浆, 如未及时补浆, 则会因孔内泥浆压力突然减小而引起坍孔, 细砂层钻进时如抽筒抽砂过猛, 也会导致坍孔; (4) 停工期间未能定期检查泥浆性能, 对漏失部分未能及时补充, 又没有定期搅动泥浆, 致使泥浆发清沉淀造成孔壁坍塌; (5) 上、下钻进时对泥皮的破坏, 又未及时采取措施; (6) 导向槽深度不够或泥浆面延伸到导向槽以下, 钻进时泥浆面掏刷孔壁而坍孔。

(2) 预防措施。

为避免孔壁坍塌, 可采取如下措施: (1) 钻进时必须按照地层情况, 使用不同的泥浆护壁, 且应有规律地进行泥浆检测, 必要时调校泥浆性能指标; (2) 经常储备大量泥浆、粘土块及纤维性很好的物质如草袋、锯末等, 以备急需; (3) 若遇停工, 应每4 h~8 h搅动成孔内泥浆1次;若有漏失, 应及时补充, 泥浆始终保持不低于槽口板以下0.5m, 并高出地下水位2 m以上; (4) 终孔后, 不能使孔内泥浆突然稀释, 更不能用清水稀释泥浆; (5) 成槽孔段长度控制合理, 一般为6 m~8 m, 地层不好可按两段跳跃造孔施工; (6) 槽段开槽后, 要迅速成槽, 迅速浇筑合拢, 以减少槽段的浸泡时间和临空时间; (7) 对墙基及填筑存在隐患及地质条件差的病险工程, 混凝土防渗墙造孔时, 库内畜水不宜放空, 最少保持在兴利库容, 保证坝体有一定的内水压力。

(3) 处理方法。

当发生孔壁塌孔或塌陷时, 处理的方法是: (1) 首先提出钻具, 移开造孔设备, 避免造成塌孔与埋钻的综合性事故, 然后及时摸清塌孔具体情况, 如深度、位置、大小等, 分析原因, 依据具体情况进行处理; (2) 将泥浆比重、粘度加大 (必要时加人适量的聚合物添加剂, 使泥浆变稠) , 并送人孔内, 防止坍孔进一步加大; (3) 若发生严重坍孔, 应将准备的粘土块、装有粘土的草袋、纤维性很强的物质填入孔内, 将坍塌部分全部填实, 待稳定后重新钻进。

2.2 钻头脱落

(1) 原因分析。

钻头脱落的原因主要有以下几方面: (1) 长期使用, 钢丝绳磨损, 未及时更换; (2) 钢丝绳回头联接钻头, 钢丝绳子夹子 (卡子) 抬动, 没有及时发现而抽脱 (3) 没有安装保护绳; (4) 孔底不干净, 坍塌严重造成埋钻事故。

(2) 预防措施。

(1) 经常检查钢丝绳, 破损超过要求后及时更换, 钢丝绳卡子抬动及时紧固; (2) 钻头需加保护绳; (3) 保持孔内干净, 及时抽取钻碴。

(3) 事故处理。

钻头脱落事故发生后要迅速查明原因, 及时对症处理。若为主绳断裂, 应采用保护绳提出。当无保护绳时, 应首先更换好泥浆, 抽净钻头附近钻碴, 而后下大抽筒或卡勾工具进行打捞, 卡住后轻提或另下加重杆, 轻轻震打活动后, 适时提出。

2.3 斜孔

(1) 原因分析。

造成斜孔的原因有: (1) 孔内不干净; (2) 钻头磨损, 补焊偏心; (3) 松绳不当, 钻头不能垂直下落; (4) 变层时处理不当。

(2) 预防措施。

为防止出现斜孔, 导致孔斜超标, 无法保证成孔质量, 需采取以下措施: (1) 保持孔内干净, 泥浆稠度适当; (2) 钻头补焊要及时周正; (3) 松绳要适当, 钻头在孔内不得来回晃动, 也不得打空锤, 每班勤检查, 出现孔斜及时处理; (4) 地层变化时处理要适当, 特别是倾斜地层, 软硬不均地层更应慎重处理。

(3) 处理方法。

发现孔斜后, 找到孔斜点及时回扭。孔斜比较严重时要及时回填, 重新造孔。还可上液压抓斗, 自动纠偏。

3 墙体质量控制与检查

防渗墙的质量水平取决于对其施工过程中各个工序质量的控制的检查, 这些工序是槽孔建造清孔换浆、接头管下设起拔、混凝土浇筑。检查时一般可按现行标准执行。考虑成槽规律, 并依据国内外施工经验, 槽孔建造精度现行标准偏高, 孔斜率应为在墙深小于2 5 m为8%, 墙大于2 5 m为6%。墙体质量检查后在成墙一个月后进行, 检查方法有开挖试坑对墙顶直观检查和对墙体钻孔取芯检查。检查所得的试样或芯样, 可对其物理力学性能进行检测, 并在所形成的钻孔内进行注水试验和其他无损检测如超声波法和地震透射层析成像 (C T) 法。