防滲墻工程施工技術(shù)綜述

防滲墻工程施工技術(shù)綜述摘要:著重從防滲墻的成槽成墻,槽墻接頭,墻體質(zhì)量檢測、原型觀測、施工自動化等工藝方法、技術(shù)手段、設(shè)備儀器、材料工具諸方面綜合介紹了區(qū)外防滲墻工程施工科技進(jìn)步動態(tài),可作為廣西開展庫壩、河堤、堰坎作防滲加固處理時的借鑒。關(guān)鍵詞:防滲墻;施工技術(shù);工藝;設(shè)備防滲墻起源于50年代,是庫壩、堤堰工程進(jìn)行防滲加固處理的有效可靠措施。40多年來,防滲墻工程的施工技術(shù)進(jìn)步日新月異,施工經(jīng)驗日益豐富,本文從現(xiàn)有資料,予以綜合、分析、比較、介紹,以供參考。1高深庫壩厚防滲墻成槽成墻技術(shù)工工藝、設(shè)備、材料庫壩防滲墻是使用銑槽機(jī)、鉆機(jī)、抓斗等主要機(jī)械并配以輔助設(shè)備,采用以銑削、鉆壁、抓鏟為主,爆、吸為輔及其組合的工法(工藝) 進(jìn)行造孔(槽) 作業(yè)的,而且因地層巖性、庫壩土質(zhì)不同而異。除常用的鉆吸法(沖擊鉆+ 抽筒,沖擊鉆+ 反循環(huán)泵管) 外,還有如下其他工法、設(shè)備。11普通、單一地層成槽工法、設(shè)備(1)直抓法。在顆粒粒徑較小的砂卵石層單用BH型液壓導(dǎo)板抓斗(以全液壓履帶式起重機(jī)起吊)不經(jīng)破碎直接抓取至地面裝車運(yùn)走而成槽,其功效相當(dāng)于用沖擊鉆進(jìn)、抽筒清碴工藝的1520倍。(2)鉆抓法1 。即兩鉆一抓法或上抓下鉆法,使用鉆機(jī)與導(dǎo)板抓斗(分為機(jī)械式和液壓式) 或帶齒鏟斗聯(lián)合作業(yè)交替進(jìn)行挖土提升排土工序而成槽。(3)銑抓法2 。在長江三峽等重要工程圍堰防滲墻施工中引進(jìn)了德國寶峨公司產(chǎn)BC - 30型雙輪銑槽機(jī)與抓斗聯(lián)合運(yùn)用并輔以砸石用重錘組合而進(jìn)行銑抓法造槽,這是目前最先進(jìn)的設(shè)備與工法。(4)銑吸法。即單用雙輪銑(配有反循環(huán)吸渣設(shè)備) 直接銑削成槽。12復(fù)雜地層成槽工法、設(shè)備如地層中有花崗硬巖,塊球體可用銑鉆法,銑砸爆法2 。在槽口的用聚能爆破,在下部的用全液壓工程鉆機(jī), TOBEX偏心擴(kuò)孔跟管鉆具鉆孔預(yù)爆。槽內(nèi)鉆孔爆破旨在提高銑削成槽工效。在復(fù)雜地層深槽孔段可用銑抓鉆法2 ,即上部風(fēng)化砂層先用液壓銑銑削,對其中平拋塊石、覆蓋層中砂卵石則由抓斗(并配10 t重錘) 抓取,下部基巖、部分砂卵石則由沖擊反循環(huán)鉆機(jī)鉆鑿。其他工法還有:多鉆頭成槽機(jī)配砂石泵的BW工法及電銑刀挖掘機(jī)、超大型液壓挖槽機(jī)等設(shè)備在國外多用于砂礫石層、固結(jié)層和硬質(zhì)基巖的開挖,能不同程度地適應(yīng)施工需要3 。13非均質(zhì)大粒徑土石壩防滲墻成槽工藝有些工程采用定向爆破筑的庫壩是典型的非均質(zhì)大粒徑土石壩。因其未經(jīng)篩選、更未經(jīng)分層碾壓,建防滲墻時成槽施工有兩大難題要解決:一是由于有新鮮堅硬、大粒徑甚至超過墻厚的石塊存在,成槽機(jī)具或被卡埋鉆具或鉆不動而難以通過,即使能通過也難以成規(guī)則槽。二是由于大小不一的超徑石的構(gòu)架作用形成孔洞發(fā)育連通的良好滲漏通道,地層漏失將十分嚴(yán)重以至無法固壁。根據(jù)長江三峽二期圍堰和其他工程施工經(jīng)驗,可分別采取如下措施:(1)遇大塊石、孤石可采用少量裸爆、聚能爆破、鉆孔預(yù)爆破碎,其鉆孔可使用巖芯鉆機(jī),有條件時可使用全液壓工程鉆機(jī), TOBEX偏心擴(kuò)孔跟管鉆具施工,利用已研制出的套筒式大合金鉆頭和自由抓卡可解決鉆具在深孔基岸鉆進(jìn)中的卡鉆難題2 (2)在定向爆破平拋層中造槽孔前采用預(yù)灌濃漿的工藝,以封堵滲漏通道。預(yù)灌則用跟管鉆打孔、自流灌漿方式,造孔中隨時用粘土、粘土粉、膨脹粉、水泥、鋸末屑等物堵漏,抓挖中遇上漏漿則用膨脹粉堵漏。造孔泥漿使用下面提到的聚合物漿液以增強(qiáng)固壁作用。14采用新型造孔護(hù)壁聚合物泥漿和聚合物溶液4 固壁穩(wěn)定液是鉆孔灌注樁、防滲墻能成孔(槽)的關(guān)鍵。它已由細(xì)分散泥漿、粗分散高固相泥漿發(fā)展到當(dāng)今的不分散低固相泥漿,或稱聚和物泥漿(第四代) 、聚和物溶液(第五代) ,均是以聚和物為基礎(chǔ)的“不分散體系”,是最新的兩代沖洗液和槽壁穩(wěn)定液。與普通的高固相細(xì)分散泥漿(對槽壁穩(wěn)定作用大小取決于漿液濃度) 不同,聚和物溶液本身有較強(qiáng)的吸附膠結(jié)作用,緣是它以聚和物分子在槽(孔) 壁表層及溶液可以進(jìn)入的孔壁深處,形成的吸附膜膠結(jié)孔壁表層和深層巖土顆粒,即深入槽壁深處較大范圍膠結(jié)加固土體,而對槽壁產(chǎn)生主動約束作用,尤對松散土體為甚。該溶液特具的強(qiáng)吸附膠結(jié)作用在攻克復(fù)雜地層鉆進(jìn)難題方面顯示了比普通泥漿的極大優(yōu)越性和良好的應(yīng)用前景。15塑性混凝土及其他材料的成墻應(yīng)用塑性混凝土因其彈模低,極限變形大,抗壓強(qiáng)度低等良好的物理力學(xué)特性更能適應(yīng)周圍土體的變形 (沉陷、位移) ;以當(dāng)?shù)夭牧先〈蟛糠炙喽鴥r廉;和易性好,便于澆筑作業(yè),接斗孔鉆進(jìn)較易而好施工等經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)廣泛地應(yīng)用于防滲墻5 ,在對強(qiáng)度無過高要求時,大有取代普通混凝土的趨勢。2槽墻接頭處理施工新技術(shù)混凝土防滲墻的造孔、澆筑作業(yè)因劃分兩期槽段跳開施工而形成了可能產(chǎn)生滲漏的垂直向施工縫,只有在臨時工程中才可以采用不作特殊處理的“直接接頭”法(僅將接觸面打毛或刷毛) ,一般永久工程均須對接頭作特殊處理,才能使墻體成為密合連續(xù)的防滲體。21常規(guī)接頭法最原始的套打一鉆鉆鑿法: 即搭接型接頭法。在施工好一期單元槽段澆筑混凝土后約一周,再造二期槽孔時將一期的接頭端削去一部分,澆筑混凝土后即互相搭接而成(如圖1 (a) ) 。此法直觀易操作,但多費(fèi)工料,而且在接觸面上即使用鐵刷鉆頭刷過仍然存在薄層夾泥,泥皮的厚度及其防滲功能與固壁泥漿優(yōu)劣有關(guān),顯然使用膨潤土漿效果最佳。22雙反弧樁柱法接頭施工工藝中國水電基礎(chǔ)工程局在長江三峽一期圍堰防滲墻施工中,研制了與沖擊反循環(huán)鉆機(jī)配套使用、采用液壓傳動操縱的可張式雙反弧接頭專用鉆具。在跳打鉆灌形成的兩頭呈半圓形的、期槽段之間預(yù)先留出長度為 D + (3040 cm) , D為槽寬即孔徑的一小段,用沖擊鉆造出圓孔后即成由兩道X形小墻組合的土體,再用雙反弧鉆頭(通過伸縮使兩側(cè)反弧緊貼槽孔半圓頭) 從上至下及從下至上反復(fù)沖擊并清除泥皮后即鑿出一個雙反弧孔再澆筑期混凝土。該法是施工技術(shù)規(guī)范 (SL174 - 96) 所推薦的方法。23接頭管(板、膠囊) 法該法也是施工技術(shù)規(guī)范(SDJ 82 - 79 、SL174 - 96) 建議優(yōu)先選用的方法,這實際上是半圓形(或平直線形) 施工接縫,即在期槽孔成槽后在端部插入一根直徑或?qū)挾扰c墻厚相等的接頭管(鎖口管) 或板,在混凝土開澆2 h后將管預(yù)拔起10 cm ,在澆筑完畢23 h之后用起重機(jī)或油壓千斤頂甚至振動器即可將接頭管(板) 從墻端拔起來(澆筑混凝土過程中不停轉(zhuǎn)動管子以利于上拔) ,如此即形成半圓形榫槽(如圖1 ) ,此法目前受拔管機(jī)起拔能力所限,在低壩、堰、堤薄防滲墻中應(yīng)用較廣泛,而在高深庫壩厚防滲墻中暫時難以采用。使用膠囊作接頭管法。把直徑6070 cm膠布管(以塞封底成袋) 放入一期槽孔兩端的主孔中,袋內(nèi)充以大比重泥漿,下附加重塊,側(cè)面固定牢并使袋內(nèi)保持足夠壓力,待混凝土澆筑后3540 h即打開底塞,去除重物,向袋內(nèi)壓入空氣并排出泥漿即可將膠囊慢慢拔出。24組合鋼模接頭中國水利基礎(chǔ)工程局為越南某工程防滲墻施工之需研制了一套組合鋼模以替代接頭圓管7 。該鋼模由一片半圓形模,一片梯形模拼成,同時鋼模在豎向也是分節(jié)拼裝的。梯形的那一片緊靠期槽孔。安置程序同接頭管法,但混凝土澆筑完后,鋼模不是用拔起法而是在卸模后再吊上來。此法比接頭管法省去上拔力,同時適應(yīng)對防滲有更高要求(如在槽段接頭處安裝止水帶) 的情況(如圖1 (d) ) 。25橫向槽法平板式接頭小浪底水利樞紐工程壩基河床砂礫沖積層中建造了深達(dá)8119 m的地下防滲墻。其槽段的連接,在國內(nèi)外首次采用橫向槽孔填充塑性混凝土保護(hù)下的平板式接頭方式8 。其作法是先開挖橫向接頭槽孔并澆筑塑性混凝土后進(jìn)行期槽孔施工,但要超過橫向接頭槽中心線10 cm。開挖期槽孔時須將期槽孔超澆的10 cm混凝土用雙輪銑自上而下銑削干凈以形成新鮮的混凝土接觸帶,從而達(dá)到新老緊密結(jié)合的目的。留下的橫向槽兩端的塑性混凝土附在接縫兩端,可以加厚和保護(hù)施工接頭縫。這種接頭處理可靠且施工速度快。26體積替代法接頭施工工藝在超深和高標(biāo)號混凝土防滲墻(如小浪底工程墻深8119 m ,墻厚112 m ,墻身混凝土強(qiáng)度35 MPa)宜用該法,與常規(guī)套打法比,綜合工效提高6142倍,費(fèi)用節(jié)約75 %。該法是在期槽孔混凝土澆筑前,用強(qiáng)度低的替代料充填接頭孔位置,待混凝土澆畢達(dá)一定強(qiáng)度后,再將替代料鉆出以形成接頭孔。替代料可采用加氣混凝土(低標(biāo)號) ,安裝時采用“分塊插裝、整體下放“工藝, 期槽孔的清孔和混凝土澆筑是在替代料安放好后進(jìn)行。當(dāng)期槽孔混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后(大于替代料) 即將替代料鉆鑿掉(與期槽孔同鉆) ,再澆期槽孔混凝土。此法對低標(biāo)號混凝土防滲墻無意義。3低壩、堤堰薄防滲墻成槽成墻技術(shù)、工法、設(shè)備、材料31低壩堤堰采用薄型防滲墻的可行性水利工程中大量的低矮庫壩、溢洪道堰坎、河堤、導(dǎo)流圍堰等大多需作防滲處理,也多采用防滲墻方式。由于低壩堤堰具有如下特點(diǎn):高度小,承受水頭不大,有的還作為臨時建筑要求不高,有的雖為永久建筑,但高水位持續(xù)時間不長等等,為使用多種材料,墻厚減小的薄型防滲墻開辟了廣泛的應(yīng)用前景。32幾種薄型防滲墻成槽、墻工法比較當(dāng)在小顆粒地層中建造深度小于30 m ,厚度小于0. 4 m的混凝土薄心墻或其他材料防滲墻時可以用射水法、沖擊噴射成槽法、插板法、沖抓套井法、高噴灌漿法及液壓開槽機(jī)連續(xù)槽法和液壓抓斗成槽法等工法。它們相對深厚防滲墻,較簡單適用、成本低廉、成槽墻工效高,對材料適應(yīng)性強(qiáng)。4其他方面的新技術(shù)、新方法、新器具41應(yīng)用彈性波CT技術(shù)檢測墻體混凝土質(zhì)量小浪底主壩防滲墻混凝土質(zhì)量檢測中首次應(yīng)用的彈性波透射CT技術(shù)9 ,主要通過超聲波和地震波兩套設(shè)備及相應(yīng)的觀測系統(tǒng)進(jìn)行檢測。其原理是:混凝土澆筑質(zhì)量通過彈性波在混凝土體中傳播速度來反映,波速高、混凝土密實,反之則有缺陷,它是利用彈性波信息分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)造,類似醫(yī)用CT技術(shù)的層析成像技術(shù)。彈性波透射CT對不同跨度防滲墻剖面均行之有效,先用CT普查,再有的放矢鉆檢查孔驗證、處理缺陷。412防滲墻原型觀測為了監(jiān)測防滲墻在運(yùn)行中工作狀態(tài),通過在墻中預(yù)先埋設(shè)的觀測儀器(具體由觀測分析目的而定)測讀有關(guān)物理力學(xué)數(shù)據(jù),反饋給設(shè)計部門作應(yīng)力應(yīng)變等分析,驗證設(shè)計,從而提高計算精度和設(shè)計質(zhì)量,優(yōu)化防滲墻的設(shè)計。混凝土防滲墻的原型觀測是一種特殊情況的巖石觀測,也是近期發(fā)展的一項科學(xué)技術(shù),山西某水庫防滲墻為分析比較普通混凝土墻段和塑性混凝土墻段在運(yùn)行中不同情況,分別埋設(shè)了10支大應(yīng)變計,2支無應(yīng)力計,實現(xiàn)了觀測目的。觀測儀器埋設(shè)方法有吊索法、掛布法、推頂法、套管法、鉆孔法、鋼構(gòu)架法等,視工程具體條件選用。413電子自動控制、施工自動化技術(shù)簡介(1)在槽孔施工中利用超聲波技術(shù)和高靈敏度的電子測斜儀來自動調(diào)控成槽設(shè)備挖槽的垂直度。利用電子自動控制系統(tǒng)還可以調(diào)控槽孔開挖的速度。(2)利用電子技術(shù)和電腦自動調(diào)配泥漿配比、相對密度以隨時適應(yīng)成槽、混凝土澆筑工序?qū)δ酀{物理性能的要求。利用自動記錄儀和計算機(jī)稱量材料以控制心