固化灰浆防渗墙施工技术在福堂水电站中的应用夏中伏 邹刚（中国水利水电第七工程局成水公司 四川温江 611130）【关键词】：临时围堰 固化灰浆防渗墙 槽孔 福堂水电站 【摘 要】：固化灰浆防渗墙具有施工方便，防渗性能好、成本低、工效高等许多优点。已广泛应用于临时围堰防渗。福堂水电站上游围堰固化灰浆防渗墙的施工方法、工艺、质量控制及施工技术难点具有许多独到之处，值得推广和借鉴。1、概述福堂水电站位于四川省阿坝藏羌族自治州汶川县境内的岷江干流河段上，属引水式电站，装机容量 36.0 万千瓦。主题建筑物由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三大部分组成。首部枢纽工程位于玉龙大桥下游 800.0m，闸趾距汶川县城 15.0km，最大闸高 31.0m,闸顶长 187.0m，软基建闸、基岩接头，闸基基坑要求常年施工，河床一次性断流，右岸导流洞导流。为给首部枢纽主体工程施工创造条件，设计要求上下游围堰采用悬挂式垂直防渗。上游围堰防渗由固化灰浆防渗墙和高喷防渗墙组成。2、上游围堰水文地质、工程地质条件围堰基本地质按其结构组成成份不同，自上而下可分五层：人工堆筑换填层（Q4 ）：大江截流后，围堰由大块石组成，围堰明漏水大，为了堵住河水明漏，而换填粘土，耕植土心墙，这一地层比较疏松，结构相对均匀，块石骨料少，粒径小，厚度 35.5m,这一层沿上、下游防渗轴线分布。块碎石层（COL+dLQ4 ）：系近源谷坡崩积物，厚 1020m，块碎石层分为花岗石，具棱角状，充填含屑砂壤土，最大粒径可达 2m 以上，该层结构松散，局部架空，透水性强，这一层分布于上、下围堰左岸岸坡。漂卵石层（aLQ4 ）：系漫难及现代河床冲积层，厚 611m，层内有透镜体砂层分布，成分以花岗石，闪长岩为主，卵石粒径 25cm 和 1017cm，漂石粒径为 2027cm，最高可达 2.06m 以上，充填深灰色中细砂，该层结构不均一,较松散，中等-强透水性，局部透水性极强，这一地层在上、下游围堰广泛分布。微含粉质土砂及含砂粉质土层(LQ4 )：浅灰黄色,系堰塞湖沉积物,厚 23.5m，厚度及顶高程变化比较大，有尖灭趋势。该层局部为粉砂土与卵砾土混合堆积，砂层力学强度低，属于易液化砂层，此层是围堰防渗基础的相对隔水层，上游围堰分布于 EL.1244EL.1242 高程上，下游围堰分布于EL.1244EL.1241 高程上。漂卵石层（aLQ4 ）：系现代河床冲积层，厚 2025m， 漂卵石成分以花岗岩为主，卵石粒径 25cm 和 1018cm， 漂石粒径 2032cm，最大可达2.11m，充填灰色中细砂及灰黄色粉质砂土，该层结构不均一，较松散，局部架空，结构中等-强透水性， (具体情况见图 1)。 人 工 堆 积 层漂 卵 石 层粉 质 土 砂 层漂 卵 石 层1240.6381238.0125.034156.3图 1 围堰综合地质剖面图3、固化灰浆防渗墙设计要求固化灰浆防渗墙设计型式：固化灰浆防渗墙结构为悬挂式，施工顶高程1256.3m，施工底高程1238.0m，桩号布置 x:闸 0-6.25闸 0+68.75，y：拦 0-205.4。墙厚 0.8m,最大墙深 18.3m。固化灰浆防渗墙设计技术指标：渗透系 K1.010 -6/s；抗压强度 r150.5Mpa；弹性模量：E=40100Mpa。4、固化灰浆防渗墙施工方法施工次序：临建布置孔段划分造孔清孔换浆固化灰浆质量检查槽孔划分：根据福堂水电站围堰覆盖层地质条件比较复杂、弧石、漂石含量比较多、粒径比较大、围堰存在明水漏、工程量大、施工工期短等特点，固花灰浆防渗墙槽段划分如下；防渗墙轴线长 75.0m，划分出 13 个单元槽段，槽段编号从闸 0-6.25 开始至闸 0+68.75结束，其中 9#、10#、11#三个槽段长 5.2m，分 5 孔施工，副孔宽 1.4m，其余槽段长 0.8m ，分 7 施工，副孔宽 1.2m .以上槽段中单号为 I 期槽孔，双号为 II 期槽孔，先施工 I 期槽孔，再施工 II 期槽孔，槽孔间采用套接连接。槽孔布置见图 2防 渗 墙 轴 线 期 槽图 3-2单 位 ： 厘 米典 型 槽 孔 划 分 图 期 槽 接 头 孔7/1324567/153467/1808080图 2 上游围堰固化灰浆防渗墙典型槽孔布孔图造孔：造孔机具 CZ30 型钻机， “十”字弧型实心铸钢钻头、钢丝刷子、抽砂筒、接砂斗、空心钻头。造孔时采用“主孔冲击钻进，副孔劈打”的方法。钻头冲击刃角和底刃角据不同地层的技术参数见表 1。造孔方法：采用 CZ30 型冲击钻机钻进住孔至终孔，经检查孔形、孔斜符号要求后，用十字钻头劈打中间副孔，用抽筒排渣，用十字钻头或方钻头压打残余的小墙，直至全部成槽。 表1 底刃角地层名称 冲击刃角度数 底刃空心高（）人工换填层 8090 150175 104漂卵石层 6080 150170 103粉土质砂层 4560 150170 60大孤石 6075 120160 42固壁泥浆：主孔钻进时采用直接投粘土于槽孔内固壁，副孔劈打时采用卧式搅拌槽制备泥浆，其泥浆性能指标见表 2 表 2静切力（1/10Pa）粘度(s)比重(g/cm2)含砂量 （%）胶提率（%）稳定性失水量(ml/30min) 1min 10min泥皮厚PH 值1825 1.11.2 5 7.96 0.03 2030 2030 50100 24 79清孔换浆：槽孔清孔换浆采用抽筒换浆法，清孔泥浆为新制的膨润土浆，抽筒清孔换浆间断进行，以便剩余钻渣沉淀，提高清孔效率，二期槽孔清孔结束，用钢丝刷钻头刷洗一期槽孔孔壁上的泥皮，刷洗合格标准：刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤泥不再增加。新制膨润土泥浆性能指标见表 3 表 3 项目 单位 性能指标 试验用仪器 备注浓度 % 74.5 制 100g 水所用膨润土重量密度 g/cm3 1.231.30 泥浆比重秆漏斗粘度 S 3090 946/1500mI塑性粘度 CP 20 旋转粘度计10min 静切力 N/M2 1.410 静切力计PH 值 9.512 PH 试纸或电子 PH 计含砂量 % 4 200 目筛固化灰浆施工方法：气拌法固化灰浆施工程序（见气拌法固化灰浆施工程序图 3）图 3 气拌法固化灰浆施工程序 固化灰浆的泥浆性能：固化灰浆的泥浆性能要求：漏斗粘度：2545s 密度不小于1.25g/c。固化灰浆配合比：固化灰浆采用膨润土-粘土浆，施工使用配合比见表 4 表4泥浆 水泥 水 水玻璃 粉煤灰 砂 外加剂（木钙） 备注928 204.5 95 40 27 180 0.45 泥浆体积占 0.742固化灰浆：固化灰浆采用原位搅拌气拌固化成墙的施工方法，既槽孔清孔验收合格后，先掏空孔内多余泥浆，下入风管，风管管径为 25.0，单管长度 18.0m，采用丝扣连接，风管底部加装长度 0.5m 的水平花管，加入灰浆前，先将槽内泥浆用风搅拌 30min，使槽内泥浆均匀，然后陆续加入各种材料：水泥砂浆采用 0.4m3混凝土搅拌机搅拌均匀后直接倒入槽孔，水玻璃分两次倒入槽内，第一次倒入计划用量的三分之二，加完砂浆后再倒如剩余的三分之一。加料过程中，用风不停搅拌，灰浆加入在 2 小时内结束，加料结束后，继续用风搅拌 30min 结束施工，灰浆固化完毕后，固化浆用湿土覆盖养护。 （上述施工方法见图 4） 。(20 5min)压 气槽 孔泥 浆水 玻 璃/3(20min)砂水 泥 砂 浆水 砂 木 钙6 9气 拌 混 合泥 浆 絮 凝泥 浆水 玻 璃1/3 6h糊 状泥 浆 固 化灰 浆水 泥图 4 固化灰浆施工方法示意图5、质量控制标准 固化灰浆防渗造孔：槽孔孔位偏差：3；槽孔深度：18.3m（10） ；槽孔孔斜率：0.4，遇含有大孤石，漂石的地层，孔斜率控制在 0.6以内，并确保墙体连续厚度；槽孔宽度：80；接头孔套接厚度：在任一深度处、期接头孔的孔中心距1/3 设计墙厚（即 26.7） ，接头孔套接厚度满足75。防渗墙清孔和接头刷洗：淤积厚度：10；泥浆比重：1.201.25g/cm 3；泥浆 n 粘度：2025s；泥浆含砂量10接头洗刷：刷子钻头基本不带泥屑，孔底淤积不在增加。 固化灰浆：混合浆液失去流动时间：5h；固化时间24h；析水量1；水泥砂浆密度1.80g/cm 3。6、 施工成果及工效分析 施工成果：共完成防渗轴线 75.0m，槽段数 13 个，成墙面积 1474.08。造孔总进尺 1842.60m，固化灰浆方量 1570.75m3。 施工工效分析：固化灰浆防渗墙施工从 2001年 12 月 1 日开工到 2002 年 2 月 4 日完工，历时 64 天，比预定目标工期提前 30 天。在围堰固化灰浆防渗墙施工中，由于地质条件复杂，一期槽施工时，孤、漂石含量较多，孤石最大粒径超过 2.50m。孔斜超标严重，填石头修孔占用了大量的时间，施工工效极为缓慢。二期槽孔吸收了一期槽孔施工经验，并改进了施工钻进参数，大大提高钻进工效，整个防渗墙施工平均工效 3.2m/台日、纯钻工效 4.94m/台日、其中漂卵石层 3.25m/台日、固化接头 12.2m/台日、人工填筑层 79.0m/台日、砂层 4.5m/台日。7、质量检查固化灰浆防渗墙质量检查采用： 固化槽段现场取样：每个槽孔固化前，对清孔泥浆进行测试，对固化用的砂浆取模试块，作 28 天抗压强度，以上检查都符合要求。现场开挖：通过现场开挖，直观检查固化成墙效果，整个槽段固化完毕后，用反铲在固化端的背水面开挖了 6、7、8三个槽孔，开挖长度 18.5m，深度 8.5m。成墙效果非常理想，一、二期槽孔搭接非常好，钢丝刷刷洗孔壁非常干净，整个墙体没看见有渗水的地方。钻孔作注水试验：固化灰浆施工完毕 28d 后，在固化槽段上钻两孔，分段从上到下作注水试验，试验水头 15.0m，段长 2.0m，共作 15 段，所有的 K 值都小于 10-16/s，完全符合设计要求。8、施工技术难点及解决办法福堂水电站位于岷江上游，高山深谷，覆盖层比较厚，粒径比较大，砾石成份为火成岩，覆盖层地质条件复杂，在围堰固化灰浆防渗墙施工过程中，遇到如下难题：大漂石、孤石层钻进。高程1254.01248.0m，属于块碎石堆积层，大孤石、大漂石含量达 40%以上，径粒最大达 1.2m，这一层特别难钻，严重影响施工工效，在保证孔壁安全的情况下，采用如下办法：重锤冲凿：用冲击钻机将 510.0 吨的重锤吊起，然后自由下落，以钻具刃角将大漂石击碎，改变钻头形状，用圆弧砖头代替十字钻头强烈冲击，击碎孤石。钻孔爆破：用英格索兰钻机偏心跟管在大孤石、大漂石上钻孔，成孔后，装入适量的炸药进行爆破，把孤石、漂石炸碎后在进行钻进。 粉细砂层钻进。高程1242.01238.0m，属粉土质砂层，这一砂层在地震作用下易液化，钻进过程中经常发生槽孔跨蹋、淤砂、埋钻等事故，其解决办法：控制抽渣次数和时间，加大泥浆比重。6 #、7 #、8 #、10 #槽孔，粉细砂层不厚，孔壁跨蹋、淤砂相对较少，采用加入块碎石，用冲