CN110055934A - 一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法。属于塑性混凝土防渗墙施工技术领域。它主要是解决在高水位土石坝上无法采用塑性混凝土防渗墙施工的问题。它主要包括以下步骤：⑴在水下填筑采用进占、重力挤淤法进行堰体填筑；⑵在32.5mpa型号矿渣水泥中加入矿渣，采用旋喷桩加固围堰；⑶采用冲击钻机钻主孔；⑷采用液压成槽机抓副孔；⑸清底换浆后进行浇注；⑹采用2组导管进行水下混凝土灌注；⑺Ⅰ、Ⅱ期之间接缝部位采用接头管法施工；⑻混凝土灌注完成后应根据灌注速度起拔接头管。本发明具有安全、快捷、简单和实用的特点，主要用于高水位土石坝的塑性混凝土防渗墙施工。

Description

一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法

技术领域

本发明属于塑性混凝土防渗墙施工技术领域，具体涉及一种在高水位新填土石坝做防渗墙的高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法。

背景技术

塑性混凝土防渗墙以其良好的经济和社会效益在在国内外堤坝防渗墙施工中得到普遍应用。对于高水位新填土石坝，由于在河流或者水库水下部分无法进行碾压、夯实，在新填土石坝上做防渗墙无法成槽，传统的碎石振冲桩或者预灌浓浆存在坝体滑移和污染水资源的风险，再加上因施工工期短、任务紧而又无法等待堤坝回填土体稳定固结，现有技术无法在高水位新填土石坝上做塑性混凝土防渗墙。

如某项目使用塑性混凝土防渗墙技术施工，要求在刚刚完成回填的围堰上进行防渗墙施工，而且该围堰填筑的范围位于水库斜坡上，水位高度仅比围堰顶部低2m，围堰回填采用粒径小于200mm的砂砾料进行回填，围堰坐落于某水库的基坑斜坡上，围堰顶宽15m，该工程位于一级水源保护地，而且围堰防渗等级为10-8cm/s。目前国内使用的新填围堰加固方法有碎石振冲桩及预灌浓浆等方法，该工程由于受水资源保护的影响以及堰***于斜坡上，围堰存在滑动的风险。

发明内容

本发明的目的就是针对以上项目要求而提出一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，具有安全、快捷、简单和实用的特点。

本发明的技术解决方案是：一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴堰体填筑：在水下填筑采用进占、重力挤淤法，从两岸全断面进占填筑，直至合拢；

⑵采用旋喷桩加固围堰：在32.5mpa型号矿渣水泥中加入矿渣，采用旋喷桩施工工艺使旋喷桩浆体流到的范围内的土体达到固结的效果；

⑶采用冲击钻机钻主孔，一直施工至设计槽底标高；

⑷主孔成孔后，采用液压成槽机在主孔间进行抓孔形成副孔；

⑸小墙打至设计槽底高程，小墙打干净为止；

⑹采用冲击钻机及抽渣抽筒进行清底换浆，换至泥浆指标符合设计要求后进行浇注；

⑺将导管下入槽内，导管底口与槽底距离应控制在15-25cm范围以内；

⑻采用2组导管进行水下混凝土灌注；

⑼槽段为Ⅰ、Ⅱ序间隔进行，或待Ⅰ序槽孔内的混凝土终凝后顺序进行；

⑽Ⅰ、Ⅱ期之间接缝部位采用接头管法施工；

⑾混凝土灌注完成后应根据灌注速度起拔接头管。

本发明的技术解决方案中第⑴步骤具体为：初始进占填筑：为稳定且确保填筑初始顺利进占，根据水下地形勘测数据，两端初始进占水位深度，根据设计坡度计算，堰体坡脚宽度，根据计算成果，测放坡脚及坡口边线，自卸汽车将砂砾料卸入库岸边缘，铲车根据坡脚宽度全断面进占；水下填筑：初始进占完成后，围堰水下一次性填筑到设计高程，堤头断面2米范围内填筑达到超设计高程2m，从而实现重力挤淤的工艺；横向填筑从堰体的两侧向中间填筑，堰体两侧填筑采用粒径较大的砂砾料，对坡脚起到维护作用同时利用其较大的内摩察角稳定堰体。

本发明的技术解决方案第⑵步骤中钻机就位时，使搅拌轴保持垂直，钻尖对准桩位中心，关闭粉喷机灰路蝶阀，打开气路球阀；钻进时，启动空压机对钻孔供气，喷流钻头以1m/min的速度下钻至设计标高，然后关闭气路球阀，开通灰路蝶阀，钻头反转提升，喷搅成桩，钻头提升至距地面下0.5米时，停止喷浆，钻头原位转动两分钟，然后正转钻头下钻，进行复搅；在距桩顶2－3m内适当增加水泥用量，最后清洗搅拌机，移位至下一桩位。

本发明的技术解决方案第⑶步骤中冲击钻机采用Φ800mm钻头；主孔中心距为3.0m。

本发明的技术解决方案第⑷步骤中采用液压成槽机抓至基岩顶面或继续向下直到抓不动为止。

本发明的技术解决方案第⑸步骤中基岩层副孔继续采用冲击钻机分主孔、小墙打至设计槽底高程，小墙打干净为止。

本发明的技术解决方案第⑽步骤中在Ⅱ期槽段端头部位清孔时，需采用钢刷钻头刷洗槽段端头，将泥皮刷洗干净。

本发明的技术解决方案第⑾步骤中接头管起拔应做到勤提、少拔。

本发明的技术解决方案中第⑴步骤所述的自卸汽车将砂砾料卸料距离堤头6-8m，卸车后用铲车推行，推行至距离堤头2米处停止，铲斗提起向堰体边坡两侧填筑，每侧填筑8-10铲斗时，由堰体边缘逐渐填向中间，堰体中间填筑部分略高于两侧，依次循环填筑，使堰体不断向前延伸，直至合拢。

本发明的技术解决方案中第⑴步骤所述的在堰体填筑面两侧预留不低于2m宽的安全距离，高度比填筑面高70-80㎝，以形成挡墙。

本发明的积极效果是：采用改良的旋喷桩加固围堰方法，使用了传统的旋喷桩施工工艺，在32.5mpa型号矿渣水泥中加入适量的矿渣，使旋喷桩浆体流到的范围内的土体达到固结的效果而又不至于由于硬度过高而无法进行其他工序施工，防渗效果显著提升。

本发明主要用于高水位土石坝的塑性混凝土防渗墙施工。

附图说明

图1是防渗墙布置图。

图2是雷达测量断面图。

具体实施方式

高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法包括以下步骤：

⑴堰体填筑：在水下填筑采用进占、重力挤淤法，从两岸全断面进占填筑，直至合拢；

初始进占填筑：为稳定且确保填筑初始顺利进占，根据水下地形勘测数据，两端初始进占水位深度，根据设计坡度计算，堰体坡脚宽度，根据计算成果，测放坡脚及坡口边线，自卸汽车将砂砾料卸入库岸边缘，铲车根据坡脚宽度全断面进占；

水下填筑：初始进占完成后，围堰水下一次性填筑到设计高程，堤头断面2米范围内填筑达到超设计高程2m，从而实现重力挤淤的工艺；横向填筑从堰体的两侧向中间填筑，堰体两侧填筑采用粒径较大的砂砾料，对坡脚起到维护作用同时利用其较大的内摩察角稳定堰体；

初始进占完成后，围堰水下一次性填筑到设计高程，堤头断面2米范围内填筑达到超设计高程2m，从而实现重力挤淤的工艺；横向填筑从堰体的两侧向中间填筑，堰体两侧填筑采用粒径较大的砂砾料，对坡脚起到维护作用同时利用其较大的内摩察角稳定堰体；

填筑过程中应注意堰体滑坡的发生，砂砾料在填筑过程中，库底淤泥受到挤压会形成一定的弧度（堤头正前方和堰体两侧），当淤泥受到的压力越来越大，无法平衡时，淤泥会被彻底挤走，此时堤头及堰体两侧会产生滑坡；

为此，为满足围堰填筑安全要求，运输车辆卸料距离堤头6-8m，卸车后用铲车推行，推行至距离堤头2米处停止，铲斗提起向堰体边坡两侧填筑，每侧填筑8-10铲斗时，由堰体边缘逐渐填向中间，堰体中间填筑部分略高于两侧，依次循环填筑，使堰体不断向前延伸，直至合拢；同时在堰体填筑面两侧预留不低于2m宽的安全距离，高度比填筑面高70-80㎝，以形成挡墙，一是为了保护堰体两侧滑坡，二是为了保护运输车辆在堰体上行驶，利用挡墙作为车辆行驶的警戒线；

⑵采用旋喷桩加固围堰：在32.5mpa型号矿渣水泥中参入50%的矿渣，旋喷桩间距为D+200mm，施工工艺采用双管法施工，采用旋喷桩施工工艺使旋喷桩浆体流到的范围内的土体达到固结的效果而又不至于由于硬度过高而无法进行其他工序施工；

钻机按照测量人员设定的位置就位；就位时，使搅拌轴保持垂直，钻尖对准桩位中心，关闭粉喷机灰路蝶阀，打开气路球阀。钻进时，启动空压机对钻孔供气，喷流钻头以1m/min的速度下钻至设计标高，然后关闭气路球阀，开通灰路蝶阀，钻头反转提升，喷搅成桩，钻头提升至距地面下0.5米时，停止喷浆，钻头原位转动两分钟，然后正转钻头下钻，进行复搅。在距桩顶2－3m内适当增加水泥用量，最后清洗搅拌机，移位至下一桩位；

⑶主孔采用冲击钻机，Φ800mm钻头，一直施工至设计槽底标高，主孔中心距为3.0m；

⑷主孔成孔后，主孔间副孔采用液压成槽机进行抓孔，抓至基岩顶面或继续向下直到抓不动为止；

⑸基岩层副孔继续采用冲击钻机分主孔、小墙打至设计槽底高程，小墙打干净为止；

⑹由冲击钻机使用抽渣抽筒进行清底换浆，换至泥浆指标符合设计要求，方可进行浇注；

⑺将导管下入槽内，导管底口与槽底距离应控制在15-25cm范围以内；

⑻采用2组导管进行水下混凝土灌注；

⑼槽段为Ⅰ、Ⅱ序间隔进行，或待Ⅰ序槽孔内的混凝土终凝后顺序进行；

⑽Ⅰ、Ⅱ期之间接缝部位采用接头管法施工；Ⅱ期槽段端头部位清孔时需采用钢刷钻头刷洗槽段端头，将泥皮刷洗干净；

⑾混凝土灌注完成后应根据灌注速度起拔接头管；接头管起拔应做到勤提、少拔；

采用地质雷达探测手段探测塑性混凝土防渗墙施工效果，通过对围堰的安全监测确保围堰变形符合要求，保证工程质量；

为保证工程质量，采用地质雷达探测手段探测塑性混凝土防渗墙施工效果，通过安全监测保障围堰变形在警戒值内；

对塑性混凝土防渗墙及钢筋混凝土地连墙采用地址雷达进行探测，结果显示墙体密实，无明显空洞现象，围堰上埋设的安全监测设备显示，围堰填筑完成后，变形满足设计要求，且目前已趋于稳定，如图1、图2所示。

本发明针对工程必须在刚刚完成填筑还未完成固结的砂砾料围堰上，在水下进行塑性混凝土防渗墙施工等困难，对软基高水位施工围堰关键技术进行了深入研究，确保工程施工进度和质量，主要的技术创新点如下：

采用“进占重力挤淤”的施工方法解决了在带有淤泥层的深水中进行砂砾料围堰的填筑难题，总结出一套高水位软弱基础围堰填筑施工质量保障措施。

水深较深，基床有淤泥沉积。填筑材料水下部分为砂砾料，在施工中坝体两侧及堤头容易产生滑坡，无法形成设计坡比，严重时将导致坝体无法施工。填筑初始进占填筑时，用自卸汽车将砂砾料卸入库岸边缘，铲车根据坡脚宽度全断面进占，垂直方向填筑时根据坡比确定填筑量，依次循环填筑，逐步上升至水面以上80cm处。初始进占填筑完成后，水下填筑一次性填筑水面以上80cm处，堤头断面2米范围内填筑达到设计高程，从而实现重力挤淤的工艺；横向填筑从坝体的两侧向中间填筑。

填筑过程中应注意堰体滑坡的发生，砂砾料在填筑过程中，库底淤泥受到挤压会形成一定的弧度（堤头正前方和堰体两侧），当淤泥受到的压力越来越大，无法平衡时，淤泥会被彻底挤走，此时堤头及堰体两侧会产生滑坡。

为满足围堰填筑安全要求，运输车辆卸料距离堤头6-8m，卸车后用铲车推行，推行至距离堤头2米处停止，铲斗提起向堰体边坡两侧填筑，每侧填筑8-10铲斗时，由堰体边缘逐渐填向中间，堰体中间填筑部分略高于两侧，依次循环填筑，使堰体不断向前延伸，直至合拢；同时在堰体填筑面两侧预留不低于1m宽的安全距离，高度比填筑面高70-80㎝，以形成挡墙，一是为了保护堰体两侧滑坡，二是为了保护运输车辆在堰体上行驶，利用挡墙作为车辆行驶的警戒线。

围堰水上部分采用土料填筑，施工采用自卸汽车，全断面进占法卸料施工。分层填筑，分层碾压，土料平整后采用压路机碾压至密实状态。边坡维护。由于围堰必须在深水位条件下施工，尽管是临时工程，但其质量影响到能否如期实施，稳定性不良的围堰，有堰体滑坡的巨大风险，为满足围堰整体的稳定性需求，围堰填筑完成后，在堰体迎水面沿坡顶滑落粒径较大的块石或土袋填筑，利用其较大的内摩擦角稳定围堰断面。围堰填筑坡度、边线、高度的控制。

围堰坡度的控制。围堰填筑过程中堰体迎水面侧放宽2m，背水面侧放宽1m，使其形成的坡度满足设计要求；水中围堰填筑完毕后，利用挖机修整边坡，挖除堰体的增宽部分，最终使堰体边坡及宽度满足设计要求。

围堰边线的控制。围堰填筑施工按照设计图纸标注的尺寸和要求进行施工，力求避免欠填并将超填控制在规定的范围以内。围堰填筑每层施工开始以前，采用测量仪测放控制线，标出每层堰体的设计边线，然后再考虑削坡宽度后确定填筑轮廓线，做好标记、打出界桩。

围堰高程的控制。围堰填筑施工中对坡面及高程进行控制，还应充分考虑围堰在施工过程中及完工后的堰体沉降影响，根据碾压试验确定的参数，在填筑施工时考虑沉降影响的超高。

围堰及围护结构完成后，围堰内进行抽水，清淤，开始进行泵站主体施工，堰体渗水未超过设计计算值（防渗墙位置44立方米每日，地连墙位置40立方米每日，共84立方米每日）。

采用高压旋喷桩的施工方式对塑性混凝土防渗墙施工基础进行预加固。

本工程塑性混凝土防渗墙位于围堰填筑部位，围堰在水下填筑无法夯实，成槽过程中容易塌孔，严重时易发生安全事故，且砂砾料堰体透水性较强，防渗墙施工时泥浆护壁也不易形成。施工单位在围堰上进行防渗墙钻孔施工，在不同部位试钻三孔，均发生了塌孔现象。经各方现场查看，并组织专家会专题研究，认为围堰在水下填筑，堰体松散，直接在这样的砂卵石非固结基础上进行防渗墙成槽施工是不现实的，必须对堰体进行加固预处理措施。

根据工程施工的实际情况，可选择的加固措施有冷冻加固、灌浆加固、高压旋喷桩加固等，下面对几种加固措施进行比较：

成本：冷冻最高、灌浆次之，旋喷桩最低；

效果：冷冻最好，旋喷桩次之，灌浆受水位影响，效果较差

速度：冷冻加固需埋设冷冻管道，不设设备，需要较长准备时间；灌浆加固所需设备较为简便，时间较短；旋喷桩加固范围控制在较小范围内，需时较短；

对水体影响：冷冻法对水体影响最小，灌浆及旋喷桩加固需控制浆液扩散范围，避免污染水体；

耐久性：冷冻法对围堰不做永久性改变，拆除时与砂砾料围堰拆除情况一致，灌浆加固及旋喷桩加固需注意加固材料的选择，避免过度加强围堰强度，导致拆除困难。

经综合比选，最终选择了高压旋喷桩加固措施。因此，采用高压旋喷桩对围堰防渗墙施工部位进行预处理。旋喷桩长度以水底原地面高程控制，施工钻入层地质主要为回填砂砾层及原始卵石层；入原地面卵石层深度不小于0.5m。

加固方法为：在距防渗墙边线0.4米处施工高压旋喷桩对堰体进行加固处理，旋喷桩半径400mm，旋喷桩之间中心间距0.8m，以使旋喷桩能够连成排，桩间不留空隙。通过现场工艺性成桩试验确定高压旋喷桩在回填砂砾料内实际的施工效率以及在各种压力、水灰比等不同条件下的成桩半径影响范围、桩身强度，确定单位时间内灰浆的喷出量、压力、风量、施工机械旋转提升速度等的最佳参数组合以及最佳的施工工艺，以保证桩体连续均匀和设计强度等各项指标满足要求。水泥采用P.C 32.5号矿渣硅酸盐水泥，制浆用水采用围堰内现有水源。旋喷桩水泥用量为95Kg/m，水泥浆水：矿渣粉：水泥灰比采用1：0.4：1。试验桩完成后进行了试开挖，结果显示桩体扩散情况良好，基本形成一体，且桩体强度不大（约3mpa），可以采用挖掘机开挖。达到了对堰体进行预处理，保证后续塑性混凝土防渗墙施工的目的。

高压旋喷桩加固效果良好，试验桩施工顺利，开挖强度约3mpa，与成型防渗墙强度（约2mpa）相比增加不多，可以用普通挖掘机开完。加固预处理后，防渗墙施工顺利，防渗墙钻孔及后续成槽、浇筑施工均较为顺利，未发生情况。由于堰体进行的加固预处理，成槽、浇筑过程中未对水体造成污染。

采用地质雷达探测手段探测塑性混凝土防渗墙施工效果，通过对围堰的安全监测确保围堰变形符合要求，保证了工程质量。

Claims (10)

1.一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴堰体填筑：在水下填筑采用进占、重力挤淤法，从两岸全断面进占填筑，直至合拢；

⑵采用旋喷桩加固围堰：在32.5mpa型号矿渣水泥中加入矿渣，采用旋喷桩施工工艺使旋喷桩浆体流到的范围内的土体达到固结的效果；

⑶采用冲击钻机钻主孔，一直施工至设计槽底标高；

⑷主孔成孔后，采用液压成槽机在主孔间进行抓孔形成副孔；

⑸小墙打至设计槽底高程，小墙打干净为止；

⑹采用冲击钻机及抽渣抽筒进行清底换浆，换至泥浆指标符合设计要求后进行浇注；

⑺将导管下入槽内，导管底口与槽底距离应控制在15-25cm范围以内；

⑻采用2组导管进行水下混凝土灌注；

⑼槽段为Ⅰ、Ⅱ序间隔进行，或待Ⅰ序槽孔内的混凝土终凝后顺序进行；

⑽Ⅰ、Ⅱ期之间接缝部位采用接头管法施工；

⑾混凝土灌注完成后应根据灌注速度起拔接头管。

2. 根据权利要求1所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑴步骤具体为：初始进占填筑：为稳定且确保填筑初始顺利进占，根据水下地形勘测数据，两端初始进占水位深度，根据设计坡度计算，堰体坡脚宽度，根据计算成果，测放坡脚及坡口边线，自卸汽车将砂砾料卸入库岸边缘，铲车根据坡脚宽度全断面进占；水下填筑：初始进占完成后，围堰水下一次性填筑到设计高程，堤头断面2米范围内填筑达到超设计高程2m，从而实现重力挤淤的工艺；横向填筑从堰体的两侧向中间填筑，堰体两侧填筑采用粒径较大的砂砾料，对坡脚起到维护作用同时利用其较大的内摩察角稳定堰体。

3.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑵步骤中钻机就位时，使搅拌轴保持垂直，钻尖对准桩位中心，关闭粉喷机灰路蝶阀，打开气路球阀；钻进时，启动空压机对钻孔供气，喷流钻头以1m/min的速度下钻至设计标高，然后关闭气路球阀，开通灰路蝶阀，钻头反转提升，喷搅成桩，钻头提升至距地面下0.5米时，停止喷浆，钻头原位转动两分钟，然后正转钻头下钻，进行复搅；在距桩顶2－3m内适当增加水泥用量，最后清洗搅拌机，移位至下一桩位。

4.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑶步骤中冲击钻机采用Φ800mm钻头；主孔中心距为3.0m。

5.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑷步骤中采用液压成槽机抓至基岩顶面或继续向下直到抓不动为止。

6.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑸步骤中基岩层副孔继续采用冲击钻机分主孔、小墙打至设计槽底高程，小墙打干净为止。

7.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑽步骤中在Ⅱ期槽段端头部位清孔时，需采用钢刷钻头刷洗槽段端头，将泥皮刷洗干净。

8.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑾步骤中接头管起拔应做到勤提、少拔。

9.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑴步骤所述的自卸汽车将砂砾料卸料距离堤头6-8m，卸车后用铲车推行，推行至距离堤头2米处停止，铲斗提起向堰体边坡两侧填筑，每侧填筑8-10铲斗时，由堰体边缘逐渐填向中间，堰体中间填筑部分略高于两侧，依次循环填筑，使堰体不断向前延伸，直至合拢。

10.根据权利要求1或2所述的一种高水位土石坝塑性混凝土防渗墙施工方法，其特征在于：所述第⑴步骤所述的在堰体填筑面两侧预留不低于2m宽的安全距离，高度比填筑面高70-80㎝，以形成挡墙。