垂直截渗墙在防渗加固中的应用

1土工膜水平铺盖与塑性混凝土垂直截渗墙在地基土防渗加固处理中的应用刘全胜安徽地建公司水电公司，安徽，合肥，230011王剑峰安徽省港航勘测设计院，安徽，合肥，230011摘要：结合土工膜水平铺盖与塑性混凝土垂直截渗墙在佛子岭抽水蓄能电站过渡性下库拦河坝防渗处理工程的应用实例，通过轻便触探和钻孔取样检测测得加固前后地基土的触探击数和墙体混凝土的均匀性、密实性对比，阐述垂直截渗墙在地基土防渗处理方面的有效性。关键词：垂直截渗墙、防渗加固、轻便触探和钻孔取样检测1、概述垂直截渗墙是防渗软弱土层的新方法，由于它具有良好的工程效果和社会经济效益，近年来被广泛用于水库、蓄能电站等大型地下工程和城市高层建筑基坑开挖支护工程中，在地下防渗加固处理方面也有所创新。本次施工佛子岭抽水蓄能电站过渡性下库拦河坝分为左、右两坝段，右坝段为碾压砂砾石坝，坝顶溢流，坝顶高程115.0m，最大坝高15.6m，坝顶长度241.8m；左坝段为埋石混凝土重力坝，坝顶高程119.0m，最大坝高19m，坝顶长度29.42m。泄水闸布置于大坝左、右坝段之间，胸墙式，3孔，孔口尺寸8m×7.5m，顺坝轴线方向总宽度28.8m，设计过流量320m3/s。闸底坎高程102.5m，闸门检修平台高程119.0m，启闭机平台高程130.0m。根据勘探结果，坝轴线处河床覆盖层厚度为9～13m（从左至右），基岩面高程92.7∽95.5m。坝基为砂砾石覆盖层，深达9m以上，采用土工膜水平铺盖与塑性混凝土垂直截渗墙结合防渗。大坝采用土工膜心墙作防渗体，与坝体上游侧土工膜水平铺盖和坝基垂直截渗墙形成封闭的防渗体系。本次防渗处理是采用直升式导管法塑性混凝土防渗墙，施工后质量效果2良好，达到了预期的设计要求。2、场地工程地质条件根据安徽省水利水电勘测设计院提供的地质勘察报告，场区地层复杂，属第四系（Q3）松散层前震旦系桥头集组（r1+2）花岗岩，依次分述如下：①层中细砂，夹淤泥质薄层：灰色，松散，软塑，厚度厚5cm～10米，工程质条件较差。②层为中细砂含卵砾石，：灰黄、褐黄等杂色，稍湿，稍密，局部松散，主要由砂夹岩石碎块组成。厚度2.6～5.5米，工程地质条件较差。③层砂卵石、卵砾石层，夹大漂石和孤石：灰黄、褐黄等杂色，稍湿，中密，局部密实，主要由砂夹岩石碎块组成。厚度1.6～3.5米，工程地质条件一般。④1层：全～强风化花岗岩：灰白、浅红等杂色，主要矿物成份为石英、钾长石等。岩芯破碎呈砂状，地层厚度厚度1.5∽3.3米。基岩压水试验，透水率0.4～4.3Lu。④2层：弱风化花岗岩：灰白、浅红等杂色，主要矿物成份为石英、钾长石等。中粒结构，块状构造，地层厚度厚度大于20米。基岩压水试验，透水率0.4∽4.3Lu。XK5孔覆盖层压水试验，孔深2.95m处K=3.96×10-3cm/s，孔深5.9m处，K=1.25×10-1cm/s。根据地质条件，场区①、②、③、④1层属、松散类地基土，渗透系数大，透水性强，故须对①、②、③、④1层土进行防渗处理。塑性混凝土防渗墙布置于大坝和泄水闸上游侧，自左坝头至右坝头。河床段墙轴线位于坝脚外5m处，泄水闸段位于上游消力池外2m处，泄水闸3左侧顺翼墙底板外边线延伸至左坝段基岩，右坝头顺坝脚向上延伸至高程119m处。墙体厚度0.6m，墙底伸入④2层弱风化花岗岩基岩内不少于1m。3．施工工艺3.1、一般要求1)开槽施工前，应详细分析防渗墙槽位的地质条件，并进行复勘，查明槽段有无基岩陡坡或反坡以及大孤石分布特征等；编制槽位轴线剖面图、划分槽段、确定合拢段位置。2)选择河床段防渗墙部位进行生产性试验，以取得造孔、固壁泥浆、墙体浇筑等施工工艺和参数。3)应设置地表水排水系统，防止地表水渗入槽孔内，以免影响泥浆性能和破坏孔壁稳定。3.2、材料及配比3.2.1材料1）水泥：采用42.5级普通硅酸盐水泥。其细度、安定性和凝结时间等应满足塑性混凝土性能要求；2）粗骨料：最大粒径不大于20mm，其含泥量不大于1％，饱和面干吸水率不大于1.5%；3）细骨料：砂子的细度模数2.5～3.0，含泥量不大于1％，饱和面干吸水率不大于1.6％；4）膨润土：黏粒含量应不少于55％，塑性指数应不小于60；5）外加剂：各种外加剂的掺量应通过试验确定，并应符合DL／T5100—1999的有关规定；6）水：水质应符合招标文件技术条款及下面要求：（1）凡适宜饮用的水均可使用，未经处理的工业废水不得使用。4（2）拌和用水所含物质不应影响混凝土和易性和混凝土强度的增长，以及引起钢筋和混凝土的腐蚀。（3）水的PH值、不溶物、可溶物、氯化物、磷酸盐、硫化物的含量应符合表8—4的规定。使用钢丝或经热处理的钢筋的预应力混凝土氯化物含量不得超过350mg/L。表8—4物质含量极限项目钢筋混凝土素混凝土PH值＞4＞4不溶物mg/L＜2000＜5000可溶物mg/L＜5000＜10000氯化物（以Cl-计）mg/L＜1200＜3500硫酸盐（以-24SO计）mg/L＜2700＜2700硫化物（以S2-计）mg/L——7）配合比初拟塑性混凝土配合比为：水泥120～150kg，膨润土65～95kg，砂率45%，采用5～20mm砾石，砂及砾石共1480kg。上述配合比仅供试验时参考。施工中使用的配合比应通过室内和现场混凝土配合比试验确定。配合比试验和现场抽样检验的塑性混凝土性能指标应满足下列要求：（1）出机口坍落度18～22cm；（2）扩散度34～38cm；（3）拌和析水率应小于3％；（4）初凝时间不小于8h；（5）终凝时间不大于48h；56）28天抗压强度1.5～3.0MPa；7）28天静压弹模1000～2000MPa；8）28天渗透系数≤A×10-7cm/s；9）容重不小于20kN/m3。3.3、拌和与运输1）应严格按试验确定的配合比，对塑性混凝土进行配料和拌和，施工过程中应随时进行现场抽检。2）塑性混凝土的拌和与运输应按照SL174—96第5.3节规定执行。3）塑性混凝土拌和工艺应通过试验确定。3.4、成槽施工1）施工平台应设置在高于槽孔施工期最高洪水位以上。2）孔口的导向墙基础应修筑在稳固的地基上。导向墙修筑的技术指标应满足下列规定：（1）导向墙应平行于防渗墙中心线，其允许偏差为±1cm；（2）导向墙顶面高程（整体）允许偏差±1cm；（3）导向墙顶面高程（单幅）允许偏差±0.5cm；（4）导向墙间净距允许偏差±0.5cm。3）施工时应保证槽孔壁平整垂直，孔位中心允许偏差不大于3cm、孔斜率不大于0.4%；遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，其孔斜率应控制在0.6％以内；对于一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值应不大于施工图纸规定墙厚的1／3，并应采取措施保证设计厚度。4）在造孔过程中，孔内泥浆面应始终保持在导墙顶面以下30～50cm，严防坍孔。5）槽孔进入基岩面的嵌入深度应符合施工图纸规定。采用岩芯取样方6法确定岩面分布高程，岩芯应妥善保存。6）造孔结束后，应按规定进行槽孔质量检验，检验合格后，方可进行清孔换浆。7）大坝两岸坡段亦可采用人工开挖法成槽。3.5、固壁泥浆3.5.1材料固壁泥浆材料应符合下列要求：1）黏土料宜选择黏粒含量大于50％、塑性指数大于20、含砂量小于5％、二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3～4的黏土。当地料场土料粘粒含量不能满足上述要求时，可通过现场试验确定粘土料的适用性。2）膨润土成品料的品质应符合SY5060—85的规定。3）配制泥浆的水质应符合JGJ63—89第3.0.4条的规定。3.5.2浆液1）新制膨润土泥浆或黏土泥浆性能指标，应分别符合SL174—96表4.0.6和表4.0.7的规定。2）循环使用的泥浆应每隔30min检测一次性能指标，当泥浆超过招标文件技术条款第5.2.3.8款规定的指标时，作废浆处理；废浆应集中排放到指定的地点。3）应按试验选定的配合比配制泥浆，黏土和水的加料量均应称量计量，加料量误差应小于5％，拌制泥浆所采用的外加剂及其掺量应通过试验确定。4)储浆池内的泥浆应定时搅动，不得结块和沉淀。3.6、孔清孔换浆3.6.1槽孔清孔换浆结束后1h，应达到下列标准：71）孔底淤积厚度不大于10cm；2）使用黏土泥浆时，孔内泥浆密度不大于1.3g／cm3，动度不大于30s，含砂量不大于10％；3）使用膨润土泥浆时，应通过试验确定。4)二期槽孔清孔换浆结束前，应分段刷洗槽段接头混凝土孔壁的泥皮，以达到刷子钻头上不再带有泥屑及槽底淤积层厚不再增加为准。3.7、混凝土浇筑3.7.1墙体浇筑1）应在清孔验收合格后4h内浇筑混凝土。2）采用直升式导管法进行泥浆下的塑性混凝土浇筑，应符合下列要求：（1）导管入混凝土深度应不小于1.0m，不大于6.0m；（2）槽孔内有两套以上导管时，导管间距不得大于3.5m；（3）一期槽端导管距孔端或接头管间距为1～1.5m，二期槽端导管距孔端应为1.0m；（4）当槽底高差大于0.25m时，应将导管置于控制范围的最低处；（5）导管底口距槽底距离应控制在15～25cm范围内。3）使用混凝土泵灌注混凝土时，应采用机械式或液压式活塞泵，并应符合下列规定：（1）混凝土应连续供料，连续灌注；（2）输送管直径应不小于15cm；（3）竖向输送管的上部应装有排气阀并随时排气，严防空气压入混凝土内。4）混凝土浇注完毕后的顶面，应高出施工图纸规定的顶面高程至少50cm以上。83.7.2墙段连接墙段连接方法根据现场条件确定。1）墙段连接采用接头管法施工时，应符合下列规定：（1）接头管应能承受混凝土最大压力和起拔力；管壁应平整光滑，节间连接可靠；（2）开始起拔时间应通过试验确定，起拔时应防止引起孔口坍塌。2）墙段连接采用双反弧桩柱法施工时，应符合下列规定：（1）双反弧桩柱，其弧顶间距为墙厚的1.1～1.5倍；（2）双反弧桩孔的孔斜率允许偏差应按招标文件技术条款第5.2.3.3款规定执行。3.8、二期混凝土浇筑待防渗墙达到一定龄期后，将墙顶部浮浆清除，清洗顶面，立模后浇筑二期混凝土，安装铺盖土工膜。4、地基土防渗的效果检测4.1、槽孔检查槽孔终孔的质量检查内容：（1）孔位、孔深、孔斜与槽宽；（2）槽孔嵌入基岩深度；（3）一、二期槽孔间接头孔的套接厚度。4.2、清孔检查浇筑前槽孔清孔的质量检查内容：（1）孔内泥浆性能指标；（2）孔内淤积厚度；（3）接头孔壁刷洗质量。94.3、混凝土质量检查塑性混凝土浇筑的质量检查内容：（1）塑性混凝土原材料质量的抽样检验；（2）混凝土的终浇高程；（3）混凝土出机口和现场取样的物理力学性能检验。4.4、墙体检测4.4.1在成墙3d后，浅部开挖墙体，其深度宜为0.5～1.0m，目测检查混凝土的均匀性，量测成墙厚度。4.4.2在成墙7d内，采用轻便触探（N10）检查墙体的质量，抽查点间距不超过3m。轻便触探（N10）试验可以检测浅层土的均匀性和土层的承载力，并根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），确定天然地基土的容许承载力fk，据此通过检测天然地基土的容许承载力和经压密注浆后的复合地基的天然地基土的承载力对比，来了解塑性混凝土防渗墙处理的效果和检测塑性混凝土防渗墙处理后复合地基的承载力，参数见表1。表1根据轻便触探确定碎石土的承载力N101015202530容许承载力fk（KPa）65105145190230我们先用孔与孔中间部位或三孔的中心点，作为轻便触探（N10）的测试点（相对薄弱点），在施工后7天作了轻便触探（N10）检测点91个，部分结果如下表2。10表2轻便触探成果表检测时间动探击数孔号加固前加固后03、4、1003、5、411#孔0.5m5221.5m8212.5m8233.5m10254.5m12275.5m20266.5m14247.5m12258.5m15269.5m202710.5m253033#孔0.5m8181.5m11212.5m9253.5m12244.5m15265.5m18276.5m21257.5m14288.5m16299.5m17301110.5m2231