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云良水库V型坝基斜陡坡段防渗墙成槽施工技术

2025-03-02 102 上传者：管理员

摘要：广西玉林市龙云灌区新建云良水库工程土石坝坝基为V型结构，常规的液压抓斗机成槽工艺在V型坝基两侧斜陡坡工况下施工十分困难。在该工况条件下创造性地运用了长臂挖掘机进行防渗墙成槽施工，很好地解决了该难题。本文简要对比了两种施工工艺的优缺点及适用范围，并结合该工程施工实例详细介绍了新建水库土石坝V型坝基斜陡坡工况下长臂挖掘机进行砼防渗墙成槽施工工艺。

关键词：
V型坝基
成槽施工
斜陡坡
防渗墙
龙云灌区
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1、工程概况

广西玉林市龙云灌区工程是国务院部署实施的150项重大水利工程之一,也是2022年国务院确定的重点推进开工建设的6大灌区之一｡该工程位于广西壮族自治区东南部,规划通过建设以蟠龙､中甘岭､云良3座水库为主体的龙云灌区龙头水源工程,按“高水高用”的原则,引北流河水用于补充南流江､北流河两流域的龙门､蟠龙､云良､苏六､罗江等6个灌片的灌溉用水,整合形成龙云大型灌区｡

云良水库为充蓄库,设计总库容1014万m3,有效库容901万m3,正常水位100m,属于中型水库｡该水库基本上是围坝成库,枢纽建筑物由16座土石坝､1座溢洪道以及交通工程等组成｡因有9座大坝基础存在穿上下游的透镜体,设计对其9座坝的坝基采用塑性砼防渗墙和帷幕灌浆联合防渗处理｡

2、坝址地形及地层岩性

云良水库建库地属丘陵地貌,坝址通过二十多个大小､形状各异的相邻低矮山体连接,坝址山谷断面呈基本对称“V”字型,两侧岸坡坡度10°~30°,库岸坡均为土质边坡,基本无基岩出露｡

各坝址地层主要为志留系下统第四组(S1d)､第四系坡残积层(Q3edl)和冲积层(Q4al)及人工填土层(Q4ml)等｡坝址上部覆盖层基本均为淤泥质黏土层,厚度0.2~5.0m,全风化土层厚度2.0~6.0m;强风化层厚度1.4~7.0m,以下为弱风化层｡坝基塑性混凝土防渗墙施工范围以坝基建基面为顶点,深入到全风化线以下1.0~1.5m,施工范围内主要岩性为灰､灰黑色泥岩夹页岩和细砂岩｡其中,泥岩为灰色中薄层状,鳞片泥质结构;页岩为深灰色砂质､泥质结构,薄片层状构造;细砂岩为灰白色,细粒砂状结构,中厚层状､块状构造｡岩体节理较发育,裂隙大约3条/m,延伸长度0.5~1.0m,裂隙多数闭合,少量裂隙宽度0.5~1.0mm,有岩屑或泥质充填｡

3、防渗墙设计概述及成槽施工方法比选

本工程坝址断面基本均呈“V”型构造,大坝两侧坝肩建基面随地形走向基本为斜陡坡状｡塑性混凝土防渗墙顶面位于建基面,坝肩范围防渗墙顶面设计根据建基面走向设计为斜坡面,设计墙厚0.6m,设计深度2.37~19.04m,每座坝纵向沿坝轴线位置进行全坝基范围设置,墙轴线和坝轴线重合｡布置形式见图1､图2｡

图1坝基联合防渗结构横断面示意图

图2坝基联合防渗结构纵断面示意图

坝基防渗墙在大坝清基后进行施工,利用大坝清基后形成的坚硬地面,进行平整后作为施工平台,按防渗墙轴线进行基槽开挖,浇筑C20砼导墙,再进行成槽施工｡

常规的薄壁防渗墙成槽一般采用液压抓斗机开挖成槽,因液压抓斗机体积大､吨位重､重心高,适合平地段成槽施工,且在成槽深度较大的情况下优势明显,但对斜陡坡地形施工存在如下弊端:

(1)液压抓斗机在陡坡施工需要提前修筑台阶式作业平台,辅助工程量大､施工难度大,而且液压抓斗机在每完成一个槽段需要上下转场,施工中安全风险较大｡

(2)液压抓斗机施工转场频繁,施工程序复杂,导致其效率降低,成本增大｡

(3)为满足液压抓斗机作业,在斜坡坝肩修筑大面积施工平台导致原状坝肩被破坏,不但造成坝体填筑工程量增大,接坡面增多也增加了坝体填筑质量风险｡

(4)为满足液压抓斗机在成槽开挖中受力均衡,需要对斜坡段导向槽施工为台阶式,不利于后期坝体接坡面施工质量控制｡

由于液压抓斗机在斜陡坡地段施工存在上述弊端,针对施工现场地形情况,结合施工区域水文地质､成本､工期等方面进行综合分析,经研究比选确定,采用长臂挖掘机进行斜陡坡地段塑性混凝土防渗墙成槽施工｡其施工方法具有如下优点:

(1)长臂挖掘机开挖对场地要求不高,不需要专门修筑台阶式作业平台,尤其对斜坡地段其适应能力更强,操作简单,施工速度快,安全高效｡

(2)针对地下水位低,地质稳定性较好段采用长臂挖掘机一次开挖长度可适当延长,施工速度快｡

(3)针对深度较浅的槽段采用干挖法,不仅减少了泥浆护壁工序,而且对地质情况确认较直观,能够更加准确地进行地质判断,开挖完成后槽底沉渣可有效清除,墙身塑性砼浇筑采用干灌法有利于质量控制,墙与墙之间衔接面也便于处理等｡各工序均可很好地保证成槽质量要求｡

长臂挖掘机开挖过程中根据槽段深度及实际地质情况选用干挖法或泥浆护壁水下开挖法｡槽段较浅且地质稳定性较好时,采用干挖法;槽段较深且地质稳定性较差时,采用泥浆护壁水下开挖法｡

4、施工机械选用

为保证施工过程中槽孔成型质量满足设计要求,根据设计墙宽及墙深要求,选用型号合适的加长臂挖机｡本工程选用挖机斗口宽度为60cm,根据塑性砼防渗墙槽段最大设计深度考虑,选用机械加长臂长度为24m,最大挖掘深度为20m｡在挖机斗齿后端配备高清摄像头传输影像资料给操作室,便于地下施工｡挖掘机同时配备机械破碎头,以便开挖过程中遇到特殊岩层进行岩体破碎｡

5、塑性砼防渗墙施工技术

5.1施工工艺流程图

塑性砼防渗墙施工工艺流程见图3｡

图3塑性砼防渗墙施工工艺流程图

5.2主要施工工艺

5.2.1测量定位

坝基清基及齿槽开挖完成后,测量人员按照设计图要求对准备施工的塑性混凝土防渗墙里程段及纵向中轴线位置进行准确放样,并向两侧放出导向槽开挖轮廓定位桩,放样完成后将测量放样数据书面交底技术人员,技术人员应对测量放样的定位点进行现场复核确认｡

5.2.2导向槽施工

导向槽是在地层表面沿塑性砼防渗墙轴线方向设置的临时构筑物,起着标定防渗墙位置､成槽导向､锁固槽口的作用｡本水库地层为泥质页岩,成槽过程中上部全风化层受到振动易产生滑落,导向槽设计采用C20钢筋混凝土结构加强防护,两侧墙体采用倒L型断面｡为方便后续防渗墙成槽开挖,导向槽内侧净宽较设计防渗墙厚度增宽5cm,为65cm宽｡

5.2.3施工临时设施准备

导向墙施工完成后,对导向槽中心向两侧各2m范围进行整平,作为长臂挖掘机挖槽作业过程上下移动的通道,通道修筑要平顺､稳固,同时在防渗墙轴线下游侧10m范围修筑废渣运输通道｡同时做好泥浆池及泥浆供换路径规划,以备需要时使用｡

5.2.4槽段划分及连接

(1)根据防渗墙工程地质和水文地质资料､设计文件和图纸以及采用的长臂挖机成槽法,防渗墙开挖按两序槽段分序开挖施工｡按照尽量减少墙段接头的原则,防渗墙槽段长度拟定为6m,如实际开挖过程中地质条件比较好,无塌孔隐患时再适度增加,但最长不超过12m,以保证防渗墙良好的整体结合和足够强度｡

(2)槽段连接采用挖机斗齿挖凿法,在开挖Ⅱ序槽段时对Ⅰ序槽段浇筑完成出露的边壁用挖掘机斗齿进行挖除,挖除深度按照设计要求在35cm以上,使其形成新鲜的混凝土连接面｡

5.2.5开挖成槽施工

(1)待导向墙混凝土达到设计强度要求后,即可进行长臂挖掘机成槽开挖｡挖掘机随开挖深度边挖边退,且在开挖过程中尽量减少挖掘机行走频率,降低对槽壁的扰动,防止坍塌｡

(2)开挖过程中配备1名开挖引导人员,用对讲机与机械操作手沟通联络,随时观察开挖情况,引导挖机操作手正确､更有效率的进行开挖施工｡

(3)开挖成槽过程中采用人工吊线和下放探笼的方法保证防渗墙的垂直度｡每往下挖进2-3m就吊线检查竖直度1次,并采用长臂挖掘机挖斗进行竖直度修整｡待槽孔深度开挖到位后,吊放探笼进行槽孔整体竖直度及墙身尺寸检测,有问题及时修整｡

(4)开挖深度按设计高程控制或由设计单位地质工程师根据入岩情况现场判定,槽孔开挖及清底完成后及时进行槽段验收,并进行混凝土浇筑,保证各工序的紧密衔接,尽量减少槽孔闲置的时间｡

5.2.6槽段混凝土浇筑

槽段验收合格后,干挖法必须在1h内进行混凝土浇筑,泥浆固壁槽段砼浇筑采用水下砼灌注法施工｡以下为干挖法成槽混凝土浇筑施工简述:

(1)浇筑前对基岩面进行清理,尽量清除已破碎的碎状基岩,确保槽段底部的干净､整洁,并用清水对浇筑面及连接面进行湿润处理,使混凝土与基岩结合更紧密｡

(2)浇筑采用混凝土输送泵由坡底将混凝土泵送至浇筑槽段,采用入仓导管(串筒)或输送软管直接将混凝土送至槽底,可根据槽段长度选择入仓导管(串筒)的数量,导管(串筒)出口距浇筑仓面高度不得超过50cm,避免骨料分离,导管(串筒)在导墙边侧设一活动接头,方便机械对插入槽段内导管(串筒)进行提升,浇筑时混凝土均衡上升速度不小于2m/h｡混凝土浇筑过程中采用插入式振捣棒进行混凝土振捣,确保墙身塑性混凝土浇筑密实｡

(3)浇筑过程中导管或振捣棒严禁碰触槽段边壁,防止边壁不稳定土块和散渣掉入浇筑仓面,若发现土块掉落现象时,及时用挖机斗齿将掉入仓面内的残渣捞出｡

(4)斜坡段墙身混凝土浇筑至顶时,在槽段导向墙顶设盖模,盖模与钢筋砼导向墙连接固定,防止移位｡

5.3质量控制要求

长臂挖掘机开挖成槽法原理和抓取法一样,只是使用的开挖设备不同,其质量控制方法及指标要求同抓取法:

(1)槽壁应平整垂直,不应有梅花孔､小墙等｡

(2)孔位允许偏差不大于30mm｡

(3)槽孔深度(包括入岩深度)､宽度应满足设计要求｡

(4)成槽施工时孔斜率不应大于4‰,遇含孤石地层及基岩陡坡等特殊情况,则应控制在6‰以内｡

(5)槽孔开挖成槽后,及时对槽孔周围浮土进行清理,保证墙体侧边及槽底无浮土｡(6)孔底淤积厚度不大于100mm｡

5.4适用条件及施工控制要点

(1)考虑长臂挖掘机的局限性,该成槽工艺适用于地下水位较低､地质相对稳定且槽深小于20m的防渗墙｡

(2)长臂挖掘机成槽对挖掘机操作手的水平要求很高,配备的开挖引导人员与机械操作手必须紧密配合,以保证成槽效率和安全性｡

(3)导向槽两侧挖掘机行走平台的构筑要斜坡平顺､坚固､稳定,尽可能地修筑在原地基上｡该工程导向墙两侧为坝基齿槽地面实土层,满足挖机行走要求｡

(4)开挖施工尽量安排在白天作业,方便对槽段地层情况､边壁､基岩渗水等进行直观的监测控制,监理､设计､施工人员尽量全程旁站作业,确保及时确定终槽深度及联合验槽,保证其安全性和快捷性｡若需要夜班作业,必须配备足够数量的照明设备｡

(5)干挖法成槽开挖过程中如边壁发生坍塌,应分析坍塌部位地层的分布情况,对下一步坍塌面作出预判｡如嵌入基岩部位发生坍塌则停止开挖,进行回填处理,并缩短槽段的长度重新成槽,或注入高浓度泥浆固壁,进行水下开挖｡

6、结语

龙云灌区云良水库V型坝基斜陡坡地段防渗墙成槽施工由液压抓斗机转换为长臂挖掘机后,在无专门施工平台的情况下快速､顺利､高质量地完成了施工任务,大幅度缩短了施工周期､降低了施工成本｡施工完成后,经施工检测､平行检测､法人检测及跟踪检测等不同检测单位､不同部位多次抽样检测,其墙身质量均满足设计指标要求｡经实践,塑性砼防渗墙长臂挖掘机开挖成槽施工技术可为类似工程提供参考｡

文章来源:郭晓妮,刘泽军.云良水库V型坝基斜陡坡段防渗墙成槽施工技术[J].广西水利水电,2025,(01):39-42.