中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北宜昌 443002
摘要：苏洼龙水电站处于西南川藏高原地区，河床覆盖层深厚、地质条件复杂；坝基防渗墙墙体深度较大，综合技术难度高，通过施工技术研究，形成多个创新技术成果，保证了施工进度和质量，取得了一定的经济效益。
关键词：水电站；覆盖层；防渗墙施工
1工程概况
苏洼龙水电站位于金沙江上游河段四川巴塘县和西藏芒康县的界河上，为金沙江上游水电规划13个梯级电站的第10级。电站水库正常蓄水位EL2475m，库容6.38亿m3，多年平均径流量938m3/s，电站额定水头84m，设置4台水轮发电机组，总装机容量1200MW，为一等大（1）型工程。
苏洼龙水电站为沥青混凝土堆石坝，坝顶高程EL2480m，最大坝高112m，坝顶长度464.7m，坝顶宽度12m。坝体上游坝坡为1：1.8，下游坝坡为1：1.6。坝体采用沥青混凝土心墙防渗。覆盖层防渗措施为深入基岩的封闭式混凝土防渗墙。坝基防渗墙两侧一定范围及深度内采用振冲碎石桩进行地基处理，沿心墙轴线在坝基、岸坡部位布置灌浆廊道，采取帷幕灌浆、固结灌浆等防渗处理措施。
2主要技术参数
坝基防渗墙设计为钢筋混凝土墙，施工平台高程为EL2367.0m，防渗墙轴线长度240m，设计最大深度66.7m（实际施工最大深度约70m），厚度1.2m，嵌入基岩深度1.5m。根据本工程的地质条件及施工设备的特点，防渗墙从左向右划分为34个单元槽，一期槽长8.0m，二期槽长8.4m，均为三主二副。墙体材料为C9040W10F50混凝土，槽内设钢筋笼，分别布设C28mm\C22mm钢筋，钢筋保护层厚度100mm，钢筋笼与墙段接缝距离100mm。防渗墙设计工程量8590.91m2，施工高峰期投入34台冲击钻机，合同工期5个月，施工强度较高。
3施工重难点
3.1 防渗墙成槽施工难度高
苏洼龙水电站位于川藏交接的金沙江上游流域，海拔约2500m，坝基河床覆盖层最厚达91.2m，地质条件较为复杂，大型块石及漂石多，对防渗墙成槽施工极为不利，极易出现钻进困难、漏浆、塌孔、孔型不规则等情况。防渗墙槽深最大约70m，成槽需穿越深厚覆盖层。因此，针对特殊地质条件及技术难度进行防渗墙快速成槽施工技术总结是本项目的项目研究难点。
同时，防渗墙下伏基岩为坚硬的印支期黑云斜长花岗岩（γβ51-c），且岸坡在高程2500m以下基本对称，坡度为30°～40°，如何保证防渗墙墙体成槽施工中嵌岩深度达到1.5m也是本项目的一大难点。
3.2 高强度混凝土防渗墙浇筑难度大
坝基防渗墙设计墙体为C9040W10F50高强度钢筋混凝土结构，采用HRB400C28mm\C22mm钢筋双层布置，间距200mm。设计要求塌落度180mm～220mm，扩散度300～400mm，骨料最大粒径40mm，高原地区高强度混凝土防渗墙的施工浇筑，对塌落度、流动性和扩散度等技术标准要求高（国外最大骨料粒径一般限制在32mm以下），施工质量控制难，易产生堵管、拔管困难、局部骨料集中等各类缺陷、事故。
混凝土浇筑前后各施工工序复杂，设计要求标准高。清孔换浆后，设计标准为槽底淤积厚度不大于50mm，较规范验收标准提高1倍，质量难于控制，易产生返工。同时，墙下需预埋坝基帷幕灌浆管，预埋管采用DN300\Q235C钢管，壁厚5mm，弯曲度要求小于1%，预埋间距为3米，最大深度66m，刚性混凝土浇筑过程中，导管、钢筋笼、接头套接部位等对预埋管形成空间制约；清孔设计标准高，也对预埋钢管下设的时间要求紧。因此，混凝土浇筑过程中，墙下预埋管的定位及上浮控制难度较大。
3.3 工期紧、强度高、交叉干扰大，施工进度及质量难于保证
本施工项目地处高原，人员设备资源存在一定降效现象，施工成本大；防渗墙施工的同时，在基坑范围内外，同期进行基坑开挖、振冲碎石桩、坝肩开挖、溢洪道开挖，施工干扰较大，特别是大功率振冲器（180kw）的振动对防渗墙成槽的影响较大。同时，防渗墙轴线长度仅240m，总成墙面积达8590.91m，合同工期5个月，施工强度较高，受施工交叉干扰影响，施工整体强度呈现不均衡性，施工成本大。因此，在受诸多客观因素影响的条件下，在保证施工工期进度的同时，如何确保防渗墙施工质量为工程项目难点之一。
4施工工艺简介
（1）防渗墙主要施工设备：CZ-6 /CZ-9冲击钻机、QYYBGJ-1000液压拔管机、12m3混凝土搅拌车、ZJ-800高速搅拌机、PN型泥浆泵、液压反铲、装载机、汽车起重机。
（2）主要施工材料：钢筋、Q235C钢管、混凝土（水泥、外加剂、骨料）、膨润土、粘土、电焊条。
（3）其他：钢筋加工机具、钢筋笼整体吊装工具、用于钢筋笼及预埋管固定的加工件、运输汽车、变压器、电缆等。
（4）坝基防渗墙施工工艺流程详见下图1：
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5主要施工技术
根据本项目防渗墙的施工特性，在施工过程中，将技术研究分为钻孔成槽、混凝土浇筑成墙两个大的方向。在不同的施工阶段，分别突出重点进行研究。经研发，采用的主要施工技术主要为以下几个方面：
（1）一种低液限粘土替代膨润土作为固壁泥浆材料的技术措施
设计技术要求防渗墙固壁泥浆优先采用膨润土，该膨润土一般采用湖南产优质Ⅱ级钙基膨润土，施工成本高。本项目基坑河床覆盖层第②层为堰塞湖积低液限黏土层，开挖区层厚1～7m，分布较为广泛。经物理岩土试验和化学分析，该低液限粘土黏粒含量大于45%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，二氧化硅和三氧化二铝比值3.3，因此，施工中采用基坑范围内粘土替代膨润土，掺入烧碱、纯碱和经处理的生活用水进行泥浆拌制，经测试其物理性能、流变性能、稳定性等满足设计及规范要求。具体如下：
表1： 粘土浆液性能指标表
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图2 坝基防渗墙泥浆池布置图
（2）一种防渗墙塌槽处理的技术措施
坝基防渗墙基础位于覆盖层第③层卵石混合土层，覆盖层开挖清除第①、②层厚，稳定性较差，M21槽段在施工过程中突然发生坍塌。经分析，该槽段塌孔的发生，主要原因为：第③层卵石混合土层砾石相对集中，稳定性差；周边降水未达到坑底，存在地下水侵蚀；护壁泥浆浆液比重较低；钻机速度过快。相应技术措施为：坍塌深度位于基础以下7m左右，首先在7m以下范围深度回填粘土，上部导墙脱空部位浇筑低标号C15混凝土，导向槽内斜向布置\C22mm钢筋@50cm，单根长度9m共布置15根，待混凝土初凝后再开始钻孔施工，二次钻进时未发生塌槽事故。
本技术处理措施工艺简单、速度快、效果好，值得推广。
（3）防渗墙水下孤石爆破处理技术措施
施工过程中，M11槽段在钻进中遇大孤石无法持续钻进，钻孔深度17.2m。经研究，采用钻孔爆破方法处理。钻孔采用回转式地质钻机，孔径φ75mm～φ90mm。钻进前先下定向套管到块石表面，然后在套管周围投放粘土封闭套管底口，以便钻渣能返出孔外，并避免稀释泥浆。装药后将套管提起1.5m再起爆，以免损坏套管。该孔位耗药量8.7kg，经现场钻爆实施，解决了问题，并为其他槽孔内孤石处理提供了技术参考。
（4）深厚覆盖层软弱地基上一种防渗墙导墙基础加固措施研究与应用
苏洼龙水电站坝基防渗墙施工平台为河床覆盖层第③层，该层为卵石混合土层，厚度为6.5～25m，局部25～39.7m，砂质含量一般为20～30%，但以中粗砂为主，粘粒含量很低。地基承载力低，易变形，同时受临近大功率振冲器高频震动施工影响，导致导墙浇筑后不能保证基础稳定，对钻机及相应设备安装稳固性造成影响，拔管时易产生剪切破坏，且钻进过程中亦可能产生塌孔现象，为确保地基稳固，采用一种新型导墙加固措施：在导墙基础浇筑20cm厚度C20钢筋混凝土底板，上游面钻机平台部位宽度5m，下游宽度3m，确保了防渗墙导墙基础稳固。同时，原传统方式中排浆沟位于软弱地基上，清淤采用小型0.8m3以下挖机，工效低，且沟底难于清理干净，需采用人工清理。基础加固后，可采用大型挖机清理，提高施工工效。
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图3 新型坝基防渗墙导墙结构图
（5）慢速限压拔管施工方法
为了掌握接头管外各接触部位混凝土的实际龄期，必须详细掌握混凝土的浇筑情况，因此，施工过程中应及时、准确地填写能够全面反映混凝土浇筑、导管提升、接头管起拔过程的记录表。该记录表上既有各种施工数据，又有多条过程曲线，能直观地判断各部位混凝土的龄期、应该脱管的时间和实际脱管龄期。浇筑施工与拔管施工应紧密配合，浇筑速度不宜过快。底管接触混凝土3h后开始微动，此后活动接头管的间隔时间不超过30min，每次提升1～2cm，以破除混凝土的粘结力。微动的时间不宜过早，也不宜过于频繁，否则对混凝土的凝结和孔壁稳定不利。当管底混凝土的龄期达到确定的脱管龄期后，按照混凝土的浇筑速度逐步起拔接头管。
由于记录和推算的脱管龄期不一定十分准确，实际脱管龄期也不可能与确定的脱管龄期完全一致，所以在拔管过程中必须随时注意观察拔管阻力、管内泥浆面的变化情况及管底活门的启闭情况，随机应变，及时调整拔管时间和拔管速度。当拔管时底门开启，拔管后管内浆面下降，说明已脱管的部分成孔正常，否则说明管底混凝土跟进，不能正常成孔。这时应检查底门是否能正常开启，如底门无问题，说明拔管时间过早，应延长混凝土的脱管龄期，暂停拔管。当压力表反映的拔管阻力过小时，应暂停拔管或降低拔管速度；当成孔正常但拔管阻力过大时，应适当加快拔管速度。
在拔管施工的最后阶段应注意及时向管内注满泥浆，并适当降低拔管速度，最后一节管在孔内应停留较长的时间，以防止孔口坍塌。接头管提出之前，应测量实际成孔深度，并作记录。
（6）深槽高标准条件下清孔换浆施工技术研究
根据相关混凝土防渗墙施工技术规范要求：防渗墙清孔换浆后及混凝土浇筑前，槽底淤积厚度均要求不大于100mm，根据本项目设计技术要求，相应孔底淤积厚度要求不大于50mm，设计标准提高。施工技术难度较大。目前，国内普遍采用的清孔方法为“抽筒法”、“泵吸法”和“气举法”，从施工难度、工效和经济技术指标等综合来看，各有利弊。本项目根据地质条件、槽深（最大70m）、清孔标准等工程特点，经研究，采用多种方法结合的方式进行清孔，提高清孔效率及质量，首先采用“抽筒法”进行前期粗颗粒沉积渣料进行清理，孔底集渣初步清理后，再采用“气举反循环法”二次清孔，利用高压风在排渣管内外形成的气压差排出孔底泥浆及弃渣。置换浆液采用湖南产优质Ⅱ级钙基膨润土配置，提高清孔换浆质量，保证一次验收合格率。同时，提前做好预埋管及钢筋笼下放的施工设计及施工准备，确保在规范规定时段内进行混凝土浇筑。
（7）一种防渗墙墙下预埋管固定施工技术措施
坝基防渗墙墙体预埋钢管为墙下帷幕灌浆预留管，采用DN300\Q235C钢管，壁厚5mm，弯曲度要求小于1%，预埋间距为3米，最大深度66m。与国内同类防渗墙类比，难度较大，主要因为本防渗墙为刚性混凝土，导管、钢筋笼、接头套接部位等对预埋管形成空间制约；清孔设计标准高，对预埋钢管下设的时间要求紧，如单根下设，较难保证规定时间内进行混凝土浇筑，需采取二次清孔措施。本项目经研究采用一种自创预埋管固定措施，即在设计钢筋笼区域以下，预埋钢管整体采用双层钢筋（间隔6m）焊接形成桁架进行底部固定，上部采用焊接“井”字架固定于导墙两侧，浇筑前进行整体下放固定，有效的避免了C40高强度混凝土浇筑时，上浮力可能造成预埋管的上浮及偏斜。
（8）直升导管法浇注水下混凝土施工方法
混凝土灌注采用直升导管法。槽孔墙体预埋件安装就位后，下设A250mm钢制导管，导管为丝扣连接。导管安装采用人工配合钻机下设，Ⅰ期槽采用两套导管，Ⅱ期槽采用三套导管，导管间最大间距不宜大于4.0m，导管中心距槽孔端部的距离为1.0－1.5m。当槽孔底部高差大于25cm时，导管布置在其控制范围的最低处。混凝土在清孔合格后4小时内开始浇注，并连续进行。
水下混凝土浇筑采用的隔水栓为球塞式，导管距孔底的距离大于球塞的直径。根据本工程槽段长度，首次混凝土浇筑方量不少于20m3，让混凝土一举封住导管底。
混凝土搅拌运输车运混凝土至储料罐，再经溜槽分流进入到各根导管。在混凝土浇筑中，控制各导管均匀下料，使槽内混凝土面高差小于0.5m，根据混凝土上升速度和导管埋深及时起拔导管，槽孔内混凝土面上升速度不小于2m/h。导管埋入混凝土内的深度应保持在1～6m之间，以免泥浆进入导管内。槽孔内混凝土面采取每30min测量一次混凝土面深度，每2h测定一次导管内混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑施工进度图，在开浇和结尾时应适当增加测量次数。严禁不合格的混凝土进入槽孔内。
浇筑混凝土时，孔口设置盖板，防止混凝土散落槽孔内。槽孔底部高低不平时，应从低处起浇。另外在混凝土浇筑时，在出机口或槽口入口处随机取样，检验混凝土的物理力学性能指标。
6施工成果
通过施工过程中的技术研究，形成了一批应用于实际的创新成果；同时有效加快了苏洼龙水电站坝基防渗墙施工速度，提前施工工期15d；提高了施工质量水平，单元工程优良率达到95%以上；同时，取得了一定的工程经济效益。
7结语
苏洼龙水电站坝基防渗墙工程根据实际施工条件，通过施工过程中的技术研究，在槽孔建造、墙体材料、成墙、墙段连接、基岩鉴定及钢筋笼、混凝土浇筑等一系列工序上取得了一批成果，形成一套成熟的施工工艺方法，取得了良好的施工效果。