沿海堆石塑性混凝土防渗墙施工技术

　　摘 要：塑性混凝土防渗墙在沿海回填大块石围堰上的应用，在防渗墙施工中是不多见的，特别是在抛石堤块石粒径较大、强渗漏的地质条件下。根据已建工程的施工经验，结合广东陆丰核电站1、2号机组泵房临时围堰塑性混凝土防渗墙的特点，介绍沿海塑性混凝土防渗墙施工技术。
　　关键词：沿海；回填大块石围堰；塑性混凝土；防渗墙；施工技术
　　1 工程概述
　　广东陆丰核电厂址位于广东省汕尾市陆丰市碣石镇以南约8公里的田尾山，根据广东陆丰核电厂一期工程总平面布置图，联合泵房、排水虹吸井以及排水隧洞工作井位于厂区南侧现状海域，施工需进行陆丰核电厂1、2号机组泵房区域施工防渗工程，其主要工作内容为长度约500.308米的柔性地下连续墙，设计墙厚0.8m，成墙面积约6500m2。防渗墙深度要求：进入微风化岩≥1m，进入中风化岩≥3m；墙体厚度0.8m，防渗墙墙顶高程为+4.00m。墙体材料由水泥、膨润土、粘土、砂石、水等材料配置而成，配合比通过配比试验确定；28d龄期物理力学指标为：
　　（1）容重20KN/m3；
　　（2）抗拉强度≥0.3MPa；
　　（3）抗压强度≥1.0MPa；
　　（4）弹性模量E=250～500Mpa，泊桑比μ=0.4；
　　（5）渗透系数k≤10-7cm/s；
　　（6）在平均围压0.3MPa情况下，极限应变≥3%；
　　（7）内摩擦角Φ≥32,凝聚力c≥0.27MPa。
　　1.1 岩土层特征
　　根据岩土层分布特点，可划分为四部分。
　　填石及中砂：防渗围堰采用300～2000kg开山石填筑，其中小于10kg以下的砂石及泥有的含量小于10%。主要为填石、中砂，填石厚度大，空隙大，为极强透水；中砂多分布于海域部分，分布厚度不大，为强透水。
　　全、强风化花岗岩：分布不连续，起伏较大，厚度变化较大，为弱透水。
　　中风化花岗岩：中等风化花岗岩节理裂隙较发育，节理裂隙连通性较好，节理多以高倾角为主，为中等透水层。
　　微风化花岗岩：工程场地微风化花岗岩节理裂隙较发育，节理裂隙连通性一般，微风化花岗岩岩体整体透水性为弱透水；节理裂隙不发育、节理裂隙连通性较差地段，微风化花岗岩渗透系数K＜10-6cm/s，表现为极微透水；局部节理裂隙发育、节理裂隙连通性好地段，微风化花岗岩渗透系数K＞10-4cm/s，表现为中等透水。
　　2 塑性混凝土配比
　　塑性混凝土是一种水泥用量少，并掺加膨润土、黏土的塑性墙体材料。它的变形模量接近地基的变形模量，在外荷载作用下能适应地基的变形，从而大大改善了墙体的应力状态，在强度较低的情况下，墙体也不会开裂。
　　国外从20世纪70年代开始采用塑性混凝土防渗墙，而我国是在20世纪80年代中期开始研究和应用塑性首次应用塑性混凝土防渗墙。这种材料的特点是抗压强度不高，弹性模量较低，一般可控制在地基弹性模量的1-5倍，一般不大于2000MPa，极限变形可达1%～5%；渗透系数的变化范围一般在n×10-6 cm/s～n×10-8cm/s；28d的抗压强度一般为1.0MPa～5.0Mpa，弹强比一般为150～500；渗透破坏坡降至少可达200～300。
本次塑性混凝土配合比委托武汉大学工程检测中心检测，检测结果如下表： 　　注：KFDN——深圳金冠高效缓凝减水剂 　　根据6组配合比试验结果，选取LH-1作为本工程防渗墙施工配合比。
　　3 防渗墙主要施工方法
　　3.1设备选型及设备配备
　　根据本工程地质及工程特征条件，对几种防渗墙成槽设备进行比较后，选择使用CZ-6、CZ-6A型冲击钻机成槽。该钻机钻头重量达到4.0～5.0t，在漂、卵块层和岩石层中进行钻孔成槽施工具有较高的破岩效果。施工高峰期投入22台冲击钻机。
　　3.2固壁泥浆
　　采用广东茂名生产的优质的Ⅱ级钙基膨润土泥浆和当地粘土进行护壁。
　　3.3造孔工艺
　　造孔工艺为：主孔钻进——主孔中回填粘土，劈打副孔——处理小墙——修整槽壁——槽型验收——清孔——清孔验收。
　　3.4成槽施工
　　防渗墙在回填大块石围堰上进行造孔成槽，回填层约15m左右都是粒径0.3～3m的花岗岩，架空现象严重，故按常规方法施工时漏浆现象将不可避免。根据施工统计资料，漏浆发生最频繁的部位在海平面上下1.5 m范围内，且整个块石层范围内均发生过不同程度的渗漏现象。根据本工程统计资料，主孔进行回填后重新造孔的进尺约为原孔进尺的1.5倍左右，耗时占单孔总时间的50％左右。
　　3.5漏浆、塌孔的处理方法
　　(1)由于回填块石层孔隙率大，同时受潮汐影响，外部水压力始终处于变化状态，必然会出现严重漏浆的现象，从而造成槽壁失稳，槽孔坍塌。为了解决这一难题，采用向孔内反复回填黏土、碎石、矿渣，间断、反复冲击的方法，将回填料挤入块石的孔隙内，降低孔隙率，在孔内表面形成一层泥皮，防止泥浆的漏失。回填的碎石和卵石粒径在1.5～3.5cm。同时，在施工前备好足够量的粘土、碎石、矿渣废料，随时准备回填、随时补浆。
　　(2)主孔采用“边钻进、边回填”的方法。由于回填块石层结构松散，孔隙率较大，仅靠泥浆难以固壁，必须改变孔壁周围土层结构，堵死渗漏通道，才能成槽。钻进过程中经常向孔内回填大量的黏土和碎石混合料，混合料进入孔内后，在钻头冲击作用下，碎石挤密孔壁周围土层，部分黏土附在孔壁上，堵死渗漏通道，部分黏土制成泥浆，增大孔底泥浆悬浮沉渣的能力。
　　(3)副孔施工采用“填主孔、打副孔”的“平打法”。当主孔穿过块石层后，采用黏土将主孔回填起来，借助于回填的黏土保护主孔，然后施工副孔。当单元槽孔全部穿过块石层后，再按正常施工方法施工以下地层的地连墙。及时向槽孔内投放碎石、黏土、锯末、水泥、水玻璃等堵漏材料，从而起到封堵空洞，稳定槽壁，达到快速成槽、减小扩孔系数、节省混凝土的目的。
　　3.6 防渗墙槽孔清孔换浆
　　（1）槽孔的清孔换浆采用抽筒法，在清除孔内废渣的同时及时向孔内补充新鲜泥浆。
　　（2）对二期槽，在清孔换浆前或清孔过程中应用钢丝刷子钻头刷洗一侧槽段接头混凝土壁的泥皮，至刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。
　　3.7 水下混凝土浇注
　　（1）混凝土施工物理特性指标
　　混凝土主要物理性能指标：入槽坍落度18～22cm，扩散度34～38cm。坍落度保持15cm以上的时间不小于1h；混凝土初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h；混凝土密度不宜小于2100kg/m3。
　　（2）防渗墙混凝土灌注采用水下直升导管法。槽孔墙体预埋件安装就位后，下设φ230mm钢制导管，导管为丝扣连接。
　　（3）水下混凝土浇注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。待混凝土料充满导管和分料斗后上提适当距离让混凝土一举封住导管底。根据本工程槽段长度，首次混凝土浇注方量不少于10m3。
　　（4）混凝土料由砂拌集中拌制，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。在混凝土浇注中，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控制在2～7m/h之间。为保证墙顶混凝土质量及设计要求的高度，槽孔混凝土终浇顶面高于设计墙顶线0.5m。
　　3.8 防渗墙槽段连接
　　接头孔采取“钻凿法”施工：一期槽混凝土浇筑完毕且混凝土终凝后，采用冲击钻机在一期槽两端孔套打一钻，形成二期槽端孔，待二期槽成槽后连接成墙。
　　4 防渗工程质量控制
　　4.1 基岩鉴定
　　设计要求防渗墙墙底深入微风化花岗岩不小于1m，深入中风化花岗岩不小于3m。防渗墙施工过程中，采取钻孔取芯和钻渣样确定终孔孔深，每个单元槽的主孔均取面样、中间样及终孔样。所取的芯样由地质工程师现场鉴定，并确定终孔深度，鉴定后装袋保存。
单元槽段基岩面确定的方法：
　　（1）如果单元槽段内有设计单位提供的勘探孔资料，以勘探孔资料确定基岩面的深度和终孔深度。
　　（2）如果单元槽段基岩面变化较大，在设计院提供的勘探孔资料的基础上再增加复勘孔的方法确定基岩面的高程。
　　（3）对于孔深较浅、附近又无勘探孔的单元槽段，先采用冲击钻机取钻渣样，初步确定是基岩样后，然后在该槽上岩芯钻机，采用钻孔取芯的方法确定是否入岩。
　　（4）对于槽孔较深、覆盖层下面为全风化或强风化花岗岩的单元槽段，结合周围地勘资料，以取出微风化花岗岩岩样后确定基岩面深度。
　　4.2 终孔验收
　　终孔验收的内容包括孔宽（包括套接厚度）、孔位中心偏差、终孔深度、孔偏斜率等。
　　槽孔孔宽采用钻头验收，钻头直径为80cm，检查主孔、副孔和隔墙。
　　槽孔孔位中心偏差采用钢卷尺验收，孔位偏差值为±30mm。
　　槽孔终孔深采用钻头测量，满足设计要求。
　　槽孔孔偏斜采用重锤法测量，端孔最大孔偏斜率为4‰以内，中间孔控制在6‰以内。
　　4.3 清孔验收
　　清孔验收的内容包括接头刷洗、孔底淤积、槽孔泥浆等。
　　二期槽接头孔刷洗采用刷子钻头刷洗，洗刷结束标准为刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加。
　　槽孔清孔结束1小时后，采用测饼测量孔底淤积厚度，孔底淤积厚度不大于10cm。
　　槽孔孔底泥浆性能指标采用泥浆试验仪测量：孔内泥浆密度不大于1.3g/cm3；浆液粘度不大于30s（苏式漏斗）；含砂量不大于10%。
　　4.4 混凝土浇筑
　　混凝土浇筑检查内容包括导管间距与埋深、混凝土上升速度、混凝土塌落度、混凝土扩散度、浇筑最终高程等。
　　槽孔混凝土浇筑时，实测51个单元槽槽内混凝土平均上升速度为2.32～6.92m/h，满足设计和规范要求。
　　4.5 混凝土试件试验
　　围堰防渗墙单元槽浇筑混凝土时，由试验人员在机口随机取样，取样频率为：抗压试块每槽取一组；渗透试块每3个单元槽取一组；弹性模量试块每10个单元槽取一组。标准养护后，留作室内进行物理力学性能试验。
　　5 施工过程中遇到的技术问题
　　5.1 防渗墙槽孔内基岩内风化球处理
　　设计要求：柔性地连墙深度要求进入微风化基岩≥1m，进入中风基岩≥3m，进入基岩内风化球未作明确要求。
　　地勘资料显示：围堰下伏基岩表面和中间有大量的花岗岩风化球，目前揭露的风化球体直径达到6.6m，风化球质地坚硬，强度高，施工难度大，对于花岗岩风化球地质工程师定义为孤石。
　　对于直径1m左右的花岗岩直接打穿，对于直径较大的孤石，建议采取嵌入基岩1m，进墙下帷幕灌浆的方法处理。
　　5.2 防渗墙墙体水平位移
　　设计要求：在内部子项施工期间应加强检测地连墙体的变形情况，最大水平位移控制值为20cm，报警值为15mm。
　　由于1、2号机组泵房区域围堰为土石围堰，并且为临时工程，将来会拆除。防渗墙墙位于围堰之中，会随围堰变形而变形，目前在防渗墙施工过程中，围堰已经发生变形，有的地方下沉，有的地方已发生水平位移。围堰防渗墙施工完毕后，在基坑抽水和负挖过程中，围堰肯定会发生变形，相应地防渗墙墙体也会发生变形，水平位移变形值会远远超过设计值。如田湾核电站前池防波堤地下连续墙在基坑负挖过程中，水平位移达到了23cm。
　　5.3增加补充勘探孔
　　现行规范规定在地质资料不够详尽或地层条件较复杂的情况下，应在防渗墙轴线上增加补充勘探孔，其孔距宜为20m。本工程的勘探孔间距按照规范规定为20m，施工中发现地势变化较大的地段实际地质情况与勘查资料出入很大。为解决偏差过大的问题，采用地质钻机实时取芯，地质工程师现场鉴定的方式来判断防渗墙入岩深度是否达到设计要求，此方法在保证防渗墙的施工质量及加快施工进度方面起到了一定的作用。
　　5.4增加墙下帷幕灌浆
　　实践证明，沿海防渗墙墙与基岩接触面确实存在较深海蚀沟槽，这就有可能导致渗漏通道存在；另一个就是防渗墙本身的工艺就允许有10cm的淤积。而墙幕结合的工艺组合能有效解决墙底与基岩接触面的质量缺陷，并能增大防渗帷幕的深度，减小防渗墙的入岩深度而提高工效。
　　6 结语
　　广东陆丰核电站1、2号机组泵房临时围堰塑性混凝土防渗墙通过采取对强漏失地层造孔的施工技术和平打法等特殊技术措施，解决了造孔成槽施工中的难题，加快了工程进度，保证了防渗墙施工质量。通过对塑性混凝土配合比试验方法的创新和研究，总结出了塑性混凝土配合比的试验方法，有力地保证了工程的顺利进行，为类似工程提供了很好的借鉴经验。