液压抓斗防渗墙施工作业指导书.docx
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液压抓斗防渗墙施工作业指导书
中国水利水电第七工程局
引黄灌溉龙湖调蓄工程Ⅰ标项目经理部
液压抓斗防渗墙
施工作业指导书
审批：
审核：
编制：
中国水利水电第七工程局有限公司
引黄灌溉龙湖调蓄工程项目经理部
二〇一三年十月二十二日
液压抓斗防渗墙施工作业指导书
（以郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程防渗墙施工为例）
1编制目的
郑州引黄灌溉龙湖调蓄工程位于黄河南岸，地貌单元上属全新世黄河泛滥冲积平原，总体上西南高东北低，地形平坦开阔，地面高程在87.0～83.0m之间，平均坡降1‰左右。
区内分布有大量鱼塘，相联呈片，鱼塘深一般在1.5～2.0m左右，均为人工开挖成塘。
区内用于灌溉或排涝的沟渠较多，沟渠深度一般1.0～2.0m左右，宽度2.0～10.0m，多沿路边展布。
防渗墙施工范围为湖周边外0+000～外1+797、外15+105～外16+990，防渗轴线长3682m，采用塑性混凝土防渗墙进行垂直防渗，墙体厚度为0.4m，最大深度不超过50m；总成墙面积约13.2万m2。
为进一步规范液压抓斗防渗墙施工作业要求、工艺流程，保障防渗墙施工质量和安全，特编制该作业指导书。
2编制依据
（1）《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）；
（2）《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）；
（3）《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SL174-1996）；
（4）《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》（DL/T5199-2004）；
（5）《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）；
（6）《水工混凝土钢筋施工规范》（DL/T5169-2002）；
（7）《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）；
（8）《钻井液材料规范》（GB/T5005-2001）；
（9）《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）。
3组织分工
4施工准备
4.1施工组织设计及技术交底
工程施工前项目总工及工程技术部接受设计交底并分析设计文件及工程水文地质情况，根据分析结果设计实施性施工组织设计，方案主要包括导墙尺寸、成槽施工工艺、成槽设备选择和投入、安全保障方案、施工人员配置及配套施工设备配置。
工程技术部根据实施性施工组织设计组织相关人员进行技术交底，使参与人员清楚防渗墙施工每一道施工工序技术要求、控制要点及方法，确保工程施工质量。
具体如下：
（1）说明哪些是关键部位、关键工序、关键环节；
（2）所要达到的质量目标；
（3）达到质量目标所采用的施工工艺措施和操作程序及具体的操作行为标准；
（4）明确分工，责任落实（要有记录）；
（5）施工过程中需要的文字记录（并要履行签字手续）。
4.2临建施工
4.2.1施工平台
根据现场情况，为保证施工平台宽度及施工安全，轴线外侧平台宽度16m，主要用于施工交通及临建设施布置，交通道路达到双车道标准，车道范围内换填1m厚砖碴。
内侧平台宽度10m，主要用于抓斗成槽施工。
4.2.2施工用风
采用3台型号4V-30120移动式电动空压机，为防渗墙提供施工用风。
4.2.3施工用水
现场施工用水主要为制浆系统供水、施工道路防尘洒水。
本工程预计用水量约50m3/h。
为满足施工用水要求，在每个制浆站附近打井或利用已有水井取水，统一供应至各用水点。
供水主管采用Ø108mm钢管，沿防渗墙导向槽外侧铺设，主管每隔20m左右设置Ø25mm支管。
4.2.4施工用电
现场施工用电主要为塑性混凝土防渗墙施工用电焊机、供水、制浆、清孔、拔接头管及现场施工照明用电。
根据现场情况，外15+47~外16+400段由于业主提供的接线点已无剩余容量，因此从郑州国家森林公园内轴线附近的变压器接线。
外16+400至外1+786段从防渗墙轴线附近的民用电变压器接引。
在接线点较远的部位采用备用发电机供电。
4.2.5供浆系统布置
根据防渗墙施工特点及现场具体情况在防渗墙施工轴线附近均匀布置7座面积100m²的制浆站及储浆量约为200m3的组合式储浆池，膨润土库房结合上料台设置在制浆站内。
在泥浆池外修建一个直径为2.5m~5m的制浆池，用1台3PN泥浆泵进行水冲式制浆，为施工提供新制膨润土浆。
制浆站采用“一字型”，在制浆场地布置膨润土库房、制浆平台、送浆管路、供水管路等设施。
制浆站的具体布置为：
膨润土库房设置在防渗墙施工轴线内侧填筑一个高程为86.5m，平面尺寸为10m×10m的平台。
浆池设置在膨润土库房一侧，在高程为86.0m的施工平台向下开挖，开挖深度为2.5m，其平面尺寸为（长×宽）20m×10m，共分为4个浆池，依次为新浆池、膨化池、供浆池、回收池。
主供浆管路采用Ø108mm钢管从供浆池引出后延外侧导墙向两边延伸至施工作业面。
主供浆管路兼做回收旧浆时的回浆管路
图41防渗墙制浆站平面布置图
4.2.6排污、弃渣系统布置
根据现场施工条件，在防渗墙征地范围的内侧设置废浆回收池，利用3PN泥浆泵将不能再利用的泥浆输送到池内集中处理。
临时堆渣主要针对抓斗施工过程中产生的废渣，在抓斗施工区域内侧设置一条宽度为4m与轴线平行的条形临时堆渣场。
为防止运输过程中泥浆散落在道路上，用装载机将渣料收敛放置在临时堆渣场晾干后，再采用自卸车运至弃渣场。
5防渗墙施工
5.1防渗墙施工工艺流程
防渗墙施工主要工序包括施工场地平整、导向槽浇筑、泥浆制备、成槽挖方、清孔换浆及泥浆下混凝土浇筑等。
具体工艺流程见图51：
图51防渗墙施工工艺流程图
5.2导墙施工
5.2.1导墙作用
导墙是控制防渗墙各项指标的基准，它起着支护槽口土体、承受地面荷载和稳定泥浆液面等作用，具体体现在以下几个方面：
（1）在成槽中起一定的导向作用；
（2）槽段分幅定位，固定接头管；
（3）承受施工过程中车辆设备的荷载，避免槽口坍塌；
（4）承受起拔接头管时产生的集中反作用力。
5.2.2导墙施工
防渗墙施工平台根据现有地形条件，导向槽修建顶高程为86.0m。
首先在施工前对试验范围内的场地进行清理、换填、平整、压实，满足施工要求后修建平台。
施工平台主要包括导墙、渣料临时堆放场、运输道路、抓斗作业平台等。
导墙采用C20混凝土浇筑，渣料临时堆放场、运输道路、抓斗施工平台等利用现有地形进行平整或换填即可。
导墙结构形式为（宽×高）100cm×80~100cm，导墙内布设Ø16mm钢筋。
导墙修建用全站仪放出防渗墙轴线，并放出导墙范围。
导墙开挖采用小型挖掘机开挖，人工配合清底。
砼浇筑采用钢模板单面立模，插入式振捣器振捣。
导墙顶高出地面10厘米，以防止地面水流入槽内，污染泥浆。
导墙顶面做成水平。
导墙的砼达到设计强度前，禁止任何重型机械和运输设备在其旁边通过，以防止导墙变形、移位。
其施工顺序见图52：
图52导墙施工流程图
图53防渗墙导墙剖面图
5.3防渗墙槽段划分
根据本工程水文地质情况及生产性试验，确定标准槽长为7.5m，最大槽长为7.7m。
防渗墙槽段共划分为511个单元。
共分两期槽施工，分别为一期槽和二期槽。
每个槽段划分为三个槽幅，包括两个Ⅰ序、一个Ⅱ序幅。
5.4固壁泥浆
泥浆在防渗墙施工中的作用主要是保持孔壁稳定、悬浮沉渣以及冷却钻具。
施工过程中，在槽孔内注满泥浆，并使浆液面高于地下水位。
由于泥浆比重较大，可以保证槽内的泥浆压力高于地下水压力，使泥浆渗入槽壁土体中，其中较细的颗粒进入空隙中，较粗的颗粒附着在孔壁上，形成“泥皮”。
随着泥皮厚度的增加，对水的流动阻力也会增加，最终达到了平衡，水不再进入地层，泥浆与土体被泥皮隔开。
泥浆所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，保证孔壁的稳定。
制浆设备选用3PNL型泥浆泵进行制浆，在泥浆制备过程中应向制浆池中先加入清水，再加入膨润土及外加剂，加入膨润土后搅拌时间不小于60s。
冬季施工时，由于气温较低，膨润土膨化时间较长，外加剂溶解较慢，因此在冬季施工时采用温水进行制浆。
在混凝土浇筑施工中置换出来的性能达到标准的泥浆（即砼顶面3~5m以上泥浆），回收到储浆池后重复使用。
在本工程的地质条件下，采用如下泥浆配比即可满足施工需要。
详见表51：
表51膨润土泥浆制浆配比表（1m3）
材料名称
膨润土
Na2CO3
水
用量（kg）
80
3.2
1000
5.5防渗墙成槽施工
导向槽修建完成后，由现场技术员和测量员根据槽段划分图，在导墙上进行槽段标识。
标识完成后，成槽设备就位，进行孔位校核并实施成槽施工。
本工程成槽施工主要采用液压抓斗作业，成槽方法为“纯抓法”。
成槽施工分为两期槽进行施工，分别为一期槽、二期槽，顺序为先施工一期槽，再施工二期槽，每个槽段均采用三抓成槽。
每个槽段内的施工顺序为先施工奇数幅再施工偶数幅，即先抓取两侧幅段至设计深度再抓取中间幅段。
具体成槽方法见图54。
抓取一期槽奇数幅抓取一期槽偶数幅抓取二期槽
图54防渗墙抓斗成槽示意图
5.6基岩取样
防渗墙基岩（粘土）鉴定，除根据设计单位提供的地质资料以及另行布置的补充勘探孔，进行钻孔取芯和压水试验以进一步探明基岩埋深和透水情况外，成槽施工时还需要根据抓斗渣样情况复核和准确判定槽段的嵌岩（粘土）情况。
抓斗渣样取样的具体要求是：
在设计提供或者是补充勘探孔揭示的基覆分界线以上2m开始取样，每隔50cm取样一次，值班技术员要对取样情况进行现场见证并填写《防渗墙机组基岩取样控制记录表》，由部门主管复核签字审核后存档保存。
对于基覆线比较平缓的地方，单个槽段至少保证一个副段严格按上述要求进行取样；对于基覆线变化较大，地勘揭示有陡坎和反坡的地方，则每个副段均需要进行取样。
5.7成槽过程控制
根据防渗墙为隐蔽工程的特性，施工过程控制是防渗墙工程的重要环节。
因此在防渗墙施工过程控制应注意以下几点：
（1）在成槽过程中，严格控制抓斗的垂直度及平面位置，保证孔斜。
仔细观察抓斗监测系统，X，Y轴任一方向偏差超过允许值时，立即进行纠偏。
机械操作要平稳，并及时补充泥浆，保证导墙中泥浆液面稳定。
（2）根据槽段长度与成槽机的开口宽度，确定出首开幅和闭合幅，保证成槽机切土时两侧邻界条件的均衡性，以确保槽壁垂直。
（3）开始成槽6～7m段的偏斜情况，对整幅的总精度影响很大，此时斗架部分入槽且推板（如果需要）还未能工作，还很可能遇到地下障碍，故挖掘速度不宜太快，应拎直抓斗，半悬空开挖。
（4）整个成槽过程中，纠偏工作应随时进行，使显示精度始终保持在标准范围内。
5.8清孔换浆
本工程采用“气举法”清孔。
清孔时如果单元槽段内各幅深底不同，清孔次序为先浅后深。
成槽以后，槽底余1~2m，用抓斗间隙多次抓取槽底余土及其上部沉渣，再用“气举法”吸取孔底泥浆，经泥浆净化机净化后返回槽内，并用刷子清除已浇墙段砼接头处的凝胶物及泥皮。
槽孔清孔换浆结束1h后，泥浆性能及淤积等指标满足如下要求：
（1）槽底淤积厚度不大于10cm；
（2）槽内泥浆密度不大于1.15g/cm3，马氏漏斗黏度32s~50s，含砂量不大于6%；泥浆取样位置距孔底0.5m~1.0m；
清孔换浆结束，经监理工程师验收合格后方可进行下一道工序的作业。
清孔示意图如：
图55清孔换浆示意图
5.9墙段连接
根据本工程特点，采用“拔管法”进行接头部位的连接施工。
“拔管法”具有墙段连接质量好、接触面光滑、接缝紧密、孔斜易控制、槽段搭接有保证等优点。
因此，采用“拔管法”可完全满足本工程质量控制需要。
5.9.1接头管下设
接头管下设采用汽车吊与拔管机配合，接头管中心应与接头孔中心孔位相重合或者往一期槽移5cm-10cm。
以保证接头管下设在接头孔中心孔位上。
在接头管下设过程中需要有专人安装销轴，以保证接头管间连接牢固。
接头管下设过程应缓慢进行，接头管下设完成后需要利用拔管机上下提升1~2次，保证接头管顺直的下放到孔底。
5.9.2接头管起拔
（1）接头管下设
接头管下设前和下设过程中，应由专人对接头管管体、底管活门、公母接头、销轴、限位钢筋等进行检查；接头管下设过程中速度不宜过快，应尽量下到距孔底50cm左右，以保证其悬空。
中途遇见障碍物或卡管现象应立即停止下设，并将接头管往上提50cm以上。
如吊车不能往上提管，应用拔管机进行操作，并用大泵上下反复拔、放2～3次，以调整接头管保证其顺直；接头管插销必须安装到位，以防止销轴单边受力或者在拔管过程中销轴退出接头管；并在穿销轴两端摸上黄泥，以防止混凝土浆液流入销轴内。
（2）接头管起拔：
接头管起拔的关键是混凝土初凝时间掌握，起拔时间过早，混凝土未初凝，容易造成塌孔事故，起拔时间过晚，混凝土对接头管黏结力、摩擦力增加，容易造成起拔困难甚至发生“铸管”事故。
因此拔管施工时，应进行混凝土初凝时间试验。
每个工地在第一次拔管施工时必须进行混凝土初凝时间试验，其试验频次原则上按10天进行复核，在气温变化较大以及原材料变化时增加复核试验频次，以指导拔管施工起拔时间的选择。
混凝土初凝时间试验方法可以采用“水桶装样法”，也可以采用“试模”试验法；拔管采用“双限”法，即根据接头管埋深和接头管管径等以拔管机的压力表读数控制拔管起拔力在一定的范围内，同时以接头管底管埋入已经初凝的混凝土进行双重控制。
墙厚40cm接头管的起拔力按拔管机压力表5～8Mpa控制。
拔管的速度与浇筑速度有着直接的关系，拔管的速度小于浇筑速度，也可以边浇筑边拔管。
时刻掌握混凝土面各点的上升时间，以便于接头管起拔。
拔管时应边拔管边向接头孔内补充泥浆，防止在起拔过程中浇筑的混凝土向孔内坍塌。
拔管完成后由技术人员测量接头孔深度为二期槽施工提供依据。
图56拔管法施工
5.10塑性混凝土浇筑
5.10.1设计混凝土指标
（1）混凝土28天设计强度等级为1.5~5.0MPa；
（2）混凝土28天弹性模量为500~2000MPa；
（3）渗透系数为小于1.0×10-6cm/s；
（4）允许渗透坡降为不小于50。
5.10.2混凝土施工物理特性指标要求如下：
（1）混凝土入孔时的坍落度为18～22cm，扩散度为34～40cm；
（2）坍落度保持15cm以上，时间应不小于1h；
（3）混凝土的初凝时间应不小于6h，终凝时间不应大于24h；
（4）混凝土密度为2~2.3g/cm3。
5.10.3混凝土配合比
混凝土是防渗墙施工的重要材料，混凝土的使用对成墙的质量有着至关重要的影响。
本工程防渗墙混凝土配合比是由我项目部委托河南科源水利建设工程检测有限公司进行塑性混凝土配合比试验。
根据试验检测，得出三组塑性混凝土配合比。
具体混凝土配合比及相关性能指标见表52、表53：
表52塑性混凝土配合比
配合比
编号
设计强度等级
（MPa）
1m3混凝土材料用量（Kg）
水
水泥
膨润土
砂子
小石
（5~20mm）
外加剂
天然砂ST-1
1.5~5
267
143
100
846
846
2.15
人工砂SR-1
253
146
92
863
863
2.19
混合砂SH-1
248
148
99
878
878
2.23
表53塑性混凝土新拌及硬化混凝土性能
试验
编号
新拌混凝土
硬化混凝土
坍落度
（mm）
1h坍落
度损失
（mm）
扩散度
（mm）
初凝时间
（h）
密度
（g/cm3）
抗压强度
（MPa）
弹性模量
（MPa）
渗透系数
（cm/s）
7d
28d
ST-1
220
156
390
8.4
2.20
1.9
3.0
567
4.12×10-7
SR-1
210
155
390
7.8
2.22
1.6
2.1
716
3.87×10-7
SH-1
190
160
340
7.3
2.25
2.7
3.9
760
6.32×10-7
根据现场条件及原材料供应情况，施工时采用ST-1编号的配合比。
5.10.4混凝土拌制及运输
混凝土由原郑州正岩混凝土拌和站改建后的拌和系统拌制，采用强制式混凝土拌制的方式，混凝土拌制严格按照相关规范及设计要求进行。
混凝土运输采用运输能力不小于9m3混凝土罐车运输，如果气温度低于-5℃时，在混凝土罐车上加盖保温被等措施，用以保证混凝土在槽口的温度满足冬季施工的要求。
混凝土运输需要注意如下事项：
（1）浇筑前对罐车进行常规检修，保证浇筑过程顺利。
（2）装料前检查搅拌罐中有无冲洗后的积水，防止污染混凝土。
（3）浇筑前对罐车经过的道路进行整修，保证罐车平稳运输，防止因道路崎岖严重颠簸导致混凝土离析。
（4）混凝土运至槽口后，设专人指挥倒车、放料，保证混凝土顺利入槽。
（5）浇筑结束后，对搅拌罐进行冲洗维护，保证设备的连续使用。
5.10.5混凝土浇筑
槽孔混凝土浇筑是关键的工序，对成墙质量至关重要。
一旦失败，整个墙段将全部报废，经济和工期的损失十分巨大。
浇筑混凝土采用泥浆下“直升导管法”，浇筑导管内径为25cm，导管应定期进行密闭承压试验检测。
其上端接二级分料漏斗，并由吊车吊住导管夹，以便灌注时导管可及时作上下垂直移动，对导管定期（1~2月）进行密闭承压试验检测。
浇筑时严格按照《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》（DL/5199-2004）要求，由于本工程混凝土为一级配，中心距最大按5.0m控制，导管中心至槽孔端部的距离为1.0m~1.5m。
当槽孔底部的高差大于250mm时，导管布置在其控制范围的最低处。
导管下设前，事先在地面进行导管组合，使每根导管能够适应其所处位置的槽深情况。
导管组合完毕后，认真作好记录，以便指导下设和拆除。
混凝土浇筑过程严格按如下要点控制：
（1）浇筑过程中，控制各料斗均匀下料，并根据混凝土上升速度起拔导管，导管埋入混凝土的深度不小于1.0m。
（2）混凝土必须连续浇筑，槽孔内混凝土上升速度不小于2m/h。
（3）槽孔内混凝土面应均匀上升，其高差应控制在0.5m以内。
至少每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指示图，在开浇和结尾时应适当增加测量次数。
（4）浇筑混凝土时，在孔口处设置盖板，防止混凝土散落槽孔内。
槽孔底部高低不平时，应从低处浇起。
（5）混凝土放料时不能太快或满管浇筑，防止混凝土将空气压入导管内。
（6）混凝土浇筑前需要对罐车内的混凝土进行扩散度试验，防止因混凝土质量不达标造成槽段浇筑报废。
图57混凝土浇筑示意图
6质量检查
防渗墙施工槽段验收采用“三检制”进行验收，即：
槽段施工完毕后抓斗机组首先进行“自检”，然后由技术人员进行“复检”，复检合格后，由终检人员检查合格后再会同监理工程师进行质量验收。
具体如图61：
图61质量检查程序
6.1成槽质量检查
成槽质量检查采用“重锤法”检测，测量槽孔孔形、孔斜、孔深等参数。
该方法快捷方便，简单易行。
成槽后槽段应符合以下要求：
（1）孔位偏差小于3cm；
（2）槽孔宽度不小于400mm；
（3）孔斜率不大于4‰。
6.2清孔质量检查
清孔质量检查使用泥浆测量仪器检测泥浆比重、粘度、含砂量、孔底淤积厚度、接头孔壁刷洗质量等指标。
槽孔清孔换浆结束后1小时，应达到下列标准：
（1）孔底淤积厚度不大于10cm；
（2）泥浆比重：
≤1.15g/cm3（膨润土泥浆）；
（3）泥浆粘度：
32~50s；
（4）泥浆含砂量：
≤6%。
Ⅱ期槽在清孔换浆结束之前，用刷子钻头清除二期槽孔端头钢筋混凝土孔壁上的泥皮；合格标准为刷子钻头上不再带有泥屑，刷洗过程中，孔底淤积不再增加为准。
在清孔验收合格后4h内浇筑混凝土。
6.3混凝土浇筑质量检查
主要包括混凝土原材料质量的抽样检查，浇筑导管间距，浇筑混凝土面上升速度和导管埋深，混凝土终浇高程，混凝土出机口和现场取样的物理力学性能检验等，按相应技术规范和设计规定进行。
6.4成墙质量检查
墙体质量检查在混凝土浇筑90天后进行，检查内容为墙体的物理力学性能指标、墙段接缝和可能存在的缺陷。
检查方法包括跨孔CT、钻孔取芯试验、钻孔压（注）水试验、芯样室内物理力学性能试验等。
7附表
《防渗墙工程抓斗挖槽机造孔班报》
《防渗墙（地连墙）机组基岩取样控制记录表》
《防渗墙造孔质量检查记录表》
《防渗墙槽孔清孔质量检验记录表》
《泥浆三项性能试验记录》
《防渗墙造孔验收合格证》
《槽孔清孔验收合格证》
《导管下设、开浇情况记录表》
《混凝土浇筑导管拆卸记录表》
《混凝土浇筑来料记录表》
《孔内混凝土面深度测量记录表》
《混凝土浇筑指示图》
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