水利工程施工技术施工准备水电工程施工技术.docx

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水利工程施工技术施工准备水电工程施工技术

第二节施工准备

1施工准备的内容

混凝土防渗墙施工准备的内容主要包括下列内容：

（1）收集、研究有关施工要求、施工条件的文件、图纸、资料和标准；

（2）根据批准的设计文件和施工合同，编制施工组织设计和施工细则；

（3）施工场地准备；

（4）设置防渗墙中心线定位点、水准基点和导墙沉陷观测点；

（5）修建导墙和施工平台；

（6）修建和安装施工铺助设施；

（7）进行墙体材料和固壁泥浆的配合比试验，并选定施工配合比和原材料；

（8）补充地质勘探。

设计阶段的勘探孔密度一般不能满足防渗墙施工的需要，为保证墙底嵌岩质量，应在原有勘探孔的基础上进行补充勘探，加密勘探孔。

（9）当防渗墙中心线上有裸露的或已探明的大孤石时，在修建导墙和施工平台之前应予以清除或爆破。

2施工规划

2.1施工布置

施工总体平面布置的内容包括：

施工平台、泥浆系统、混凝土系统、风水电系统，以及场内交通、仓库等主要设施的平面布置。

布置时要注意各部分相互间的关系、同主体建筑物施工的协调、施工期渡汛的影响以及防渗墙分期分段施工的衔接等问题；并要统筹安排，尽量减少施工干扰和铺助设施的工程量。

根据造孔和混凝土浇筑工艺的要求，施工平台可以布置在导墙的一侧或两侧。

平台宽度取决于钻孔机械类型和布置方式、施工方法、泥浆系统和混凝土浇筑系统布置等，一般宽度为15～20m（见图7-2-1）。

如果防渗墙是在原有大坝上施工，一般要将坝顶削低，直至达到防渗墙施工所要求的宽度；但也有在坝坡上设置施工平台的实例。

如果施工平台的地基软弱，应对地基进行加固处理，处理深度应不小于6m。

防渗墙施工临建设施主要包括：

泥浆系统、混凝土系统、供水供电系统、现场值班室、修配车间、材料仓库、水泥库和场内外道路等，应尽量靠近防渗墙施工现场布置。

其规模大小、结构形式应根据工程实际情况决定。

图7-2-1适用于CZ-22型冲击钻机的导墙和施工平台（图中尺寸单位：

cm）

1——枕木15cm×15cm×（400～500）cm，间距70cm；2——卧木15cm×15cm×（400～500）cm；3——碎石道渣；

4——混凝土导墙C15；5——钢筋Φ18mm；6——回填粘土；7——倒浆垫木Φ15cm；8——倒浆木卡筋Φ20mm；

9——倒浆地锚绳；10——24kg/m轻轨；11——厚30cm浆砌块石；12——Φ100mm水管；13——Φ100mm浆管。

2.2成槽方法选择

根据地层条件、设计要求和工期等因素选择成槽方法。

目前国内外常用的成槽方法有：

钻劈法（主孔钻进，副孔劈打），纯抓法（主副孔均用抓斗直接抓取），钻抓法（主孔钻进，副孔抓取），铣槽法（液压铣槽机铣削），多头回转钻机成槽法，射水成槽法，锯槽法等。

各种成槽方法的适用条件参见表7-2-1。

表7-2-1造孔成槽方法适用范围参照表

造孔成槽

方法

地层适应性

墙深

（m）

墙厚

（cm）

备注

粘性土

壤土

砂砾

卵石

漂石

软岩

硬岩

钻劈法

○

≤70

60～120

纯抓法

○

≤50

30～100

重锤配合

钻抓法

○

≤70

30～120

重锤配合

铣槽法

○

≤50

60～120

多头钻法

○

≤50

50～100

射水法

○

≤20

20～40

锯槽法

○

≤20

15～30

注：

○—好；Δ—较差；×—差。

2.3施工槽段划分及工程量计算

混凝土防渗墙一般需要分成若干个单元墙段逐个施工。

浇筑单元墙段前须在地基中钻挖槽形孔，简称槽孔。

槽孔一般由若干个独立的钻孔（单孔）相连而形成的，也可只有一个单孔。

先施工奇数号单孔（主孔），后施工偶数号单孔（副孔），主、副孔相间布置。

槽孔的划分与施工顺序、造孔方法等有关。

当采用两序间隔法施工时，可按图7-2-2（a）所示划分槽段。

其中先施工的为一期槽孔，其余为二期槽孔。

当采用分段顺序法施工时，槽孔的划分则如图7-2-2（b）所示。

图7-2-2槽孔划分与施工顺序

（a）——两序间隔施工法；（b）——分段顺序施工法；

1、2、3——槽孔编号；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ——槽孔施工序号；

2.3.1槽段长度划分的依据

防渗墙施工槽段长度划分的主要依据如下：

（1）工程地质和水文地质资料（应有较准确的防渗墙轴线地质剖面图）；

（2）设计文件和图纸；

（3）施工导流方式及标准；

（4）工期要求；

（5）施工方法和施工机具。

2.3.2槽段长度划分的原则

槽孔长度划分的基本要求是：

尽量减少墙段接头，有利于快速、均衡和安全施工。

具体注意事项如下：

（1）较密实地层中的槽孔可长，疏松、漏失地层中的槽孔宜短；

（2）深度大、造孔时间长的槽孔宜短；反之则可长；

（3）地下水水位高、流速大的地段槽孔宜短；反之则可长；

（4）槽孔长度应与混凝土的供应能力相适应，槽孔浇筑时混凝土面的上升速度应不小于2m/h；

（5）含漂石较多的地段造孔时间长、泥浆漏失量大，应采较短的槽孔长度。

一般情况下槽段长度的划分可参见表7-2-2。

表7-2-2槽孔长度划分参考表

造孔深度（m）

地层条件

地下水位深度（m）

槽孔划分长度（m）

Ⅰ期槽孔

Ⅱ期槽孔

＜30

不稳定

≤5

6～8

7～9

较稳定

＞5

6～10

8～12

30～50

不稳定

≤5

5～6

6～7

较稳定

＞5

6～7

7～8

＞50

不稳定

≤5

4～5

5～6

较稳定

＞5

＜7

有大量漏浆部位

＜5

2.3.3工程量计算

槽孔划分是准确计算防渗墙工程量的基础。

根据槽孔划分的结果，要分别算出整个防渗墙及各槽孔的造孔工程量和混凝土浇筑工程量。

造孔工程量的计算在水利电力行业过去是以“单孔进尺”表示，计量单位为“m”，即将防渗墙沿深度的造孔进尺折算为以墙厚为直径的单个圆形孔的延长米数；当采用钻劈法施工时，这种表示方法较为方便。

新修订的施工定额拟改用成墙面积（㎡）作为混凝土防渗墙工程量的综合指标。

工业与民用建筑工程多采用墙体体积或挖槽体积（m3）作为地下连续墙工程量的综合指标。

但在作施工计划时，造孔工程量与混凝土浇筑工程量必须分开计算，因为两者不一定相等，有时相差还很大。

无论采用何种工程量指标，都应当根据所采用的墙段连接方式把接头孔的施工工程量计算进去。

在计算混凝土浇筑工程量时，还应当考虑扩孔系数（超挖系数），即槽孔的实际挖掘体积与墙体设计体积的比值。

各种施工方法的扩孔系数不同。

（1）成墙面积（截水面积）计算

成墙面积是防渗墙工程量的主要指标，也是必不可少的工程量指标，它的大小不受墙段连接形式的影响。

成墙面积可按（7-2-1）式计算：

（7-2-1）

式中：

A——防渗墙成墙面积，m2；

L——防渗墙墙顶长度，m；

H——由设计墙顶起算的平均墙深，m。

（2）造孔进尺计算

当采用钻劈法或钻抓法施工时，为便于计划和管理，工程量除计算成墙面积外，还应计算造孔进尺。

计算造孔进尺时应考虑墙段套接孔重复钻进的工作量。

全墙的造孔总进尺可按（7-2-2）式计算：

M＝LH’/D＋（N–1）H’（7-2-2）

式中：

M——防渗墙套接造孔总进尺，m；

H＇——防渗墙平均造孔深度，m，一般H＇大于平均墙深H；

D——防渗墙的设计厚度，m，即主孔直径；

N——全墙分段个数。

单个槽孔的造孔进尺可按式（7-2-3）计算：

（7-2-3）

式中：

Mi——某个槽孔的造孔总进尺，m；

Li——该槽孔包括接头孔在内的槽孔长度，m；

Hi＇——该槽孔的平均造孔深度，m；

（3）混凝土浇注工程量计算

当采用钻劈法或钻抓法施工时，考虑防渗墙的实际厚度和上部疏松的混凝土须凿除，防渗墙的混凝土浇注工程量可按式（7-2-4）近似计算：

（7-2-4）

式中：

V——防渗墙混凝土浇注工程量，m3；

A——防渗墙截水面积，m2；

L——防渗墙墙顶长度，m；

H——由设计墙顶起算的平均墙深，m；

K1——扩孔系数，根据造孔方法和地层条件选取（参见表7-2-3）。

K2——接头系数，一般取1.08～1.15。

表7-2-3扩孔系数K的取值范围

地层

造孔方法

粘土

壤土

砂土

填筑土

砂砾石

砂卵石

漂卵石

纯抓或钻抓法

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

钻劈法

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.40

单槽的混凝土浇注工程量也可参照上述方法计算，但需考虑槽孔两端形状的影响。

2.4施工进度计划

根据工程量、合同工期、施工程序、施工机械及施工定额等编制施工进度计划。

2.4.1制定施工进度计划的原则

（1）按照施工总进度要求和冬季、汛期停工时间确定施工时段。

（2）处理好各工序之间以及主要工序与场地填筑、附属设施修建之间的相互关系，使各工序、各槽段的施工衔接得当。

（3）尽可能做到连续施工和均衡施工，最大限度地削减施工高峰，压缩资源投入量。

（4）对控制施工进度的主要环节和关键路线应采取措施提高工效，缩短施工时间。

深度大、施工时间长的槽段应争取首先施工。

（5）合理组合、调度施工设备，充分发挥各种造孔机械的特长，减少机械设备的非生产时间，提高机械利用率和造孔效率。

（6）临建、配合比试验、补充勘探、孤石爆破等准备工作和铺助工作，应尽可能提前进行，以避免影响主体施工的顺利进行。

（7）根据施工方法和施工条件，正确选择施工定额，在机械和人员的配备上应留有适当的余地。

2.4.2施工定额

施工定额指标与地层的组成和性质关系密切，同时受机械性能、钻孔直径、钻孔深度和操作人员的技术熟练程度等影响。

可按国家有关定额，并参考类似的工程实例来选用。

造孔施工定额可参考表7-2-4、表7-2-5、表7-2-6。

表7-2-4防渗墙造孔施工定额参照表（m2/台日）

造孔方法

粘土

壤土

粉细砂

中粗砂

砾石

卵石

漂石

软岩

较软岩

较硬岩

混凝土

冲击钻机

6.0

9.0

3.6

5.0

4.0

3.0

1.9

2.5

1.7

0.8

5.0

冲击反循环钻机

6.0

12.0

6.0

9.0

7.5

5.0

2.5

3.0

2.0

1.0

8.0

纯抓法

70.0

140.0

60.0

120.0

80.0

30.0

6.0

4.0

2.0

钻

抓

法

回转钻机

12.0

24.0

18.0

30.0

20.0

5.0

6.0

4.5

3.0

6.0

冲击钻机

6.0

8.0

3.5

4.0

3.5

3.0

2.5

4.0

2.5

0.8

5.0

冲击反

循环钻机

6.0

16.0

6.0

10.0

7.5

5.5

3.0

6.0

3.6

1.2

8.0

抓斗

150.0

200.0

100.0

150.0

50.0

15.0

18.0

12.0

6.0

铣槽法

220.0

300.0

250.0

300.0

240.0

60.0

20.0

45.0

30.0

15.0

80.0

注：

1.墙厚0.8m，孔深40m以内；2.回转钻机在基岩中造孔时须配牙轮钻头；抓斗在漂石和基岩中造孔时须配重锤。

表7-2-5防渗墙造孔施工定额墙厚修正系数

墙厚（m）

机型

≤0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.30

1.40

CZ-22型冲击钻机

——

1.1

1.0

0.8

——

CZ-30型冲击钻机

——

1.1

1.0

0.85

0.7

0.5

CZF1200型冲

击反循环钻机

——

1.1

1.0

0.8

——

CZF1500型冲

击反循环钻机

——

1.1

1.0

0.85

0.7

0.5

抓斗挖槽机

1.2

1.1

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

液压铣槽机

——

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

表7-2-6防渗墙造孔施工定额孔深修正系数

孔深（m）

＜20

20～30

31～40

41～50

51～60

61～70

71～80

系数

1.2

1.1

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

3导墙和施工平台建造

3.1导墙

导墙是防渗墙施工之前修建的临时构筑物，它对防渗墙的施工是必不可少的。

导墙是确定防渗墙的位置、墙深、基岩面位置以及混凝土浇筑高程的基准。

导墙的主要作用是钻孔导向和保护槽孔口；同时它还具有保持泥浆压力和阻止废浆、废水倒流槽孔的作用。

在吊放钢筋笼、下设导管、接头孔拔管、处理孔内事故及埋设观测仪器等作业中，导墙起定位与支承的作用。

导墙的结构形式和断面尺寸根据地质条件、施工方法、施工荷载、槽孔深度和施工工期等因素确定。

导墙的承载能力应能满足各种施工荷载的要求。

导墙的结构应根据最大施工荷载，按照连续梁进行设计和校核，并应保证在槽口土体坍塌的情况下，导墙不会断裂。

导墙墙顶的高程要考虑地下水位和洪水的影响，一般应高于施工期的地下水位2m。

导墙高度一般为1.5～2.0m，其顶部应高出地面5～10cm。

槽口宽度，当采用冲击钻机造孔时宜大于设计墙厚10～15cm；当采用抓斗、液压铣等造孔机械时，宜大于设计墙厚5～10cm。

防渗墙施工宜采用钢筋混凝土导墙或混凝土导墙；当墙深较小、造孔难度不大时，也可采用其它材料的导墙。

混凝土导墙的断面形状有直角梯形、“L”型、“Γ”型和“［”型等（如图7-2-3）。

目前经常使用的是直角梯形钢筋混凝土导墙（见图7-2-1）。

图7-2-3混凝土导墙型式示意图（图中尺寸单位：

cm）

直角梯形导墙抵抗集中、冲击荷载的能力较强，主要适用于用冲击钻机造孔的防渗墙工程。

当孔口发生局部坍塌时，这种导墙不易断裂，能避免钻机翻到，有利施工安全。

“L”型导墙适宜于基土强度较低的情况。

因为这种导墙底面积较大，承载能力强，稳定性好，不易向槽口缩窄的方向变形，但施工稍复杂。

“Γ”型导墙适用于表土强度较高，且地面荷载又较大的情况。

这种导墙利于维系槽口地面的平整和稳定，施工较方便。

缺点是适应地基变形的能力较差，当孔口发生局部坍塌时，易发生变形和位移，甚至破坏。

“［”型导墙兼有上述两种型式的优点，既可承担较大的地面荷载，又利于槽口土体的保护。

但由于结构复杂，使用较少。

混凝土导墙一般要配置必要的钢筋，特别是底部和顶部要设置足够的纵向受力钢筋；混凝土的强度要根据地质条件、施工荷载和施工工期等因素确定，一般为150～200MPa；导墙一次浇筑的长度应不小于20m，各段之间宜采用斜面搭接的方式连接，且接缝位置尽量设在槽段中部，纵向钢筋必须连接起来，成为一个整体；在两导墙间每隔一定距离有必要加以顶撑，以防止导墙变形；导墙后应回填粘土，并夯密实，以免槽内泥浆冲刷掏空。

3.2施工平台

施工平台由钻机工作平台、倒浆平台、排浆沟和施工道路等部分组成，其结构与布置的要点如下：

（1）施工平台要求平坦、坚固、稳定。

（2）施工平台应尽可能修筑在原地基上。

若必须修筑在填土地基上，则应保证填筑质量。

填筑的施工平台地基若为砂砾石，则其密度应不小于1.9g/cm3；若为粘土地基，则其干密度应大于1.5g/cm3。

否则应进行加固处理。

（3）施工平台高程应略低于导墙墙顶，而且能顺畅排水、排浆、排渣。

钻机平台向外应有0.2%～0.5%的坡度；倒浆平台向外应有2%～3%的坡度。

（4）根据机具类型和施工方法，造孔设备可布置于防渗墙一侧，也可“骑墙”布置，一般多采用一侧的布置形式。

当采用冲击钻机单独造孔时，钻机可布置于防渗墙的一侧，垂直于防渗墙轴线。

此时在钻机工作平台上需要平行于防渗墙轴线设置2道（4条）轨距610mm的轻轨（24kg/m），以便钻机沿防渗墙轴线方向移动。

在槽孔的另一侧设置倒浆平台、排浆沟、场内交通运输道路等。

倒浆平台一般宜用15～20cm厚的浆砌块石筑成，并以厚5～10cm的混凝土板保护；其宽度不宜小于3.5m。

当采用钻抓法造孔时，抓斗一般与钻机对面布置。

由于抓斗主机需要在倒浆平台上行走，所以倒浆平台的宽度需要适当增加，护面的混凝土板和垫石层也需要适当加厚。

3.3导墙和施工平台地基的加固

目前国内对施工平台地基进行加固的方法有两种：

分层振动碾压法和振冲法。

3.3.1分层振动碾压法

在围堰填筑时位于防渗墙轴线两侧各6～8m，孔口以下10m的范围内，按土坝填筑要求进行分层碾压。

该部分土料选择粘粒含量为10%～25%的砂质壤土最为适宜，经碾压后粘聚力C一般可达10kPa以上，内摩擦角可达20°以上，承载力可达100～450kPa。

3.3.2振冲法

在导墙两侧的土体中布置3～4排深度在10m以内的振冲碎石桩或砂桩，一般孔、排距为1.5～2.0m。

振冲加密后粘性土复合地基的内聚力C可提高一倍，承载力达100～150kPa，形成的桩径一般为0.8～1.2m，桩体的内摩擦角可达30°以上。

振冲器一般选用30kW即可，当地基土中含有卵砾石时，可采用75kW振冲器，当需用大面积深层振冲加固时还可采用100kW以上的振冲器。

4泥浆系统

泥浆系统由制浆站、供浆管路和泥浆回收净化设施等组成。

4.1制浆站

制浆站的位置应尽量靠近防渗墙施工现场，并应尽量设置在地势较高的位置，以便于自流供浆。

制浆站场地应尽量开阔、平坦，以便于运输、存储土料。

当使用粘土泥浆时，制浆站主要包括粘土料场、配料平台、制浆平台、储浆池、试验室、送浆管路、供水管路等设施。

一般每台双轴卧式搅拌机平均占地面积40～45m2。

其典型布置见图7-2-4。

使用膨润土制浆时，制浆站布置大体相同，面积可以减小一些。

图7-2-4制浆站典型布置示意图

a-平面图；b-剖面图

4.1.1粘土料场

若采用当地粘土制浆，粘土储料场的面积由防渗墙施工强度和来料及运输条件决定，至少应满足3d的粘土需要量，并储备一定数量的堵漏用粘土。

料场面积可按每1m3地面存放1.5～2.0m3土料计算，料场的面积利用系数可取0.6～0.8。

料场应配备推土机和装载机。

在多雨地区施工，粘土料场应有遮雨棚。

制浆粘土的每日需要量可按施工高峰时每日应完成的进尺数乘以每1m进尺所需要的土量计算。

当用冲击钻造孔时，每1m进尺（墙厚0.8m）的耗浆量在一般地层中约为2.5～3.5m3；在漏失量较大的地层中约为3.5～5.0m3（每1m3泥浆需用土约340～400kg）；采用冲击反循环钻机和液压铣槽机施工时，一般为每1m进尺耗浆2.0～2.5m3；抓斗施工的浆液消耗较少，一般每1m2墙体耗浆1.0～1.5m3。

4.1.2膨润土堆场

若采用膨润土制浆，料场最大储存量可根据进料周期和每日耗量计算。

其面积可按每1m2场地储存2～3t计算。

泥浆耗量的计算方法同上，每1m3泥浆需用膨润土约50～80kg。

膨润土应堆放在与上料平台邻近的棚场内。

4.1.3配料平台

配料平台为粘土进入搅拌机前的称量及喂料场所，设在搅拌机平台的上面。

当土料堆场低于配料平台时，可以采用皮带运输机或卷扬机向配料平台运送粘土。

配料平台的面积与制浆平台的面积相同，由泥浆搅拌机的类型和数量确定。

4.1.4制浆平台

在制浆平台上一般可采用“一”字型布设泥浆搅拌机。

若采用当地粘土制浆，需使用2m3或4m3卧式双轴泥浆搅拌机制浆，工效分别为18m3/台班和36m3/台班；若采用膨润土制浆，需使用高速泥浆搅拌机制浆，工效分别为64～120m3/台班。

4.1.5储浆池

储浆池应布置在制浆平台的旁边，其底部应布设供搅动池内泥浆用的压缩空气管路。

储浆池的容量应能满足1～2d造孔施工的用浆量。

此外还应有一个浆池专门贮存清孔置换泥浆，该池的容积应不小于最大槽孔容积。

4.2泥浆回收和净化系统

采用冲击钻造孔抽筒出渣时，浆液不便回收，即使在浇筑混凝土时，一般也只能回收槽孔中浆液的70%，接近混凝土表面的浆液常常被水泥所污染。

当采用循环式钻机造孔时，泥浆经处理后可重复使用，可采用各种型号的泥浆净化机净化泥浆（详见本章第四节），有时也使用非标准组合设备。

根据施工高峰时钻机总回浆量Q（m3/h）和所选用的泥浆处理机的生产率η（m3/h），可按（7-2-5）式计算出所需泥浆处理机的台数n（台）。

（7-2-5）

式中：

α——备用系数，一般取1.2。

泥浆净化机一般设置在施工平台上，与造孔设备配套使用。

经过净化的泥浆直接输入正在施工的槽孔内。

4.3泥浆的输送

有条件时可利用地形高差自流供浆。

无条件时须在制浆站安装送浆泵并铺设Φ100mm～Φ150mm的供浆管路向施工平台送浆。

供浆干管一般布置在钻机的后面。

对于直径150mm的管路，在不同高差时的自流供浆距离可参考表7-2-7。

表7-2-7自流供浆高差与距离关系

高差（m）

供浆距离（m）

高差（m）

供浆距离（m）

250

700

300～400

＞25

1000

500～600

5混凝土系统

防渗墙施工的混凝土搅拌和运输系统应满足浇筑时槽孔内混凝土面上升速度不得小于2m/h，混凝土的拌合运输能力应不小于最大计划浇筑强度的1.5倍。

单个槽孔的浇筑应连续进行，在浇筑过程因故中断的时间不宜超过40min。

5.1混凝土搅拌站

5.1.1混凝土搅拌站的型式

混凝土搅拌站的型式应根据每个工程所在的位置、工程规模而定。

工程规模较小、交通不便、浇筑强度低，宜设置简易的拌合站，采用人工上料和翻斗车方式运输混凝土；若工程规模、浇筑强度较大，应设置自动化或半自动化混凝土搅拌站，并使用混凝土搅拌车运输。

部分国内生产的自动化混凝土搅拌站的主要技术性能见表7-2-8。

半自动化混凝土搅拌站可采用人工供料，自动称量、搅拌，人工放料系统，如图7-2-5所示。

全自动化混凝土搅拌站采用机械供料，自动称量、搅拌，自动放料系统，如图7-2-6所示。

一般混凝土搅拌站每台搅拌机平均占地30～50m2。

5.1.2混凝土搅拌机数量的选择

（1）计算所需的混凝土供应强度。

混凝土搅拌机的数量要根据槽孔浇筑时混凝土的供应强度确定。

混凝土的供应强度由下式计算：

（7-2-6）

式中：

Q——混凝土供应强度，m3/h；

α——保证系数，取1.5；

K1——槽孔的扩孔系数，一般取1.2，对于有严重坍孔者另计；

L——最大槽孔的槽长，m；

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