塑性混凝土連續(xù)墻在黃墅水庫除險加固中的應用

周凌輝

（宜興市水利農(nóng)機局，江蘇宜興 214207）

宜興市地處蘇浙皖三省交界，面積2038.7 km2，人口107.8萬，地勢南高北低。南部為丘陵山區(qū)，共有水庫18座，其中，大（二）型水庫1座，?。ㄒ唬┬退畮?座，?。ǘ┬退畮?3座。水庫建成以來，對山區(qū)防洪、灌溉、促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮了顯著的效益。黃墅水庫位于張渚鎮(zhèn)，大壩為均質(zhì)土壩，集水面積7.37 km2，干流長1.5 km，總庫容489萬m3，壩長437 m，最大壩高14 m，是一座以防洪和灌溉為主要功能的?。ㄒ唬┬退畮?。水庫建于20世紀50年代末期，由于受當時資金、技術(shù)等制約，工程建設(shè)質(zhì)量不高，防洪能力較低。在2009年臺風“莫拉克”影響期間，水庫承受長時間高水位的考驗，大壩出現(xiàn)滲漏險情。經(jīng)安全鑒定，壩體部分填土質(zhì)量差，有潛蝕土洞，左壩腳可見大壩滲漏出逸，大壩存在滲流安全隱患，需進行加固處理。

1 工程概況

水庫設(shè)計標準按30年一遇設(shè)計，500年一遇校核，大壩采用塑性混凝土防滲墻除險加固，防滲墻面積5645 m2、軸線長 437 m，塑性混凝土防滲墻厚30 cm、頂高程23.2 m，防滲墻最大深度18.5 m，防滲墻軸線平行壩軸線，距壩軸線1.0 m。塑性混凝土防滲墻物理力學指標為：滲透系數(shù)K≤1×10-7cm/s；抗壓強度 3 MPa≤R28d≤5 MPa，彈性變形模量 3000 MPa≤E28d≤1000 MPa。

2 施工準備

2.1 施工平臺

原壩頂寬度為6.2 m，為了滿足抓斗8 m寬的施工平臺，防滲墻施工前通過開挖將壩頂高程由▽24.2 m降至▽23.6 m，棄料鋪在壩頂背坡面，碾壓密實，形成施工平臺，然后測量放樣，定出防滲墻軸線，沿軸線澆筑45 cm×80 cm（寬×高）的導向槽，導向槽采用現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土。

2.2 塑性混凝土防滲墻配合比

依據(jù)設(shè)計的混凝土強度、滲透系數(shù)以及彈性模量，委托有資質(zhì)的試驗室對所采用的當?shù)夭牧线M行多次試驗，推薦混凝土施工配合比見表1。

表1 混凝土施工配合比

2.3 機械設(shè)備

本工程采用三抓法成槽工藝，按照工程時序進度，配備成槽機GB-26、GB-34 各 1 臺，0.5 m3拌和站 2座，HBT90混凝土泵1臺套，QY25吊車1輛。

2.4 地質(zhì)復勘

（1）概況及作用。在防滲墻施工軸線上布設(shè)3個地質(zhì)復勘孔，復勘孔與設(shè)計勘探孔相間布置，間距根據(jù)實際情況布設(shè)。復勘孔主要探明相對不透水層頂面高程、覆蓋層礫砂層成份組成情況、地層透水性等。

（2）施工方法。復勘孔采用XY-2地質(zhì)鉆機造孔、壩體（含接觸段1 m）合金鉆頭分段干鉆鉆進，鉆孔孔徑Ф76 mm，Ф110 mm套管跟進；接觸段注水試驗結(jié)束后，用水泥漿液鑲筑Ф73 mm孔口管，基巖段金剛石鉆頭分段清水鉆進，鉆孔孔徑Ф60 mm。鉆孔采取的芯樣均填牌、裝箱。復勘孔壩體段采用鉆孔常水頭試驗方法，基巖段壓水采用5點法，第一段壓水壓力采用0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa，以下各段壓力采用 0.3 MPa、0.6 MPa和1.0 MPa。

（3）復勘孔注、壓水成果。黃墅水庫復勘孔共完成了3個復勘孔的鉆孔注、壓水工作，注水試驗9段，壓水試驗4段。復勘孔芯樣均進行了填牌、裝箱。成果見表2。

（4）復勘孔施工情況總結(jié)。根據(jù)鉆孔芯樣及注壓水試驗結(jié)果，壩體滲透系數(shù)總體為1×10-4cm/s，屬弱透水層；壩基巖石透水率均小于5 Lu，屬弱透水等級，HS-BZ2成果揭示：壩體與接觸段均出現(xiàn)大漏量的現(xiàn)象。

表2 復勘孔注、壓水成果表

圖1 防滲墻施工工藝流程圖

3 防滲墻施工工藝

防滲墻施工工藝流程圖見圖1。

4 成槽施工方法

4.1 固壁泥漿

本工程選用宜興太華土場生產(chǎn)的粘土攪拌的泥漿進行護壁。分散劑采用化工廠生產(chǎn)的工業(yè)堿（NaCO3），配制泥漿用水采用新鮮潔凈的淡水。

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，擬定新制泥漿初步配合比為：水（L）∶粘土（kg）∶碳酸鈉（kg）=975∶75 ∶2。

從防滲墻施工情況來看，這種配合比泥漿能滿足設(shè)計和施工技術(shù)要求，泥漿形成的泥皮能保證孔壁安全，最大限度懸浮沉渣，減少孔底的沉淀物，保證孔底清孔結(jié)束1 h后淤積厚度控制在10 cm范圍內(nèi)。

4.2 槽段劃分

根據(jù)工程地質(zhì)條件和設(shè)計要求以及施工設(shè)備特點，Ⅰ、Ⅱ序槽段槽長均為7.5 m，黃墅水庫防滲墻軸線全長437.79 m，共劃分61個槽段。防滲墻成槽采用三抓法成槽工藝，接頭采用接頭管法，套接長度35 cm。典型槽段劃分見圖2。

4.3 施工工藝流程

（1）一期槽施工。兩側(cè)孔抓挖→中間孔抓挖→槽孔基巖面鑒定→槽形驗收→清孔驗收→接頭管下設(shè)→下設(shè)澆筑導管→混凝土澆筑→起拔接頭管。

（2）二期槽施工。兩側(cè)孔抓挖→中間孔抓挖→槽孔基巖面鑒定→槽形驗收→接頭孔刷洗→清孔驗收→下設(shè)澆筑導管→混凝土澆筑。

4.4 造孔

（1）造孔采用液壓抓斗抓挖，先抓端孔，后抓中間孔；槽孔施工時采用合格的泥漿固壁，漿面高程控制在槽口以下30～50 cm，防止漏漿、塌孔。

（2）端孔施工時由現(xiàn)場質(zhì)量和技術(shù)管理人員經(jīng)常檢查孔位、孔斜、孔徑，發(fā)現(xiàn)超偏及時糾正。

（3）接頭孔在塑性混凝土終澆24 h后開孔，以孔壁穩(wěn)定且不流淌為宜。

（4）墻體深度：槽孔施工時以現(xiàn)場地質(zhì)工程師地質(zhì)鑒定終孔深度為準。

4.5 槽孔清孔換漿

（1）槽孔的清孔換漿采用抓斗清槽，斗體閉合后將槽內(nèi)的稠狀物抓出，清孔時及時補充新漿，直至孔底沉渣厚度滿足設(shè)計要求為止。

（2）對于二期槽，在清孔換漿結(jié)束前或清孔過程中用鋼絲刷子鉆頭刷洗兩側(cè)槽段接頭混凝土壁的泥皮，直至刷子鉆頭不帶泥屑、孔底淤積不再增加為止。

圖2 典型槽段劃分示意圖（單位：m）

4.6 槽孔驗收

（1）驗收方法。采用懸錘法配合鋼卷尺測量孔位、孔斜率和槽孔深度，檢查槽孔槽壁是否垂直平整，槽孔內(nèi)是否有梅花孔和小墻等；采用鋼絲刷子刷洗接頭孔泥皮的方法，檢查二期槽兩端混凝土壁上的泥皮是否刷洗干凈；用測餅測量孔底淤積厚度，檢測泥漿“三件套”，即測量泥漿含砂量、比重和黏度。

（2）槽形驗收標準。槽壁平整垂直，無梅花孔、小墻等；孔位允許偏差不大于3 cm；孔斜率不得大于4‰，遇含孤石地層及基巖陡坡等特殊情況，控制在6‰以內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)監(jiān)理工程師鑒定的基巖面確定是否可以終孔及終孔深度。

（3）清孔換漿驗收標準。清孔換漿完成1h后進行檢驗，合格質(zhì)量標準為：孔底淤積厚度不大于10 cm；槽內(nèi)泥漿密度不大于1.30 g/cm3，500/700漏斗黏度不大于30 s，含砂量不大于10%；二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，用鋼絲刷子鉆頭分段刷洗接頭槽壁，清除其上面的泥皮，合格標準為：刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。

5 水下混凝土澆筑

（1）混凝土施工物理特性指標，混凝土配合比根據(jù)設(shè)計要求經(jīng)試驗確定?；炷林饕锢硇阅苤笜耍喝氩厶涠?8～22 cm，擴散度34～40 cm，坍落度保持15 cm以上的時間不小于1 h?；炷脸跄龝r間不小于6 h，終凝時間不大于24 h。

（2）混凝土灌注采用直升導管法。槽孔墻體預埋件安裝就位后，下設(shè)Φ219 mm鋼制導管，導管為絲扣連接。導管安裝采用人工配合吊車下設(shè)，標準槽段下設(shè)兩根導管，導管距槽孔兩端不大于1.5 m，兩導管間距不大于5 m。

（3）水下混凝土澆筑采用球塞式隔水栓，球塞直徑180 mm，導管距孔底的距離大于球塞的直徑。待混凝土料充滿導管和分料斗后上提適當距離使混凝土一舉封住導管底。

（4）塑性混凝土從混凝土拌和站通過混凝土泵泵送至槽口旁的儲料罐，再經(jīng)溜槽分流進入到各根導管。在混凝土澆筑中，控制各導管均勻下料，使槽內(nèi)混凝土面高差小于0.5 m，根據(jù)混凝土上升速度和導管埋深及時起拔導管，槽孔內(nèi)混凝土面上升速度控制在2～7 m/h之間，導管埋深控制在1～6 m之間。

6 防滲墻槽段連接

防滲墻槽段連接采用接頭管法。一期槽清孔換漿結(jié)束后，在槽段兩端孔位置下設(shè)鋼制接頭管，接頭管直徑Ф350 mm，孔口固定。根據(jù)混凝土初凝時間適時起拔接頭管，以孔壁穩(wěn)定且不流淌為宜，接頭孔一般在塑性混凝土終澆24 h后開孔?；炷翝仓蠼宇^管部位形成二期槽端孔，待二期槽成槽后連接成墻。接頭管分節(jié)制作，插銷連接，采用汽車吊起拔。

表3 塑性混凝土防滲墻抗?jié)B檢測結(jié)果

表4 塑性混凝土防滲墻抗壓彈性模量檢測結(jié)果

7 特殊情況處理

（1）造孔漏漿處理。施工發(fā)生漏漿可采用回填粘土、草末、稻殼、石灰、孔底灌注純水泥漿加速凝劑處理或灌注低標號混凝土等堵塞架空層。根據(jù)經(jīng)驗，槽段的副孔施工時易引起塌孔漏漿，挖槽時要注意觀察槽孔漿面的變化，發(fā)現(xiàn)漿面迅速下降時，盡快提起抓斗，以防發(fā)生埋斗事故。

（2）塌孔處理。施工中遇塌孔，采用渣土、粘土混合料回填槽孔至塌孔位置以上1.5 m，再用重錘夯實，擠密孔壁。若塌孔較嚴重，可采用直升導管法回填灌筑低標號混凝土填平，重新造孔。

8 施工效果

（1）在防滲墻澆筑完成后，進行墻體質(zhì)量淺層開挖檢查，開挖了2處，中心樁號為 F2’+137.525和 F2’+322.125，分別為19#槽與20#槽、45#槽與46#槽接頭號連接部位。通過淺層開挖檢查，結(jié)果符合設(shè)計要求，防滲墻墻體連續(xù)，兩槽段間套接良好，無縫隙、夾層、夾泥等現(xiàn)象，墻厚大于35 cm。

（2）施工單位在監(jiān)理單位的監(jiān)督下，在槽口處隨機取樣試塊，共檢測混凝土抗壓強度61組、抗?jié)B強度24組、彈性模量7組，經(jīng)檢測全部滿足設(shè)計要求。同時，建設(shè)單位委托第三方檢測機構(gòu)對塑性混凝土防滲墻進行滲透、抗壓及彈性模量的檢測，每項指標隨機選取4個槽段檢測，檢測結(jié)果見表3、表4，均符合設(shè)計要求。

（3）施工結(jié)束后，水庫管理單位在巡查過程中，發(fā)現(xiàn)原滲漏點不再出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，原離水庫壩腳處不遠的一處水井內(nèi)的水位也下降，水庫正常蓄水位也比前幾年高。種種現(xiàn)象表明，塑性混凝土連續(xù)墻的防滲效果明顯。

9 結(jié)語

塑性混凝土連續(xù)墻是在水庫壩體內(nèi)修建一條混凝土墻，既可滿足壩體的防滲要求，又具有較大的塑性，能夠改善防滲墻體的應力狀態(tài)，適應較大變形，是小水庫除險防滲中又一個重要的措施和手段。