塑性混凝土防滲墻在水庫(kù)防滲加固中的應(yīng)用

楊世君

混凝土防滲墻是利用鉆孔、挖槽機(jī)械，在松散透水地基或壩體以泥漿固壁，挖掘槽型孔或連鎖樁住孔，在槽孔內(nèi)澆筑混凝土或回填其他防滲材料筑成的具有防滲功能的地下連續(xù)墻。此項(xiàng)技術(shù)已在水庫(kù)防滲加固工程中得到了推廣運(yùn)用。

1 工程概況

某水庫(kù)集雨面積3.92km2，總庫(kù)容176萬(wàn)m3，是一宗以防洪、灌溉、供水為一體的?。?）型水庫(kù)。水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高20.5m，壩頂高程1819.50m，防浪墻高0.65m，防浪墻頂高程1820.15m，大壩壩頂寬6.5m，長(zhǎng)150m。

根據(jù)水庫(kù)大壩安全鑒定成果及現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，水庫(kù)現(xiàn)存主要問(wèn)題為壩體及壩基滲漏。受建壩當(dāng)時(shí)條件所限，土壩壩體填筑、防滲等方面存在一定的缺陷，部分壩體滲透系數(shù)和填筑壓實(shí)度等指標(biāo)達(dá)不到規(guī)范要求，對(duì)土壩滲流有不利影響。壩基為全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化砂巖，透水性強(qiáng)，壩基滲漏量大。下游左側(cè)壩腳反濾體失效，淘沙嚴(yán)重；下游右側(cè)消能工出口左邊墻底部有大量滲水。

為了解決水庫(kù)在運(yùn)行中出現(xiàn)的滲漏問(wèn)題，使得水庫(kù)能夠正常安全地運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行防滲加固是十分必要的。

2 防滲墻設(shè)計(jì)

本工程的主要任務(wù)是解決水庫(kù)在運(yùn)行中出現(xiàn)的滲漏問(wèn)題，使得水庫(kù)能夠正常安全地運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。本次防滲加固采用壩體塑性砼防滲墻進(jìn)行防滲處理。塑性砼防滲墻具有防滲效果好、施工方法單一和施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn)；帷幕灌漿具有機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、施工技術(shù)成熟和防滲效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 防滲墻布置

根據(jù)地質(zhì)勘探資料及地形資料，按照大壩地質(zhì)縱剖面圖和結(jié)合大壩現(xiàn)狀滲漏情況，確定大壩防滲范圍樁號(hào)0+000～0+180，防滲加固長(zhǎng)度180m。

水庫(kù)壩頂凈寬5.2米，滿(mǎn)足砼防滲墻施工成槽機(jī)械行走寬度要求，可作砼防滲墻成槽機(jī)械行走平臺(tái)。防滲墻布置在大壩迎水側(cè)，與壩軸線(xiàn)平行，其中心線(xiàn)距壩軸線(xiàn)5m。防滲墻中心線(xiàn)長(zhǎng)180m，墻頂高程1818.00m。根據(jù)大壩水文地質(zhì)剖面圖，砼防滲墻底部至強(qiáng)風(fēng)化砂巖頂面。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料分析計(jì)算，防滲墻最大深度21.7m。

2.2 防滲墻厚度確定

參考《塑性混凝土防滲墻》，根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力梯度和安全系數(shù)來(lái)就算防滲墻的厚度B，即

B=H/Jp

式中：H——防滲墻承受的最大水頭，本工程為校核水位與下游河道底之差，為18.45m；

Jp——防滲墻的允許水力梯度，我國(guó)已建大部分塑性混凝土防滲墻的允許水力梯度均小于60，參考水庫(kù)施工技術(shù)水平及本工程安全運(yùn)行，本工程取60×70%=42。

故B=H/Jp=18.45/42=0.44m，則防滲墻厚度取為0.6m。

2.3 防滲墻塑性混凝土主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

本次設(shè)計(jì)配合比參數(shù)參考類(lèi)似水庫(kù)塑性砼防滲墻配合比參數(shù)。塑性砼防滲墻砼的主要技術(shù)指標(biāo)為：

（1） 混凝土入孔坍落度（18～22）cm，擴(kuò)散度（34～40）cm。坍落度保持在15cm以上的時(shí)間不小于1.5h；

（2） 初凝時(shí)間不小于6h，終凝時(shí)間不大于24h；

（3） 抗壓強(qiáng)度R28≥3MPa；

（4） 滲透系數(shù)K20≤1.0×10-6cm/s；

（5） 粗骨料粒徑10～30mm。

3 防滲墻施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 造孔成槽

3.1.1布置施工平臺(tái)

水庫(kù)壩頂凈寬5.2米，滿(mǎn)足砼防滲墻施工成槽機(jī)械行走4.5m寬度要求，可作砼防滲墻成槽機(jī)械行走平臺(tái)。

3.1.2修筑導(dǎo)向槽

導(dǎo)向槽是在地層表面沿地下連繼防滲墻軸線(xiàn)方向設(shè)置的臨時(shí)構(gòu)筑物。導(dǎo)向槽起著標(biāo)定防滲墻位置、成槽導(dǎo)向、鎖固槽口；保持泥漿液面；槽孔上部孔壁保護(hù)、外部荷載支撐的作用。導(dǎo)向槽的穩(wěn)定是混凝土防滲墻安全施工的關(guān)鍵。本工程導(dǎo)向槽兩側(cè)墻體采用倒L型斷面，現(xiàn)澆C10混凝土構(gòu)筑，槽內(nèi)凈寬80cm。

3.1.3抓斗成槽

土石壩防滲墻開(kāi)槽施工工藝主要鋸槽法和挖掘法。鋸槽法主要有往履射流式開(kāi)槽、鏈斗式開(kāi)槽、液壓式開(kāi)槽；挖掘法主要有沖擊鉆法、抓斗法、沖抓結(jié)合法。根據(jù)本工程地質(zhì)條件及生產(chǎn)性試驗(yàn)確定采用挖掘法中抓斗法，并制定了“三抓法”的施工方案，即采用液壓抓斗機(jī)先抓取槽段的主孔再抓取中間的副孔成槽。

（1）槽段劃分

槽段劃分為Ⅰ、Ⅱ序槽段，根據(jù)設(shè)備及地質(zhì)條件確定Ⅰ、Ⅱ序槽段開(kāi)挖長(zhǎng)度同為7.5m，每個(gè)槽段分為兩個(gè)主孔及一個(gè)副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。 本工程滲墻軸線(xiàn)長(zhǎng)180m，共劃分為24個(gè)槽段。

（2）槽段成槽

槽段成槽采用“三抓法”，在導(dǎo)向槽上放樣標(biāo)識(shí)孔位，將抓斗對(duì)正孔位后進(jìn)行垂直造孔。首先施工槽段兩端2.8m的主孔，主孔完成后再抓中部1.9m的副孔。主、副孔完工即該施工槽段成槽完工，經(jīng)監(jiān)理確定巖層巖性，并最終確定該施工槽段成槽深度。

3.2 護(hù)壁泥漿

泥漿在造孔成槽過(guò)程中起固壁、懸浮、攜渣、冷卻鉆具和潤(rùn)滑的作用，成墻后還可增加墻體的抗?jié)B性能，本工程泥漿采用膨潤(rùn)土拌制，泥漿配合比為：水1000kg、膨潤(rùn)土50kg 、Na2CO31 kg；固壁泥漿性能指標(biāo)：密度<1.1g/cm3、馬氏漏斗粘度>25s、含砂量<3%。

新制泥漿經(jīng)過(guò)24h膨化后，利用供漿管輸送至槽孔內(nèi)使用，成槽及槽段澆筑過(guò)程中回收的泥漿，經(jīng)凈化后可重復(fù)使用。槽孔孔口泥漿面在成槽過(guò)程中保持在導(dǎo)向槽頂面以下30～50cm范圍內(nèi)。

3.3 防滲墻體灌筑

塑性混凝土防滲墻是在泥漿下灌筑塑性混凝土，本工程是采用剛性導(dǎo)管法進(jìn)行墻壁體灌注，塑性混凝土豎向順導(dǎo)管下落，利用導(dǎo)管隔離泥漿，使其不與塑性混凝土接觸，導(dǎo)管內(nèi)塑性混凝土依靠自重壓擠下部管口的混凝土，并在已灌入的塑性混凝土體內(nèi)流動(dòng)、擴(kuò)散上升，最終置換出泥漿，保證塑性混凝土的整體性。endprint

3.3.1清孔換漿

槽段終孔驗(yàn)收合格后進(jìn)行清孔，清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下設(shè)潛水排污泵抽漿，并及時(shí)用新鮮泥漿補(bǔ)充。清孔換漿結(jié)束1h后，達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)： ①孔底淤積厚度不大于10cm； ② 泥漿參數(shù)為：槽內(nèi)泥漿比重不大于1.1g/cm3，粘度不大于35s，含砂量不大于3%。清孔換漿工作可以結(jié)束。

槽段清孔換漿結(jié)束前將鋼絲刷子安裝在抓斗斗體上，緊貼一、二期混凝土結(jié)合面，分段上下反復(fù)提動(dòng)，達(dá)到刷子上不帶泥屑，孔底淤積不再增加，即接頭面清洗合格。

3.3.2槽段塑性混凝土灌注

（1）清孔換漿結(jié)束后，下設(shè)塑性混凝土灌注導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)徑為200mm。一期槽段長(zhǎng)度為7.5m，下設(shè)三套導(dǎo)管，兩側(cè)導(dǎo)管距槽端1～1.5m；二期槽段由于套抓接頭，槽段長(zhǎng)度為8.2m，下設(shè)三套導(dǎo)管，兩側(cè)導(dǎo)管距孔端1.0m；同時(shí)，槽段內(nèi)導(dǎo)管間距不大于3.5m。導(dǎo)管底部距槽孔底板不大于25cm，當(dāng)槽底高差大于25cm時(shí)將導(dǎo)管置于控制范圍的最低處。

（2）灌注前導(dǎo)管內(nèi)置入可浮起的隔離塞球，灌注時(shí)先注入水泥砂漿，隨即注入足夠的塑性混凝土，擠出塞球并埋住導(dǎo)管底端，避免塑性混凝土與泥漿混合。

混凝土面上升情況，決定導(dǎo)管的提升長(zhǎng)度。導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋深最小不得小于1.0m，最大不得大于6.0m，在保證埋深的前提下，隨著混凝土面的上升，用吊車(chē)提升導(dǎo)管，并將頂部的部分導(dǎo)管拆除。

（4）槽孔內(nèi)混凝土面上升至槽口時(shí)，采用泥漿泵抽出濃漿，并提升導(dǎo)管，減小埋深，增加混凝土的沖擊力，直至混凝土頂面超出設(shè)計(jì)墻頂標(biāo)高0.5m，即可停止?jié)仓?，拔出?dǎo)管。

3.4槽段接頭處理

相鄰槽段的銜接部分即為接頭，本工程采用鉆鑿法進(jìn)行接頭連接，即一期槽段澆筑完畢后12小時(shí)后，視混凝土強(qiáng)度進(jìn)行二期槽段造孔時(shí)，將一期槽段混凝土套抓35cm，以保證接頭質(zhì)量。

4 塑性混凝土防滲墻成墻技術(shù)應(yīng)用常出現(xiàn)的問(wèn)題

4.1 坍塌、漏漿

槽段在成槽過(guò)中會(huì)出現(xiàn)局部坍塌和大面積坍塌，當(dāng)出現(xiàn)局部坍塌時(shí)加大泥漿密度，出現(xiàn)大面積塌孔時(shí)用優(yōu)質(zhì)粘土（摻入20%水泥）回填到坍塌處以上1～2m，待沉積密實(shí)后再進(jìn)行施工，同時(shí)在相應(yīng)地段減小了槽段開(kāi)挖長(zhǎng)度。

槽段成槽開(kāi)挖過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)的漏漿現(xiàn)象，出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象常采用處理措施有（1）平拋粘土，加大泥漿比重或拋入鋸末進(jìn)行堵漏；（2）松散地層，造孔應(yīng)循序漸進(jìn)，預(yù)防在先，穩(wěn)中求快；（3）證泥漿供應(yīng)強(qiáng)度和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)漏漿及時(shí)補(bǔ)充；（4）對(duì)漏失嚴(yán)重的地層用速凝水泥等特殊材料處理，必要時(shí)還應(yīng)對(duì)槽孔進(jìn)行回填。

4.2 導(dǎo)管堵塞

成墻灌注塑性混凝土過(guò)程中有時(shí)會(huì)出導(dǎo)管堵塞，針對(duì)導(dǎo)管堵塞采用搗、頓方法疏通，如果無(wú)效將導(dǎo)管全部拔出、沖洗、并重新下設(shè)，用泥漿泵抽凈導(dǎo)管內(nèi)泥漿后繼續(xù)澆筑，同時(shí)還要核對(duì)混凝土面高程及導(dǎo)管長(zhǎng)度，確認(rèn)導(dǎo)管的埋入深度。

5 塑性混凝土防滲墻成墻技術(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問(wèn)題

5.1 控制好抓接頭的時(shí)間

抓接頭時(shí)間太短塑性混凝土沒(méi)有凝固，時(shí)間太長(zhǎng)混凝土強(qiáng)度太高，抓接頭適宜的時(shí)間為墻體澆筑后12小時(shí)，最遲不超過(guò)24小時(shí)，抓斗抓取時(shí)斗體一側(cè)為混凝土另一側(cè)為土，斗體受力分布不均勻，容易造成槽孔沿軸線(xiàn)方向偏移，導(dǎo)致接頭質(zhì)量無(wú)法保證，同時(shí)嚴(yán)重影響造孔成槽進(jìn)度，撐握好抓接頭的時(shí)間是成槽進(jìn)度快慢的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

5.2 吊裝設(shè)備的配置和保養(yǎng)

本工程的混凝土運(yùn)輸采用3臺(tái)1m3自卸汽車(chē)運(yùn)輸混凝土，1臺(tái)12t吊車(chē)吊臥罐的較為經(jīng)濟(jì)的設(shè)備組合。吊車(chē)配置偏少，在施工中吊車(chē)一旦出現(xiàn)機(jī)械故障，短時(shí)間內(nèi)如無(wú)法修好將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失及工程質(zhì)量問(wèn)題。

5.3 成墻塑性混凝土灌筑應(yīng)注意的問(wèn)題

塑性混凝土導(dǎo)管下設(shè)過(guò)程中檢驗(yàn)螺絲緊固程度，確保導(dǎo)管間連接可靠。塑性混凝土灌筑具有相當(dāng)高的連續(xù)性，因故中斷不得超過(guò)40min。同時(shí)，槽內(nèi)混凝土上升速度不得小于2m/h，各灌筑導(dǎo)管均勻放料，保證混凝土面均勻上升，使其高差不超過(guò)0.5m。澆筑時(shí)槽口要設(shè)置蓋板，防止雜物落入槽內(nèi)。endprint