五岳水庫塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)

□李 軍 □蘭福江（信陽市水利局）□劉 聰（河南方正水利工程咨詢有限公司）

五岳水庫塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)

□李 軍 □蘭福江（信陽市水利局）□劉 聰（河南方正水利工程咨詢有限公司）

文章通過塑性混凝土防滲墻在五岳水庫除險(xiǎn)加固工程主壩壩體和壩基防滲中的施工應(yīng)用，介紹了五岳水庫主壩塑性混凝土防滲墻的施工背景、施工方法、工藝流程、特殊情況處理、質(zhì)量檢查和施工效果。

水庫除險(xiǎn)加固；塑性混凝土防滲墻；施工

一、工程概況

五岳水庫位于河南省信陽市光山縣南向店鄉(xiāng)長沖村，淮河一級支流寨河主干青龍河上，水庫控制流域面積102km2，總庫容為1.22億m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水庫。2007年12月，水利部大壩安全管理中心對五岳水庫安全鑒定核查意見為，主壩基礎(chǔ)未徹底處理，壩體材料不均一，密實(shí)度不滿足要求，壩體浸潤線偏高，多處存在滲漏等問題，核定為三類壩，亟需對水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固。2008年10月，五岳水庫除險(xiǎn)加固工程經(jīng)河南省發(fā)展和改革委員會批復(fù)，批復(fù)內(nèi)容中主壩壩體防滲處理采用塑性混凝土防滲墻，軸線長548m，防滲墻成墻面積約1.4萬m2，墻厚60cm。塑性混凝土防滲墻底部深入基巖1.0m。

二、工程地質(zhì)

五岳水庫主壩心墻粘性土料以粉質(zhì)粘土和重粉質(zhì)壤土為主，在壩基礎(chǔ)面設(shè)置粘土截水槽。壩殼填料在粘土心墻上游為代替料，下為砂礫石；粘土心墻下游側(cè)，主河槽段77.88m以上為代替料，77.88m高程以下為砂礫石；臺地段在81.88m高程以上為代替料，81.88m高程以下為砂礫石。大壩壩基基巖為云母石英片巖和斑狀角閃片巖。

三、施工方案

在確定防滲墻的施工方法時(shí)，應(yīng)充分考慮地層條件、施工效率等因素，選擇適宜高效的施工設(shè)備。根據(jù)本工程地質(zhì)條件，確定塑性混凝土防滲墻施工方案。一是，造孔：采用液壓抓斗“抓取法”成槽，充分發(fā)揮液壓抓斗在土層中造孔的高效性；二是，泥漿：膨潤土泥漿護(hù)壁，確?？妆诜€(wěn)定；三是，清孔：采用“抓取法”出渣，“氣舉反循環(huán)法”清孔和置換泥漿；四是，澆筑混凝土：采用泥漿下“直升導(dǎo)管法”澆筑混凝土；五是，墻段連接：采用“接頭管法”進(jìn)行墻段連接。

四、防滲墻施工

（一）槽孔劃分

防滲墻分兩期施工，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔。

槽孔的劃分主要與施工順序、施工方法有關(guān)，同時(shí)還要考慮防滲墻軸線處地質(zhì)條件、槽孔深度、造孔設(shè)備特點(diǎn)、預(yù)測成槽周期、導(dǎo)管布置和澆筑能力等因素。在保證槽孔穩(wěn)定和安全的前提下，應(yīng)盡量采用較長槽段，以減少墻體接頭數(shù)量，加快施工進(jìn)度。

綜合比較分析，確定防滲墻Ⅰ期槽長度為7.8m，Ⅱ期槽長度為8.4m。槽段劃分情況如圖1所示。

（二）泥漿

保證槽孔孔壁的穩(wěn)定性是防滲墻施工的關(guān)鍵因素之一。近年來，膨潤土泥漿以其良好的懸浮性、觸變性、濾失量小、含砂量低、造漿率高、護(hù)壁性能好、現(xiàn)場配置方便等優(yōu)點(diǎn)，在防滲墻工程施工中得到廣泛應(yīng)用。本工程采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿護(hù)壁，保證孔壁穩(wěn)定。

膨潤土采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的二級鈣基膨潤土，分散劑為就近化工廠生產(chǎn)的工業(yè)碳酸鈉(Na2CO3)。泥漿性能指標(biāo)主要考慮比重、馬氏漏斗粘度、含砂量等指標(biāo)。泥漿性能指標(biāo)參數(shù)、新制泥漿配比分別見表1、表2。

表1 泥漿性能指標(biāo)參數(shù)表

表2 新制泥漿配比表

（三）造孔

防滲墻造孔施工采用液壓抓斗。造孔時(shí)，液壓抓斗利用油缸壓力以斗齒、斗刃切削土體，將土渣收容在斗體內(nèi)，從槽孔中提出，開斗棄掉，重復(fù)挖掘，完成造孔作業(yè)。鉆進(jìn)基巖時(shí)，利用斗體重量反復(fù)沖擊基巖，然后撈出破碎巖塊，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。由于在造孔時(shí)不需要將土體完全破碎，因此施工造成的污染少，施工工效高。

液壓抓斗造孔時(shí)，全程進(jìn)行孔斜控制。造孔孔斜采用“重錘法”進(jìn)行測量，造孔過程中出現(xiàn)偏斜及時(shí)采糾偏措，保證造孔垂直度。防滲墻造孔孔位偏差不＞3cm，孔斜率不＞4‰。

清孔換漿采用“氣舉反循環(huán)法”法。“氣舉反循環(huán)法”是籍助空壓機(jī)輸出的高壓風(fēng)進(jìn)入排渣管經(jīng)混合器將液氣混合，利用排渣管內(nèi)外的密度差及氣壓來升揚(yáng)排出泥漿并攜帶出孔底的沉渣。造孔驗(yàn)收合格后，先采用“抓取法”撈出大塊巖塊，然后采用“氣舉反循環(huán)法”清孔，槽孔底部吸出的沉渣混合漿液經(jīng)泥漿凈化機(jī)凈化處理后直接返回槽孔，同時(shí)向槽孔內(nèi)補(bǔ)充新鮮漿液，新鮮漿液與槽底漿液的置換量至少為該槽孔方量的1/3。清孔時(shí)由孔底高處一端向孔底低處一端移動，邊移邊抽，直至排漿管排出的漿液不含砂或僅含少量砂?！皻馀e反循環(huán)法”清孔換漿如圖2所示。

（四）混凝土澆筑

防滲墻為塑性混凝土，主要設(shè)計(jì)指標(biāo)有：

密度：2.0～2.2t/m3；抗壓強(qiáng)度：1.5～5MPa；彈性模量：300～2000MPa；滲透系數(shù)：n×10-7～10-8cm/s；破壞滲透比降：不＜300。防滲墻塑性混凝土配合比見表3。

表3 防滲墻塑性混凝土配合比表

混凝土由混凝土泵直接輸送到孔口，采用“泥漿下直升導(dǎo)管法”澆筑。一期槽端距離導(dǎo)管不＞1.5m，二期槽端距導(dǎo)管不＞1.0m，導(dǎo)管之間間距不＞3.5m，當(dāng)孔底高差＞25cm時(shí)，導(dǎo)管布置在其控制范圍內(nèi)的最低處?；炷帘仨氝B續(xù)澆筑，槽孔內(nèi)混凝土面均勻上升，其高差控制在0.5m以內(nèi)，槽孔內(nèi)混凝土上升速度不＜2m/h，導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度保持在1～6m之間?；炷翝仓戤吅蟮捻斆鎽?yīng)高于設(shè)計(jì)要求墻頂高程50cm?；炷翝仓^程中，應(yīng)加強(qiáng)壩體變形表觀監(jiān)測。一旦壩體出現(xiàn)縱向裂縫，視裂縫情況采取降低混凝土澆筑速度、暫停澆筑等措施，防止壩體可能沿防滲墻軸線方向劈裂。

（五）墻段連接

“接頭管法”是目前混凝土防滲墻施工接頭處理的先進(jìn)技術(shù)，具有防滲墻接頭質(zhì)量可靠，施工效率高等優(yōu)點(diǎn)。本工程防滲墻墻段連接采用“接頭管法”。

“接頭管法”是在一期槽孔澆筑混凝土前將接頭管置于槽孔兩端，然后澆筑混凝土；待混凝土初凝后，用專用的拔管機(jī)將接頭管拔出，從而在一期墻段的兩端形成光滑的半圓柱面；二期槽孔施工完成后，即在此形成一個(gè)接縫面。在二期槽孔澆筑混凝土前，需對接縫面混凝土充分刷洗，清除黏附在一期混凝土上的泥皮等雜物，保證接縫質(zhì)量。

“接頭管法”施工關(guān)鍵是要準(zhǔn)確掌握起拔時(shí)間，起拔時(shí)間過早，混凝土尚未達(dá)到一定的強(qiáng)度，就會出現(xiàn)接頭孔縮孔和垮塌；起拔時(shí)間過晚，接頭管表面與混凝土的粘結(jié)力使摩擦力增大，增加了起拔難度，甚至接頭管被鑄死拔不出來，造成重大事故。

為保證墻段連接質(zhì)量，本工程采取了下列措施：建造鋼筋混凝土導(dǎo)墻，以承載拔管架重量及接頭管起拔力的反力；槽孔澆筑混凝土?xí)r，取混凝土試樣，判斷初凝時(shí)間和終凝時(shí)間，精確指導(dǎo)拔管施工。

（六）特殊情況處理

1.砂礫石、粗砂互層

施工過程中發(fā)現(xiàn)，在防滲墻墻底基巖面與粘土心墻結(jié)合部位，存在砂礫石、粗砂互層，層厚沿防滲墻軸線0.5～2m不等。液壓抓斗鉆進(jìn)至該層時(shí)，進(jìn)尺緩慢，工效降低，個(gè)別槽段還出現(xiàn)局部塌孔現(xiàn)象。分析原因主要是該層粒徑大，結(jié)構(gòu)不緊密及滲流作用所致。施工中采取了補(bǔ)充新制漿液、填加粘土等措施，抓斗按照多沖擊、少進(jìn)尺的方法鉆進(jìn)，有效地解決了在該不良地層造孔問題。

2.孔斜

當(dāng)防滲墻槽孔發(fā)生孔斜時(shí)，將使墻體的有效厚度減少以及影響墻體的連續(xù)性。造成防滲墻墻發(fā)生孔斜的原因有很多，其中地層原因是最主要的。原地層中有多種土質(zhì)，在土質(zhì)變化的層面較易出現(xiàn)孔斜現(xiàn)象。在槽孔造孔過程中，也多次發(fā)生孔斜超標(biāo)的情況。液壓抓斗斗體上帶有糾偏系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)及時(shí)糾偏，槽孔孔斜均控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3.混凝土冬季施工

本工程施工期部分處于冬季。根據(jù)水下澆筑混凝土的特殊性，只要保證混凝土出機(jī)口溫度滿足規(guī)范要求，即可保證防滲墻混凝土質(zhì)量。具體保證措施為：（1）在雨雪天氣施工時(shí)段，對砂石骨料進(jìn)行覆蓋，防止骨料積水結(jié)冰，并在混凝土開倉前挖除表層骨料；（2）根據(jù)需要采用加熱水拌制混凝土。

五、質(zhì)量檢查

一是工序質(zhì)量檢查和控制。防滲墻各個(gè)工序施工完成后，均進(jìn)行工序檢查，未經(jīng)檢查合格不得轉(zhuǎn)入下到工序。工序檢查質(zhì)量指標(biāo)有：造孔質(zhì)量、清孔質(zhì)量、混凝土澆筑質(zhì)量。經(jīng)檢查，各工序施工質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；二是混凝土取樣。澆筑混凝土?xí)r，在槽孔孔口取樣檢查混凝土的和易性，不符合要求的混凝土不得進(jìn)入澆筑導(dǎo)管。為檢測混凝土抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、彈性模量等物理力學(xué)指標(biāo)，在孔口取樣成型，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、達(dá)到齡期后進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。本防滲墻工程抗壓強(qiáng)度試件、滲透系數(shù)試件、彈性模量試件分別取樣72組、25組、8組，檢測結(jié)果表明混凝土質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；三是墻體檢查。防滲墻混凝土澆筑超過28天后，在墻體內(nèi)選取5個(gè)斷面鉆孔，采用注水試驗(yàn)的方法對墻體滲透性進(jìn)行檢查。各檢查孔的滲透系數(shù)均在n×（10-7～10-8）cm/s范圍內(nèi)。

六、結(jié)束語

五岳水庫主壩防滲墻工程在水庫的1個(gè)枯水期完成施工，施工的進(jìn)度控制、質(zhì)量控制均達(dá)到預(yù)期目的。工程實(shí)踐證明，防滲墻采用的施工工藝、設(shè)備組合在本水庫地質(zhì)條件下是適宜的。其中，單純依靠液壓抓斗完成基巖造孔、“氣舉反循環(huán)法”清孔、“接頭管法”墻段連接等防滲墻施工工藝均具有或達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，值得在類似工程中加以借鑒和推廣應(yīng)用。

2010-06-06