液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工技術(shù)在水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程中的分析應(yīng)用

宋翼

（湖南興禹水利水電建設(shè)有限公司 湖南興禹 415000）

1 工程概況

湖南某水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利工程,水庫(kù)總庫(kù)容2230萬(wàn)立方米，設(shè)計(jì)灌溉面積1．48萬(wàn)畝,由主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物組成。水庫(kù)除險(xiǎn)加固主要項(xiàng)目為：主壩、副壩壩體、壩基防滲處理，壩頂、上、下游壩坡加固整治，重建主壩防浪墻，加高副壩，上、下游壩坡加固整治，增設(shè)排水溝；溢洪道加固等。

該水庫(kù)于60年代末建成，主壩壩頂高程為173.7m，壩頂寬7m，壩頂長(zhǎng)117m，最大壩高約30m。由于當(dāng)時(shí)施工條件的限制，壩體填土較松散，且經(jīng)過(guò)近40年的運(yùn)行，壩體及壩基滲漏嚴(yán)重，故主壩加固采用了液壓抓斗成槽混凝土防滲墻及帷幕灌漿綜合防滲技術(shù)，本文著重介紹液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工技術(shù)。

2 液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工技術(shù)

結(jié)合工程實(shí)際情況，防滲墻采用液壓抓斗機(jī)抓孔成槽的施工方案，分Ⅰ、Ⅱ序槽段進(jìn)行施工，混凝土防滲墻接頭采用沖鑿方式。

2.1 主要施工機(jī)械設(shè)備

主要施工機(jī)械設(shè)備：QUY5OC液壓抓斗機(jī)1臺(tái)，導(dǎo)管提升機(jī)1臺(tái)，泥漿處理凈化器HB-200一臺(tái)，雙層泥漿攪拌筒1臺(tái)，3PN泥漿泵2臺(tái)套，2臺(tái)350型自落式拌和機(jī)組拌合站一套，混凝土泵機(jī)1臺(tái)。

2.2 液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工工藝

2.2.1 施工流程

液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工，首先把防滲墻劃分成若干施工槽段，每段長(zhǎng)為6m。施工順序?yàn)椋洪g跳槽段，即先進(jìn)行Ⅰ序槽段沖孔成槽后才進(jìn)行Ⅱ序槽段施工。抓孔成槽方法：采用QUY50C液壓抓斗機(jī)完成主孔成槽。

主要施工工序?yàn)椋簻y(cè)量定位→導(dǎo)墻建造→抓孔成槽→清底→灌注混凝土等，詳細(xì)施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 混凝土防滲墻施工流程圖

2.2.2 槽段劃分及導(dǎo)墻制作

槽段劃分：每6m為一槽，轉(zhuǎn)角位槽段根據(jù)施工平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)確定。

導(dǎo)墻是施工的重要組成部分,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)墻按“T”型式施工，導(dǎo)墻為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻高（深）為2m，2幅導(dǎo)墻間距為塑性混凝土墻的厚度。

導(dǎo)墻制作流程：測(cè)量定位→土方開(kāi)挖→鋼筋制安→立?！炷翝仓鹉！?nèi)支撐。

土方開(kāi)挖采用機(jī)械或人工一次按導(dǎo)墻尺寸挖掘成型；導(dǎo)墻拆模后，為防止變形，在導(dǎo)墻間加設(shè)橫向木支撐，支撐間距為1～2m。

2.2.3 槽孔開(kāi)挖

一期槽孔采用“三抓成槽”的施工方法，即先抓取兩側(cè)單元，再抓取中間單元。

二期槽孔采用“兩鉆一抓”的施工方法，即使用CZ一22型沖擊鉆機(jī)對(duì)Ⅰ序槽的端孔進(jìn)行施工，然后使用QUY50C型液壓抓斗挖掘副孔。在導(dǎo)墻上標(biāo)識(shí)槽段孔位，將抓斗正對(duì)孔位后進(jìn)行垂直抓孔。端孔、副孔完工即完成該槽段成槽，經(jīng)驗(yàn)收合格后，即進(jìn)行下一道工序的施工。成槽施工順序見(jiàn)圖2。

圖2 成槽示意圖

2.2.4 接頭施工工藝

液壓抓斗成槽混凝土防滲墻接頭應(yīng)保持一定的整體性、抗?jié)B性。由于本工程防滲墻墻體深度較深（最深30多米），為確保防滲墻的質(zhì)量，本工程采用沖鑿接頭法的圓弧接頭施工工藝，具體施工方法為：

在Ⅰ序槽澆混凝土后端孔位置采用沖擊鉆鉆鑿混凝土至Ⅱ序槽槽底高程。Ⅱ序槽段接頭孔須在I序槽混凝土初凝后，方可進(jìn)行施工。為確保Ⅰ、Ⅱ序槽的套接厚度能滿足設(shè)計(jì)要求，端孔及接頭孔施工必須嚴(yán)格控制其垂直度，鉆進(jìn)過(guò)程每進(jìn)尺2m必須檢測(cè)孔斜率一次，且接頭孔對(duì)位必須與端孔重合，以確保接頭任一深度套接墻厚不少于40cm。Ⅱ序槽澆混凝土前用鋼絲刷接頭錘將接頭洗刷干凈，確保接頭處混凝土連接密實(shí)，無(wú)夾泥。

2.2.5 泥漿制備

本工程根據(jù)地質(zhì)情況及所選用的抓孔機(jī)性能，采用膨潤(rùn)土成品料制造泥漿，其性能指標(biāo)符合SY5060-85的規(guī)定。泥漿的性能指標(biāo)和配合比通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,泥漿性能指標(biāo)符合表1的規(guī)定。泥漿配合比采用膨潤(rùn)土︰CMC︰水︰Na2CO3=70︰1︰1000︰0.5。

表l新制膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)表

施工過(guò)程主要控制密度、漏斗粘度、含砂量,清孔換漿指標(biāo)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

2.2.6 清槽

在成槽過(guò)程中，為了把沉積在槽底的沉渣清出，需要對(duì)槽底進(jìn)行清渣以提高地下防滲墻的承載力和抗?jié)B能力，提高成槽質(zhì)量。在清孔過(guò)程中，不斷向槽內(nèi)泵送優(yōu)質(zhì)泥漿，以保持液面穩(wěn)定，防止塌孔。由于本工程的槽孔較深，清槽采用氣舉排渣的清槽方法。

清槽時(shí)要做到內(nèi)泥漿必須高于地下水位1.0m以上，并且不低于導(dǎo)墻頂面0.3m；清槽應(yīng)不斷置換泥漿。清槽后，槽底以上0.2～1.0m處的泥漿比重應(yīng)達(dá)到相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。施工時(shí)設(shè)專(zhuān)人進(jìn)行檢測(cè)控制，檢測(cè)儀器采用比重計(jì)、含砂率筒及粘度計(jì)；清槽后及灌注混凝土前，會(huì)同監(jiān)理及有關(guān)單位檢查槽底沉渣厚度。

2.2.7 防滲墻混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸

本工程防滲墻采用塑性混凝土，其配合比適用于地下防滲墻自流成形的施工柔性材料，它具有彈性模量低、抗拉強(qiáng)度較高、防水抗?jié)B性能好等特點(diǎn)，可適應(yīng)較大變形。由于加入透水性低的粘土和膨潤(rùn)土，使混凝土具有大的流動(dòng)、粘聚性（坍落度18～22cm，擴(kuò)散度34～40cm）。

（1）混凝土攪拌站型式的選擇：由于本工程塑性混凝土防滲墻工程量較大，且工程所在地附近無(wú)生產(chǎn)塑性混凝土廠家，因此在塑性混凝土防滲墻工程施工現(xiàn)場(chǎng)附近設(shè)置自拌混凝土拌合站；根據(jù)工程特點(diǎn)選用兩臺(tái)350L型自落式混凝土攪拌機(jī)。

（2）混凝土生產(chǎn)：各類(lèi)原材料嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求選擇，材料計(jì)量采用臺(tái)稱(chēng)稱(chēng)量，人工配合裝載機(jī)送料；混凝土攪拌機(jī)將裝在攪拌筒內(nèi)的物料拌合均勻，現(xiàn)場(chǎng)塑性混凝土攪拌進(jìn)行試拌，試拌時(shí)將膨潤(rùn)土送入攪拌筒后加水拌和1.5min后加入水泥與砂料再拌和2～3min,使混凝土拌和均勻。

（3）混凝土運(yùn)輸：為保證混凝土質(zhì)量，防止離析等現(xiàn)象的出現(xiàn)，采用泵送混凝土，工作能力為60m3／h；混凝土沿輸送管送至澆筑段的導(dǎo)管集料斗內(nèi)，混凝土自落入倉(cāng)內(nèi)，保持槽內(nèi)混凝土面在導(dǎo)管出口以上，確?；炷僚c泥漿分離。

2.2.8 水下混凝土灌注

當(dāng)清槽滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求后及時(shí)灌注水下混凝土,混凝土灌注采用導(dǎo)管法，水下混凝土使用現(xiàn)場(chǎng)自拌混凝土。水下混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法施工，根據(jù)槽段的尺寸，整個(gè)槽段設(shè)置二套導(dǎo)管，管徑200mm，采用法蘭連接，導(dǎo)管間距3m，導(dǎo)管距槽段兩端均為1.5m；混凝土在拌和站集中拌制，混凝土性能指標(biāo)為：混凝土塌落度18～22cm，擴(kuò)散度34～40cm，28d混凝土抗壓強(qiáng)度為R28=2～4MPa，初始彈性模量E28≤l000MPa，滲透系數(shù)K≤1.0X10-7cm／s。

為了保證混凝土澆筑質(zhì)量、防止墻體夾泥滲漏，澆筑時(shí)必須使混凝土面均勻上升，并保證上升速度不小于2m／h，導(dǎo)管埋深在1～6m之內(nèi)。澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制導(dǎo)管的埋深，派專(zhuān)人對(duì)混凝土的上升面進(jìn)行測(cè)量，并及時(shí)做好記錄，且每個(gè)單元（槽段）必須現(xiàn)場(chǎng)留置一組混凝土試塊?；炷翆?dǎo)管的安拆，由35t汽車(chē)吊配合進(jìn)行，混凝土澆筑高程高于設(shè)計(jì)高程0.5m。

水下混凝土拌制及灌注根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求滿足以下條件，確保工程質(zhì)量：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)塑性混凝土配合比進(jìn)行塑性混凝土配制，攪拌。

（2）一個(gè)槽段內(nèi)同時(shí)使用兩根導(dǎo)管時(shí)，其間距≤3m，導(dǎo)管距槽段接頭端不宜大于1.5m，槽內(nèi)混凝土面整體基本均勻上升，上升速度不小于2m／h，并在混凝土初凝前灌注完畢。

（3）混凝土澆灌過(guò)程要專(zhuān)人測(cè)量其上升高度，嚴(yán)禁導(dǎo)管提離混凝土面，并做好灌注記錄。

（4）混凝土灌注過(guò)程必須嚴(yán)格控制最終灌注標(biāo)高。

3 施工過(guò)程中特殊情況的處理措施

3.1 槽孔坍塌的預(yù)防

導(dǎo)墻要牢固，可做成連續(xù)超靜定結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土導(dǎo)墻，以便有局部坍塌時(shí)還可依靠其整體的作用進(jìn)行處理；槽孔長(zhǎng)度劃分根據(jù)地質(zhì)情況而定；防止廢水流入槽內(nèi)，造成槽壁失穩(wěn)掉落；儲(chǔ)備足夠的泥漿和堵塞材料，一旦發(fā)生大量漏漿時(shí)，及時(shí)進(jìn)行處理，避免槽內(nèi)漿面極速降落；施工過(guò)程中遇到容易坍塌的地層時(shí)，向該部位增加適量粘土或加大泥漿粘稠度，盡快成槽。

3.2 槽孔坍塌的處理

盡快補(bǔ)充大比重泥漿，以穩(wěn)定孔壁；回填適量的渣土，平衡孔壁土壓力；投放適量水泥，封堵滲漏通道；待孔壁穩(wěn)定后，盡快成槽，澆筑混凝土成墻。

3.3 漏漿的預(yù)防和處理

漏漿的預(yù)防：對(duì)槽孔兩側(cè)一定深度內(nèi)土體進(jìn)行振沖加密，制備性能良好、粘度較大和泥皮致密的固壁泥漿。

漏漿的處理：大量漏漿時(shí)馬上停止槽孔鉆掘，停止泥漿循環(huán)，迅速向槽孔內(nèi)加注合格泥漿，保持漿面高度；向孔底投放加大泥漿粘度或使泥漿凝結(jié)的材料。

3.4 孔斜的預(yù)防和處理

機(jī)械底座置于穩(wěn)固、平整的平臺(tái)或軌道上，對(duì)正孔位，在整個(gè)槽孔鉆進(jìn)過(guò)程中不產(chǎn)生變形和沉陷；利用導(dǎo)板抓斗的測(cè)斜糾偏系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)向或糾偏。槽孔一旦孔斜過(guò)大，則回填后重新鉆孔，回填材料可為砂卵石、碎石或低標(biāo)號(hào)混凝土；對(duì)由于鉆中孤石造成孔斜，可采用重錘法處理，其次采用小鉆孔爆破或定向聚能爆破的方法處理，將孤石爆破后再造孔。

4 防滲墻施工質(zhì)量檢測(cè)與控制

本水庫(kù)大壩地質(zhì)條件較復(fù)雜，采用液壓抓斗成槽防滲墻及帷幕灌漿交叉施工，經(jīng)過(guò)近2個(gè)月的施工，共完成防滲墻長(zhǎng)128m，成墻面積2433m2，澆筑塑性混凝土1463m3。施工過(guò)程檢測(cè)控制主要有造孔成槽檢測(cè)、泥漿質(zhì)量檢測(cè)等項(xiàng)目，主要檢查新造泥漿、槽孔泥漿等指標(biāo)，控制泥漿比重、含砂率及粘度是否符合要求。塑性混凝土的擴(kuò)散度較大，但在澆筑過(guò)程需控制混凝土的澆筑速度均勻上升以及混凝土的質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

本水庫(kù)大壩防滲墻成墻后，由監(jiān)理人員根據(jù)施工資料指定檢查位置進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)和開(kāi)挖墻體兩側(cè)揭露墻體直觀檢測(cè)，檢查位置一般選取監(jiān)理人員認(rèn)為可能有潛在質(zhì)量缺陷的部位。經(jīng)檢測(cè)，墻體單軸抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求值。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本水庫(kù)防滲墻工程采用塑性混凝土，從而降低了水泥用量，降低了其彈性模量，使塑性混凝土與周?chē)橘|(zhì)的彈性模量接近，可使墻體適應(yīng)變形能力大為提高，墻體內(nèi)應(yīng)力大為降低，從而能適應(yīng)地基應(yīng)力變化，同時(shí)也使施工成本大大降低。

本工程已竣工兩年,通過(guò)了兩個(gè)雨季及洪水的考驗(yàn)，施工地段沒(méi)有發(fā)生大的滲漏，說(shuō)明水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固采用液壓抓斗成槽混凝土防滲墻技術(shù)方案是合理可行的，且取得了良好的實(shí)際效果。

[1]GB50287-99,水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]李成柱,周志芳.堤防垂直防滲墻應(yīng)用條件和防滲效果研究[J].勘察科學(xué)技術(shù),2006,3.

[3]白永年,馬秀媛,顧淦臣,等.中國(guó)堤壩防滲加固新技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，2002.

[4]徐有前.高壓噴射灌漿技術(shù)在大壩防滲加固中的應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003.