混凝土防滲墻施工技術(shù)在都勻綠茵湖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

1、工程簡(jiǎn)介

綠茵湖水庫(kù)位于長(zhǎng)江流域沅江水系清水江支流邦水河上游，壩址以上河長(zhǎng)19.6km，集雨面積62.2m2，總庫(kù)容18807/m3，是一座以防洪為主的中型水庫(kù)，完成時(shí)壩高37 m，屬混合式心墻壩，洪水限制水位847.2m水庫(kù)于1958年開始修建，1962年工程完工后存在嚴(yán)重問(wèn)題，主要包括大壩上游壩坡變形、下游排水棱體失效破壞、泄洪隧洞過(guò)流斷面較小、溢洪道垮塌嚴(yán)重和右壩內(nèi)輸水管閘閥損壞等，每年汛期水庫(kù)只能臨時(shí)蓄水，但下游壩面浸潤(rùn)線較高，四十年水庫(kù)一直未能正常發(fā)揮效益，經(jīng)安全鑒定后，安全類別為三類壩，需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

1.1 工程地質(zhì)

工程區(qū)位于川黔徑向構(gòu)造帶南段，區(qū)域內(nèi)主要出露地層除中晚奧陶系、早晚志留系、上三迭系、侏羅系、白堊系及第三系沉積外，其余均有分布，主要為溶蝕浸蝕地形。

壩區(qū)出露地層上游主要為寒武系白云巖，下游主要為奧陶系桐梓組白云巖。壩區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是右岸巖溶發(fā)育，有溶洞、落水洞等，左岸地質(zhì)條件相對(duì)較好，巖石多裸露，巖體完整性好。

1.2 氣象及工程交通條件

都勻市屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，多年平均氣溫15.9℃，汛期降雨量占全年降水量的66.5%。場(chǎng)外交通較為便利，據(jù)都勻市4km，321國(guó)道從大壩右岸通過(guò)。場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)交通道路也較為方便，壩頂開挖后，建造施工平臺(tái)，即可作臨時(shí)道路，總計(jì)長(zhǎng)度約2km。

2、總體方案

2.1 施工方法

本工程防滲墻的工程量為4800m2，是本除險(xiǎn)加固工程施工的關(guān)鍵路線工序，擬采取目前國(guó)內(nèi)較為有效的“沖擊反循環(huán)”嵌巖。覆蓋層(壩體及壩基)主要為粘土，相對(duì)比較有利于防滲墻成槽過(guò)程中及混凝土澆筑之前孔壁的穩(wěn)定。

根據(jù)對(duì)防滲墻的施工經(jīng)驗(yàn)以及多次在類似地區(qū)進(jìn)行的施工方法，擬定本防滲墻工程總體施工方案為:

(一)、“兩鉆一抓法”快速成槽，在施工開始，進(jìn)行“鉆抓法”成槽試驗(yàn)，采用較為適宜的工藝，以充分發(fā)揮各種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，盡可能提高功效。泥漿護(hù)壁，及時(shí)監(jiān)控泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)，確保孔壁穩(wěn)定;泥漿下直升套管法澆筑混凝土;按照設(shè)計(jì)要求，采用“套打法”進(jìn)行墻段連接。

根據(jù)場(chǎng)地的具體情況，需先行在原壩頂進(jìn)行土方開挖施工，施工區(qū)域內(nèi)將壩頂開挖至854.5m高程，迎水側(cè)坡度為1:2.5，精確測(cè)量定位后，按要求建造導(dǎo)向槽，將CZF-1200型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)和抓斗布置在防滲墻軸線的下游側(cè)，所占的施工平臺(tái)最小寬度為8m，用碎石、粘土碾壓密實(shí)，然后鋪上方木和輕軌，現(xiàn)澆O.2m厚，距防滲墻軸線7m寬、坡度為5%的c15素混凝土，再砌筑1m-50#漿砌石作為排漿排水溝，場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)輸?shù)缆肥褂檬┕て脚_(tái)，擬將ZX-200型泥漿凈化裝置系統(tǒng)，水、漿、輸混凝土管等布置在防滲墻軸線的迎水側(cè)，施工平臺(tái)最小寬度為3m，施工平臺(tái)總寬度為1lm，其橫斷面如圖示。

2.2 防滲墻主要參數(shù)

其主要參數(shù)為:“鉆抓法”施工成槽，墻厚0.8m，成墻面積4800m2，最大墻深42m，墻體材料為塑性混凝土，防滲墻的中心線偏差應(yīng)小于3cm，成墻厚度、槽孔壁平整垂直，孔斜率小于0.4%，Ⅰ、Ⅱ期槽孔連接處，在任一深度均保證搭接墻厚的要求;

物理力學(xué)指標(biāo)為:抗壓強(qiáng)度為，彈性模量，滲透系數(shù);

塑性混凝土防滲墻施工物理特性指標(biāo)為:混凝土入孔塌落度為18-22cm，擴(kuò)散度為34-40，混凝土初凝時(shí)間不大于6h，終凝時(shí)間24h。

固壁泥漿原材料:(1)、粘土:密度1.1-1.2g/cm3，漏斗粘度18-25S，含沙量小于5%;(2)膨潤(rùn)土:密度1.1g/cm3，漏斗粘度30-70S，含沙量小于5%。

3、防滲墻施工

3.1 施工程序

Ⅰ期槽孔的成槽施工先鉆進(jìn)主孔至終孔深度，抓斗抓取附孔至基巖面以后，剩余的基巖部分由沖擊反循環(huán)鉆機(jī)完成。Ⅰ期槽孔的終端混凝土鉆鑿后形成Ⅱ期槽孔的端孔，其余部分成槽同于Ⅰ期槽孔，清孔換漿結(jié)束之前需洗刷接頭。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證擬定施工設(shè)備的適應(yīng)性，生產(chǎn)定額、槽孔劃分方案的可行性、泥漿護(hù)壁效果、混凝土施工性能、工藝的可行性等有關(guān)參數(shù)，為防滲墻正式施工進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，經(jīng)申報(bào)監(jiān)理人同意后，在合適的位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，試驗(yàn)段軸線長(zhǎng)度23.3m，包括兩個(gè)Ⅰ期槽孔和一個(gè)Ⅱ期槽孔，槽孔劃分如圖

針對(duì)本工程的特性，試驗(yàn)主要內(nèi)容如下:

1.泥漿配合比試驗(yàn)及護(hù)壁效果分析;2.混凝土配合比試驗(yàn)及施工性能驗(yàn)證;3.鉆抓法成槽工藝試驗(yàn);

4.澆筑工藝試驗(yàn); 5.接頭采用套打一鉆工藝試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬定設(shè)備、工藝參數(shù)與實(shí)際情況有出入進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保防滲墻正式開工后，能優(yōu)質(zhì)、高效進(jìn)行。

3.3 槽段劃分

槽段劃分方案，根據(jù)施工總體方案確定，經(jīng)監(jiān)理人同意后，根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，為減少接頭數(shù)量，需增加槽段長(zhǎng)度，但為了保證孔壁安全，初步擬定Ⅰ期槽段長(zhǎng)度為8.3m;Ⅱ期長(zhǎng)度為8.3m。

3.4 泥漿護(hù)壁

優(yōu)質(zhì)泥漿有利于成槽時(shí)孔壁穩(wěn)定，以及混凝土澆筑質(zhì)量的控制，擬采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，保證泥漿質(zhì)量，加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢測(cè)，配合比調(diào)試，泥漿回收管理的各環(huán)節(jié)工作。

3.4.1 新制泥漿配比

新制泥漿配比如下圖

3.4.2 泥漿性能指標(biāo)泥漿性能指標(biāo)見下表

新制膨潤(rùn)土泥漿膨化24h后才能使用，不同階段對(duì)泥漿性能進(jìn)行不同項(xiàng)目的檢測(cè)。

3.5 成槽工藝

3.5.1 “兩鉆一抓法”槽段劃分

按技術(shù)要求“兩鉆一抓法”的槽段劃分如上圖示

3.5.2 成槽質(zhì)量

標(biāo)準(zhǔn)不低于設(shè)計(jì)要求，孔位偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.4%，如遇含有孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時(shí)，孔斜率不大于0.6%以內(nèi)，孔深符合設(shè)計(jì)要求。

3.5.3 成槽工藝說(shuō)明

根據(jù)工程實(shí)際要求，可采用“兩鉆一抓法”成槽，即先施工Ⅰ期槽孔的4個(gè)主孔，然后再抓取主孔間的副孔，抓至基巖面后，利用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)沖擊入巖，或使用8-10t的重鑿沖擊破壞巖石，再利用抓斗將巖石碎塊抓出。

成槽深度按勘探孔解釋的地層分界及設(shè)計(jì)嵌入弱風(fēng)化基巖不小于1m確定，成槽過(guò)程中。接近基巖面開始留取基巖鉆渣樣品，進(jìn)行巖樣鑒定，以確定最終成槽深度。

3.6 終孔及清孔驗(yàn)收

槽孔終孔后，進(jìn)行孔位、孔深及孔形全面檢查驗(yàn)收，合格后進(jìn)行清孔換漿。清孔采用“抓斗抓取法”和“泵吸反循環(huán)法”，因槽底淤積較厚.先用“抓斗抓取法”抓取沉渣，再用“泵吸反循環(huán)法”抽出槽內(nèi)含砂量超標(biāo)或其它性能指標(biāo)不符合清孔要求的泥漿，經(jīng)凈化裝置處理后返回槽孔，同時(shí)向槽孔內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿，對(duì)于被嚴(yán)重污染的泥漿予以放棄，換漿量約為槽內(nèi)泥漿的1/3。

Ⅱ期槽孔清孔換漿結(jié)束前，用刷子鉆頭分段洗刷Ⅰ期槽孔端頭的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)規(guī)程規(guī)范要求，清孔換漿1h后應(yīng)達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn):槽底淤積厚度不大于lOcm，粘土泥漿槽內(nèi)密度不大于1.3g/cm3，漏斗粘度不大于30S，含砂量不大于10%。

3.7 預(yù)埋PVC灌漿管

預(yù)埋PVc灌漿管為108mm采用固定架固定，另在PVc管內(nèi)下設(shè)一個(gè)89mm的鋼管，以增加管的剛度，定位架在垂直方向的間距為10cm，底部距槽底2cm，底部纏過(guò)濾網(wǎng)防止混凝土進(jìn)入管內(nèi)。

預(yù)埋灌漿管是墻下帷幕灌漿的關(guān)鍵工序，為保證其埋設(shè)的成功率，在施工中注意下列事項(xiàng):

3.7.1 確保成槽質(zhì)量，槽孔平面位置、尺寸應(yīng)在設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi)，槽孔偏斜率應(yīng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，槽孔的不同斷面、不同深度不允許出現(xiàn)明顯扭曲，如遇特殊情況，則在征得監(jiān)理人同意后，相應(yīng)調(diào)整預(yù)埋管的間距和定位架的結(jié)構(gòu)，以免下設(shè)后被卡住。

灌漿管的加工應(yīng)根據(jù)槽孔底部輪廓進(jìn)行，避免出現(xiàn)下設(shè)過(guò)程中一部分灌漿管擱置槽底、另外一部分懸空的情況，槽孔底部存在臺(tái)階時(shí)應(yīng)考慮調(diào)整調(diào)點(diǎn)的位置，起吊后重心和吊點(diǎn)應(yīng)在同一豎直線上。

定位架及灌漿管連接牢固，不可能變形。

起吊及下設(shè)應(yīng)使用具有足夠起吊能力的起重設(shè)備，下設(shè)時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)槽孔徐徐下放，禁止猛擲猛放。

3.8 墻體材料及澆筑

3.8.1 混凝土控制指標(biāo)及參考配合比

本防滲墻墻體混凝土主要指標(biāo)要求達(dá)到如下要求:

強(qiáng)度等級(jí)c10，抗?jié)B標(biāo)號(hào)s6，設(shè)計(jì)28d抗壓強(qiáng)度3.5Mpa，彈性模量750Mpa，滲透系數(shù)10-7-10-6cm/s，泌水率小于3%，出機(jī)口坍落度18cm-20cm，擴(kuò)散度34-40cm，初凝時(shí)間8h，終凝時(shí)間不大于48h，參考配合比如下表;

3.8.2 原材料技術(shù)指標(biāo)

原材料使用前應(yīng)取得出廠合格證明，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，技術(shù)指標(biāo)如下:

水泥:使用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5(R)的硅酸鹽水泥，品質(zhì)應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)要求。

砂:采用人工機(jī)制砂，含泥量，粘泥含量不大于1%。

骨料:最大粒徑小于40，含泥量小于1%，不允許有泥團(tuán)。

外加劑:減水劑、防水劑和加氣劑等的質(zhì)量和摻加量應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。

3.8.3 混凝土拌制、輸送及澆筑

混凝土拌制過(guò)程中，用電子秤進(jìn)行準(zhǔn)確稱量后加入，外加劑配制成溶液按設(shè)計(jì)配比摻量加入。拌制時(shí)觀察熟料的稠度、均勻性和和易性，合格后放人儲(chǔ)料斗。拌制好的熟料采用混凝土泵輸送至澆筑槽口，經(jīng)分料斗和溜槽將混凝土輸送至澆筑漏斗，澆筑導(dǎo)管均勻放料，有利于保證混凝土面均勻上升。

混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法。導(dǎo)管下設(shè)及導(dǎo)管起拔均按規(guī)范要求控制。采用壓球法開澆，以減小開澆時(shí)砼快速下落與泥漿的絮凝反應(yīng)。根據(jù)拌和系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、混凝土輸送能力以及槽孔水平斷面尺寸等相關(guān)因素，可確保混凝土面2-6m/h上升速度。

3.9 墻段連接

按設(shè)計(jì)要求，墻段間連接采用套打一鉆法。

套打一鉆法即將Ⅰ期槽孔的端孔混凝土用沖擊鉆機(jī)鉆鑿成接頭孔，待Ⅱ期槽段建造完畢，經(jīng)驗(yàn)收合格后，用專用的鋼絲刷鉆頭刷洗孔壁，合格后，進(jìn)行清孔換漿等下一道工序。

4、預(yù)防措施

4.1 特殊過(guò)程

防滲墻施工項(xiàng)目的混凝土拌和與澆筑兩項(xiàng)過(guò)程在施工結(jié)束后，質(zhì)量情況不能通過(guò)檢驗(yàn)或試驗(yàn)得到完全驗(yàn)證，是否存在缺陷只能在工程投入使用后才能暴露出來(lái)，因此屬于特殊過(guò)程，需加強(qiáng)施工過(guò)程中的控制。

4.2 預(yù)防措施

4.2.1 預(yù)防漏漿、承壓水及塌孔

本工程覆蓋層主要為粘土，有利于成槽過(guò)程中的孔壁穩(wěn)定。成槽過(guò)程中，首先應(yīng)使用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，根據(jù)地層情況，如果在大漏失量地層成槽時(shí)，適當(dāng)加大泥漿比重，并向槽內(nèi)加入粘土，然后利用鉆頭或重鑿沖擊擠密地層，每擠密一層后，再正常鉆進(jìn)或抓取進(jìn)尺。如此循環(huán)，直至穿過(guò)漏失地層。這樣施工既可以保證槽孔安全，又有利于提高成槽工效。

4.2.2 預(yù)防漂石、孤石對(duì)成槽工效及質(zhì)量的不良影響

在成槽過(guò)程中，如遇漂石、孤石以及堅(jiān)硬基巖等，影響成槽工效時(shí)，可用抓斗提升8-10t重鑿沖砸，以避免孔斜超標(biāo)、加快成槽速度。

4.2.3 預(yù)防施工質(zhì)量事故

嚴(yán)格控制槽段端孔孔位及孔形，孔位偏差不大于3cm，開孔不得壓向Ⅱ期槽孔。成槽厚度宜控制在80cm-90cm，端孔鉆進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格控制鉆頭直徑，以免接頭孔混凝土澆筑時(shí)超徑過(guò)多。

5、質(zhì)量檢查驗(yàn)收和資科整理

工程質(zhì)量檢查及驗(yàn)收分施工過(guò)程和竣工后兩個(gè)階段，施工中的控制、檢查和驗(yàn)收如上所述，每一道工序的驗(yàn)收資料及時(shí)分類整理，及時(shí)上報(bào)監(jiān)理。主要包括:測(cè)量放樣成果、泥漿攪拌記錄、成槽造孔記錄、槽孔驗(yàn)收、混凝土攪拌及澆筑等階段的質(zhì)量記錄、混凝土試件的試驗(yàn)報(bào)告等等，竣工階段的檢查、驗(yàn)收將按監(jiān)理工程師要求的方法進(jìn)行，并提供相應(yīng)的驗(yàn)收資料。

6、結(jié) 語(yǔ)

6.1 防滲墻加深在工藝上的可行性及經(jīng)濟(jì)上的合理性

綠茵湖水庫(kù)是貴州省利用混凝土防滲墻進(jìn)行除險(xiǎn)加固的第一個(gè)工程，素有“貴州第一墻”的稱呼，根據(jù)都勻綠茵湖除險(xiǎn)加固工程中大壩壩基防滲方案，采用混凝土防滲墻以減少或取消大壩區(qū)段帷幕灌漿在技術(shù)上是可行性。與帷幕灌漿相比，該加深措施具有在經(jīng)濟(jì)上可減少投資、質(zhì)量上更加有保證的優(yōu)點(diǎn)。

6.2 防滲墻深槽施工在水電工程中的應(yīng)用前景

隨著西部水利水電開發(fā)力度的不斷加大，在新建和對(duì)需進(jìn)行除險(xiǎn)加固的老壩建造混凝土防滲墻的工程項(xiàng)目會(huì)增加，本工程在類似地層中實(shí)施深墻施工方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為我們?cè)谑┕ぴO(shè)備及工藝更新方面獲得了一定的經(jīng)驗(yàn)。