“上墻下幕”在戶主水庫除險加固中的應(yīng)用

楊興奮 滕州市水利建筑安裝公司，山東 滕州 277500

“上墻下幕”在戶主水庫除險加固中的應(yīng)用

楊興奮 滕州市水利建筑安裝公司，山東 滕州 277500

戶主水庫壩體、壩基大量滲漏，嚴(yán)重影響大壩安全。在該水庫除險加固時采用了上部塑性混凝土防滲墻結(jié)合下部基巖帷幕灌漿對滲漏進(jìn)行綜合處理的“上墻下幕”處理方案。文章對該方案在戶主水庫除險加固中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

戶主水庫；滲漏；基巖帷幕灌漿；混凝土防滲墻

1 工程概況

戶主水庫位于滕州市東郭鎮(zhèn)境內(nèi)，城河支流鄉(xiāng)河上游，距滕州城區(qū)17公里?？値烊?2026萬立方米，興利庫容1110萬立方米，控制流域面積44km2，是一座集防洪、灌溉、養(yǎng)殖、發(fā)電、工業(yè)供水等綜合利用為一體的中型水庫。該水庫壩型為壤土心墻壩，始建于上世紀(jì)60年代，由于受當(dāng)時技術(shù)條件限制，壩體碾壓采用人工石碾，碾壓質(zhì)量較差。經(jīng)擊實試驗檢查，壤土心墻干密度范圍值為1.52～1.58g/cm3，平均值為1.55g/cm3；砂殼為砂質(zhì)粗砂，結(jié)構(gòu)松散，密實度差，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。由于壩體密實度差、填筑材料質(zhì)量差異大，造成壩體、壩基大量滲漏，下游壩坡出現(xiàn)大面積浸潤現(xiàn)象，壩后長期積水，局部形成淤泥或沼澤地。鑒于戶主水庫存在的病險狀況及其對滕州市國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到的重要作用，山東省發(fā)改委以[2008]383號文批準(zhǔn)對戶主水庫進(jìn)行除險加固。

2 技術(shù)處理方案

鑒于水庫滲漏嚴(yán)重的現(xiàn)狀，選擇堵漏有效、截滲可靠、耐久性好的防滲漏處理方案，成為水庫除險加固工程成敗的關(guān)鍵。設(shè)計單位提出了“上墻下幕”綜合處理方案。即上部壩體采用混凝土防滲墻，材料采用C5塑性混凝土，以充分適應(yīng)壩體變形；壩基基巖采用帷幕灌漿處理。防滲墻底部深入基巖1m，與灌漿頂高程搭接1. 0m，該段墻體采用C10混凝土。該方案解決了壩體與基巖接觸段帷幕灌漿注漿封口難、灌漿效果差的問題，又使防滲墻墻體底部支撐體的承載力得到大大提高。該方案保證了混凝土防滲墻與基巖帷幕灌漿有效地連成一體，起到了良好的防滲漏效果。

3 施工工藝

3.1 基巖帷幕灌漿

帷幕灌漿施工工藝主要包括：鉆孔、沖洗、壓水、灌漿和灌漿質(zhì)量檢查等。

3.1.1 鉆孔

（1）壩體采用Φ108～127鉆頭開孔鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁；入巖后無論巖石風(fēng)化程度如何，都必須換用Φ73～89金剛石鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，以便封堵嚴(yán)密，確保灌漿質(zhì)量。

（2）孔位與設(shè)計孔位的偏差值不得大于10cm；孔深按設(shè)計要求進(jìn)行施工。

（3）各機(jī)臺要嚴(yán)格、認(rèn)真填寫施工記錄，做到時間連續(xù)、工作內(nèi)容、進(jìn)尺、地層及描述真實。

（4）終孔深度必須超過設(shè)計深度0.2～0. 3m以下，以防止洗孔時沉渣影響灌漿段長度。

（5）先導(dǎo)孔保留相應(yīng)的巖土樣，以指導(dǎo)其后序列的灌漿施工。

3.1.2 封堵

戶主水庫采用孔段脹塞法進(jìn)行封堵，封堵膠塞膨脹壓力大于灌漿壓力0.05MPa以上，對于破碎帶及全風(fēng)化巖石要進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)處理后，再進(jìn)行封堵壓水、灌漿，以確保工程質(zhì)量。

3.1.3 裂隙沖洗和壓水試驗

（1）先導(dǎo)孔應(yīng)自上而下分段進(jìn)行單點壓水試驗，壓力根據(jù)規(guī)范要求為0.3MPa，壓水時間按規(guī)范要求，穩(wěn)定流量后結(jié)束。

（2）其他序孔在灌漿前全孔進(jìn)行一次裂隙沖洗，灌漿前在孔底段進(jìn)行一次簡易壓水。

（3）洗孔時，要以回水清無砂為止。

3.1.4 灌漿

（1）采用自下而上分段灌漿或綜合灌漿法，射漿管距孔底不大于50cm。如巖石灌漿段的長度不大于10m，可一次灌漿；大于10m時，應(yīng)自下而上分段灌注。灌漿塞應(yīng)阻塞在該灌漿段段頂以上0.5m處，防止漏灌。各灌漿段灌漿結(jié)束后可不待凝，但在灌前涌水、灌后返漿或遇其他地質(zhì)條件復(fù)雜情況，則需待凝1～2h。

（2）灌漿漿液應(yīng)由稀至濃逐級變換，帷幕灌漿漿液水灰比根據(jù)實際地層情況，采用5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）等六個比級。漿液變換原則如下：

1）當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變水灰比。

2）當(dāng)某級漿液注入量已達(dá)300L以上，或灌漿時間已達(dá)3min而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級水灰比。

3）當(dāng)注入率大于30L/min時，可根據(jù)具體情況越級變濃。

4）灌漿過程中灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)的措施處理。

3.1.5 灌漿結(jié)束和封孔

（1）采用自下而上分段灌漿法時，在該灌漿段最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。

（2）封孔時，基巖部分采用0.5：1的濃漿進(jìn)行灌注封孔，要根據(jù)鉆孔體積的120%調(diào)配漿液；心墻封孔采用黏土球封孔，填充時，每2m一層，分層搗實至壩頂。

3.2 混凝土防滲墻

防滲墻施工工藝主要包括：施工準(zhǔn)備、造孔、混凝土澆筑及槽段連接、質(zhì)量檢查等。

3.2.1 施工準(zhǔn)備

3.2.1.1槽段劃分

戶主水庫防滲墻軸線長度共為937. 60m。根據(jù)本工程的地質(zhì)條件及施工設(shè)備的特點，在劃分槽孔時考慮到提高抓斗工效，將槽孔長度確定為7.0m。

3.2.1.2導(dǎo)墻及施工平臺

導(dǎo)墻是防滲墻施工之前修建的臨時構(gòu)筑物，它對防滲墻施工是必不可少的，其作用主要有：

（1）導(dǎo)墻的中心線就是防滲墻的中心線，由導(dǎo)墻可以確定和檢查防滲墻的平面位置。導(dǎo)墻頂面高程也是墻深、基巖面位置以及混凝土澆筑高程的基準(zhǔn)。

（2）導(dǎo)墻和施工平臺共同保護(hù)孔口的土體，防止廢水和雨水在孔口附近漫流，在造孔過程中防止坍塌及污染槽內(nèi)泥漿的情況發(fā)生。

（3）防滲墻的施工設(shè)備通常都很重，需要在施工平臺上作業(yè)，對導(dǎo)墻及施工平臺地面造成了很大的附加土壓力。導(dǎo)墻起到擋土墻的作用以保持槽口附近土體的穩(wěn)定，施工平臺將上部荷載分散到大面積的地基土上。

3.2.1.3泥漿系統(tǒng)

泥漿系統(tǒng)是防滲墻施工的關(guān)鍵設(shè)施，由前漿站、供漿管路和泥漿回收凈化設(shè)施等組成。戶主水庫大壩防滲處理工程的泥漿配前采用干摻法，即把黏土粉碎過篩后，存放于黏土料場，使用時直接加入泥漿攪拌機(jī)，摻入外加劑攪拌即可。

3.2.1.4混凝土系統(tǒng)

混凝土攪拌和運輸系統(tǒng)應(yīng)滿足DL/ T5199-204《墻規(guī)》的要求，即澆筑時槽孔內(nèi)混凝土面上升速度不得小于2m/h，混凝土的拌和運輸能力應(yīng)不小于最大計劃澆筑強(qiáng)度的1.5倍，在澆筑過程中因故中斷的時間不得超過40min。戶主水庫大壩防滲處理工程，使用自動化攪拌站，采用機(jī)械供料，自動稱量，攪拌，人工放料系統(tǒng)，混凝土攪拌機(jī)為1臺JS1000的強(qiáng)制式攪拌機(jī)，混凝土運輸采用排量為30m3/h的混凝土輸送泵。

3.2.2 造孔、混凝土澆筑及連接

3.2.2.1造孔

土層采用抓取法開槽施工，基巖部分用沖擊鉆進(jìn)行成孔；抓挖施工過程中，采用泥漿進(jìn)行護(hù)壁。

3.2.2.2槽孔清孔換漿

（1）槽孔的清孔換漿采用泵吸反循環(huán)法，在清除孔內(nèi)廢渣的同時及時向孔內(nèi)補充新鮮泥漿。

（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)槽段接頭處混凝土壁上泥皮，至刷子鉆頭不帶泥屑、孔底淤積不再增加為止。

（3）泥漿凈化處理，經(jīng)沉淀后處理后的泥漿可以供鉆孔時重復(fù)使用，混凝土澆筑時將未被污染的泥漿抽送至其他槽孔或泥漿池重復(fù)利用。沉渣由反鏟清挖、自卸汽車運至指定的棄渣場。

3.2.3 水下混凝土澆筑

（1）砼施工物理特性指標(biāo)、砼配合比根據(jù)設(shè)計要求經(jīng)試驗確定。

（2）砼澆注采用水下直升導(dǎo)管法，采用Φ250mm鋼制導(dǎo)管，絲扣連接。導(dǎo)管安裝采用人工配合鉆機(jī)安裝，安裝的間距、深度執(zhí)行防滲墻施工規(guī)范。

（3）水下砼澆筑采用球塞式隔水栓，導(dǎo)管距孔底的距離大于球塞的直徑。

（4）砼輸送泵送砼至儲料罐，再進(jìn)溜槽分流進(jìn)入各個導(dǎo)管。在澆筑砼中，控制各導(dǎo)管均勻下料，使槽內(nèi)砼面高差小于0.5m，根據(jù)砼上升的速度和導(dǎo)管埋深及時抽拔導(dǎo)管，槽孔內(nèi)砼面上升速度控制在3～7m/h之間。

（5）根據(jù)設(shè)計要求，砼防滲墻施工結(jié)束后，按設(shè)計要求處理導(dǎo)墻。

3.2.4 槽段連接

墻段連接采用鉆鑿法和接頭管法。結(jié)合以往施工經(jīng)驗和現(xiàn)場吊車起吊能力，本工程對于孔深小于15m內(nèi)的槽孔采用接頭管法；大于15m槽深的槽孔采用鉆鑿法處理。

3.2.5 質(zhì)量檢查

（1）在防滲墻澆筑混凝土?xí)r，由試驗人員在槽孔入口處進(jìn)行槽口隨機(jī)取樣，留作試件進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗。

（2）在防滲墻澆筑28天后，按監(jiān)理工程師指示進(jìn)行墻體質(zhì)量檢查。

4 除險加固后壩基及壩體滲漏分析

（1）基巖帷幕灌漿結(jié)束后按《DL/ T5148-2001》規(guī)范要求，采用單點法進(jìn)行檢查孔壓水試驗。采用壩前興利水位到河床（庫底）的水頭差的1.5倍壓力作為檢查孔壓水的最大壓力。在壓水試驗過程中，嚴(yán)格按照《DL/T5148-2001》規(guī)范中單點法的要求進(jìn)行的，壓水試驗成果準(zhǔn)確。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，63個檢查孔壓水試驗的透水率為0.3～8.5Lu，全部達(dá)到設(shè)計要求。通過對各單元檢查孔透水率的分析可知，基巖帷幕灌漿工程截滲效果明顯，滿足了設(shè)計要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。

（2）防滲墻施工完成后，經(jīng)探地雷達(dá)檢測分析認(rèn)為防滲墻墻體質(zhì)量較好，混凝土均勻、密實，墻體連續(xù)性好。墻體底界不明顯，與下部介質(zhì)結(jié)合較好，物體差異性較小。芯樣檢測表明混凝土強(qiáng)度及滲透系數(shù)滿足設(shè)計要求。

（3）工程實施后，無論從檢查孔壓水、大壩滲流穩(wěn)定計算等防滲指標(biāo)還是從實際防滲觀測結(jié)果都可以看出，主壩滲流穩(wěn)定性增強(qiáng)，滲流量大幅減小，該方案對壩基滲流控制、減輕集中滲漏是合理有效的，解決了水庫滲漏嚴(yán)重的現(xiàn)狀。

5 結(jié)論與建議

（1）“上墻下幕”綜合處理滲漏，在技術(shù)上是可行的，在施工質(zhì)量和處理效果上是好的，對壩基滲流控制、減輕集中滲漏是合理有效地。

（2）帷幕灌漿的關(guān)鍵是灌漿壓力的選擇和控制、漿液配比和灌漿工藝，在灌漿過程中要嚴(yán)密地監(jiān)測與控制壓水試驗的透水率Lu值，對進(jìn)行灌漿效果檢驗。

（3）灌漿參數(shù)的選擇必須通過現(xiàn)場試驗才能切實地確定。

（4）防滲墻的設(shè)計和施工在很大程度上受工程地質(zhì)和水文條件的影響，在施工中發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)情況常會給工作造成被動。

（5）防滲墻工程是隱蔽工程，在過程中必須嚴(yán)格控制工程質(zhì)量。

（6）防滲墻施工使用的機(jī)械較多，現(xiàn)場條件一般較差，必須強(qiáng)化現(xiàn)場管理。

[1]夏可風(fēng)，孫劍，楊曉東，等.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范.DL/T5148-2001 [S].北京:中國電力出版社.2002

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[3]趙然杭，王興菊，李書興,等. 滕州市戶主水庫除險加固工程施工質(zhì)量檢測報告[R]. 濟(jì)南：山東大學(xué)土建與水利學(xué)院測試中心.2010

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.040

楊興奮，大學(xué)、工程師，研究方向：水利水電、道路橋梁工程施工。