射水法造混凝土防滲墻在小型水庫大壩除險加固工程中的應用

鄧發(fā)如 周小勇

（江西省新干縣窯里水庫管理局 江西 新干 331314）

射水成墻法適用于所有黏性土層和非黏性土層，相比其他成墻設備，具有成槽速度快、且設備投入少、泥漿損耗少、成槽質(zhì)量高等許多優(yōu)點，因此近幾年在國內(nèi)防滲處理工程中普遍應用。

1 夏園水庫工程概況

夏園水庫位于江西省新干縣,座落在贛江水系沂江支流琴水河上游，水庫于1958年興建，1959年受益，投入運行后經(jīng)多次加固改建達現(xiàn)有規(guī)模，壩址以上控制流域面積10.2 km2，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高15.0 m，壩頂寬度4.5 m，壩長29 0m。水庫按30年一遇洪水標準設計，按300年一遇洪水標準校核，水庫總庫容616萬m3，設計灌溉面積220 hm2，實際灌溉面積66 hm2，保護人口3.5萬人、保護耕地2 670 hm2，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的小（1）型水庫。經(jīng)鉆探，壩址區(qū)壩基（包括兩邊岸坡）出露的地層巖性主要由兩部分組成，兩壩肩上部為5.0～6.7 m厚的棕紅色第四系中更新統(tǒng)殘坡積含砂低液限黏土，河床基底上部為2.5～3.3 m厚的第四系沖積含砂低液限黏土，下部為中細砂。水庫在多年運行后大壩存在壩身滲流、壩基滲漏和壩肩繞壩滲漏、壩坡不穩(wěn)定等問題，嚴重威脅壩體運行安全和正常效益的發(fā)揮，安全鑒定為三類壩，被水利部列為病險水庫。

此次除險加固，采用混凝土防滲墻進行壩身防滲處理.本工程采用射水法建造混凝土防滲墻，混凝土防滲墻設計要求:防滲墻軸線位于壩軸線上游1.0 m處，范圍0+011.34～0+280m樁號，全長268.66 m，墻體設計厚度0.22 m，進入基巖0.5 m，混凝土防滲墻深6～27.98 m，造墻面積5 945 m2，最大成墻深度27.98 m，平均成墻深度22.13 m。槽段按二期槽孔施工，一、二期槽段長都為2.0 m?；炷练罎B墻設計物理力學指標為：①混凝土抗?jié)B等級W6，滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s，允許坡降 [J]≥60；②混凝土配合比按C20配制，抗壓強度R28≥20 MPa；塌落度控制在180～220 mm，擴散度為350～400 mm。為防止混凝土墻體開裂，摻入占水泥用量8%左右的JH-1型高性能抗裂防水劑。

2 射水法成槽造墻施工工藝流程及施工方法

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：測量放線、先導孔施工→槽段劃分、射水造墻機安裝就位→造一期槽孔→清孔驗收→泥漿下混凝土澆筑。待一期槽孔內(nèi)混凝土全部澆筑完畢后，再進行二期槽孔的施工，施工工藝流程與一期槽孔相同。

2.2 施工方法

2.2.1 施工準備

防滲墻施工平臺布置在防滲墻軸線下游側，并在壩頂填筑土料填寬壩頂至8 m，以滿足施工機械作業(yè)平臺和場內(nèi)交通運輸?shù)囊?，然后用推土機推平并碾壓密實。

2.2.2 測量放線、先導孔施工

首先進行測量放線，通過測量,精確施放防滲墻軸線控制點，定出防滲墻軸線。

然后進行先導孔施工，采用地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機配合金鉆頭鉆進→套管固壁→鉆取地層芯樣→探明地層界線→確定防滲墻線。先導孔施工要求盡可能地減少對原狀地層芯樣的擾動,以準確探明相對不透水層界限和各地層地質(zhì)情況。

2.2.3 槽段開挖

1）槽段劃分

采用射水法成槽施工時，將防滲墻劃分為Ⅰ、Ⅱ期槽段，根據(jù)設備及地質(zhì)條件確定Ⅰ、Ⅱ期槽段開挖長度同為2.0 m。

2）射水造墻機就位

造墻機具為射水造墻機，它由正反循環(huán)泵組、造槽機、拌和澆筑機三部分組成，各自安裝在獨立的平臺上，三個平臺均用滾輪支承在同一條鋼軌上，鋼軌與防滲墻軸線平行，布置在墻軸線一側，施工機械作業(yè)平臺寬度為8 m。射水造墻機安裝就位流程：平整夯實機具作業(yè)面→鋪軌水平→造墻機就位→調(diào)校造槽機平臺水平→精調(diào)造槽機導向門架鉛垂天輪、導向門架中心、平臺口定位中心同在一條鉛垂線上。

3）槽段開挖

通過正循環(huán)泵抽吸泥漿池內(nèi)的泥漿，經(jīng)正循環(huán)管至成型器底部噴嘴射出而產(chǎn)生的泥漿射流作用及主卷揚提落成型器產(chǎn)生的重力沖擊作用，聯(lián)合沖切、破碎地層。由于正循環(huán)流量大，槽孔內(nèi)的泥漿射流隨成型器往復沖擊式運動而產(chǎn)生劇烈鏟動，使槽孔底部渣漿呈翻流狀態(tài)，加上成型器底口呈倒三角形具有聚渣作用，因此，攜帶粗顆粒的渣漿或濃度較大的渣漿因比重較大聚向槽底中心，可從反循環(huán)抽吸口經(jīng)反循環(huán)管、砂石泵（反循環(huán)泵）抽排至排渣池，而攜帶細顆粒的渣漿或濃度較小的渣漿可從槽口隨泥漿溢出，砂粒沉積在泥漿溝內(nèi)，由人工清至排渣池，泥漿經(jīng)沉淀后流回泥漿池重復利用，并可充分利用成型器自身的往復運動自行造漿，即在槽口直接往槽內(nèi)加入黏土、燒堿等制漿材料，由成型器自行造漿，保持泥漿具有良好的固壁性能，造槽過程中，成型器同時在不斷修整槽形，使槽孔形狀呈比較規(guī)則的矩形柱。造槽時，槽孔的各項性能指標必須滿足以下設計要求：①垂直度e≤1/300；②孔位偏差δ≤3 cm；③槽孔深度：孔口底部深入基巖以下0.5 m；④槽孔寬度d≥0.22 m。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。

2.2.4 清孔驗收

利用設備自身的正反循環(huán)系統(tǒng)進行換漿清孔,滿足槽內(nèi)固壁泥漿設計性能指標，即：①造漿黏土要求塑性指數(shù)大于20，粒徑小于0.005 mm，黏粒含量在50%以上，含砂量小于5%；②孔內(nèi)漿液比重γ≤1.3 kg/cm3，黏度小于等于30 s，含砂量小于等于10%；③槽底沉渣淤積厚度小于等于10 cm，接縫面刷洗質(zhì)量滿足設計要求。清孔換漿工作可以結束。槽段清孔換漿結束前將鋼絲刷子安裝在成型器上，緊貼一、二期混凝土結合面，分段上下反復提動，達到刷子上不帶泥屑，孔底淤積不再增加，即接頭面清洗合格。

2.2.5 泥漿下混凝土澆筑

采用人工推車運料入拌和機料斗,拌和機拌制混凝土，利用澆筑機電動葫蘆下入導管、固定在澆筑平臺上，再吊運混凝土澆筑成墻。施工方法采用直升導管法泥漿下混凝土澆筑。對混凝土原材料質(zhì)量（425#普通硅酸鹽水泥；碎石粒徑：10～20 mm，砂料：中粗砂）、拌和（t≤30 s）和澆筑工序質(zhì)量等都要嚴格控制，按施工要求嚴格操作，對澆筑過程中所發(fā)生的任何異常現(xiàn)象都要密切注視，果斷采取措施，防止發(fā)生質(zhì)量事故。

1）防滲墻體灌筑

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

2）槽段混凝土灌注

清孔換漿結束后，下設混凝土灌注導管，導管內(nèi)徑為200 mm。導管底部距槽孔底板不大于25 cm，當槽底高差大于25 cm時，將導管置于控制范圍的最低處。

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

灌注過程中每30 min測量一次混凝土面，每2 h測量一次導管內(nèi)混凝土面，根據(jù)混凝土面上升情況，決定導管的提升長度。導管在混凝土內(nèi)的埋深最小不得小于1.0 m，最大不得大于6.0 m，在保證埋深的前提下，隨著混凝土面的上升，用吊車提升導管，并將頂部的部分導管拆除。

槽孔內(nèi)混凝土面上升至槽口時，采用泥漿泵抽出濃漿，并提升導管，減小埋深，增加混凝土的沖擊力，直至混凝土頂面超出設計墻頂標高0.5 m，即可停止?jié)仓?，拔出導管?/p>

3 施工中的幾點體會

3.1 施工總布置

施工總布置時,首先對施工機械作業(yè)面與場內(nèi)運輸?shù)缆纷龊侠聿贾?避開兩者之間的矛盾，確保施工有序進行；其次要規(guī)劃好泥漿池、排渣池布置,做到：方便施工，不損傷壩身、壩基，并滿足水土保持和環(huán)境保護等方面的要求。

3.2 先導孔的施工

在施工前，選擇有代表性的地段先進行試驗段施工。通過試驗段施工，可求得如下重要參數(shù)：①槽段長度劃分是否合理；②混凝土施工配合比、墻體力學性能能否滿足設計要求；③接頭刷洗及墻體接縫質(zhì)量得到驗證；④對地質(zhì)情況有更準確掌握（通過先導孔的施工發(fā)現(xiàn)實際成孔深度比設計深度要深6.5 m）；⑤進度、質(zhì)量、工藝及組織措施是否合理，工程質(zhì)量、工期及施工安全能否得到保證等。

3.3 墻體接縫處理

3.3.1 接縫處的刷洗

在成型器上設計了側向噴嘴和可拆式鋼絲刷，以便在二期槽孔造槽過程中對一期墻端面進行沖洗、刷洗，即在一期槽造槽過程中必須打開側向噴嘴、安裝上鋼絲刷，并且事先控制好一、二期槽間的施工預留縫寬值，通過鋼絲刷的機械刷洗作用，并結合射流沖洗，確保接縫刷洗有效和一、二期墻體良好對接。

3.3.2 二期槽造槽時的施工預留縫寬值

根據(jù)試驗成果，壩基中的地質(zhì)為中細砂層與含砂低液限黏土層，確定二期槽孔施工時兩側適宜的施工預留縫寬值均為6.0 cm，以防施工預留縫寬值不合理，造成二期槽造槽難度急劇增大，頻繁出現(xiàn)夾鉆等現(xiàn)象。

3.3.3 槽孔偏斜率的控制

對薄型（厚度d≤30 cm）混凝土防滲墻,槽孔的垂直度是決定能否形成地下連續(xù)墻和保證墻體搭接厚度均勻的關鍵，為此,應從以下幾個方面進行控制:①在平整夯實作業(yè)面上鋪軌找平，調(diào)校造槽機平臺水平，檢查成型器導向門架鉛垂精度，檢查天輪、門架及臺口導向中心是否在同一鉛垂線上，檢查正反循環(huán)鉆管是否成直線、連接是否緊密同軸，精校后鎖固定位；②造槽時操作力求精煉，操作主卷揚時要穩(wěn)、準，即使其頻率、沖程穩(wěn)定，放繩恰到好處，正反循環(huán)鉆管間加連接撐卡，提落成型器過程中正反循環(huán)流量保持穩(wěn)定并同時工作，使其施加給成型器的力基本對稱，控制造槽進尺均勻，保持槽底不產(chǎn)生過多沉渣，同時在造槽過程中要加強槽形修整；③定時檢測泥漿指標,保持良好的固壁性能,并注意槽口保護,防止塌槽；④隨時注意觀察偏斜情況，從反循環(huán)排渣、造槽進尺速度方面掌握地層特性，防止發(fā)生擴徑、縮徑、偏斜及其他異常情況，每次加鉆管時都應測記偏斜值，當偏斜率e>1/300時，必須立即采取措施糾偏，一般采取提起成型器自上往下修正偏斜的槽段，或在機臺口人為反向別鋼絲繩修孔等方法。

3.4 針對特殊地層的造槽處理

3.4.1 遇夾卵漂石或木樁、塊石的復雜地層

在造槽施工中遇到了夾卵漂石地層、超徑石（d>10 cm）及未朽木樁等復雜地層時，造槽效率急劇下降,造成偏斜率增大、塌槽、鉆管損壞及管路被頻繁堵塞等嚴重問題。針對這些情況，采取以下措施:①在成型器底刃部加焊彈簧鋼板、高強螺紋（或硬質(zhì)合金）鋼齒及加長成型器等來加重增強成型器，增加其沖擊破碎超徑石能力，提高導向性能；②加大固壁泥漿比重、黏度，通過平衡槽壁側壓力固壁，并適當減小射流壓力，保持槽壁穩(wěn)定；③改善反循環(huán)管路,在反循環(huán)抽吸口加焊鋼板隔架攔住超徑石，增大反循環(huán)管彎頭的通孔直徑，減少彎頭數(shù)量，降低機上反循環(huán)管安裝高度；④精心操作，控制成型器沖擊行程適當，正反循環(huán)配合一致，隨時觀察,勤于檢查設備性狀和造槽異常情況，及時排除故障，保證各部正常運轉(zhuǎn)。

3.4.2 遇到松軟砂層塌孔嚴重及預防壩身壁裂

在松軟砂層造槽時單靠射流和成型器自重就可獲得較快進尺，但提起成型器后槽孔又多半被塌沒。采取措施除了提高泥漿比重、黏度及穩(wěn)定性外，還應降低射流壓力。另外,還需要減小成型器的沖擊行程，平穩(wěn)操作，盡可能減小機臺振動力，及時往槽內(nèi)補漿，盡快完成造槽及混凝土澆筑等施工。

3.5 槽內(nèi)混凝土澆筑中常見事故處理

槽內(nèi)混凝土澆筑時主要要控制好混凝土拌和物的質(zhì)量、澆筑過程中的混凝土壓力差、拔管速度及導管埋深。開澆時準備好充足的混凝土量，用球體或柱體隔離，使混凝土出導管后導管底口埋深不小于0.3～0.5 m，澆筑過程中控制導管埋深為4 m。

3.5.1 導管堵塞

成墻灌注混凝土過程中發(fā)生堵管時，應仔細分析堵管原因及位置，查對澆筑記錄，確認管底位置和埋深，及時采取措施避免其他導管同時被堵。，針對導管堵塞采用搗、頓方法疏通，如果無效將導管全部拔出、沖洗，并重新下設，應果斷抓緊時間起拔導管重新下管澆筑。重新澆筑時，管底應插入混凝土0.5～1.0 m，同時以小抽筒抽凈管內(nèi)泥漿，并至少注入1.0 m3砂漿。

3.5.2 筑管

混凝土澆筑時，因混凝土初凝，導管不能提升，發(fā)生筑管原因是因混凝土凝固所致，當筑管部位深度不大時，停止?jié)仓痖_導管，采用明挖清除已澆混凝土頂面混漿層澆筑上段混凝土。當筑管部位較深，筑管時間較長，只有拔出導管，重新開孔成墻。

3.5.3 掉管

在混凝土澆筑過程中，如發(fā)現(xiàn)澆筑導管掉入混凝土中時，應立即用撈針或繩套將導管打撈上來，并根據(jù)掉管位置的深淺區(qū)別對待，當?shù)艄芪恢幂^淺時注意盡量不要使導管提出混凝土面以外，保證導管的埋深。當?shù)艄芪恢幂^深，導管提出混凝土面重新下入導管后要抽凈管內(nèi)泥漿，并保證導管的埋深。

3.5.4 提脫

在澆筑混凝土的過程中，將導管提出混凝土面以上時，就會造成泥漿混入混凝土內(nèi)，使混凝土質(zhì)量降低。當發(fā)現(xiàn)導管內(nèi)混凝土面過低，突然大幅度下降或有泥漿由管底進入管內(nèi)時應立即下放導管，增加埋深，直到管內(nèi)情況正常。當發(fā)現(xiàn)導管提脫后，如管內(nèi)進入較多泥漿而混凝土無嚴重混漿現(xiàn)象，可下入導管，用小抽筒抽出管內(nèi)泥漿，再繼續(xù)澆筑。如導管反復提脫，確認槽內(nèi)混凝土大范圍混漿，應停止?jié)仓磾鄻短幚怼?/p>

3.5.5 串槽

在混凝土澆筑過程中，混凝土從澆筑槽孔流入相鄰非澆筑槽段，導致混凝土澆筑串槽。發(fā)生串槽問題應查明情況，如無其它問題，可在清除表面混漿后，加大混凝土澆筑強度和澆筑方量，繼續(xù)澆筑。因為串槽發(fā)生后混凝土澆筑量增大，要防止混凝土澆筑速度過慢而使混凝土凝固無法繼續(xù)澆筑混凝土?；炷翝仓蓧?，串澆的相鄰槽段重新施工。

3.5.6 斷樁

在混凝土澆筑過程中因發(fā)生機械故障，混凝土供應中斷等，處理不及時或不當導致槽孔內(nèi)混凝土澆筑中斷過長，超過混凝土初凝時間無法繼續(xù)澆筑造成斷樁。如斷樁位置較低時采取返工處理，重新造孔。斷樁位置較高時可采用明挖法鑿除表層不合格混凝土重新澆筑常態(tài)混凝土成墻。對于臨時工程或次要部位受工期或其他條件制約，且對工程影響不大，不返工處理的,可在鑿除表層混漿混凝土、清孔處理后繼續(xù)澆筑混凝土并可采用灌漿法處理。對于重要位置不易重新造孔成墻時，可在上游迎水面采用補墻法處理。

4 質(zhì)量控制

4.1 準備階段的質(zhì)量控制

施工準備是為施工階段提供有效的、正常施工的物質(zhì)條件和技術保障，作為質(zhì)量控制人員的監(jiān)理工程師應加強這方面的控制，嚴格控制并落實承包商的施工設備、材料和技術力量。在施工準備階段，除應做普通混凝土防滲墻的準備工作外，承包商應重點為施工作好以下方面的工作，而監(jiān)理工程師也應對此進行重點控制：（1）根據(jù)施工現(xiàn)場的條件和混凝土防滲墻的技術要求，周密、詳細地做好施工組織設計的編制和審查工作。（2）投入混凝土防滲墻澆筑的施工設備是否能滿足工程實際需要。（3）按施工順序、造孔方法和施工組織確定的槽孔劃分原則合理地進行槽孔劃分。（4）根據(jù)設計提供的配合比和技術要求進行現(xiàn)場混凝土配合比復核試驗和材料的檢測試驗，滿足設計及配合比要求。（5）選擇防滲墻中心線上具有典型代表的部位進行生產(chǎn)性試驗，以確定造孔、固壁泥漿、墻體澆筑等的施工工藝和參數(shù)。

4.2 施工階段的質(zhì)量控制

在施工準備充分的條件下，方可以進行防滲墻施工。施工過程中，嚴格按照監(jiān)理工程師批準的施工組織設計進行施工，應嚴格按以下方面進行施工和嚴格控制：（1）在防滲墻墻體澆筑前，應根據(jù)《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》制定澆筑方案。（2）每個槽段在混凝土澆筑前，根據(jù)骨料的含水情況進行混凝土試拌，檢查拌制混凝土的坍落度和擴散度，以滿足設計及規(guī)范要求。（3）在澆筑過程中，可能因某種因素導致混凝土坍落度和擴散度損失嚴重而不能滿足混凝土的澆筑要求，發(fā)生這種情況嚴禁直接向混凝土中加水。（4）為避免堵管事件，施工人員應經(jīng)常提動導管（特別是澆筑速度較慢時），應保證澆筑能連續(xù)進行。若因故中斷，現(xiàn)場負責人員應根據(jù)具體情況及時采取應急措施進行處理。（5）若對澆筑完成的混凝土防滲墻進行帷幕灌漿，應特別注意控制灌漿壓力，防止防滲墻破壞。

5 結束語

射水法造墻的應用，大幅度地提高了混凝土防滲墻的施工速度和工效，且防滲墻防滲效果和耐久性好，工程質(zhì)量可靠，可較快地、經(jīng)濟地完成除險加固任務?；炷练罎B墻施工中混凝土澆筑常見事故的處理是一個復雜的過程，處理時一定要按照實際情況并結合規(guī)范慎重處理，從而保證防滲墻施工的質(zhì)量和進度，并減小經(jīng)濟損失。在施工中通過對復雜地層的研究和分析，在塑性混凝土防滲墻成槽、泥漿配比、大孤石處理等關鍵技術問題上規(guī)范操作，通過實踐與總結，積累施工經(jīng)驗，就能圓滿完成施工任務，并取得良好的經(jīng)濟效益。