混凝土防滲墻在某水庫大壩中的應(yīng)用

張榮貴

摘要：超薄混凝土防滲墻在以上基礎(chǔ)上還有著施工周期短、見效快、造價低等明顯優(yōu)勢，并同樣能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下的正常施工，可以從根本上解決壩體或壩基的滲漏問題，具有推廣應(yīng)用的價值。關(guān)鍵詞：防滲墻；施工；技術(shù)1 工程概況本文中提及的水庫是一座大(I)型注入式水庫，壩體為均質(zhì)土壩，壩長15km,壩頂寬6m，最大壩高18m，總庫容1．8×10 8m3。該水庫由于存在壩體浸潤線逸出點偏高、裂縫、淺層滑坡及壩基軟弱陽地址液化等與水的滲流作用密切相關(guān)的病險情，被列為重點病險水庫，致使多年來一直未能蓄水至設(shè)計水位，水庫應(yīng)有的效益不能亢分發(fā)揮，累計造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大，直接影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。為盡早解除該水庫病險情，充分發(fā)揮水庫灌溉效益，必須對該水庫進(jìn)行除險加固處理。壩體混凝上防滲墻工程是水庫除險加固處理的重要措施之一。考慮到除險加固工程時間的緊迫性和經(jīng)濟(jì)的合理性，此次防滲加固處理設(shè)計采用了超薄混凝土防滲墻方案。設(shè)汁墻厚250-300mm，墻體深入壩基上層或截穿砂層并深入其下土層2m。最大深度為24.5m，防滲墻總長1800m，截水面積26000m2，防滲墻體采用c5塑性混凝土，抗?jié)B標(biāo)號W6，膠凝材料為525,高抗硫酸鹽水泥。由于防滲墻設(shè)計墻體厚度最大僅為300mm，加之工期緊迫等因素，這都是常規(guī)混凝土防滲墻施工工藝所無法實現(xiàn)的。為了滿足工程需要，在引進(jìn)目前國際上最為先進(jìn)的成槽設(shè)備液壓抓斗的基礎(chǔ)上，改制了規(guī)格與設(shè)計墻體厚度一致的斗體，從而可以采用液壓抓斗這種先進(jìn)的成槽設(shè)備進(jìn)行超薄混凝土防滲墻施工，施上效率大幅度提高，有效縮短了施工周期，降低了工程造價，提早發(fā)揮了工程效益。2 施工方法水庫混凝土防滲墻工程設(shè)計防滲墻軸線與壩軸線基本一致，防滲墻施工在壩體頂部進(jìn)行。其施工特點是：壩頂最大寬度僅為6m，液壓抓斗進(jìn)行成槽作業(yè)時，壩面交通即刻中斷，其它各種配套施工設(shè)備(吊車、混凝土運輸車、鉆機(jī)車等)只能自一個方向(跟隨抓斗之后并跨越已挖槽段)進(jìn)入現(xiàn)場作業(yè)，相互問干擾很大。因此，結(jié)合現(xiàn)場條件、施工工藝和工期要求合理安排施工方法非常重要。2．1 施工準(zhǔn)備根據(jù)壩體土質(zhì)在浸潤線以上呈堅硬硬塑態(tài)，以及碾壓干密度達(dá)到16．96～18kN ／m3(局部干密度為14.6～15.6kN m3 )的具體情況，結(jié)合液壓抓斗成槽速度較快的特點，未專門建造施工導(dǎo)向槽，而是充分利用液壓抓斗自身良好的三級導(dǎo)向系統(tǒng)，在人工開挖出的寬0.3～0．4m、深度為0.5m的導(dǎo)槽內(nèi)直接進(jìn)行挖槽施工。從實施的效果來看是完全可行的，除局部地段槽口坍塌較為嚴(yán)重外，絕大部分槽口只有輕微坍塌，完全能夠保證施工的正常進(jìn)行，不但節(jié)省了時間，而且減少了不必要的開支。2.2 槽段劃分槽段長度的劃分要考慮混凝土澆筑強(qiáng)度和盡量減少墻段接頭的原則。根據(jù)地層條件和施工方法,將一、二期槽段長度分別劃分為10m和8m，這樣既有利于抓斗優(yōu)勢的發(fā)揮，又能充分利用3套澆筑導(dǎo)管的效用,總體減少了墻段接縫，提高了施工效率。2．3 施工機(jī)具成槽機(jī)具為HC-60型液壓抓斗，配備改制的250mm和300mm兩種規(guī)格的薄型斗體。該設(shè)備因具有獨特的三級導(dǎo)向系統(tǒng)和斗體可360°任意旋轉(zhuǎn)的良好性能，使得其具備了更大的靈活性和可操作性，為施工帶來了很大方便；另外，在較堅硬的地層中配備XY 2型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，配合液壓抓斗成槽。2．4 成槽工藝(1)直挖成槽：根據(jù)壩體補(bǔ)充勘探資料，在工程伊始將成槽方案初步確定為液壓抓斗直挖成槽，先施工一期槽段，再施工二期槽段形成連續(xù)墻體。在每一槽段中先抓單數(shù)孔(主孔)，后抓偶數(shù)孔(副孔)。每孔長度與抓斗張開寬度(2.5m)基本相同。此種方法在壩體的正常地段是完全可行的，平均工效可達(dá)到200m 2d。但施工中期發(fā)現(xiàn)，在防滲墻施工的大部分地段內(nèi)曾進(jìn)行過高壓旋噴灌漿處理，液壓抓斗直挖成槽較為困難，工效大幅降低為90m2 /d左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足施工進(jìn)度要求，必須采取有效措施加以解決。(2)“多鉆一抓”成槽：液壓抓斗成槽工效明顯降低的原因．初步分析是由于施工段經(jīng)高壓旋噴灌漿處理或壩體相對致密、堅硬，以及薄型斗體重量較輕所造成的。首先采取的措施就是“兩鉆一抓”的方法。鉆孔采用XY一2型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、泥漿固壁、全斷面鉆進(jìn)的工藝，鉆孔直徑與墻體厚度一致(250～300mrn)，鉆孔中心距2.5m，但實施后效果并不明顯。隨后，逐步將鉆孔中心距加密直至0.5～O.6m，工效才提高到了250m2／d左右，確保了工程按期完工。從施工情況來看，4臺回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)配合一臺液壓抓斗是較為合理的?！岸嚆@一抓”的成槽工藝是首次應(yīng)用于超薄混凝土防滲墻施工，實踐證明能夠較好地解決堅硬、復(fù)雜地層施工效率低的實際問題。不失為一種高效優(yōu)質(zhì)的施工方法，為今后類似問題的處理提供了良好借鑒。2．5 墻段連接與接頭刷洗相鄰槽段的連接處是混凝土防滲墻工程的一個薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合本工程地層特點、施工方法和場地條件等實際情況，確定采用套打一鉆的接頭工藝，這主要需控制好一期槽段端孔和接頭孔的孔斜率，以避免墻段連接出現(xiàn)偏差?？仔甭室话憧刂圃?0%以內(nèi)。為減少施工過程中各道工序之間的相互干擾，保證作業(yè)的正常、連續(xù)進(jìn)行，接頭刷洗沒有采用常規(guī)的重錘刷洗法，而是結(jié)合液壓抓斗成槽的特性，自制了特種鋼絲刷，將其安裝在抓斗的斗齒上，利用斗體的自重和抓斗提升、下放的靈活性刷洗接頭孔混凝土壁上的泥皮，取得了事半功倍的良好效果。2．6 混凝土澆筑泥漿下混凝土澆筑采用常規(guī)的直升導(dǎo)管法。施工初期，混凝土輸送采用自卸翻斗車運輸至槽段處對口進(jìn)入導(dǎo)管漏斗。此法由于受場地條件影響太大，施工非常困難，之后改用在壩后適當(dāng)部位安置混凝土泵，直接將混凝土輸送至導(dǎo)管漏斗內(nèi)進(jìn)行澆筑的方法，既避免了場地條件的限制和工序間的影響，保證了混凝土澆筑的連續(xù)性，又減少了混凝土在運輸過程中的離析現(xiàn)象，提高了混凝土的澆筑質(zhì)量。3 施工質(zhì)量檢查3．1 成槽檢驗本工程共完成181個單元槽段，經(jīng)施工過程的嚴(yán)格控制和工序檢驗，槽孔深度和寬度、偏斜率、孔底淤積厚度、泥漿比重、接頭刷洗等各項技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范和設(shè)計要求，單元工程合格率100% ，優(yōu)良率75% 。3．2 混凝土澆筑過程檢驗混凝上拌和嚴(yán)格按配合比配料，坍落度控制在18～22cm之間，混凝上運輸至目的經(jīng)混凝土泵二次攪拌后直接輸送到澆筑導(dǎo)管內(nèi)，保證了混凝土的和易性和均一性；導(dǎo)管間距控制均符合規(guī)范要求；導(dǎo)管底口埋人混凝土深度一般為2～5m，混凝土澆筑順暢，上升速度均>2m／h，一般為4～5m／h；混凝土終澆高程符合設(shè)計要求。3．3 混凝土性能檢驗混凝土取樣采取出倉口、人槽口隨機(jī)取樣。按要求抗壓強(qiáng)度取樣41組，滲透系數(shù)取樣15組。檢測結(jié)果表明：所有混凝土試塊抗壓強(qiáng)度均>5MPa，最小值為5.3MPa，平均抗壓強(qiáng)度為6.25MPa；抗?jié)B標(biāo)號均>W6，合格率100% ?？箟簭?qiáng)度和抗?jié)B系數(shù)均滿足設(shè)計要求。4 超薄混凝±防滲墻施工技術(shù)的主要特點4．1 施工效率高，工程造價低水庫大壩混凝土防滲墻工程于2001年9月初正式開工，由于采用了超薄墻設(shè)計和液壓抓斗直挖成槽和“多鉆一抓”的先進(jìn)施工技術(shù)，僅歷時4個月時間即全面完成了常規(guī)工藝需一年以上時間才能完成的、截水面積達(dá)26000m2的混凝土防滲墻施工任務(wù)，大大縮短了施工周期，平均工效達(dá)到250 -300m2 ／d，并創(chuàng)下了單日完成混凝土防滲墻面積690m2的最高記錄。與常規(guī)混凝土防滲墻籬工工藝相比，施工效率提高4～5倍，而工程造價降低了6O %以上，并且墻體抗?jié)B性能良好，真正實現(xiàn)了“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗”的工程目標(biāo)。4．2 工程效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著水庫大壩混凝土防滲墻工程采用了先進(jìn)的超薄混凝土防滲墻施工技術(shù)，加之配套了混凝土輸送泵進(jìn)行泥漿下混凝土澆筑工藝。使得整體混凝土防滲墻施工工藝更加科學(xué)、先進(jìn)、合理、施工過程連續(xù)、流暢，各項技術(shù)指標(biāo)全部達(dá)到設(shè)計要求，確保了工程質(zhì)量。該項工程在2002年7月單位工程驗收和2003年5月通過一年多蓄水考驗后的竣工驗收后，均被評為優(yōu)良工程。大壩混凝土防滲墻工程完成以后，工程效果立刻顯現(xiàn)：壩體背水面潮濕現(xiàn)象消失，壩后大面積沼澤洼地逐漸干枯，說明混凝土防滲墻已經(jīng)有效堵截了壩體滲透水流，降低了壩體浸潤線，這對防止土體滑坡、保證大壩安全穩(wěn)定具有重要作用。另一方面,水庫當(dāng)年首次蓄水至1.75×108 m3，并逐步達(dá)到設(shè)計庫容，水庫應(yīng)用效益開始充分發(fā)揮，確保了水庫“當(dāng)年治理，當(dāng)年受益”的目標(biāo)真正得以實現(xiàn)。4．3 施工技術(shù)先進(jìn)，推廣意義深遠(yuǎn)水庫壩體混凝土防滲墻是云南第一例趟薄混凝土防滲墻工程，其采用的施工方法具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和優(yōu)質(zhì)高效的特點，有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。邊遠(yuǎn)、貧困且水資源極為缺乏的地區(qū)，在眾多已建的水庫當(dāng)中，有相當(dāng)一部分由于水庫修建時期的施工技術(shù)水平落后(有的甚至是“三邊”工程)，加上年久失修，大多都存在著不同程度的病險情(主要是滲漏穩(wěn)定問題)，這對水庫的安全運行和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，及時進(jìn)行防滲加固處理顯得非常必要。但由于受到施工技術(shù)條件的限制，加之邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平落后，使得大多數(shù)水庫的滲漏穩(wěn)定問題至今不能得到有效根治，應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益不能充分發(fā)揮，有些甚至造成嚴(yán)重危害。因此，在目前條件下，如何以最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法盡早解決水庫滲漏穩(wěn)定問題已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。超薄混凝土防滲墻施工技術(shù)在水庫大壩混凝土防滲墻工程中的成功應(yīng)用，為今后病險庫的治理及其它水利工程的壩基處理提供了良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)保證，必將會有廣闊的市場前景，無疑會帶來更加顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。5 結(jié)束語混凝土防滲墻是對第四紀(jì)砂礫卵石層及土石壩進(jìn)行垂直防滲處理的一門新技術(shù)，其具有耐久性強(qiáng)、防滲性能可靠的顯著特點。采用液壓抓斗進(jìn)行超薄混凝土防滲墻成槽施工的高效性，結(jié)合工程具體情況，將“多鉆一抓”技術(shù)應(yīng)用于超薄防滲墻施工中，能解決工程中的實際問題，工程效果和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。