丹江口大壩加高工程左岸土石壩防滲墻施工技術(shù)

王穗萍

（丹江口水力發(fā)電廠，湖北 丹江口 442700）

1 工程概述

丹江口大壩加高工程左岸土石壩壩型為黏土心墻壩，1＋159.61～1＋187.96原設(shè)計(jì)為高噴加固方案，因施工工期緊，施工難度大，經(jīng)研究將高噴方案改為塑性混凝土防滲墻方案。防滲墻沿軸線劃分共11個(gè)槽段，其中I期槽段5個(gè)，Ⅱ期槽段6個(gè)。平均孔深50m，最大槽長5.4m，墻厚0.9m，鉆孔進(jìn)尺2 671.24m，混 凝 土 澆 筑3 395.4m3，成 墻 面 積2 794.32m2。墻體抗壓強(qiáng)度7.5～10MPa、抗?jié)B等級S8、彈性模量11 000～14 000 MPa。水泥采用32.5強(qiáng)度等級的礦渣水泥，外加劑采用高性能MF減水劑。

防滲墻墻頂高程164.00m，軸線長48.84m，底部與初期土石壩混凝土壓漿板連接，左端與初期土石壩心墻加固混凝土防滲墻對接，右端與大壩壩體相接。為保持防滲墻、墻底黏土、混凝土壩體三者之間形成緊密接觸，防滲墻右端與壩體接觸范圍內(nèi)距上下游面0.1m各布置一排灌漿管，孔間距2.0m，孔深伸入大壩壩體內(nèi)部20cm，防滲墻中間軸線上布置一排灌漿管，孔間距1.5m，孔深伸入底部壓漿板內(nèi)2.0m。

2 施工方法

2.1 測量放線

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和軸線控制坐標(biāo)采用全站儀放出防滲墻中心線和導(dǎo)向槽兩條開挖邊線，以控制導(dǎo)向槽開挖。

2.2 導(dǎo)向槽施工

根據(jù)實(shí)際施工工作面，沖擊鉆布置在防滲墻軸線下游，鉆機(jī)施工平臺寬度為10m。軸線上游施工倒?jié){平臺寬度為3m。導(dǎo)向槽開挖區(qū)域內(nèi)（樁號1＋159.61～1＋175.0，高程▽164.0～▽162.0），由于壩體填料無法開挖形成地槽，為了保障施工進(jìn)度和開挖質(zhì)量，沿軸線方向長18m、寬4m、深3m的區(qū)域內(nèi)，采用PC300型反鏟全部開挖，回填黏土置換（共回填黏土240m3），分層碾壓密實(shí)，分3次完成。碾壓完成后，在墻中心線兩側(cè)0.55m用反鏟依據(jù)邊線垂直開挖，開挖寬度為0.6m，深度為1.2m，局部采用人工修整。

根據(jù)該部位特定的地質(zhì)特征及設(shè)計(jì)防滲墻深度，導(dǎo)向槽兩側(cè)導(dǎo)墻采用矩形結(jié)構(gòu)，軸線上下游導(dǎo)墻斷面為0.6m寬×1.2m高，采用C19F50／（二）鋼筋混凝土。導(dǎo)向槽澆筑采用地模，導(dǎo)墻間距為1.1m，混凝土與開挖垂直面結(jié)合。配筋及導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 防滲墻導(dǎo)墻和施工平臺斷面圖（單位：cm）

導(dǎo)墻混凝土采用20t自卸車運(yùn)輸直接入倉，插入式振搗器振搗，人工澆筑、抹面?；炷翝仓旰蠹皶r(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.3 泥漿拌制

（1）制漿材料的選用

防滲墻成孔采用優(yōu)質(zhì)Ⅱ級鈣基膨潤土泥漿護(hù)壁及清孔換漿，分散劑為工業(yè)NaCO3。

（2）泥漿制備、檢驗(yàn)

在施工現(xiàn)場磚砌儲量為300m3儲漿池，安裝兩臺ZJ－400高速制漿機(jī)，每次泥漿的攪拌時(shí)間為3～5min。

（3）按規(guī)定的配合比配制泥漿，各種材料的誤差不大于5%。泥漿處理劑使用前先配成一定濃度的水溶液，純堿水溶液濃度為20%。新制膨潤土泥漿檢測指標(biāo)見表1。

表1 新制彭潤土泥漿性能指標(biāo)

2.4 防滲墻槽段劃分

根據(jù)工期計(jì)劃、設(shè)備配置，防滲墻共劃分11個(gè)槽段，槽段劃分及布置見圖2。

圖2 防滲墻槽段劃分及布置圖

2.5 造孔施工

（1）造孔設(shè)備與方法

防滲墻鉆孔設(shè)備采用CZ－6A型沖擊鉆機(jī)進(jìn)行成槽施工。造孔時(shí)先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，同一槽孔遵循先主孔后副孔沖擊鉆進(jìn)，最后劈打小墻成槽。奇數(shù)孔為主孔，偶數(shù)孔為副孔。接頭孔鉆孔采用鉆鑿法，采用抽砂筒出渣的方法將廢漿提出槽外排入沉淀池中。

根據(jù)地層條件，主副孔施工均采用沖抓鉆進(jìn)法，成槽是在初期土黏心墻內(nèi)成墻，在該防滲墻成槽過程中沒有出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。在鉆進(jìn)過程中若出現(xiàn)卵石層抓取困難時(shí)，及時(shí)更換沖擊鉆頭投入適量黏土進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)。

（2）成槽技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

① 槽孔孔壁平整垂直，孔位中心允許偏差不大于3cm，最大孔斜率不大于0.3%。對于槽孔套接在任意深度的套接厚度不小于施工圖紙規(guī)定墻厚的1／3。

② 對I期槽孔兩端孔應(yīng)分段（2～4m）檢查孔斜，保證了孔斜率符合設(shè)計(jì)要求，孔深、孔型，槽孔中任意高程水平斷面上沒有梅花孔、探頭石和濾浪形小墻等，符合設(shè)計(jì)要求。

③ 孔內(nèi)泥漿面始終保持在導(dǎo)墻頂面以下30～50cm內(nèi)，嚴(yán)防塌孔。

（3）清孔換漿

槽孔終孔驗(yàn)收合格后，進(jìn)行清孔換漿工作。

① 清孔驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

各槽孔清孔換漿結(jié)束后1h，均達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)：孔底淤泥厚度不大于10cm，孔內(nèi)泥漿比重＜1.20g／cm3；泥漿黏度≤30s；泥漿含砂量≤12%。

Ⅱ期槽在清孔換漿結(jié)束之前，用刷子鉆頭清除Ⅰ期槽孔端頭混凝土孔壁上的泥皮，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為刷子鉆頭上基本不帶泥屑，刷洗過程中孔底沉淀不再增加為準(zhǔn)。在清孔驗(yàn)收合格后4h內(nèi)澆筑混凝土。

② 清孔方法

清孔原施工方案擬采用氣舉法出渣，但鉆孔施工時(shí)發(fā)現(xiàn)地層為黏土心墻，造孔產(chǎn)生的鉆渣為糊狀泥漿和液態(tài)泥漿，含沙量極少，為此在已施工的槽孔內(nèi)試用“抽桶換漿法”清孔，5h后經(jīng)復(fù)測孔內(nèi)沉渣發(fā)現(xiàn)，厚度無變化。故改采用 “抽桶換漿法”清孔。

2.6 墻體內(nèi)注漿管埋設(shè)

（1）設(shè)置固定注漿管鋼筋籠

由于水下混凝土在澆筑過程中會產(chǎn)生水平推力，造成注漿管水平位移或偏斜，無法垂直固定注漿管。為保證注漿管的垂直，每隔4m處用寬0.8m、高50cm鋼筋籠固定。

（2）墻體內(nèi)注漿管的安裝

鋼筋籠制作完成后與注漿管牢固連接在水平地面上接長，用16t汽車吊裝，單組長度為12m。根據(jù)安裝位置和孔深，淺孔段一次性吊裝，深孔段分兩次或三次吊裝，槽口焊接。吊裝完成后，槽口用鋼制井架固定。

2.7 墻體混凝土澆筑

（1）混凝土的性能指標(biāo)：入槽塌落度18～22cm，保持15cm以上時(shí)間不小于1h；擴(kuò)散度34～40cm；混凝土初凝時(shí)間≥6h，終凝時(shí)間≤24h；混凝土密度≥2.1g／cm3。

（2）槽孔清孔驗(yàn)收合格，預(yù)埋管下設(shè)完畢，槽內(nèi)開始下設(shè)混凝土澆筑導(dǎo)管，混凝土導(dǎo)管為絲扣連接，管徑Ф250mm。

（3）混凝土澆筑導(dǎo)管中心離槽孔端部不大于1.5m，兩導(dǎo)管中心間距不大于3.5m。導(dǎo)管底口距槽底控制在15～25cm范圍內(nèi)。

（4）混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法（Ф250mm）澆筑水下混凝土，8m3混凝土攪拌車直接輸送到槽口儲料槽，由分料斗進(jìn)導(dǎo)管入槽孔澆筑?；炷吝\(yùn)至槽口后，采用溜槽下料，設(shè)專人放料保證混凝土順利入槽。在澆筑過程中，控制各料斗均勻下料，并根據(jù)混凝土上升速度起拔導(dǎo)管，導(dǎo)管埋入混凝土的深度控制在1.0～4.0m之間，最大埋入深度為不大于6m，混凝土上升速度為2.0～3.0m／h。

（5）水下混凝土澆筑前準(zhǔn)備工作

①對I期槽段在接頭孔外側(cè)先用砂袋或黏土填堵密實(shí)，以防止?jié)仓炷習(xí)r繞流。

② 吊放澆筑井架，下放導(dǎo)管，采用兩根導(dǎo)管澆筑，導(dǎo)管內(nèi)徑為250 mm，采用絲扣連接，絲扣之間用橡膠密封圈密封。導(dǎo)管下設(shè)要求控制：Ⅰ期Ⅱ期澆筑均采用兩組導(dǎo)管，導(dǎo)管中心間距不大于3.5m，導(dǎo)管中心離槽孔端部不大于1.5m，當(dāng)槽底高差大于0.25m時(shí)，要將導(dǎo)管置于控制范圍的最低處，導(dǎo)管底口距槽底距離要控制在15～25cm范圍內(nèi)。

③ 在導(dǎo)管內(nèi)放入隔水球膽。

④在槽口吊放泥漿泵，回收膨潤土漿液至泥漿池。

（6）混凝土澆筑工藝

混凝土供應(yīng)能力在30 m3／h左右，來料均勻連續(xù)，和易性好。混凝土開澆時(shí)，首澆混凝土滿足開澆階段混凝土量的需要，導(dǎo)管埋入混凝土中不小于1m。在混凝土開澆后，開動泥漿泵回收泥漿，對最后還剩5m左右的污染泥漿則抽入廢漿池。球膽浮出泥漿液面后回收，以備下次使用。

采用直升導(dǎo)管法進(jìn)行泥漿下的混凝土澆筑，澆筑時(shí)導(dǎo)管埋入混凝土深度最小為1.0m，最大為4.0m。保持槽孔內(nèi)混凝土面均勻上升，上升速度在2.0～3.0m／h之間。每30min測定一次混凝土面的深度，保證混凝土面高差控制在0.5m范圍內(nèi)。澆筑混凝土?xí)r，孔口設(shè)蓋板，以防雜物掉入槽孔內(nèi)。

當(dāng)混凝土不通暢時(shí)，將導(dǎo)管上下提動，提動幅度在30cm左右?；炷恋陌韬?、輸送連續(xù)進(jìn)行。拆除的導(dǎo)管在指定位置沖洗干凈，堆放整齊。

（7）墻段連接

①本工程墻段接頭連接采用“鉆鑿法”施工，即Ⅰ序段和Ⅱ序段重疊一個(gè)孔位。

②左岸土石壩防滲墻與墻體底部的壓漿板連接時(shí)，為保證不損壞大壩底部壓漿板，此時(shí)嚴(yán)格控制造孔深度。在距壓漿板頂部高程1m時(shí)，采用減少沖程降低沖擊速度等措施造孔，保證了不損壞壓漿板事故發(fā)生。

③對于左岸土石壩防滲墻與主體工程40＃壩段斜墻（1∶0.25）的連接，設(shè)計(jì)要求必須干凈徹底清除混凝土表面的泥土，在每鉆進(jìn)一個(gè)斜坡段槽段時(shí)，按照從左至右的順序鉆進(jìn)，主、副孔及小墻鉆進(jìn)完畢后，再用鉆頭從左至右順坡面刮擦，把混凝土表面黏土清除干凈，在右端槽孔用抽筒出渣，然后再用刷子鉆頭清洗混凝土表面，保證防滲墻與壩體之間結(jié)合完好，以免形成滲漏通道。

2.8 防滲墻左右端及墻底部注漿處理

（1）防滲墻右端及墻底底部注漿施工方法

為保持防滲墻、墻底壓漿板混凝土、混凝土與壩體三者之間形成緊密接觸，在墻頂右端斜坡水平長度15.24m范圍內(nèi)，防滲墻體內(nèi)距上下游面0.1m各布置一排接觸灌漿管，兩排孔呈梅花型布置，每排孔間距2.0m，孔深深入混凝土壩體0.2m，共14根；在加固防滲墻中間段軸線上（15.24m范圍以右至防滲墻右端端頭）布置1排灌漿管，孔間距1.5m，孔深深入底部壓漿板內(nèi)2.0m，共計(jì)19根，預(yù)埋管管徑110mm。墻體內(nèi)注漿管采用鋼管預(yù)埋，總孔數(shù)為33個(gè)，預(yù)埋注漿管管斜均小于0.3%，右端注漿在墻頂從預(yù)埋注漿鋼管底部鉆孔至混凝土壩體內(nèi)0.2m，形成注漿通道。對該范圍的混凝土壩體與防滲墻墻體結(jié)合處采用水泥漿液進(jìn)行充填注漿。底部壓漿板注漿在墻頂從預(yù)埋注漿鋼管底部鉆孔至底部壓漿板內(nèi)2.0m，形成注漿通道。對該范圍的防滲墻墻體底部和壓漿板結(jié)合處采用水泥漿液進(jìn)行充填注漿。

①工藝流程

灌漿管預(yù)埋→固定校正鉆機(jī)→鉆進(jìn)至注漿部位相應(yīng)設(shè)計(jì)深度→終孔驗(yàn)收→阻塞注漿→預(yù)埋管水泥漿回填→孔口抹平。

②鉆孔

采用XY－2（300型）地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆具下至預(yù)埋鋼管底部，金剛石鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔孔徑為Ф76mm。有部分預(yù)埋管在澆筑混凝土過程中管內(nèi)充填了混合漿液，在預(yù)埋管鉆進(jìn)時(shí)則進(jìn)行掃孔。5＃槽段兩根預(yù)埋管由于在混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生了偏移則兩孔在墻頂重新鉆孔至壓漿板以下2.0m，進(jìn)行灌漿。

③制漿

采用高速螺旋水沖式制漿機(jī)制漿，制漿時(shí)，先按配比將適量的水和水泥倒入制漿機(jī)內(nèi)，攪拌時(shí)間3min，連續(xù)制漿，連續(xù)供漿。水泥使用袋裝P.O42.5水泥。

④灌漿方式

采用孔內(nèi)阻塞純壓法灌漿，進(jìn)漿管下入距孔底50cm處，孔內(nèi)頂壓式阻塞，1～19?？鬃枞陬A(yù)埋管底部以上0.5m處，20＃～33?？鬃枞陬A(yù)埋管底部以上1.0m處，灌漿完畢后立即提拔孔內(nèi)阻塞器，直接下入注漿管至灌漿阻塞深度，注入新鮮0.5∶1水泥漿液進(jìn)行孔內(nèi)置換濃漿封孔。

⑤灌漿壓力

壓力表安裝在孔口回漿管路上，灌漿壓力小于0.049MPa。

⑥結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

孔口灌漿壓力達(dá)到0.049MPa的情況下，注入率小于1L／min再延續(xù)灌注30min后，終灌封孔。

⑦封孔

灌漿完畢后立即提拔孔內(nèi)阻塞器，直接下入注漿管至灌漿阻塞深度，注入新鮮0.5∶1水泥漿液進(jìn)行孔內(nèi)置換濃漿封孔。凝固12h后，孔口液面有下降的孔再用砂漿回填，然后孔口抹平。

2.9 防滲墻重疊連接處注漿孔施工

如圖3，新防滲墻體左端槽與初期土石壩老心墻右端，采取重疊連接形式。即“三墻”重疊連接。為防止 “三墻”相交處的三角區(qū)出現(xiàn)滲漏通道，該區(qū)布置一個(gè)孔徑150mm的灌漿孔，一次成孔后，采用高壓水對孔內(nèi)混漿進(jìn)行反復(fù)沖洗，直到回水清潔后采用水灰比0.5∶1的水泥凈漿進(jìn)行回填灌漿，切斷可能的滲漏通道。

圖3 新老墻體結(jié)合示意圖

2.10 漏漿、塌孔處理

由于本工程是在高水頭運(yùn)行的情況下進(jìn)行施工，防滲墻鉆孔施工的振動可能引起塌孔，漏漿，可能對壩體穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響。為了防止漏漿、塌孔事故的發(fā)生，特采取了以下措施：

① 正常情況下，先完成Ⅰ期槽孔施工，再鉆Ⅱ期槽孔并完成混凝土澆筑。但是在庫水位較高狀態(tài)下施工時(shí)，由于沖擊造孔時(shí)的震動，槽孔內(nèi)的泥漿壓力以及高流態(tài)混凝土的側(cè)壓力等因素，可能對壩體穩(wěn)定產(chǎn)生影響，為了保證土壩施工安全，減少施工荷載，提高壩體穩(wěn)定性，根據(jù)以往一些工程的經(jīng)驗(yàn)，采取降低槽孔漿面，減少泥漿比重，減慢混凝土澆筑上升速度和縮短槽孔長度及分區(qū)施工，槽孔跳打和鉆機(jī)分散布置等措施。

②施工中儲備足夠的堵漏材料以供備用。在造孔過程中，遇到漏漿情況，則采用改善泥漿性能，加大泥漿比重法，向孔內(nèi)加入黏土、鋸末、水泥，回填黏土塊石反復(fù)鉆進(jìn)積壓密實(shí)孔壁等措施，確保孔壁穩(wěn)定和槽孔安全。

③ 在3＃、4＃槽施工中遇到塌孔事故，用裝載機(jī)向槽內(nèi)回填黏土、塊石到槽口板底部，并在塌空范圍布置鋼筋，頂部澆筑2～3m混凝土，等混凝土凝固后重新開孔。

④ 按時(shí)進(jìn)行施工期的壩體沉降位移觀測，未發(fā)現(xiàn)有位移現(xiàn)象。

2.11 施工質(zhì)量檢查

（1）墻體物探檢測

為檢查防滲墻施工質(zhì)量，利用預(yù)埋管布置跨孔聲波檢測，沿防滲墻軸線方向墻體進(jìn)行了物探檢測，根據(jù)測區(qū)防滲墻混凝土體聲波總體分布情況來看，常態(tài)混凝土體的聲波速度分布范圍為2 900～4 500m／s，約占總數(shù)的94%以上；波速集中分布區(qū)域在3 300～4 300m／s之間，約占總數(shù)的85%以上；波速小于2 900m／s的約占總數(shù)的6%以下。測區(qū)防滲墻總體質(zhì)量良好，骨料分布較均勻，混凝土膠結(jié)較密實(shí)，墻體一般完整且具連續(xù)性。

（2）鉆孔取芯及芯樣檢測

檢查孔孔徑150mm，單管雙動鉆孔取芯，全孔巖心采取率為90.1%，芯樣檢測單塊抗壓強(qiáng)度為9.5MPa，軸心抗壓強(qiáng)度平均值為9.1MPa，靜力抗壓彈性模量平均值為1.26×104MPa，抗?jié)B等級為S9。檢測結(jié)果表明墻體指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）注水試驗(yàn)檢測

根據(jù)《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》（SL345—2007）對兩個(gè)槽段檢查孔進(jìn)行了自上而下分段鉆孔分段注水，注水試段長度為5m，共分9段，滲透系數(shù)1.17×10－8～6.82×10－9，滿足設(shè)計(jì)防滲指標(biāo)。

3 結(jié) 語

丹江口大壩加高左岸土石壩防滲墻加固共11個(gè)槽段，槽段單元?jiǎng)澐职凑找粋€(gè)槽段為一個(gè)單元，共計(jì)11個(gè)單元，墻底接觸灌漿33個(gè)孔劃分為1個(gè)單元，全部合格，質(zhì)量檢測評定，整體優(yōu)良率為64.76%。