塑性混凝土壩體防滲墻施工技術研究

趙西虎

(蒙陰縣水利局，山東 蒙陰 276200)

塑性混凝土壩體防滲墻施工技術研究

趙西虎

(蒙陰縣水利局，山東 蒙陰 276200)

塑性混凝土是一種大流動性混凝土，由于其彈性模量可達2000以下，是一種柔性材料，可以很好的與較軟的基礎相適應，同時又具有很好的防滲性能。因此，被應用于水庫、江河、湖泊等工程的壩體防滲墻施工，這種施工技術具有工程造價低、施工進度快、適于變形及防滲效果好等優(yōu)點。文章通過塑性混凝土防滲墻在蒙陰縣黃仁水庫壩體防滲加固施工中的應用，對混凝土防滲墻的施工技術進行了研究和總結，其施工經(jīng)驗可對同類工程施工具有一定借鑒作用。

塑性混凝土；防滲墻 ；抓斗成槽；墻體連接

塑性混凝土是一種大流動性混凝土，由于其彈性模量可達2000以下，是一種柔性材料，可以很好的與較軟的基礎相適應，同時又具有很好的防滲性能。因此，被應用于水庫、江河、湖泊等工程的壩體防滲墻施工，這種施工技術具有工程造價低、施工進度快、適于變形及防滲效果好等優(yōu)點。文章通過塑性混凝土防滲墻在蒙陰縣黃仁水庫壩體防滲加固施工中的應用，對混凝土防滲墻的施工技術進行了研究和總結，其施工經(jīng)驗可對同類工程施工具有一定借鑒作用[1]。

1 工程概況

1.1 水庫工程概況

黃仁水庫地處魯東南，屬于沂河水系，蒙河流域，位于蒙陰縣垛莊鎮(zhèn)西山角村村南，是一座以防洪功能為主，又兼有農(nóng)田灌溉、城市供水等綜合功能的中型水庫，主要樞紐工程由大壩、溢洪道、放水洞等組成。水庫始建于1966年9月，1971年6月竣工，總庫容1332萬m3。水庫控制流域面積30.4km2，流域形狀為葉形，東西長9km，南北寬4km。水庫領域為低山丘陵區(qū)，山區(qū)占40%，丘陵占60%。由于受當時經(jīng)濟技術條件限制，工程建設標準低，建成后雖經(jīng)多次加固，但沒有從根本上解決危機水庫安全的隱患。為提高防洪標準，確保水庫和下游人民群眾生命財產(chǎn)安全，決定對水庫進行除險加固。本次加固工程，設計洪水標準為100a一遇，校核洪水標準為1000a一遇，通過調(diào)洪演算，確定設計洪水位為168.22m，校核洪水位為169.66m。

1.2 大壩工程存在的主要問題

黃仁水庫大壩為黏土心墻沙殼壩，壩長536m，最大壩高18.4m，壩頂寬5m，頂高程170.97m。防浪墻寬0.6m，頂高程172.17m。上游迎水坡采用干砌塊亂石護砌，下游坡為草皮護坡。上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)低于地震設防烈度規(guī)范值，上游沙殼和壩基砂層相對密度較低，存在液化可能。大壩心墻填筑質(zhì)量差，填筑土料以壤土和砂壤土為主，局部為粉土質(zhì)礫砂，土質(zhì)較為雜亂，含砂量偏大，壓實度為0.71-0.99，滲透系數(shù)為1.72×10-7-3.16×10-4cm/s。上游沙殼巖性為含碎石礫質(zhì)粗砂，頂部含塊石較多，下部以礫質(zhì)粗砂為主，填筑質(zhì)量較差。大壩下游壩坡多裸露，草皮覆蓋率不足50%，高低不平，多處出現(xiàn)沖溝，屬較嚴重沖刷。左岸階地下伏為二長花崗巖強風化節(jié)理密集帶未完全清除，具中等透水性，是壩基滲漏的主要通道。大壩防浪墻、護坡與排水體質(zhì)量差，均不符合規(guī)范要求。壩基巖性節(jié)理裂隙發(fā)育，具中等透水性。大壩安全鑒定結論意見要求對壩體進行防滲加固處理。

1.3 大壩壩體防滲加固處理措施

根據(jù)工程存在的問題和實際情況，提出了多個大壩除險加固方案。經(jīng)多方案比較，大壩壩體防滲加固選用垂直防滲方案，又據(jù)此擬定了3個心墻加固方案：①塑性混凝土防滲板墻方案；②多頭小直徑深層攪拌樁與高壓旋噴灌漿結合方案；③高壓旋噴防滲板墻方案。三個方案分別從技術可行性、施工工藝和工程投資等方面進行比較及分析論證，通過比對分析，認為混凝土防滲墻與高壓噴射灌漿和多頭小直徑深層攪拌樁相比，塑性混凝土防滲墻更符合本工程實際情況，而且更加經(jīng)濟可靠。根據(jù)工程地質(zhì)地形條件及防滲要求，擬對大壩樁號0+027-0+522壩段壩體進行防滲處理，截滲墻軸線與壩頂防浪墻中心線重合，防滲墻底部深入弱風化基巖1.0m，頂部伸入防浪墻基礎底，確定防滲墻為30cm的薄型混凝土。

2 塑性混凝土防滲墻施工方法

2.1 設置抓斗施工平臺

為保證施工機械能夠順利就位和開展工作，首先在防滲墻軸線下游側(cè)設置合適寬度的施工平臺。本工程根據(jù)施工場地及工程機械設備施工需要，設置寬度為10m的抓斗施工平臺，將降壩產(chǎn)生的土料填到壩體的下游側(cè)，以保證平臺的寬度。在下游側(cè)修建平行壩軸線的排渣排漿溝，溝的斷面尺寸30cm×50cm，另外，垂直防滲墻軸線方向再按50m間距修建排渣排漿溝，將廢渣以及廢漿水排到下游壩腳，全部廢渣要運放到棄渣場。

2.2 構筑臨時施工導墻

在地層表面堅實的基礎上，沿防滲墻軸線方向構筑臨時施工導墻，用來標定防滲墻位置和成槽導向以及穩(wěn)定導向槽等。導墻斷面尺寸為30cm×80cm(寬×高)，間距40cm，混凝土強度等級為C20，導墻頂高出場地10cm，以阻止地表水流入導向槽。導墻外側(cè)要加固，填土夯實，并在導墻間采用內(nèi)支撐支護，以防止夯土時導墻發(fā)生傾覆或位移。

2.3 劃分槽段造孔與成槽

根據(jù)工程地質(zhì)條件、施工方法、設備等情況，將防滲墻劃分為Ⅰ、Ⅱ序槽段，槽段開挖長度為7.5m，并按Ⅰ、Ⅱ槽段順序施工。每個槽段分為3個孔，兩端是主孔，中間是副孔，施工時按先兩端后中間的開挖順序成槽。成槽采用“抓取法”，每槽段3抓，按照槽段順順一次完成施工成槽。

常州、蘇州和江寧位居第三，各有3處景觀深受康、乾二帝的喜愛。常州除了南巡詩中提到的竹爐山房、漪瀾堂和寄暢園在玉泉山靜明園、西苑瓊島和清漪園中仿建之外，竹爐山房還在盤山靜寄山莊、香山靜宜園和西苑北海中仿建;蘇州除了南巡詩中提到的寒山千尺雪、獅子林在西苑、避暑山莊、盤山和圓明園中仿建，桃花塢也在圓明園中仿建;江寧除了南巡詩中提到的棲霞山萬松山房在盤山被寫仿外，報恩寺、江寧行宮勤政堂也在清漪園和避暑山莊中仿建。

2.4 膨潤土護壁泥漿

護壁泥漿直接影響施工進度和槽壁穩(wěn)定，在造孔成槽過程中也起固壁、攜渣、冷卻鉆具及潤滑的作用，還可增加墻體的抗?jié)B性能。本工程選用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿固壁，設計為二級膨潤土指標，新制膨潤土泥漿的性能指標見表1。分散劑采用Na2CO3，增黏劑為CMC，根據(jù)性能指標要求，通過試驗確定的泥漿配合比見表2。新制泥漿經(jīng)過24h膨化后，利用供漿管將泥漿輸送至槽孔內(nèi)，施工中回收的泥漿，凈化后仍可重復使用。槽孔孔口泥漿面在成槽過程中保持在導向槽頂面以下30-50cm范圍內(nèi)。

表1 新制膨潤土泥漿性能指標

表2 泥漿配合比表 kg

2.5 清孔換漿

槽段終孔驗收合格后進行清孔，清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下設潛水排污泵抽漿，并及時用新鮮泥漿補充。槽段清孔換漿結束前將鋼絲刷子安裝在抓斗斗體上，緊貼Ⅰ、Ⅱ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。

2.6 防滲墻澆筑施工

防滲墻采用直長升式導管法進行泥漿下的混凝土澆注，該工程下設三套導管，接頭處和管壁嚴禁漏漿，導管底部距槽底距離控制在15-25cm范圍內(nèi)，當槽底高差>25cm時將導管置于控制范圍的最低處。槽孔澆筑嚴格按先深后淺的順序，即從最深的導管開始，由深到淺連續(xù)澆筑。澆注前導管內(nèi)置入可浮起的隔離塞球，澆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。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，并將頂部導管拆除。

2.7 墻段連接方法

為保證防滲墻墻段連接質(zhì)量，本工程墻段連接采用接頭管法。進行墻段連接施工時，在澆筑Ⅰ期槽孔前，先在槽兩端埋設Φ250mm鋼管，然后澆筑混凝土，等到混凝土初凝以后，將鋼管取出，制成接頭孔。澆筑Ⅱ期槽孔混凝土時，使接頭孔靠近Ⅰ期槽孔的側(cè)壁，使其產(chǎn)生圓弧形接頭，以便墻段更好連接。墻段連接完成后，經(jīng)過對連接處進行開挖檢查，結果表明墻體接縫密實，墻面平整光滑，墻體整體性強，連接效果很好。

2.8 施工過程中需要強調(diào)的問題

為保證施工質(zhì)量，施工過程中，要根據(jù)施工具體情況，采取有針對性的施工組織和技術措施。首先，要做好施工準備工作。為保證抓斗施工平臺的寬度，利于施工機械就位，需設置合適的施工平臺。將降壩的土料填筑到壩體下游側(cè)，下游側(cè)則要設置平行壩軸線的排渣排水溝，把廢渣、廢水排至下游壩腳，壩腳最好設置沉漿池，將所有廢渣運至棄渣場。要把導墻建在堅實的基礎上，導墻外側(cè)也要填土夯實，在夯實填土的時候，為防止導墻發(fā)生傾覆或位移，對導墻間進行內(nèi)支撐。槽段劃分要考慮地基的水文地質(zhì)條件、成槽方法、機具性能、混凝土供應情況、墻體預留孔的位置、澆筑導管布置原則及墻體平面形狀等因素。澆筑材料的選擇要根據(jù)施工要求選取，在澆筑施工過程中，供料一定要連續(xù)，不能間斷，還要按時測量混凝土面的深度。在混凝土澆筑的時候，為防止雜物落入槽孔內(nèi)，槽孔口要設置蓋板。槽孔澆筑過程，要嚴格按照先深后淺的順序，從最深的導管開始，由深到淺的連續(xù)澆筑。澆注以前，導管內(nèi)要置入可浮起的隔離塞球，澆注時先注入水泥砂漿，隨即再注入足夠的混凝土，擠出塞球，并把導管底端埋住，以避免混凝土和泥漿混合。在保證埋深的情況下，隨著混凝土面的上升，用吊車提升導管，并將頂部導管拆除。為了保證墻段連接質(zhì)量，進行墻段連接施工，可采用接頭管法。

3 結 語

塑性混凝土防滲墻是目前水利工程中較普遍采用的一種地下截滲處理方法，該技術廣泛應用于水庫大壩、江河、湖泊等大堤的防滲加固工程中，是防滲處理的一種有效措施。薄壁抓斗成槽技術結合接頭管法墻段連接工藝施工方法，使黃仁水庫除險加固工程大壩壩體防滲處理取得了很好的效果。工程加固完成后，該水庫大壩下游的地下水位大幅度下降，原有的沼澤也已全部消失，充分說明了壩體防滲墻的設計、施工方案的選擇和實施是非常成功的。通過這次應用取得的成果可以看出，塑性混凝土壩體防滲墻施工技術具有以下特點：

1)高效快捷，無須放空水庫施工、施工時水泥漿不會造成環(huán)境和地下水污染。

2)塑性混凝土防滲墻能夠適應復雜多變的工程地質(zhì)條件，而且適用范圍很大，在防滲效果以及耐久性方面都很出色，工程質(zhì)量非?？煽浚瑢Φ退^條件下的壩基和壩身的防滲加固處理非常實用。

3)使用塑性混凝土防滲墻施工技術，工程造價低于其他施工方法。經(jīng)測算，該工程采用的厚30cm薄型混凝土防滲墻單價僅為260元/m2，而如果采用常規(guī)的施工方法，成墻厚度為80cm，則防滲墻的單價要接近420元/m2，僅此一項，本工程可降低投資145.9萬元，經(jīng)濟效益非常好。

4)采用接頭管法對墻段連接進行施工，在施工質(zhì)量和工程進度、材料消耗以及防滲效果等諸方面都優(yōu)于其他墻段連接方法。

[1]段海玲.冊田水庫壩體塑性混凝土防滲墻施工技術簡述[J].山西水利，2014(08)：23-24.

1007-7596(2017)07-0041-03

2017-06-24

趙西虎(1977-)，男，山東臨沂人，工程師，從事水利工程管理工作。

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