接頭管法在靠山屯水庫大壩混凝土防滲墻施工中的應(yīng)用

金　文

(遼寧省水利水電勘察設(shè)計研究院，遼寧 沈陽　110006)

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施工技術(shù)

接頭管法在靠山屯水庫大壩混凝土防滲墻施工中的應(yīng)用

金文

(遼寧省水利水電勘察設(shè)計研究院，遼寧 沈陽110006)

【摘要】本文以遼寧錦州義縣靠山屯水庫大壩混凝土防滲墻施工為例，針對接頭施工質(zhì)量難控制問題，對接頭管法施工工藝中接頭管下設(shè)、拔管時機控制與起拔力確定等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述分析，并結(jié)合工程實際，提出了混凝土防滲墻接頭管施工常見問題及其解決措施，以期對此類地下連續(xù)墻施工有所借鑒。

【關(guān)鍵詞】混凝土防滲墻；接頭管法；施工技術(shù)

接頭質(zhì)量的好壞對地下連續(xù)墻的成墻質(zhì)量有直接影響，選擇有效的地下連續(xù)墻施工方法與參數(shù)是保證墻體預(yù)期功能實現(xiàn)的必要前提。近年來，隨著機械設(shè)備與相關(guān)施工技術(shù)的不斷發(fā)展，地下連續(xù)墻接頭型式與施工工藝取得長足發(fā)展，多種新工藝與手段相繼出現(xiàn)。就現(xiàn)階段而言，接頭管法施工是地下連續(xù)墻施工接頭處理中應(yīng)用較為普遍的方法，其具有工效高、施工工期短、質(zhì)量可靠、連接效果好等優(yōu)點，近年來在槽深20～40m連續(xù)墻接頭中的應(yīng)用效果十分顯著[1]。但接頭管法施工技術(shù)要求高，工程實踐中亦不乏技術(shù)實施失敗的典型，分析與研究接頭管法施工關(guān)鍵技術(shù)，對保障該技術(shù)實施成效與應(yīng)用推廣具有重要意義。

1工程概況

靠山屯水庫位于遼寧省錦州市義縣西南部，系小凌河流域北小河支流黑山廟河中下游峽谷地帶的水利樞紐工程。該水庫始建于1960年，是一座集防洪、灌溉、養(yǎng)魚綜合利用于一體的中型山谷水庫，水庫總庫容1593萬m3。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞組成，其中大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程142.60m，壩長180m，最大壩高20.3m，壩頂寬6 m。水庫由于受當(dāng)時建設(shè)技術(shù)條件的限制，大壩近年來出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的溢洪道穩(wěn)定性差、大壩基礎(chǔ)滲漏等問題。此次工程主要是對大壩基礎(chǔ)進(jìn)行防滲處理，防滲形式為混凝土防滲墻，樁號0+000～0+180；設(shè)計混凝土防滲墻頂部高程139.51m，塑性混凝土防滲墻底部至中風(fēng)化白云巖底部，頂部回填黏土做防滲體加高到壩頂。

防滲墻施工采用液壓抓斗全抓法，接頭采用接頭管法，混凝土澆筑采用水下導(dǎo)管澆筑法進(jìn)行施工。由于該工程防滲墻深度較深，且地層主要為黏土和風(fēng)化巖，設(shè)計防滲墻造孔采用兩期槽孔施工，一、二期槽孔間隔布置，先施工一期槽孔，后施工兩個一期槽孔之間的二期槽孔，其平面布置見圖1。

圖1　防滲墻槽段平面布置

2接頭管施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)

接頭管法施工主要工藝流程為：終孔驗收與清孔→接頭管下設(shè)→導(dǎo)管下設(shè)與泥漿下混凝土澆筑→確定起拔時間→接頭管起拔。

2.1接頭管下設(shè)

接頭管下設(shè)采用25t汽車起重機進(jìn)行，由底節(jié)接頭管往上依次下放施工，底節(jié)接頭管下設(shè)過程中應(yīng)保證管孔中心與端孔中心的重合，下放速度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)；底節(jié)接頭管下放至φ120槽孔位置時，用φ108(厚壁18mm)鋼管對孔插入接頭管，并繼續(xù)將底管下放至指定位置。而后松開公接頭保護(hù)帽固定螺釘，吊起保護(hù)帽，并用清水沖洗接頭配合面并涂抹潤滑油。重復(fù)上述程序直至全部接頭管下放完畢。應(yīng)注意接頭管對接過程中，應(yīng)避免兩節(jié)接頭管之間的碰撞，保證公母接頭的順利連接[2]。

2.2接頭管拔管時機控制

接頭管起拔時間關(guān)乎整個混凝土防滲墻施工的成敗。起拔時間過早，混凝土沒有達(dá)到早期強度，使?jié)仓炷恋南虏堪l(fā)生坍塌，影響最終混凝土墻的防滲效果；起拔時間過晚，接頭管管壁與混凝土之間力的作用會顯著增加，使接頭管起拔力升高，造成阻管事故的發(fā)生，而如果強力拔出管道又容易造成整個施工平臺的塌陷。接頭管起拔時間的確定與諸多因素有關(guān)，包括水下混凝土早期特性、混凝土澆筑速度、槽孔深度與直徑等。

水下混凝土澆筑施工具有一定的特殊性，施工要求所澆筑的混凝土初凝時間在結(jié)構(gòu)上保持連續(xù)性。接頭管拔管施工判定標(biāo)準(zhǔn)主要為混凝土的膠結(jié)程度，初凝時初拔，末盤混凝土初凝后需保證接頭管全部拔出。為明確接頭管拔管時間，對混凝土性狀自始至終都應(yīng)做好時間記錄；在首盤澆筑時保留混凝土試樣，以實驗室試驗情況確定混凝土初凝時間，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時調(diào)整設(shè)計的接頭管拔起時間[3]。接頭管拔起時間按照下式進(jìn)行估算：

式中t——混凝土初凝時間；

t0、t1——混凝土出料與進(jìn)場時間；

t2——混凝土試件初凝時間；

a——修正系數(shù)，取0.98。

通過試驗觀察，得出該工程混凝土試塊膠凝時間：夏天為4～6h，冬天為8h。工程施工期主要集中在夏季，底部混凝土初凝時間約5h，間隔半小時微動接頭管，避免接頭管與混凝土黏結(jié)力過大。當(dāng)YJB-1200全液壓拔管機壓力表讀數(shù)達(dá)到4～6MPa時，就為接頭管起拔時間。

2.3接頭管起拔

2.3.1確定接頭管起拔力

工程施工中拔管機的選型與導(dǎo)墻的設(shè)計都與起拔力有關(guān)，而接頭管起拔力的確定亦需要通過分析并得出合理起拔阻力，因此，分析與估算起拔阻力是混凝土防滲墻接頭管施工的關(guān)鍵內(nèi)容。接頭管起拔所受阻力主要包過四種：接頭管自重W1、混凝土擠壓摩擦阻力F2、混凝土與管壁黏結(jié)力F3以及接頭管變形所產(chǎn)生的徑向分力F4，其受力簡圖如圖2所示，起拔力簡單估算方式為將多種阻力相加求和。

圖2　起拔管受力簡圖

混凝土在拔管過程中的狀態(tài)，自上而下可分為流態(tài)、塑態(tài)以及穩(wěn)定狀態(tài)，各狀態(tài)下混凝土所產(chǎn)生的擠壓摩擦阻力F2與黏結(jié)力F3存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致施工起拔力發(fā)生變化[4]。四種阻力之中，對起拔力影響較為顯著的為F3和F4，其值大小難以計算且變化明顯，因此，將四種阻力求和確定起拔力方式存在難度。隨著機械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今工程選用的拔管系統(tǒng)通常為液壓操控方式，系統(tǒng)起拔力可通過下式確定：

Pmax≥aHD

式中Pmax——液壓控制臺壓力表最大示數(shù)，MPa；

a——起拔器與混凝土之間的摩擦系數(shù)，可通過現(xiàn)場或?qū)嶒炇以囼灥贸觯?jīng)驗值取1.16MPa/m2；

H——槽段混凝土澆筑高度，m；

D——接頭管直徑，m。

通過實驗室試驗得出起拔器與混凝土之間的摩擦系數(shù)為1.21MPa/m2，根據(jù)工程選用接頭管直徑，以底部接頭管計算得出的液壓控制臺最大示數(shù)為4～6MPa，此即為確定起拔力的關(guān)鍵參數(shù)。

2.3.2接頭管起拔施工控制

接頭管起拔分三階段進(jìn)行，即初拔階段、正常起拔與終拔階段。初拔階段又稱為活動管過程，其主要是初始階段輕微活動導(dǎo)管而降低其與混凝土之間的黏結(jié)力作用，同時亦可通過此時的壓力表讀數(shù)判斷混凝土膠凝情況。初拔管道長度一般控制在10～20cm，拔管活動間隔1h，具體拔管次數(shù)視壓力表數(shù)值確定；視情況逐次縮減提升間隔時間與增加提升高度，該工程壓力表判定界限為4MPa。壓力表大于4MPa后進(jìn)入正常起拔階段，此時期壓力表讀數(shù)控制在4～6MPa，首次拔起高度應(yīng)不超過1m，如首次拔起過程中壓力表讀數(shù)產(chǎn)生大幅度下降，則需停止拔管施工，再次起拔依據(jù)示數(shù)確定。終拔階段應(yīng)嚴(yán)格控制接頭管的提升速度，避免槽孔出現(xiàn)坍塌情況。接頭管拔出后，應(yīng)及時清洗管道，避免下次施工中發(fā)生堵塞，并在二期槽段施工前用潤滑劑進(jìn)行潤滑，降低下次施工的起拔力。

3防滲墻接頭管施工常見問題與處理措施

3.1槽壁不垂直

槽壁垂直度不達(dá)標(biāo)容易影響接頭管最終安放位置，安放位置的誤差會造成混凝土防滲墻寬度發(fā)生改變，亦會給后續(xù)鋼筋籠下放與土方回填施工帶來影響。接頭管下設(shè)過程中應(yīng)對接頭管垂直度進(jìn)行監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)接頭管發(fā)生偏差，應(yīng)及時采取糾偏措施；如偏斜程度較大而無法進(jìn)行修正時，則需要停止下設(shè)施工并起拔接頭管，拔管架應(yīng)與此時接頭管方向保持一致，以防接頭管起拔中引起接頭管再次變形或槽孔坍塌[5]。

3.2接頭管穩(wěn)固性差

接頭管兩端穩(wěn)固性差容易造成槽段過長，影響下一槽段施工質(zhì)量。接頭管下端的固定可采用將下端插入土體的方式，亦可加大底部的埋置深度，避免下端出現(xiàn)較大偏差。接頭管上端的固定可采用兩種方式，一是增加拔管機機身重量，二是在接頭管與導(dǎo)墻之間打入木楔。

3.3回填不密實

接頭管下設(shè)施工完成后，其下端往往無法與土體緊密貼合，縫隙的存在易造成混凝土的繞流。工程施工中可用鋼釬振搗縫隙土體，確?；靥钔僚c接頭管之間的充分貼合。

4結(jié)語

靠山屯水庫壩體基礎(chǔ)混凝土防滲墻深度較大，采用普通鉆鑿法施工難度較大，且無法保證接頭施工質(zhì)量，而采用防滲墻接頭管法連接具有良好的整體性，較長的弧線防滲半徑亦能夠有效保證墻體的防滲效果。但在接頭管法施工中，應(yīng)注重起拔時機的控制與起拔力的確定，并根據(jù)實際情況調(diào)整施工參數(shù)與措施，以確保墻體連接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]楊吉忠,吳超瑜,湯文濤.接頭管施工工藝在地下連續(xù)墻中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑,2003(12):37-38.

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[4]程素珍,杜濱,劉莉莉.土壩混凝土防滲墻側(cè)壁負(fù)摩阻力分析[J].中國水能及電氣化,2015(10):66-70.

[5]孟德志.向家壩水電站大壩壩基防滲墻施工技術(shù)難點及對策[J].中國水能及電氣化,2012(12):14-18.

Application of pipe-joint technology in Kaoshantun Reservoir dam concrete cut-off wall construction

JIN Wen

(InvestigationandDesignofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang110006,China)

Abstract:In the paper, Liaoning Jinzhou Kaoshantun Reservoir dam concrete cut-off wall construction is adopted as an example. The key technologies of pipe-joint installation, pipe removal timing control, removal force datermination, etc. during pipe-joint technology construction process are described and analyzed aiming at difficult quality control in joint construction. Engineering practice is combined for proposing common problems and solutions in concrete cut-off wall pipe-joint construction, thereby providing reference for similar underground continuous wall construction.

Key words:concrete cut-off wall; pipe-joint technology; construction technology

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.05.004

中圖分類號：TV543

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-8241(2016)05- 0007- 04