河南省窄口水庫深厚壩體防滲墻清孔與預(yù)埋灌漿管制安

【摘要】河南省窄口水庫壩體防滲墻最大成墻深度83.43m，采用墻下單排帷幕灌漿孔對墻底少量沉渣及沖擊鉆頭擾動基巖進(jìn)行加固處理，需在墻體內(nèi)下設(shè)預(yù)埋管。加上下設(shè)接頭管、澆筑導(dǎo)管、安裝溜槽馬道工序，使?jié)仓皽?zhǔn)備時(shí)間較長。由于槽孔較深，清孔結(jié)束后槽內(nèi)泥漿密度僅為1.05g/cm3左右，對槽孔壁支承力減小，如不及時(shí)澆筑混凝土，存在槽孔坍塌危險(xiǎn)。本工程采用“抽桶法”結(jié)合“氣舉反循環(huán)法”進(jìn)行清孔、采用吊車配合進(jìn)行下設(shè)12m長預(yù)埋管桁架，大大縮短了防滲墻混凝土澆筑準(zhǔn)備時(shí)間，施工經(jīng)驗(yàn)可為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】窄口水庫；深厚壩體防滲墻；清孔；預(yù)埋管桁架；制安

1 、 工程概況

窄口水庫是黃河支流弘農(nóng)澗河中游的一座大（Ⅱ）型水庫。壩址位于河南省靈寶市南23km處?？刂屏饔蛎娣e903km2，總庫容1.85億m3，最大壩高77m。水庫主要建筑物有大壩、主溢洪道、非常溢洪道、泄洪洞、灌溉（發(fā)電）洞、水庫電站等六大主體。窄口水庫壩體運(yùn)行50年以來多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，其中2003年水庫蓄水至642.0m高程時(shí)，出現(xiàn)壩體裂縫加寬現(xiàn)象，結(jié)合壩體滲流觀測數(shù)據(jù)來看壩體及兩壩肩滲漏嚴(yán)重。設(shè)計(jì)采用厚度為0.8m的防滲墻結(jié)合墻下帷幕灌漿對壩體進(jìn)行截滲處理。

2 、 地質(zhì)概況

窄口水庫壩體為粘土心墻堆石壩，粘土心墻平均厚度55.4m，壩體內(nèi)存在大量沉降裂縫，最大縫寬15.4cm，粘土心墻下伏基巖為安山玢巖，在左右壩肩有兩條斷層破碎帶貫穿于壩軸線，從前期先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)情況來看：粘土心墻以下10.0m范圍內(nèi)基巖破碎，中小裂隙發(fā)育，局部透水率超過100Lu，根據(jù)設(shè)計(jì)要求需采用壩基帷幕灌漿進(jìn)行截滲處理。

3、防滲墻造孔、清孔

3.1 防滲墻造孔

防滲墻造孔質(zhì)量直接影響預(yù)埋灌漿管成活率。窄口水庫最大墻深83.43m，受液壓抓斗自身性能限制，只能抓取60m以上土層，以下移交沖擊鉆施工如果造孔期間質(zhì)量控制不嚴(yán)格，槽孔出現(xiàn)孔斜超標(biāo)、局部小墻、探頭石等情況，有可能出現(xiàn)預(yù)埋管下設(shè)不到位、桁架發(fā)生傾斜、強(qiáng)行下放中發(fā)現(xiàn)預(yù)埋管脫離桁架，導(dǎo)致預(yù)埋管下設(shè)工作失敗。因此質(zhì)量管理部門將孔斜超標(biāo)、小墻等作為重要控制指標(biāo)。在主孔造孔期間每10m測量一次孔斜，計(jì)算孔底偏差，發(fā)現(xiàn)孔斜超標(biāo)及時(shí)采用自制修孔器配合頻繁回填大塊石進(jìn)行強(qiáng)制修孔；在液壓抓斗抓取副孔時(shí)要求操作手在易偏斜段不貪進(jìn)尺，吊斗抓取，每掘進(jìn)5m左右打開斗頭上下提升斗體，清除槽壁可能存在的探頭石。沖擊鉆在完成60m以下地層造孔時(shí)采用平打法及時(shí)清除小墻，造孔結(jié)束后按照0.3m每鉆自1號主孔向7號主孔推進(jìn)，將未鉆盡牙子清除，對孔型進(jìn)行全面驗(yàn)收合格后轉(zhuǎn)入下一步清孔工作。

3.2防滲墻清孔

在左右岸壩肩部位，因槽孔深度較淺，清孔只能采用“抽桶法”；在河床部位深槽段清孔采用“抽桶法”結(jié)合“氣舉反循環(huán)”法。本工程清孔主要設(shè)備為抽桶、空壓機(jī)、排渣管、風(fēng)管和泥漿凈化裝置。

3.2.1 抽桶法清孔

結(jié)合S10號槽孔生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果：在成槽期間由于堵漏向孔內(nèi)大量拋填的鋸末、水泥在孔底凝結(jié)淤積成坨狀，直接用氣舉反循環(huán)法清孔出現(xiàn)排渣管堵塞、爆裂的現(xiàn)象。在主體工程中首先采用抽桶法清孔，向槽內(nèi)連續(xù)注入優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿，抽桶抽渣一定時(shí)間后，下放鉆頭沖擊使槽底淤積物浮起，循環(huán)作業(yè)將大巖塊、鉆渣以及坨狀凝結(jié)物排出槽孔。對于左右壩肩基巖都橋段，自高向底移動鉆機(jī)清孔，抽桶清孔標(biāo)準(zhǔn)為：抽桶抽出泥漿中不含坨狀凝結(jié)物、鋸末。

3.2.2氣舉反循環(huán)法清孔

根據(jù)風(fēng)壓測算清孔采用1.0Mpa中風(fēng)壓空壓機(jī)、ZX-200型泥漿凈化機(jī)進(jìn)行清孔，排渣管由吊車懸吊，自孔底40m以上開始左右移動清孔，及時(shí)向槽孔內(nèi)補(bǔ)充新鮮膨潤土泥漿，根據(jù)振動篩回漿內(nèi)含雜物程度，下放排渣管直至孔底左右移動清孔，清孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為孔底淤積厚度小于10cm，泥漿密度小于1.15g/cm3，馬氏漏斗粘度23～50s，含砂量小于3%，窄口水庫清孔一小時(shí)后平均淤積厚度為3.43cm，平均含砂量為1.3%，接頭管、預(yù)埋灌漿管、澆筑導(dǎo)管后，孔底淤積無明顯增長趨勢，泥漿三項(xiàng)均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，混凝土澆筑結(jié)束后，墻頂沉渣較少，說明窄口防滲墻采用的清孔方法是適宜的。

4、預(yù)埋灌漿管制安

窄口水庫防滲墻預(yù)埋灌漿管最大深度83.43m，為保證預(yù)埋管下設(shè)成活率、縮短下設(shè)時(shí)間，經(jīng)過多種方案的桁架剛度、下設(shè)速度對比試驗(yàn)，在主體施工中將單根6m長的預(yù)埋管每兩根通過鋼筋架牢固焊接形成桁架，每個桁架之間的預(yù)埋管在孔口焊接，大大縮短了澆筑前的準(zhǔn)備時(shí)間。

4.1預(yù)埋灌漿管制作

預(yù)埋灌漿管采用桁架固定，桁架由18mm鋼筋制作縱向主筋保持架和橫向連接筋，用18mm鋼筋制作空間斜拉筋，將預(yù)埋灌漿管與鋼筋架焊接為一個整體桁架。桁架高度根據(jù)槽孔孔深分段制作，定位架在垂直方向的間距為3～5m，為防止桁架在下設(shè)過程中卡子槽壁上，每隔一定間距在桁架上設(shè)置起導(dǎo)向作用的弧形環(huán)，預(yù)埋灌漿管桁架結(jié)構(gòu)見圖1。

鋼筋架與預(yù)埋管安裝必須可靠，防止在混凝土澆注時(shí)抬動和傾斜，埋管底端應(yīng)封堵可靠，下段到達(dá)防滲墻底部，上端超出防滲墻導(dǎo)墻頂面10cm。鋼筋架的底部型式應(yīng)與槽孔底部形態(tài)相吻合，每一套預(yù)埋管均伸入防滲墻底部。同時(shí)Ⅰ期槽孔的桁架還必須考慮Ⅰ期槽孔和Ⅱ期槽孔套接孔鉆鑿施工要求。

4.2預(yù)埋灌漿管的布設(shè)

根據(jù)槽段深度，下設(shè)的預(yù)埋灌漿管采用桁架連接，盡量消除因管體自身的垂直度及混凝土澆筑時(shí)沖擊力的作用，對管體定位的影響。預(yù)埋灌漿管孔距1.5m，平面上的允許偏差不大于±5cm，預(yù)埋管內(nèi)徑為108mm，單管長度為6m。根據(jù)槽長調(diào)整鋼筋保持架的長度。確保相鄰的灌漿管間距為1.5m。并隨時(shí)注意調(diào)整Ⅰ期槽孔與Ⅱ期糟孔端頭部位相鄰兩灌漿管的間距為1.5m。

4.3預(yù)埋灌漿管的孔口對接

預(yù)埋管的連接方式有多種：

a 絲扣連接：預(yù)埋管的頂、底端分別加工成為絲扣，連接時(shí)利用帶內(nèi)扣的管箍進(jìn)行連接。其優(yōu)點(diǎn)是連接速度快，并且連接部位光滑、平順，有利于混凝土的導(dǎo)管澆注。其缺點(diǎn)是當(dāng)單節(jié)預(yù)埋管桁架長度過長時(shí)，一旦預(yù)埋鋼管或者絲扣部位任一個項(xiàng)目存在變形，或者上下兩根鋼管對中存在偏移的時(shí)候，這種連接方式往往連接困難，甚至難以實(shí)施，并且當(dāng)灌漿管采用薄壁鋼管的時(shí)候，由于絲扣的加工和管箍連接的不可避免的偏差，連接部位抗拉能力受到削弱。

b 焊接連接：灌漿管底段先期入槽，并穩(wěn)妥地架立于孔口，其余段利用吊車起吊，與底段進(jìn)行逐段對接。灌漿管接口處利用電焊機(jī)牢靠的進(jìn)行焊接連接。并在每一接口處豎向焊設(shè)2～3根鋼筋加勁肋，以確保接口處強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn)是允許鋼管有一定的變形，并且連接可靠，連接強(qiáng)度高。缺點(diǎn)是焊接時(shí)間長，耗費(fèi)時(shí)間，會使槽孔底部的淤積增加，加大混凝土澆注的難度。

c 法蘭盤連接：利用預(yù)埋管頂和底端預(yù)先焊接的法蘭盤對預(yù)埋管進(jìn)行連接。這種連接方式有著連接強(qiáng)度高、連接速度快的顯著特點(diǎn)。尤其是對于本工程有著槽孔深度大，預(yù)埋管下設(shè)數(shù)量多的的特點(diǎn)，縮短混凝土澆注之前的準(zhǔn)備時(shí)間可以減少孔底的淤積，并且使得混凝土澆注可以更加順利地進(jìn)行，這對于防滲墻混凝土的施工顯得尤為重要。

綜合考慮各種方案，本工程采用焊接連接方式進(jìn)行預(yù)埋管的制作。預(yù)埋管桁架孔口焊接，整體下設(shè)。灌漿管桁架底段先期入槽，架立于孔口，其余段利用鉆機(jī)或吊車起吊，與底段進(jìn)行逐段對接，或在灌漿管接口處外套直徑為127mm的接箍，焊接而成。

4.4預(yù)埋灌漿管的起吊、安裝

預(yù)埋管鋼桁架采用吊車起吊，根據(jù)預(yù)埋管間距制作起吊扁擔(dān)，保證起吊點(diǎn)為桁架中心，以方便桁架在孔口的對接、避免起吊時(shí)桁架變形，可考慮在灌漿管部位加設(shè)槽鋼、鋼管等剛性體，以增加灌漿管桁架的整體起吊剛度。

當(dāng)全部預(yù)埋管桁架對接完畢后，采用沖擊鉆機(jī)或吊車進(jìn)行整體下設(shè)。下設(shè)時(shí)要安全、平穩(wěn)，安排專人指揮，遇到阻力時(shí)不得強(qiáng)行下放，以免桁架變形，造成管體移位，影響下設(shè)精度。預(yù)埋灌漿管在槽口固定在導(dǎo)墻上。灌漿管間采用焊接連接，底口纏過濾網(wǎng)，防止混凝土進(jìn)入管內(nèi)。預(yù)埋管施工完畢后，管口采用圓形木塞封閉，防上異物落入管內(nèi)，增加帷幕灌漿鉆孔難度。

從后期壩基帷幕灌漿鉆孔情況來看，除S28號槽孔兩個灌漿孔在42.7m處鉆進(jìn)困難外，其它灌漿孔均順利成孔，表明窄口水庫預(yù)埋灌漿管制安是成功的。

5、結(jié) 語

通過河南省窄口水庫深厚壩體防滲墻清孔與預(yù)埋灌漿管制安，使我們更加認(rèn)識到造孔清孔工序?qū)τ诜罎B墻體重要性。筆者認(rèn)為對于墻體深度較大的防滲墻，澆筑準(zhǔn)備工作應(yīng)事先進(jìn)行周密策劃，做到有條不紊，盡量縮短準(zhǔn)備時(shí)間，以減小混凝土澆筑難度，更好地保證防滲墻質(zhì)量。