淺談雙塔水庫除險加固項(xiàng)目技術(shù)難點(diǎn)處理分析

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 酒泉 736100)

1 工程概況

1.1 基本情況

雙塔水庫位于疏勒河中游河段上，設(shè)計(jì)庫容2.4億m3，興利庫容1.2億m3，主要有主壩、1號與2號副壩、輸水洞、溢洪道、泄水渠等建筑物。水庫承擔(dān)著下游46萬畝耕地的灌溉用水和周邊地區(qū)工業(yè)供水及向下游敦煌濕地生態(tài)輸水的任務(wù)。雙塔水庫是一座以灌溉為主，兼顧生態(tài)用水、防洪、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫。1958年水庫動工建設(shè)，1960年3月建成蓄水，水庫建成后，由于受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的制約，設(shè)計(jì)和施工都存在一定問題，工程質(zhì)量存在一定的缺陷，水庫處于病險狀態(tài)運(yùn)行，工程效益發(fā)揮未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，先后于1978—1984年、1996—1998年、2002—2005年進(jìn)行了三次除險加固。

1.2 除險加固項(xiàng)目概述

雙塔水庫除險加固項(xiàng)目主要內(nèi)容有主、副壩壩體及壩基防滲處理、下游壩坡培厚、壩頂加寬改造及上游壩坡混凝土面板澆筑等，在壩體內(nèi)新設(shè)塑性混凝土防滲墻與原主壩防滲墻相連接，形成完整封閉的防滲體系。項(xiàng)目總投資1.53億元。

1.3 工程地質(zhì)

雙塔水庫主壩區(qū)河谷寬約1.10km，水庫壩址地處疏勒河中下游的基巖剝蝕丘陵與洪積傾斜平原交接地帶，兩岸為低緩的丘陵，左岸地勢相對較高，右岸低緩且埡口地形較多，各埡口段相連形成1號、2號副壩區(qū)。主要巖性為前震旦系片麻狀花崗巖，第四系各種成因的堆積層巖性主要有洪積砂礫碎石土、洪積含礫粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土等。

2 雙塔水庫除險加固項(xiàng)目技術(shù)難點(diǎn)問題及解決方案

雙塔水庫承擔(dān)著下游瓜州縣農(nóng)業(yè)灌溉供水、周邊工業(yè)供水、下游生態(tài)供水等任務(wù)，水庫不可能空庫運(yùn)行進(jìn)行大壩施工，而且低水位的情況只有2個多月時間，因此，大壩壩坡培厚和新建混凝土防滲墻等所有施工項(xiàng)目，只能在水庫高水位情況下施工，存在很大的安全風(fēng)險，各子項(xiàng)目施工之間、同一項(xiàng)目的各施工工序之間相互制約，環(huán)環(huán)相扣，存在著很大的技術(shù)難度，如何解決這些技術(shù)問題，就成為水庫除險加固工程的核心和成敗關(guān)鍵。

2.1 高水位下壩體防滲墻施工和下游壩體填筑培厚技術(shù)處理

傳統(tǒng)的壩體防滲墻施工是通過降低庫水位，確保大壩安全的前提下進(jìn)行的。雙塔水庫一年只有7、8兩個月水位較低，根本滿足不了施工需要，因此，所有項(xiàng)目基本都在高水位狀態(tài)下進(jìn)行的。是先進(jìn)行下游壩坡培厚施工，還是先進(jìn)行壩體防滲墻施工，是減小施工安全風(fēng)險、降低施工成本、縮短施工工期的關(guān)鍵所在。

施工平臺搭建是防滲墻施工的第一步，也是防滲墻施工的先決條件，施工平臺主要是保證施工機(jī)械能夠安全操作和通行。液壓抓斗的作業(yè)半徑是9m，還需留出3.0m其他設(shè)備進(jìn)出安全通道，因此，壩頂施工平臺需要12m。雙塔水庫原主壩壩頂寬度為8m，滿足不了防滲墻施工要求，需要搭建施工平臺進(jìn)行防滲墻施工。

先進(jìn)行下游壩體培厚施工，利用加寬后的壩頂作為防滲墻施工平臺，再進(jìn)行防滲墻施工。工序上采取平行交叉作業(yè)方式，即把壩體分為200～300m的幾個段落進(jìn)行壩體培厚施工，加寬壩頂達(dá)到防滲墻施工平臺條件，隨即用進(jìn)占法進(jìn)行防滲墻施工，然后再進(jìn)行下一段壩體培厚施工，直至全部施工完成。這個施工方案的防滲墻施工平臺是碾壓后的壩體，密實(shí)度已達(dá)到設(shè)計(jì)干密度，不存在防滲墻施工時平臺出現(xiàn)滑塌的可能，最大限度降低了安全風(fēng)險，工期短，成本低。

先進(jìn)行壩體防滲墻施工，原壩面寬度達(dá)不到防滲墻施工要求，必須搭建臨時施工平臺，用編織袋裝土加寬壩頂公路形成施工作業(yè)段，防滲墻施工完成后，拆除臨時施工平臺，進(jìn)行下一段施工，最后完成全部防滲墻施工。防滲墻施工平臺用袋裝土填筑，加寬部分無法進(jìn)行碾壓，液壓抓斗和混凝土運(yùn)輸車自重大，施工時容易側(cè)滑，發(fā)生設(shè)備傾覆危險，而且施工成本高，工期長。因此，先進(jìn)行下游壩體培厚施工，后進(jìn)行防滲墻施工，安全隱患小，施工工期短，成本低，是加快施工進(jìn)度、創(chuàng)造較好經(jīng)濟(jì)效益的最佳方案。

2.2 壩體培厚施工中新老壩體結(jié)合技術(shù)處理

在雙塔水庫主壩下游壩體培厚施工時，對老壩體的干密度進(jìn)行了測定，老壩體干密度普遍在1.60～1.80t/m3之間，經(jīng)分析是由于當(dāng)時施工技術(shù)和碾壓方法落后而造成的，新壩體培厚設(shè)計(jì)干密度為2.10t/m3，這完全是兩種土料介質(zhì)，因此，新老壩體在兩種干密度下如何完全結(jié)合存在很大問題。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，“無黏性土料、堆石及其他壩殼縱橫向接合部位，應(yīng)優(yōu)先選用臺階收坡法；如無條件時接縫的坡度應(yīng)不陡于其穩(wěn)定坡度。與岸坡接合時料物不得分離、架空，并應(yīng)對邊角處加強(qiáng)壓實(shí)”，“壩體加高或培厚，應(yīng)對結(jié)合部位原壩體進(jìn)行表層處理”，“擴(kuò)建加高壩體的土石料與原壩體填筑料性質(zhì)不同時，應(yīng)研究增設(shè)反濾層和過渡層的必要性”，因此，為解決兩種土體結(jié)合問題，對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和試驗(yàn)，最終確定對原壩體進(jìn)行翻夯1m，形成過渡土體來解決兩種不同干密度的土體結(jié)合問題。雙塔水庫主壩下游壩體培厚新壩體和老壩體結(jié)合問題的解決，保證了壩體碾壓質(zhì)量，取得了良好效果，為順利完成壩體培厚施工打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.3 防滲墻槽孔快速清孔換漿技術(shù)處理

防滲墻槽孔成槽后，泥漿中的鉆渣都將沉淀在槽底，這些鉆渣必須在混凝土澆筑前清理干凈，否則，將給墻體質(zhì)量帶來危害。在混凝土澆筑前的這段時間，是槽孔最容易造成塌孔的時段，時間越長，塌孔的可能越大，如何快速清孔，縮短清孔換漿時間，避免出現(xiàn)塌孔，就是這個階段工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。清除孔底淤積的方法主要有抽筒出渣法、泵吸排渣法、抓斗撈取法和氣舉排渣法。抽筒出渣法是鋼繩沖擊鉆機(jī)成槽采用的出渣方式。該法操作簡便，但效率低，泥漿損耗大，清渣效果也較差，已逐步被其他方法代替。泵吸排渣法用設(shè)置在地面的砂石泵通過排渣管將孔底的泥渣吸出，經(jīng)泥漿凈化系統(tǒng)凈化，再返回到槽內(nèi)使用。該方法效率高，效果好，節(jié)約泥漿，但因排渣過程中槽內(nèi)負(fù)壓大，易造成塌孔。抓斗撈取法是槽內(nèi)沉渣經(jīng)沉淀后用抓斗直接撈取，直至孔內(nèi)泥漿及沉渣厚度滿足要求。主要適用覆蓋層為黏土層的施工中。氣舉排渣法的原理是借助氣舉排渣器將液氣混合，利用密度差來升揚(yáng)排出孔底的沉渣,經(jīng)振動篩過濾后返回槽內(nèi)的方法。經(jīng)過對各種方法的對比和生產(chǎn)性試驗(yàn)，確定采用抓斗撈取法和氣舉法相結(jié)合的方法進(jìn)行清孔換漿，其所用時間最短，出現(xiàn)塌孔的概率最小，能達(dá)到快速清孔換漿的目的，節(jié)約施工時間，為整個工程縮短工期。

2.4 灌漿管準(zhǔn)確埋設(shè)技術(shù)處理

壩基帷幕灌漿采用預(yù)埋灌漿管的方式，如何準(zhǔn)確埋設(shè)灌漿管是壩基帷幕灌漿的關(guān)鍵，如果埋設(shè)位置偏差大或者埋設(shè)失敗，將造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時費(fèi)工費(fèi)時，延長工期。此次設(shè)計(jì)預(yù)埋灌漿管為PVC管，采用桁架定位下設(shè)，在施工過程中，由于PVC管容易變形和破損，成功率比較低，造成了一定損失和工期延誤，經(jīng)過研究論證、比對分析，用110mm口徑的鋼管替代PVC管，每米增加費(fèi)用29.1元，雖然價格高些，但成功率非常高，接近100%，節(jié)約了大量工期，取得了很好的效果。具體做法是在施工現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)埋灌漿管桁架加工，根據(jù)槽孔的寬度、長度和深度采用φ16鋼筋加工鋼筋桁架，固定灌漿管，灌漿管沿防滲墻槽孔中心線布置，管中心間距1.5m，灌漿管間采用管箍連接，底口用薄鋼板封閉，下端到達(dá)防滲墻底部，上端超出壩頂面10cm，預(yù)埋灌漿管下設(shè)完畢后封堵管口，埋管的垂直度不大于1%孔斜(見圖1)。

2.5 防滲墻入巖深度控制技術(shù)

在混凝土防滲墻施工過程中成槽施工是混凝土防滲墻成敗的關(guān)鍵，入巖深度是重中之重。按照規(guī)范要求，防滲墻入巖深度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，只有保證防滲墻入巖深度，才能保證防滲墻與基巖的完全結(jié)合，徹底封死滲水通道，從而保證防滲墻施工整體質(zhì)量。雙塔水庫設(shè)計(jì)入巖深度為0.50～0.80m，為保證入巖深度，以抓斗抓不動為入巖起始面，然后改用沖擊鉆進(jìn)行造孔。到抓斗抓不動時，就表示已經(jīng)見巖了，可根據(jù)抓出的巖石樣本進(jìn)行判定，量取槽的深度，作為以后判別入巖深度的依據(jù)。

見巖后，采用“四鉆三抓”的方法利用鉆機(jī)和抓斗配合成槽，先用鉆機(jī)鉆進(jìn)形成四個鉆孔，然后利用抓斗抓取鉆孔之間形成的小墻。初見巖后，鉆機(jī)鉆進(jìn)速度比較快，而后逐漸減少，趨于穩(wěn)定，這是由于上層巖石風(fēng)化程度大，鉆進(jìn)速度快，下層巖石比較完整，鉆進(jìn)速度就慢，而且穩(wěn)定。四個鉆機(jī)進(jìn)尺達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，利用抓斗抓取剩余巖石小墻，量取深度，就能判別入巖多少了?？仔涂刂剖欠罎B墻入巖深度控制的關(guān)鍵一步，主要控制深度、厚度和孔斜?？咨顪y定采用專用測繩進(jìn)行，測量時，將測針下放至孔底，并慢慢提升至測繩順直，此時測取的數(shù)值即為終孔孔深，以測量終孔孔深減去見巖孔深就是入巖深度?？椎谆鶐r鑒定十分重要，只有準(zhǔn)確地鑒定基巖面，才能保證混凝土防滲墻確實(shí)嵌入基巖。在施工中可根據(jù)鉆渣樣品或抓斗抓取樣品進(jìn)行鑒定，確定巖面，保證入巖深度不小于80cm。清孔換漿是保證入巖深度的一個重要環(huán)節(jié)，對防滲墻入巖深度有直接影響，清孔不徹底，會造成孔底淤積過多，厚度達(dá)到一定程度后，入巖深度就得不到保證。

圖1 預(yù)埋灌漿管桁架

2.6 新舊防滲墻接頭處理技術(shù)

主壩樁號0+574～0+887為1984年澆筑的防滲墻，新防滲墻和舊防滲墻如何連接就是值得考慮的問題，接頭處理不好會在新墻和舊墻之間產(chǎn)生夾縫，形成滲水通道，增加大壩滲流量，嚴(yán)重時發(fā)生管涌，危及大壩安全，因此，它是除險加固工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

新舊混凝土防滲墻接頭處理為樁號0+574及0+887兩處。設(shè)計(jì)采用套接處理方式，即在舊防滲墻端頭部位80cm范圍內(nèi)鉆孔至墻底，刷洗孔壁后澆筑新防滲墻進(jìn)行嵌套處理(見圖2)。由于舊防滲墻混凝土形成年代較長，而且澆筑情況不明，在鉆進(jìn)施工過程中容易造成舊防滲墻的沖擊破壞，因此，將設(shè)計(jì)方案變更為平接方式，保證舊防滲墻不被破壞。具體方案是新舊防滲墻接頭處采用高壓旋噴及接縫灌漿縫方式進(jìn)行處理(見圖3)。接頭處兩側(cè)各布置3個高噴孔，孔距為0.40m，孔中心距離防滲墻邊線0.20m；接縫灌漿孔位布置在新舊防滲墻“平接”接縫中心處，共布置高壓旋噴灌漿孔12孔、防滲墻接縫灌漿孔2孔。施工完成后，效果非常好，成功地將新舊防滲墻連接在一起，下游無滲點(diǎn)出現(xiàn)。此方法應(yīng)用成功后，在副壩施工中還用于溢洪道等建筑物和防滲墻的連接，它的最大好處是利用高壓噴射灌漿和接縫灌漿配合施工，減少對原墻的擾動和破壞，保證了舊墻與新墻之間、建筑物與防滲墻之間的嚴(yán)密連接，從而取得最大限度的防滲效果，提高新、老防滲墻連接質(zhì)量和速度，確保了防滲體系建設(shè)的完整性。

圖2 套+接法新、舊防滲接頭布置圖

圖3 平接法新、舊防滲接頭布置圖(單位：cm)

3 工程除險加固期運(yùn)行觀測情況

通過試運(yùn)行期的外觀觀測，工程加固措施效果顯著。主壩和副壩經(jīng)采取壩體防滲墻構(gòu)筑、壩基帷幕灌漿和后壩坡培厚等措施加固后，壩體裂縫問題、滲流問題得到了徹底解決，更加安全穩(wěn)定。大壩加固前實(shí)測浸潤線較高，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)浸潤線，加固后觀測的浸潤線已低于設(shè)計(jì)浸潤線；根據(jù)施工期設(shè)置的滲流觀測點(diǎn)觀測，滲流量由原來的1.92L/s(相應(yīng)水位1330.07m)減少到0.22L/s，隨庫水位變化不明顯，無突變現(xiàn)象。

4 效益分析

4.1 施工期間的工程運(yùn)用

由于制定了合理的施工方案，有效解決了各項(xiàng)目和各工序等的關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)問題，工程施工基本不受水庫水位的影響，防滲墻和帷幕灌漿項(xiàng)目施工24小時兩班倒作業(yè)，實(shí)行倒計(jì)時控制工程進(jìn)度，加快了工程進(jìn)度，按計(jì)劃完成了各階段的施工任務(wù)，不僅施工企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且不影響水庫防汛和下游灌溉，保證了灌區(qū)灌溉用水需求，取得了良好的灌溉效益和社會效益。

4.2 運(yùn)行效益

水庫除險加固后，運(yùn)行良好，解決了原來存在的隱患，保障了水庫下游農(nóng)田、公路、文物古跡的安全。除險加固前，水庫蓄水位限定在1329.80m，加固后試運(yùn)行階段，水庫水位達(dá)到設(shè)計(jì)正常蓄水位1330.30m，庫容相應(yīng)增加1342萬m3，水庫調(diào)蓄能力增加，防洪攔洪作用增強(qiáng)，供水狀況得到明顯改善，為大壩安全及下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供了可靠保證。通過對水庫的除險加固，無論是水庫的安全運(yùn)行方面還是農(nóng)業(yè)灌溉方面，水庫效益得到了充分發(fā)揮。

5 結(jié) 語

雙塔水庫除險加固工程有效解決了老壩體高水位下防滲墻施工和各個施工環(huán)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)等問題，選擇了最優(yōu)施工方案和方法，提高了施工質(zhì)量，縮短了施工工期，降低了施工成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益，為今后類似工程防滲墻施工提供了有意義的借鑒和應(yīng)用實(shí)例并積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。