水庫(kù)防滲中防滲墻結(jié)合帷幕灌漿技術(shù)的應(yīng)用

白金海

(廣東韶能集團(tuán)股份有限公司，廣東 韶關(guān) 512026)

1 工程概況

某小型水庫(kù)為小(1)型水利建筑物，總庫(kù)容176×104m3，有效庫(kù)容154×104m3，死庫(kù)容12×104m3，至1982年已淤積庫(kù)容8×104m3。原設(shè)計(jì)死水位989.8m，正常蓄水位1004m，設(shè)計(jì)洪水位為正常蓄水位，而校核洪水位為1004.7m。由于當(dāng)時(shí)建設(shè)資金缺乏、施工技術(shù)落后等原因，一開始便按照較低等級(jí)籌建，故其建成以來(lái)，始終處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，隨著流域來(lái)水量的增大及庫(kù)水位不斷升高，不斷發(fā)生滲漏及庫(kù)體塌陷現(xiàn)象，水庫(kù)管理部門也采用過(guò)削坡、填土、護(hù)坡等加固治理措施，但均未從根本上治愈病害。

地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，壩基右岸存在斷裂層和滲水現(xiàn)象，該水庫(kù)帷幕灌漿必須在汛期來(lái)臨前完成，考慮到工期緊張，水庫(kù)管理部門決定通過(guò)全封閉式垂直塑性混凝土防滲墻和帷幕灌漿結(jié)合的方案進(jìn)行水庫(kù)防滲處理，且壩體和壩基均采用高壓旋噴防滲墻，防滲墻深入巖石0.5m，墻體厚度60cm，并在墻體下方增設(shè)單排帷幕灌漿，帷幕左側(cè)伸入山體95m，右側(cè)連接過(guò)渡壩段帷幕結(jié)構(gòu)，以形成封閉式垂直防滲結(jié)構(gòu)。

2 工程質(zhì)量控制難點(diǎn)

本水庫(kù)防滲中高壓旋噴防滲墻設(shè)計(jì)厚度僅為60cm，雖然施工采用不超出1%的孔斜率控制標(biāo)準(zhǔn)，但因墻體深度較大，高噴墻體仍存在20m左右的斜度，所以，帷幕灌漿鉆孔孔底偏差控制難度較大。為滿足高噴防滲墻搭接處60cm的厚度要求，在80cm孔距的情況下旋噴單樁直徑應(yīng)控制在100cm以上。高噴孔中心、20cm孔深的帷幕鉆孔偏差各影響因素的影響程度控制要求具體見表1。為將鉆孔位置嚴(yán)格控制在墻體內(nèi)側(cè)，保證帷幕灌漿施工質(zhì)量，必須加強(qiáng)各項(xiàng)施工參數(shù)控制。

表1 影響程度控制要求

3 防滲墻施工

為保證防滲墻能與灌漿帷幕有效連接，該水庫(kù)先施工防滲墻，再施工壩基帷幕灌漿，防滲墻施工主要包括導(dǎo)墻澆筑、槽段劃分、護(hù)壁泥漿制作以及混凝土灌注等環(huán)節(jié)。

3.1 導(dǎo)墻澆筑及槽段劃分

在導(dǎo)墻澆筑施工前先挖除高程在1800m以上的水庫(kù)壩體，再改用推土機(jī)整平為寬度15m的作業(yè)平臺(tái)，以便為防滲墻施工、壩體排漿溝排水設(shè)施布置提供條件。結(jié)束防滲墻施工結(jié)束后再恢復(fù)所挖除的壩體。防滲墻施工導(dǎo)墻設(shè)計(jì)高度1.4m、墻頂寬0.5m，并為工字形結(jié)構(gòu)。沿軸線開挖出頂寬和底寬分別為4.5m、3.0m的溝槽，在其中按設(shè)計(jì)要求澆筑導(dǎo)墻，并保證伸出防滲墻以外的邊導(dǎo)墻端頭不短于2.0m。待結(jié)束導(dǎo)墻澆筑后，應(yīng)在下游側(cè)設(shè)置排漿溝，并使其與壩軸線平行[1]。

水庫(kù)防滲墻槽段分Ⅰ期、Ⅱ期施工，各槽段均應(yīng)先施鉆主孔，后劈打副孔。該小型水庫(kù)共設(shè)置15個(gè)長(zhǎng)度5-6m的施工槽段，具體槽段長(zhǎng)度可在施工過(guò)程中調(diào)整，為控制槽段與其接頭孔數(shù)量，保證防滲墻結(jié)構(gòu)的整體性，必須根據(jù)以下要求延長(zhǎng)槽段長(zhǎng)度：

L=Q/(K×B×V)

(1)

式中：L為實(shí)際施工的槽段長(zhǎng)，m；Q為現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合站的實(shí)際生產(chǎn)能力，m3/h；K為混凝土墻體厚度擴(kuò)展系數(shù)，取1.2-1.3；B為防滲墻實(shí)際厚度，m；V為混凝土澆筑面實(shí)際上升速度，m/h。

3.2 槽孔施工

該小型水庫(kù)采用鉆劈法開挖防滲墻槽孔，并先施工主孔后施工副孔。主孔鉆進(jìn)主要采用沖擊鉆與空心鉆頭、十字鉆頭配合的施工方式，結(jié)合水庫(kù)大壩壩體土石質(zhì)實(shí)際分別選用空心鉆頭和十字鉆頭。兩側(cè)主孔完成后，通過(guò)十字鉆頭劈打副孔施工，中間副孔的劈打施工引發(fā)隔墻塌落的可能性較大，為此，應(yīng)將主副孔貫通處理。通過(guò)專用套筒將主副槽孔施工過(guò)程中孔底所沉積的鉆渣和碎屑徹底清除，并取設(shè)計(jì)基巖面鉆渣樣品以鑒定巖性。此外，還應(yīng)加強(qiáng)孔內(nèi)泥漿液面控制，以避免成槽施工過(guò)程中塌孔的發(fā)生。

待槽段開挖完成后，通過(guò)泵吸反循環(huán)法清槽換漿，并向槽內(nèi)及時(shí)補(bǔ)充新鮮泥漿。清槽換漿完畢1h后進(jìn)行檢查，槽底所預(yù)留的殘?jiān)逊e層的實(shí)際厚度必須控制在10cm以內(nèi)，槽內(nèi)已經(jīng)灌注的泥漿漿液比重不應(yīng)超出1.1-1.2g/cm3，漿體黏度15-25s，漿液含砂量在5%以內(nèi)，并在清槽驗(yàn)收合格4h以內(nèi)進(jìn)行混凝土澆筑施工。

3.3 泥漿制備及混凝土灌注

護(hù)壁泥漿由水、黏土和添加劑按設(shè)計(jì)比配合拌制而成，并結(jié)合地層特性通過(guò)試驗(yàn)確定最佳配合比，并按天進(jìn)行拌制好的泥漿黏度、比重等性能檢測(cè)。

本水庫(kù)防滲墻施工采用摻膨潤(rùn)土，P.O42.5硅酸鹽水泥，粒徑不超過(guò)20mm的碎石料，并將碎石料含泥量嚴(yán)格控制在1.0%以內(nèi)，細(xì)度模數(shù)2.4-2.8cm且含泥量1.0%以內(nèi)的砂，含水率13%左右、土粒比重2.6-2.7的黏土。試驗(yàn)所確定的混凝土配合比為水∶水泥∶碎石∶砂∶黏土∶膨潤(rùn)土=250∶192∶800∶975∶100∶28?；炷粱旌狭辖y(tǒng)一由拌合系統(tǒng)制備。

混凝土混合料的灌注施工采用槽內(nèi)直升導(dǎo)管法，通過(guò)法蘭和膠墊將內(nèi)徑20cm的導(dǎo)管密封連接，并在導(dǎo)管上端焊接固定入料漏斗。待導(dǎo)管完成后由鉆機(jī)懸吊進(jìn)行起拔移動(dòng)，各槽段澆筑混凝土施工至少需要兩套導(dǎo)管，導(dǎo)管的放置間距應(yīng)在3.5m以內(nèi)，并確保灌注的混凝土覆蓋全部倉(cāng)面。在澆筑施工前，將一個(gè)浮性隔離塞球置入導(dǎo)管下方孔口內(nèi)，并用鋼絲將其拉緊至管口，澆筑施工開始后先澆筑水泥砂漿，再澆筑塑性混凝土，澆筑結(jié)束后剪短鋼絲?；炷烈好鎽?yīng)按照2.0m/h的速度勻速上升，澆筑過(guò)程不得中斷，導(dǎo)管穿過(guò)鋼蓋板上的孔，混凝土澆筑面的高程應(yīng)比防滲墻設(shè)計(jì)高程高出0.5m。

4 防滲墻下帷幕灌漿施工

本水庫(kù)防滲帷幕灌漿施工工藝流程如圖1所示。

圖1 水庫(kù)防滲帷幕灌漿施工工藝流程

在進(jìn)行水庫(kù)大壩壩體帷幕灌漿前，還必須通過(guò)水灰比漿液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行材料工程性能檢驗(yàn)，本工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)材料性能相關(guān)結(jié)果見表2。灌漿孔開孔通過(guò)GJ-150S型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)完成，孔徑110mm，先導(dǎo)孔與檢查孔按照3.0m的長(zhǎng)度分段鉆取巖芯，灌漿過(guò)程中全程測(cè)斜孔，并根據(jù)孔深進(jìn)行孔斜允許偏差的控制，具體要求詳見表3。

表2 施工材料工程性能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果匯總

表3 帷幕灌漿鉆孔孔斜偏差要求

結(jié)束鉆孔后灌漿前使用160型泥漿泵并將流量先設(shè)定為設(shè)計(jì)注漿施工壓力的80%，按照從孔底向孔外的方向進(jìn)行導(dǎo)管初步?jīng)_洗，孔內(nèi)所沉積的巖芯厚度應(yīng)不超出20cm，以避免對(duì)以后的注漿造成不利影響[2]。與此同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)在注漿施工初期進(jìn)行管道壓水試驗(yàn)，將水壓控制在設(shè)計(jì)注漿壓力的80%，水壓試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)控制在20min以內(nèi)，為控制水壓及試驗(yàn)水量，必須按照5min的間隔測(cè)試，管道壓水試驗(yàn)各個(gè)階段根據(jù)取得的數(shù)據(jù)計(jì)算透水率。

本水庫(kù)大壩壩體防滲灌漿施工應(yīng)嚴(yán)格采用由下至上的方式，并分段循環(huán)進(jìn)行，將注漿施工過(guò)程的壓力嚴(yán)格控制在0.2-0.5MPa范圍內(nèi)，對(duì)于病害十分嚴(yán)重的部位必須提升漿液注入率的情況下，必須分段分級(jí)升壓。無(wú)論是分級(jí)分段升壓還是穩(wěn)定壓力注漿，均應(yīng)當(dāng)確保采用不變的設(shè)計(jì)水灰比。在設(shè)計(jì)注漿壓力下，當(dāng)注入率在0.4L/min及以下，則應(yīng)持續(xù)灌漿1h，若注入率在0.1L/min及以下，則應(yīng)持續(xù)灌漿1.5h。

在本水庫(kù)大壩壩體帷幕灌漿完成后等待7d，如果在此期間內(nèi)未發(fā)生明顯的注漿面下沉，或外溢現(xiàn)象，則表明帷幕灌漿初步成功，此后便應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求開設(shè)檢查孔通過(guò)規(guī)范所要求的單點(diǎn)壓水試驗(yàn)法全面檢查水庫(kù)大壩壩體帷幕灌漿質(zhì)量，為保證檢查過(guò)程的全面性，并避免擾動(dòng)灌漿結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照注漿孔數(shù)10%-12%定出檢查孔數(shù)并按規(guī)范要求的程序檢查灌漿質(zhì)量[3]。

5 結(jié) 論

通過(guò)文章對(duì)具體水庫(kù)工程大壩壩體灌漿加固施工過(guò)程的分析，黏性土和膨潤(rùn)土本屬于力學(xué)性能不良的土體，但是按照設(shè)計(jì)用量用其代替部分水泥后而制成的柔性混凝土材料卻具有較大的極限應(yīng)變性、較低的彈性模量值、更強(qiáng)的應(yīng)變適應(yīng)能力和更佳的抗?jié)B性能，由于黏性土和膨潤(rùn)土在我國(guó)各個(gè)地區(qū)分布較廣，隨處可得，成本低廉，所以既節(jié)省了水泥用量，使工程造價(jià)大大降低，又能顯著提升材料力學(xué)性能。本水庫(kù)防滲施工結(jié)束后，分別采用開挖取樣、超聲波檢測(cè)及注水試驗(yàn)手段和壓水試驗(yàn)進(jìn)行混凝土防滲墻及帷幕灌漿施工效果的檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，本工程塑性混凝土防滲墻成墻質(zhì)量和灌漿效果良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的防滲效果。