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      塑性混凝土防滲墻在黃材水庫除險加固工程中的應(yīng)用和探討

      2022-07-14 08:11:08文勇坤
      湖南水利水電 2022年2期
      關(guān)鍵詞:主壩防滲墻壩體

      文勇坤

      (長沙市黃材水庫灌區(qū)管理局,湖南 長沙 410600)

      1950年,混凝土防滲墻技術(shù)第一次應(yīng)用于意大利瑪麗亞大壩,采用沖擊式鉆進(jìn)法在大壩砂卵石地基中建造了深40 m的防滲墻,隨后各國相繼引進(jìn)推廣。我國于1958年首先在山東省嶗山水庫工程中建成混凝土防滲墻后,相繼在密云白河主壩、毛家村壩等工程使用。目前全國大(中)型病險水庫險險加固工程已多處采用塑性混凝土防滲墻,成墻質(zhì)量可靠,防滲效果明顯。

      1 工程概況

      1.1 水庫概況

      黃材水庫興建于1958年,1965年樞紐工程竣工,由主壩、竹山坳副壩、井坡里副壩、溢洪道、輸水隧洞及電站等組成。水庫樞紐為大(II)型綜合水利樞紐工程,壩址控制集雨面積240.8 km2,水庫總庫容1.45億m3,其中主壩為黏土心墻土壩、最大壩高57.5 m、壩頂高程169.5 m。

      1.2 主壩加固大事記

      水庫建成后,經(jīng)歷了多次大規(guī)模除險加固,1987—1990年防洪保安加固施工,對主壩壩體采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲處理,完工后主壩滲漏得到解決。經(jīng)3年的運(yùn)行,在壩體中部136~142 m高程位置又出現(xiàn)了嚴(yán)重滲漏,經(jīng)分析系劈裂灌漿擊穿所致。

      2009—2010年對主壩壩體進(jìn)行了沖抓回填,兩排孔施工,施工時水庫水位較高,施工期降雨大,水庫水位上漲,沖抓機(jī)具造孔時,當(dāng)孔深達(dá)一定深度即有滲水涌出,加上鉆具沖擊震動的影響,垮孔現(xiàn)場嚴(yán)重,最終導(dǎo)致鉆孔進(jìn)尺不夠,未與老心墻頂部(146 m)形成搭接,施工完成后滲漏情況沒有好轉(zhuǎn)。

      2019—2020年對主壩壩體采用了塑性混凝土防滲墻防滲,通過詳細(xì)設(shè)計(jì)、規(guī)范施工、有效管理等措施,主壩壩體滲漏問題得以徹底解決,并通過了竣工驗(yàn)收。運(yùn)行過程中,防滲墻前后滲透壓力、滲漏量的觀測數(shù)據(jù)顯示,主壩防滲效果好,運(yùn)行狀況良好。

      2 主壩病險情況

      主壩壩體心墻高程146~157 m之間為含礫黏土料,其含礫量大,造成心墻脫節(jié),雖經(jīng)劈裂灌漿和沖抓回填處理,但防滲效果不明顯。2019年除險加固前,主壩下游坡排水棱體以上132.00~143.50 m高程散浸問題嚴(yán)重,壩體滲漏未徹底解決。發(fā)電尾水淹沒壩腳下游,不僅不利于大壩滲流觀測,同時引起壩體浸潤線抬高,不利于主壩滲流安全。左壩端基礎(chǔ)滲漏較嚴(yán)重,沿壩體與山體交界面存在集中滲漏點(diǎn),且普遍存在散浸。

      3 主壩防滲方案

      根據(jù)主壩存在的問題,結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn),主壩壩體防滲加固對如下三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選:

      方案Ⅰ:采用塑性混凝土防滲墻防滲。方案Ⅱ:采用高壓旋噴灌漿防滲墻防滲。方案Ⅲ:采用沖抓套井回填黏土防滲墻防滲。

      2009—2010年除險加固中主壩防滲采用沖抓套井回填黏土防滲墻,工程實(shí)施后的運(yùn)行情況表明:防滲效果與原設(shè)計(jì)指標(biāo)存在較大差異,主要是防滲土料質(zhì)量與填筑質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,且沖抓設(shè)備造孔深度有限,孔深超過15 m時孔斜率難以滿足規(guī)范要求,造成底部墻體不連續(xù),導(dǎo)致處理后防滲效果不理想。鑒于此,沖抓套井回填黏土防滲墻的方案不予考慮,故只對方案Ⅰ和方案Ⅱ進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,具體比選情況見表1。

      表1 水庫主壩壩體防滲方案比較表

      4 塑性混凝土防滲墻施工

      4.1 施工工藝流程(圖1)

      圖1 塑性混凝土防滲墻施工工藝流程圖

      4.2 施工質(zhì)量控制

      1)在施工前,進(jìn)行先導(dǎo)孔施工以確保不出現(xiàn)因地勘資料不詳細(xì)、不準(zhǔn)確,造成塑性混凝土防滲墻施工無法滿足設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致防滲效果差的問題。每20 m布置1個先導(dǎo)孔,布置18個,孔深需進(jìn)入基巖透水率5 Lu以下5 m,繪制防滲墻施工底線剖面圖和帷幕灌漿的施工底線剖面圖。

      2)成槽后應(yīng)立即清孔,淺孔采用抽通法、深孔采用泵吸法。清孔時應(yīng)向孔內(nèi)補(bǔ)漿,清孔1 h后,膨潤土泥漿的漏斗黏度為32~50 s、密度不大于1.15 g/cm3、含砂量不大于4%,孔底沉渣厚度不大于10 cm,從而保證槽底的防滲搭接。

      3)壩基防滲施工中,先進(jìn)行壩體塑性混凝土防滲墻施工,后進(jìn)行壩基帷幕灌漿,從而可保證基巖面處防滲搭接。施工中過程中,應(yīng)下設(shè)DN100 mm帷幕灌漿預(yù)埋管,防止塑性混凝土防滲墻和帷幕灌漿防滲體脫節(jié)。為保證混凝土防滲墻澆筑后預(yù)埋管的垂直度,應(yīng)注意以下幾個方面:一是按要求制作鋼筋籠,每6 m設(shè)置一道水平固定支架;二是在鋼筋籠堆放和吊運(yùn)下放過程中,要防止鋼筋籠產(chǎn)生扭曲變形;三是采用錨固、壓重、減少導(dǎo)管在混凝土中埋入深度和降低塑性混凝土澆筑速度等方式,防止鋼筋籠上浮;四是采用兩套以上導(dǎo)管同時澆筑,始終保持混凝土面基本水平,降低澆筑速度,保證預(yù)埋管四周壓力平衡,防止擠壓移位。

      4)黃材水庫主壩塑性防滲墻采用6 m一個槽段,兩序施工,槽段搭接是保證塑性防滲墻施工質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。為保證槽段搭接質(zhì)量,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):一是選擇適宜的拔管時間,拔管過早將造成槽端混凝土垮落,拔管過晚將造成卡管,應(yīng)在初凝時拔管;二是需控制拔管速度,拔管過快將造成槽端混凝土破壞,影響搭接,拔管過慢將錯過最佳拔管時間,造成拔不動的情況出現(xiàn);三是應(yīng)在接頭管拔出的同時向孔內(nèi)填充泥漿,防止塌孔;四是在塑性混凝土澆筑前,應(yīng)采用圓形鋼絲刷子對接頭部位進(jìn)行刷洗,去除附著的泥皮。

      4.3 特殊情況處理

      在主壩塑性混凝土防滲墻某槽段成槽過程中,突然出現(xiàn)漏漿,從外坡可見泥漿滲出,短時間泥漿大量流失,且下游側(cè)導(dǎo)槽處土沿軸線方向出現(xiàn)長達(dá)30多米裂縫(見圖2)。針對此情況,各參建方立即進(jìn)行會商,分析原因?yàn)閴误w高程146~157 m之間為為含礫黏土料,其含礫量大,造成心墻脫節(jié),成槽到此高程范圍時泥漿大量流失,并出現(xiàn)一定程度的垮槽現(xiàn)象。通過討論,采取加大泥漿比重繼續(xù)補(bǔ)漿,同時立即回填黏土,回填靜置10天后把此6 m的槽段改為3 m一段再重新成槽施工,第二次成槽時未出現(xiàn)漏漿、垮槽現(xiàn)象。

      圖2 漏漿垮槽段

      因漏漿、垮槽時補(bǔ)充了大量比重大的泥漿,填充含礫黏土的孔隙,加之一定時間的靜置使泥漿凝固,保證了高程146~157 m的范圍不再漏漿,從而使成槽施工得以順利進(jìn)行。

      4.4 工程量、工期及造價

      主壩塑性混凝土防滲墻土方槽挖(墻厚0.8 m)合同工程量為12 158.15 m2,實(shí)際完成工程量為12 683.18 m2;塑性混凝土合同工程量為9 726.52 m3,實(shí)際完成工程量為10 856.79 m3,通過先導(dǎo)孔查明基巖面比設(shè)計(jì)稍深及槽挖擴(kuò)孔系數(shù)影響,導(dǎo)致實(shí)際工程量比設(shè)計(jì)工程量稍大。工期為2019年10月18日至2020年2月25日,主壩加固完成投資1 731.32萬元,比預(yù)算的1 690萬元稍大,但在可控范圍內(nèi)。實(shí)際投資及工期控制合理,達(dá)到選定方案預(yù)期。

      5 施工質(zhì)量檢測

      5.1 配合比及技術(shù)參數(shù)

      塑性混凝土就是在普通混凝土基礎(chǔ)上減少水泥用量,增加粘土和膨潤土用量的混凝土,由水泥、水、粘土(膨潤土)、砂石骨料和外加劑等配制而成,配合比試驗(yàn)確定水泥146 kg/m3,碎石824 kg/m3,砂762 kg/m3,膨潤土146 kg/m3,水285 kg/m3。黃材水庫主壩塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)容重不小于2.1t/m3、28天抗壓強(qiáng)度(3~5)MPa、彈性模量(300~2 000)MPa、水利梯度為60、抗?jié)B等級為W6、滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s。

      表2 塑性混凝土配合比試配表

      表3 塑性防滲墻混凝土試塊檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

      表4 鉆芯法檢測塑性防滲墻統(tǒng)計(jì)表

      5.2 塑性混凝土試配、試塊及實(shí)體檢測

      從以上檢測數(shù)據(jù)可知,塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗?jié)B等級、滲透系數(shù)等達(dá)到設(shè)計(jì)要求。說明只要規(guī)范施工,控制好工序,施工質(zhì)量就能得到保障。芯樣見圖3。

      圖3 塑性混凝土芯樣

      6 結(jié)論

      黃材水庫自建庫以來,主壩經(jīng)歷了3次壩體防滲加固,分別是劈裂灌漿、沖抓回填、塑性混凝土防滲墻。劈裂灌漿和沖抓回填難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,2019—2020年經(jīng)塑性混凝土防滲墻處理后,主壩外坡132.00~143.50 m高程處未見散浸;正常蓄水位時,壩腳量水堰流量為4~5 L/s,比設(shè)計(jì)計(jì)算流量30 L/s明顯偏小。實(shí)踐證明,黃材水庫主壩采用塑性混凝土防滲墻方案是行之有效的方法,只要設(shè)計(jì)合理,把握好原材料質(zhì)量,把控好成槽清孔、帷幕灌漿預(yù)埋管垂直度,做好槽段搭接和塑性混凝土防滲體和帷幕防滲體的搭接,同時做好項(xiàng)目管理,控制投資,把握進(jìn)度,就能按質(zhì)按量完成施工任務(wù)。目前,全國大中型水庫除險加固正在如火如荼地進(jìn)行,主壩塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)有效解決了黃材水庫壩體滲漏的問題,相關(guān)施工要點(diǎn)、質(zhì)量控制、特殊情況處理等可以為類似工程提供借鑒。

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