水庫電站壩基防滲墻施工技術的應用

李慶文

（中寧縣水利規(guī)劃建設管理中心，寧夏中寧 755100）

壩基滲漏是水庫電站在運行期間常見的一類質量問題，除了地震等客觀因素的破壞作用外，工程材料不合格、施工質量不過關等主觀因素，也是造成壩基滲漏的常見原因。因此，在壩基防滲墻施工中，必須要加強現場施工管理，確保各項技術要點都能夠把控到位，從源頭上消除質量隱患。根據以往的施工經驗，壩基防滲墻施工中需要重點關注的技術要點有成孔施工、護壁泥漿制作、接頭管下設等。只有落實精細化的施工質量管理，才能讓壩基防滲墻發(fā)揮理想的抗?jié)B效果，在保障水庫電站穩(wěn)定運行的基礎上，切實發(fā)揮防洪、發(fā)電等功能。

1 工程概況

某水庫電站工程控制流域面積344.7 km2，正常蓄水位2 815.00 m。該工程兼有防洪和發(fā)電功能，其中發(fā)電機有2 臺，單機容量150 MW，總裝機容量300 MW[1]。該水庫電站采用的是“混凝土防滲墻+復合土工膜”結合防滲堆石壩，壩頂高程2 821.07 m。經地質勘察，工程所在地區(qū)為高山峽谷區(qū)，坡度27°，變質砂巖分布面積廣，局部有弱風化現象，整體施工條件良好。工程基本參數見表1。

表1 水庫電站工程基本參數

2 壩基防滲墻施工方案設計

2.1 主要設備的選型

本次壩基防滲墻施工中，使用到的主要設備有CBC25 型液壓銑（1 臺）、HSB843 型機械抓斗（2 臺）、ZZ-8 型沖擊鉆機（40 臺）、CZF-50 型沖擊反循環(huán)鉆機（20 臺）、PC200 型挖掘機（1 臺），以及裝載機、起重機等若干。根據施工方案，于正式施工前1 天安排所有設備進場，現場施工管理人員清點設備、核對型號，并檢查設備運行工況，確保能夠正常投入使用。

2.2 造孔工藝設計

成槽施工是壩基防滲墻施工中的首要步驟，常用的成槽技術有鉆抓法、鉆銑法等幾種。結合各成槽技術的特點、適用條件，以及現場地質勘測結果，本次工程中選擇鉆抓法進行成槽施工。具體方法如下：使用CZF-50 型沖擊反循環(huán)鉆機在標記的孔位點上進行鉆孔施工，從地表開始鉆進，直到基巖[2]。達到既定的鉆孔深度后，反旋鉆頭退出，并檢查成孔效果。如果遇到孔斜率太大、孔壁開裂嚴重的，一律視為廢孔。經檢查成孔效果良好的，再清理鉆孔內的殘渣，為下一步進行泥漿護壁施工和鋼筋籠安裝提供良好的條件。

3 壩基防滲墻施工流程與技術要點

3.1 防滲墻造孔施工

由于本次工程中壩基防滲墻較長，為保證防滲墻的施工質量決定采用分段作業(yè)模式，將整個槽段分成兩期，其中I 期槽孔長度設計為5.1 m，II 期槽孔長度設計為5.5 m，每個槽段內各有3 個主孔、2 個副孔。

3.1.2 制作護壁泥漿

為避免防滲墻施工過程中出現孔壁坍縮的情況，以及鉆孔中發(fā)生鉆頭過熱的情況，在壩基防滲墻施工中還必須使用護壁泥漿。泥漿采用現用現配的制作方式，主要成分有粘類羧甲基纖維素鈉（CMC）、碳酸鈉等，各物料的配合比見表2。

表2 護壁泥漿配合比（Kg）

按照表2 配合比現場制作護壁泥漿，要求各物料的添加量誤差控制在±2%以內。將所有物料按照配合比加入到攪拌機的料倉后，使用攪拌機充分攪拌3～5 min。護壁泥漿制作完畢后，現場檢查漿液質量，要求濃度＞4.5%、密度≤1.2 g/cm3，10 min 靜切力在2.0～10.0 N/m2之間[3]。經檢驗符合要求后，將泥漿暫存于泥漿池備用。泥漿池應準備好遮雨棚布，在施工期間如果遇到降雨要及時遮蓋，避免護壁泥漿被污染。

3.1.3 泥漿的回收利用

基于綠色施工理念，壩基防滲墻施工中所用的護壁泥漿應做到循環(huán)利用。例如，清洗槽孔時抽出的漿渣，可通過排水溝收集到集漿池中，自然沉淀一段時間后抽取上層比較干凈的漿液可重新使用。對于二次或多次重復使用的泥漿，要求每次使用前都要進行質量檢查，例如含沙量不得超過5%、密度不得超過1.3 g/cm3，只有經檢查各項指標均符合要求后方可循環(huán)利用，否則一律視為廢漿。對于廢漿，應集中導入施工現場的廢漿坑，等到施工結束后按照環(huán)保要求對所有廢漿、廢渣進行集中處理。

3.2 造孔控制與成孔驗收

在鉆孔過程中，為保證成孔效果良好，必須要加強施工技術控制。該壩基防滲墻的厚度為1.2 m，要求孔位偏差必須控制在20 mm 以內，孔斜率不得超過0.3%。成孔作業(yè)中，要及時灌注護壁泥漿，起到潤滑、冷卻鉆頭的效果。同時現場施工人員還要觀察返出泥漿的情況，如果返漿量突然增多或減少，則需要暫停鉆進，檢查問題并處理之后再繼續(xù)施工。鉆孔過程中還應定期測量孔斜率，當孔斜率接近允許限度后，及時采取糾偏措施。注意鉆孔深度，避免出現超挖或欠挖的情況。鉆孔結束后，進行成孔質量檢查，保證深度、孔斜率符合設計要求，孔壁無開裂，相鄰兩個鉆孔之間的深度差不超過50 cm[4]。

北運河流域全境共劃分為346條小流域，其中山區(qū)37條，平原286條，山區(qū)—平原21條。按照北京市水土保持類型區(qū)劃分，北運河流域地跨北京市全部4個類型區(qū)，其中城市徑流控制區(qū) 2 434km2，含224個小流域；地下水源涵養(yǎng)區(qū)757km2，含72個小流域；地表水源涵養(yǎng)區(qū)735km2，含34個小流域；土壤侵蝕控制區(qū)320km2，含 16 個小流域（見圖1）。

3.3 接頭管下設與起拔

本次防滲墻施工中創(chuàng)新性的采用了“接頭管法”，該技術具有孔壁光滑、不留死角、效率較高、節(jié)約材料等特點，在防滲墻施工中有著良好的應用表現。在接頭管施工中，核心裝置是一臺YBJ0-1200 型液壓拔管機，其結構組成見圖1。

圖1 拔管機結構組成示意圖

3.3.1 接頭管的下設

下放接頭管之前，現場施工人員要提前檢查底部閥門是否可以正常打開，并觀察有無淤泥。如果有雜質需要清理，如果不能正常打開要及時更換。經檢查確定不存在問題后，利用推土機與人工配合的方式，進行場地平整，提供有利于放置接頭管的條件。按照施工方案部署。使施工所需的拔管機、吊車等進場、就位，利用吊車綁定接頭管后吊起，移動到鉆孔的上方，然后緩慢下放接頭管，到達鉆孔底部后進行鎖定，并檢查固定效果。首節(jié)接頭管固定良好后，再進行次節(jié)接頭管的吊裝，操作方式同上。利用定位銷將上下兩節(jié)接頭管兩節(jié)起來，重復上述步驟直到末節(jié)接頭管也安裝就位，這個流程見圖2。

圖2 接頭管安設流程圖

3.3.2 接頭管的起拔

使用接頭管法進行防滲墻的接頭處理，可以顯著提高防滲墻整體的防滲性能，尤其是避免了接頭處、拐角處出現裂縫進而滲漏的情況。完成防滲墻的接頭施工后，拔出接頭管。為保證防滲墻的接頭施工質量，必須要科學確定最佳起拔時間。如果起拔過早，則混凝土強度達不到要求，可能會發(fā)生接頭孔縮孔的情況；相反，如果起拔過晚，則混凝土與接頭管之間的粘結力、摩擦力太大，甚至會出現無法拔出的情況。因此，現場施工人員要根據混凝土的初凝、終凝時間，靈活確定拔管時機。另外要注意，在起拔過程中要安排專人觀察接頭管是否有偏斜的情況，如果有偏斜現象要暫停拔管，并采取糾偏措施，保證接頭管完全拔出以后，防滲墻接頭垂直或順直。接頭管拔出以后，還要立即采取保護措施，避免防滲墻接頭在后續(xù)的施工中遭受碰撞和損傷。

3.4 制作與安裝鋼筋籠

3.4.1 鋼筋籠的加工制作

本次工程中所用鋼筋籠為現場加工。根據槽孔的深度確定鋼筋籠的長度，要求首節(jié)鋼筋籠的長度在10～15 m 之間，并且鋼筋籠底部焊接掛鉤，方便固定。鋼筋籠設有雙層主筋，并且主筋上均包覆保護層，其中外側主筋保護層厚度為80 mm，內側主筋保護層厚度為60 mm。鋼筋連接點均采用焊接方式固定，對加工誤差有嚴格要求，主筋間距最大誤差≤±10 mm，鋼筋籠長度誤差≤±30 mm，鋼筋籠彎曲度≤0.8%[5]。

3.4.2 鋼筋籠的吊裝

對于制作完畢的鋼筋籠進行質量檢查，經確認符合施工要求后，開始鋼筋籠的吊裝和下放?？紤]到本工程中所用鋼筋籠的數量較多、重量較大，為提升施工效率使用吊車進行吊裝作業(yè)。現場布置一臺30 t 汽車起重機作為主吊；另外在一側安排一臺25 t 汽車起重機作為副吊，吊點布置見圖3。

圖3 鋼筋籠起吊示意圖

吊裝鋼筋籠時應遵循“先慢速，后勻速”的原則，避免提升速度太快導致鋼筋籠大幅度晃動。將鋼筋籠平移到槽段上方后，在地面工作人員的配合下完成對齊，保證鋼筋籠與槽段的中心軸線重合，然后緩慢放下。注意避免鋼筋籠與槽孔內壁發(fā)生碰撞或劃擦。首節(jié)鋼筋籠放置到槽孔底部后，利用槽孔底部的掛鉤固定鋼筋籠，然后重復上述操作繼續(xù)完成第二節(jié)鋼筋籠的吊裝。上下兩節(jié)鋼筋籠采用焊接方式固定，直到所有鋼筋籠均放置完畢。

3.5 混凝土的澆筑

本次工程中澆筑壩基防滲墻所用混凝土的強度等級為C25 級，各物料的要求如下：

水泥使用標號為P.042.5 普通硅酸鹽水泥；

石的粒徑在10～40 mm 之間，含泥量≤1.5%；

砂的粒徑在0.5～3.0 mm 之間，含泥量≤1.0%，細度模數2.5～2.8；

水使用凈化后的水庫水；

外加劑主要有2 種，分別是高效減水劑和引氣劑。

物料配合比見表3。

表3 防滲墻C25 混凝土的配合比

考慮到水庫電站現場施工空間有限，因此壩基防滲墻施工所用混凝土由就近的拌合站制備完成后，由砼車運輸至現場。砼車將混凝土運送到現場后，首先檢查溫度，并判斷有無離析情況，經檢查確定符合施工要求后，將混凝土倒入儲料罐中，再通過儲料罐的溜槽或導管注入到倉內?，F場澆筑混凝土要求必須連續(xù)進行，直到混凝土上液面與墻頂距離不足80 mm時停止[6]。澆筑作業(yè)時應保證槽內各處混凝土面的高度一致，最大高差不得超過5 cm。每10 min 測量一次，如果發(fā)現混凝土面高差＞5 cm，需要暫停澆筑，等到高差回落后再繼續(xù)澆筑。所有槽孔混凝土均澆筑完畢后，開始不低于28 d 的養(yǎng)護。

4 結論

壩基滲漏是許多水庫電站常見的問題，如果處理不及時，滲漏問題將會愈發(fā)嚴重，進而對整個水庫大壩的穩(wěn)定性和可靠性構成威脅。壩基防滲墻施工可以顯著提高水庫電站的抗?jié)B能力，預防滲漏問題的發(fā)生。在實際施工中，應提前開展地質勘察，了解水庫電站所在地區(qū)的水文地質，在此基礎上確定防滲墻的施工方案，并提前做好施工機械、物料的準備。在現場施工中，槽孔的開挖、鋼筋籠的安裝以及混凝土的澆筑等，是施工管理的重點內容。只有加強施工技術控制，才能從源頭上消除質量隱患，進而保障水庫電站壩基防滲墻發(fā)揮良好的抗?jié)B效果，讓水庫電站得以安全運行。