庫區(qū)防護(hù)工程的液壓抓斗造孔成墻施工

王 東

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

石板溝水庫工程規(guī)模小型（1），工程級(jí)別Ⅳ等，總庫容190.2 萬m3。水庫內(nèi)引水建筑物、泄水建筑物、擋水大壩等永久性建筑物均按照4 級(jí)設(shè)計(jì)，而次要建筑物與臨時(shí)性建筑物均按5 級(jí)設(shè)計(jì)，此外，整個(gè)石板溝水庫工程抗震設(shè)防烈度為8 度。石板溝水庫位于金強(qiáng)河上游左岸支流石板溝上，河道全長(zhǎng)約9.25km，壩址以上流域面積25.5km2，河道比降64.9‰，流域呈狹長(zhǎng)葉狀，流域大部由雜草覆蓋間有灌木叢，疏密度由上游向下游逐漸遞減，植被條件一般，總地勢(shì)由北向南傾斜。壩址處多年平均徑流量為255 萬m3，年平均流量為0.08m3/s，多年平均入庫泥沙為0.6375 萬t。石板溝水庫區(qū)域日照短、氣溫低，天氣多變，年降水量413.9mm，最大一日降水量46.2mm；平均蒸發(fā)量1523.8mm；相對(duì)濕度59%。石板溝水庫工程區(qū)域地勢(shì)總體北高南低，屬河谷型帶狀水庫山體，海拔一般在2900～3100m 之間，相對(duì)高差100～300m，河谷底寬約150～350m 不等，河床自然比降4%～6%。

石板溝水庫為新建水庫，為確保庫區(qū)投入使用后能夠切實(shí)發(fā)揮出優(yōu)異的防護(hù)作用，在水庫建設(shè)期間，對(duì)石板溝水庫實(shí)際條件進(jìn)行分析，經(jīng)綜合考量后，最終選取采用液壓抓斗造孔成墻施工技術(shù)構(gòu)筑防滲墻，對(duì)防護(hù)區(qū)進(jìn)行除險(xiǎn)加固[1]，以此提升水庫防護(hù)效果，降低汛期險(xiǎn)情發(fā)生率。

1 液壓抓斗造孔成墻施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

液壓抓斗造孔成槽工藝為水庫防護(hù)工程中常用的技術(shù)工藝，其工作原理是借助高壓膠管，使液壓壓力逐漸傳輸給抓斗，在抓斗啟閉操作下，進(jìn)行造孔成槽成墻。該施工技術(shù)適用于砂礫石、硬質(zhì)土壤、均值土壤，在成槽施工期間，需做好泥漿固壁施工，并于槽段施工結(jié)束后清孔換漿，經(jīng)檢查達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行混凝土灌注工作。該技術(shù)施工快捷，工期較短，且造價(jià)相對(duì)較低，具有較強(qiáng)的綜合效益。

2 液壓抓斗造孔成墻施工技術(shù)應(yīng)用

液壓抓斗造孔成墻施工技術(shù)，需在做好前期施工準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，重視造孔施工、成槽施工、泥漿固壁、混凝土灌注、接頭處理等關(guān)鍵步驟，嚴(yán)格按照施工方案規(guī)范施工行為，控制好技術(shù)工藝參數(shù)，確保防滲防護(hù)效果。

2.1 施工前期準(zhǔn)備

在液壓抓斗造孔成墻正式施工前，需對(duì)庫區(qū)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘測(cè)資料整理檢查，并再次檢查施工方案，切實(shí)符合庫區(qū)防護(hù)實(shí)際情況。完成以上工作后，對(duì)人力、設(shè)備、材料進(jìn)行管理控制。（1）人員管理：檢查各工種上崗資格證，組織技術(shù)交底培訓(xùn)工作，確保施工人員能夠按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行施工。（2）設(shè)備管理：組織設(shè)備試運(yùn)行，檢查設(shè)備性能及參數(shù)，并進(jìn)行必要的設(shè)備維護(hù)，確保抓斗成槽機(jī)、沖擊鉆、泥漿攪拌機(jī)、泥漿泵、沖擊錘、空壓機(jī)等設(shè)備，能夠在施工期間保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。（3）材料管理：按照施工階段規(guī)劃，制定材料進(jìn)場(chǎng)方案，并組織材料質(zhì)檢工作，將材料質(zhì)檢過程與結(jié)果詳細(xì)記錄，質(zhì)量未達(dá)標(biāo)材料不可進(jìn)場(chǎng)，杜絕因材料缺陷而引發(fā)的施工問題。

2.2 造孔施工

為提高庫區(qū)防護(hù)效果，提升水庫工作安全性，石板溝水庫工程按照堤防高程設(shè)置墻頂高程，開始施工前，將液壓抓斗轉(zhuǎn)移至相應(yīng)高程位置處，同時(shí)運(yùn)用挖掘機(jī)調(diào)整堤頂高程，所挖除的土方可用于夯實(shí)堤防，并運(yùn)用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，以此拓寬壩頂，提升堤防密實(shí)度。石板溝水庫防護(hù)工程中，部分堤壩承載力、密實(shí)度有所下降，在造孔施工時(shí)，將水泥與黏土拌和，用于置換碎石土，以此提升堤壩承載力、密實(shí)度。此外，為便于液壓抓斗設(shè)備行走，需準(zhǔn)備碎石，將其均勻鋪至壩頂部位，鋪設(shè)20cm 左右即可，待堤壩拓寬且鋪設(shè)碎石后，其寬度約增加11m，可使液壓抓斗設(shè)備能夠安全通過，并滿足設(shè)備抓臂回轉(zhuǎn)操作需求。近年來強(qiáng)調(diào)綠色施工，運(yùn)用液壓抓斗設(shè)備進(jìn)行造孔時(shí)，為避免污染，需將液壓抓斗設(shè)備置于下游位置，并設(shè)置垂直于堤軸線的排水溝，施工期間所形成的廢水、廢渣、廢漿都將沿排水溝排至下游污水池，于施工結(jié)束后，對(duì)廢水、廢渣、廢漿進(jìn)行集中處理。

2.3 成槽施工

2.3.1 導(dǎo)向墻施工

對(duì)石板溝水庫工程水文地質(zhì)資料進(jìn)行充分分析，需使泥漿液面低于導(dǎo)向墻20cm，并高于地下水位約100m，因此，要求導(dǎo)向墻能夠埋入原狀土至少20cm，且導(dǎo)向墻設(shè)計(jì)深度應(yīng)控制在150cm。防滲墻施工時(shí)，為控制開槽準(zhǔn)確度、垂直度、平直度等，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)向墻施工，起到開槽參數(shù)導(dǎo)向的作用，還可為頂拔接頭管、成槽設(shè)備提供支撐作用，同時(shí)還可穩(wěn)定泥漿面及地表土層，避免出現(xiàn)槽口塌方問題[2]。在石板溝水庫防護(hù)工程液壓抓斗造孔施工中，導(dǎo)向墻施工直接決定防滲墻施工精度，因此，在導(dǎo)向墻施工前，必須進(jìn)行技術(shù)交底，做好定位放線工作。為確保鎖口管、抓斗鉆頭順利進(jìn)出，導(dǎo)向墻定位放線時(shí)，應(yīng)在中軸線兩側(cè)適當(dāng)放寬3cm 左右，同時(shí)將導(dǎo)向墻垂直度誤差值控制在±8.5mm 以內(nèi)，而導(dǎo)向內(nèi)墻面平整度誤差值需控制±3.0mm 以內(nèi)，導(dǎo)向墻高差誤差值不可高于±5.0mm，導(dǎo)向墻軸線誤差值需控制在±10mm以內(nèi)。除此之外，導(dǎo)向墻頂部應(yīng)高出路面10cm 左右，以此防止雨水流入導(dǎo)槽而污染泥漿。導(dǎo)向墻施工過程中，需盡可能使土體保持直立垂直開挖施工，若受到條件影響無法直立垂直開挖，則應(yīng)在外模板幫助下進(jìn)行施工，并于混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，運(yùn)用黏土將其夯實(shí)。待外模板拆模后，以2m 為間隔設(shè)置圓木支撐（直徑8cm），同時(shí)回填土方。在導(dǎo)向墻施工期間，若混凝土尚未達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)前，重型機(jī)械不可進(jìn)入導(dǎo)向墻施工區(qū)域，避免導(dǎo)致導(dǎo)向墻變形。

2.3.2 開槽施工

在石板溝水庫工程中，槽斷面為“┓┏”狀，槽口寬度為0.5m，深度為1m，導(dǎo)向墻鋼筋混凝土材料為C20規(guī)格，墻體頂厚、頂寬分別為0.4m、1.0m。在成槽施工中，需應(yīng)用液壓抓斗設(shè)備抓取硬質(zhì)基巖及大塊孤石，因此，選用高性能設(shè)備，液壓抓斗工效為11～16m2/h，同時(shí)配備沖擊式鉆機(jī)，以保障成槽施工效果[3]。施工中采用“三抓法”，按照槽段左側(cè)主孔、槽段右側(cè)主孔、中間副孔的順序展開成槽施工。在正式施工前，可運(yùn)用紅漆標(biāo)注槽段中心線，同時(shí)運(yùn)用石灰劃出邊界控制線，并檢查液壓抓斗設(shè)備的鋼絲繩、油泵、連接等部位，成槽施工2000m2后，需運(yùn)用黃油保養(yǎng)鋼絲繩。開槽施工過程中，需嚴(yán)格控制液壓抓斗的垂直度及高度，做好開槽控制，在開槽期間，運(yùn)用監(jiān)測(cè)設(shè)備觀察軸線偏差情況，若發(fā)現(xiàn)偏差超出標(biāo)準(zhǔn)，則需立即糾偏，確保開槽平整性及垂直度。完成開槽施工后，需沿基坑側(cè)導(dǎo)墻將液壓抓斗緩慢放下，勻速入槽，避免抓斗接觸導(dǎo)槽而降低槽壁平整性。

2.4 泥漿固壁

2.4.1 泥漿制備

石板溝水庫防護(hù)工程泥漿制備時(shí)，運(yùn)用2000L 規(guī)格的泥漿攪拌機(jī)，泥漿制備效果可直接影響泥漿固壁質(zhì)量，因此必須重視泥漿制備工作。在制備泥漿期間，應(yīng)控制復(fù)合膨潤(rùn)土計(jì)量偏差低于5%，泥漿黏度參數(shù)處于20～40s范圍內(nèi)，將泥漿比重控制在1.04～1.25 范圍內(nèi)，PH 值處于8～13 范圍內(nèi)為佳，此外，泥漿失水量不可高于1mm/3min，含沙量需低于4%。完成泥漿制備后，應(yīng)注意保護(hù)泥漿，不可使黏土、泥皮、雨水混入泥漿內(nèi)，避免土體與混凝土內(nèi)鈣離子、陽離子混入泥漿而出現(xiàn)變質(zhì)問題。泥漿質(zhì)量不佳可能會(huì)導(dǎo)致槽壁坍塌問題出現(xiàn)，因此，必須重視泥漿制備工作。在石板溝水庫工程中，泥漿材料為膨潤(rùn)土、CMC 復(fù)合材料、純堿、水，按照70∶0.8∶1.8∶1000 的比例制備泥漿，準(zhǔn)備好CMC 復(fù)合材料溶液，使其靜置5h 后取用，按照比例將膨潤(rùn)土與拌和用水添加至攪拌筒內(nèi)，持續(xù)攪拌3min 后，將靜置完畢的CMC 復(fù)合材料溶液加入其中，持續(xù)均勻攪拌10min 或加入純堿，上述材料按照比例及順序完成均勻攪拌后，需將新制備的漿液轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)漿池內(nèi)，將其靜置24h，待泥漿內(nèi)膨潤(rùn)土顆粒發(fā)生膨脹反應(yīng)后，即可將泥漿漿液轉(zhuǎn)移到循環(huán)池內(nèi)備用，而在靜置過程中，需經(jīng)常性攪動(dòng)漿液，避免出現(xiàn)沉淀。

2.4.2 泥漿固壁施工

泥漿漿液在泥漿固壁施工中，主要具有攜渣、固壁、護(hù)壁、切土潤(rùn)滑、切削刃冷卻的作用，在石板溝水庫防護(hù)施工中，嚴(yán)格控制泥漿制備材料配比，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了配比檢驗(yàn)，從多種配比組合中選取了最佳方案，以此保障了泥漿質(zhì)量。由于該次石板溝水庫防護(hù)工程的主要目的在于除險(xiǎn)加固，提高庫區(qū)防護(hù)區(qū)防滲效果，在壩肩位置增設(shè)了沉淀池、廢漿池、漿液池，此外，泥漿制備系統(tǒng)內(nèi)還包括儲(chǔ)漿池、循環(huán)池，為保障泥漿制備效果，還需在池內(nèi)壁、池底鋪設(shè)防滲膜。在液壓抓斗成槽施工期間，可在循環(huán)泵的幫助下，將泥漿漿液泵送至開挖槽段，并于成槽開挖期間，使泥漿漿液按照設(shè)計(jì)速度逐漸注入其中。在泵送泥漿漿液時(shí)，需控制泥漿漿液液面與導(dǎo)墻頂部存在40cm 左右的距離，待槽段開挖結(jié)束后，泥漿將會(huì)起到固壁、護(hù)壁效果，而在此期間有多余泥漿被抽送至沉淀池內(nèi)，此時(shí)需將多余泥漿轉(zhuǎn)移至循環(huán)池，便于后續(xù)循環(huán)應(yīng)用。

2.5 混凝土灌注

造孔成槽施工結(jié)束且泥漿漿液起到固壁、護(hù)壁效果后，需進(jìn)行清孔換漿，在液壓抓斗設(shè)備幫助下，抓出槽孔底部余土與沉渣，輔以吸漿泵，采用反循環(huán)法，使槽底淤泥在吸漿泵作用下被吸出。運(yùn)用刷壁器將墻段混凝土周邊的凝膠物等雜物清除后，需運(yùn)用液壓抓斗設(shè)備再次進(jìn)行清底。完成清底工作后，需進(jìn)行混凝土灌注施工，檢查混凝土材料抗?jié)B性能及強(qiáng)度等級(jí)，確定材料符合施工要求后方可進(jìn)行施工作業(yè)。混凝土灌注時(shí)，應(yīng)將塌落度控制在20cm 范圍內(nèi)，允許誤差±2cm，擴(kuò)散度應(yīng)控制在35～40cm 范圍內(nèi)，材料密度所允許最低值為20kN/m3，正式灌注施工前，需組織取樣試驗(yàn)，按照各槽段情況制作抗?jié)B試塊與抗壓試塊，試塊制作結(jié)束后需養(yǎng)護(hù)28d，并將抗?jié)B試塊與抗壓試塊送檢。在石板溝水庫防護(hù)工程中，采用“直升導(dǎo)管法”組織混凝土灌注施工，因此，為保障灌注施工效果，需準(zhǔn)備20cm 內(nèi)徑規(guī)格的導(dǎo)管，并使其在0.6MPa 壓力狀態(tài)下進(jìn)行密封試驗(yàn)，密封性符合施工標(biāo)準(zhǔn)后，準(zhǔn)備球膽直徑低于20cm 的充氣球，將其置于導(dǎo)管內(nèi)起到隔水栓的效果，按照注漿設(shè)計(jì)速度及注漿量灌注混凝土與漿液時(shí)，充氣球受到注漿作用，卡在導(dǎo)管底部，在充氣球隔絕效果下，泥漿將不會(huì)返回導(dǎo)管。隨著灌注施工的持續(xù)進(jìn)行，混凝土面將會(huì)勻速緩慢上升，待混凝土面與槽口僅余4cm 左右距離時(shí)，可運(yùn)用泥漿泵設(shè)備，將漿液逐漸抽出，并使?jié){液轉(zhuǎn)移到廢漿池內(nèi)，抽出漿液后勻速提升導(dǎo)管，混凝土面達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，即可停止灌注，并將導(dǎo)管拔出[4]。

2.6 接頭處理

將槽段接頭運(yùn)用接頭管連接，在接頭連接處理期間，需運(yùn)用汽車進(jìn)行吊裝，為保障接頭處理效果，需做好管中心線定位工作，待接頭管被吊裝至槽底上方0.5m處時(shí)迅速下放，在接頭管自重作用下快速插入槽底。為避免接頭管底部側(cè)面有混凝土材料漏出，可運(yùn)用木楔塞緊導(dǎo)墻與接頭管之間的縫隙，同時(shí)運(yùn)用起拔機(jī)（壓力至少為400MPa）夾住接頭管，待混凝土灌注結(jié)束2～3h 后，以10cm 為間隔進(jìn)行頂拔，直至接頭管無涌漿現(xiàn)象后，按照10m/30min 頻率進(jìn)行頂拔。

3 結(jié)束語

石板溝水庫工程為確保庫區(qū)投入使用后能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的防護(hù)效果，決定采用液壓抓斗造孔成墻施工技術(shù)構(gòu)筑防滲墻，以應(yīng)對(duì)汛期，避免險(xiǎn)情出現(xiàn)。在施工期間，按照標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)流程進(jìn)行施工，規(guī)范施工人員操作行為，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行細(xì)節(jié)操作，最大限度保障了施工質(zhì)量。液壓抓斗防滲墻構(gòu)筑完成并投入使用后，發(fā)現(xiàn)該防滲墻防護(hù)效果優(yōu)異，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，能夠良好完成除險(xiǎn)加固任務(wù)。