防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻施工工法研究及應(yīng)用

張小剛 閆里清 夏家萍

(1.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156；2.湖北禹龍水利水電工程有限公司，湖北 荊門 448000)

防滲墻的功能是預(yù)防滲漏，避免水體與堤防結(jié)構(gòu)直接接觸，承擔(dān)水體沖壓力。防滲墻技術(shù)引進(jìn)近60年來，在水利水電行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，該項技術(shù)已成為覆蓋層地基和土石壩工程的主要防滲措施之一，防滲墻一般有臨時防滲和永久防滲等兩種型式，選擇視情況而定。目前，國內(nèi)多采用混凝土地下連續(xù)墻工藝，而在地下墻壁施工過程中，需要將護(hù)壁施工質(zhì)量提高，所以，建造槽孔前應(yīng)修筑導(dǎo)墻，導(dǎo)墻能防止槽口坍塌及承重，又起著測量基準(zhǔn)、輔助標(biāo)定各個槽段位置的作用，同時還能作為測量參考控制標(biāo)高[1-8]。防滲墻導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)一般有現(xiàn)澆混凝土及鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式兩種型式，前者一次性使用，不能回收利用，施工投入成本較大；后者一般采取大長度活動鋼板導(dǎo)墻，雖然可以重復(fù)利用，但投入費用也較高。在考慮工程地質(zhì)、工期、投資以及傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式導(dǎo)墻等條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)防滲墻單元槽段一序、二序逐段造孔的施工特點，依據(jù)單元槽段長度及防滲墻造孔設(shè)備數(shù)量，制作了長度適宜、數(shù)量相當(dāng)?shù)幕顒愉摪鍖?dǎo)墻。施工中，可在一序槽段、二序槽段重復(fù)利用，以最少的活動鋼板導(dǎo)墻滿足了施工需要，并總結(jié)形成“防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻施工工法”，彌補了傳統(tǒng)混凝土導(dǎo)墻不能周轉(zhuǎn)使用及常規(guī)大長度活動鋼板導(dǎo)墻周轉(zhuǎn)工效低等不足。

1 防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻施工技術(shù)研究

1.1 防滲墻選型設(shè)計

防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻主要由鋼板拼裝制作而成(見圖1、表1)，主要材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋中厚鋼板，型號Q235，鋼材的抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值采用205N/mm2，鋼板厚20mm，經(jīng)焊接而成，導(dǎo)墻的承載能力需滿足最大拔管反力的要求[9]?；炷练罎B墻墻體設(shè)計厚度為40cm，為便于下放成槽鉆具，導(dǎo)向槽設(shè)計寬度50cm，導(dǎo)墻設(shè)計凈寬46cm，高60cm，長10m，兩側(cè)頂板下與側(cè)墻外側(cè)各設(shè)置11塊角鋼。導(dǎo)墻平行于防滲墻軸線安裝且對稱布置，其允許偏差為±1.5cm；導(dǎo)墻頂面高程允許偏差為±2.0cm。導(dǎo)墻表面預(yù)留的吊環(huán)及橫桿用來固定鋼絲繩，便于吊裝、下設(shè)、起拔鋼導(dǎo)墻。

表1 主要材料配置

圖1 防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻示意及三維圖(單位：cm)

1.2 防滲墻工作原理

活動鋼板導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)為“┑┏”形，兩側(cè)頂板下與側(cè)墻外側(cè)設(shè)置的角鋼可以提高導(dǎo)墻穩(wěn)定性，充分發(fā)揮鋼板導(dǎo)墻輔助防滲墻開挖的導(dǎo)向作用。

施工中，可制作本型式活動鋼板導(dǎo)墻一套配合一臺套造槽機(jī)(見圖2)，分一、二序分別開挖防滲墻，一、二序槽段長寬一致，先以鋼板導(dǎo)墻按1號一序槽段平面尺寸及軸線進(jìn)行定位安裝后開挖，澆筑混凝土，待槽口混凝土達(dá)到拆模強度后，拆除活動鋼板導(dǎo)墻，轉(zhuǎn)運至2號一序槽段安裝后開挖，澆筑混凝土，再拆除活動鋼板導(dǎo)墻轉(zhuǎn)運至下一序槽段，如此往復(fù)。根據(jù)實際，在完成一定量一序槽段施工后，進(jìn)行二序槽段施工，工作流程相同，先將活動鋼板導(dǎo)墻安裝在1號二序槽段，開挖后澆筑混凝土，待槽口混凝土達(dá)到拆模強度后，拆除活動鋼板導(dǎo)墻，轉(zhuǎn)運至2號二序槽段，如此往復(fù)，達(dá)到重復(fù)利用目的，以最少的活動鋼板導(dǎo)墻滿足造孔設(shè)備的施工需要。也可采用兩套該型活動鋼板導(dǎo)墻配合兩臺套造槽機(jī)，采用流水施工模式(見圖3)分別施工一、二序槽段，進(jìn)一步提高工效。

圖2 防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻重復(fù)利用示意圖

圖3 活動鋼板導(dǎo)墻施工工藝流程

1.3 操作要點

1.3.1 單元槽施工

施工前硬化地面并在硬化的地面上焊接制作鋼板導(dǎo)墻。

挖掘機(jī)沿防滲墻單元槽(一序或二序)施工范圍，將施工平臺平整，用碾壓設(shè)備壓實，必要時可預(yù)灌濃漿處理，防止或減少槽孔孔壁坍塌，提高造孔工效[10]。

利用GPS等測量儀器，測量放樣防滲墻軸線及高程，每隔10m布置一處測量放樣標(biāo)桿，指導(dǎo)導(dǎo)向槽開挖施工。根據(jù)防滲墻設(shè)計要求，選用適宜的挖掘機(jī)開挖導(dǎo)向槽，輔以人工修整至設(shè)計要求，便于鋼板導(dǎo)墻嵌入。

1.3.2 單元槽導(dǎo)墻下設(shè)安裝、加固

導(dǎo)向槽開挖完成后，利用履帶吊輔以人工將制作好的活動鋼板導(dǎo)墻吊裝嵌入導(dǎo)向槽；置于導(dǎo)向槽內(nèi)后，利用測量放樣標(biāo)桿，微調(diào)鋼板導(dǎo)向槽軸線，將活動鋼板導(dǎo)墻安裝誤差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)(導(dǎo)墻軸線與防滲墻軸線重合，允許偏差為±1.5cm；導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)面應(yīng)垂直，允許偏差不超過規(guī)范要求；墻頂高程允許偏差±2cm)。

安裝調(diào)整完成后，回填導(dǎo)墻與土體間縫隙，壓實導(dǎo)墻使角鋼完全插入土體，增加其穩(wěn)定性以減輕機(jī)械在防滲墻開挖過程中對活動鋼板導(dǎo)墻位置的擾動，從而防止防滲墻開挖軸線及垂直度偏差過大。

1.3.3 防滲墻開挖及澆筑

活動鋼板導(dǎo)墻安裝、加固完成后，進(jìn)行防滲墻開挖及塑性混凝土澆筑等后續(xù)施工工序。防滲墻導(dǎo)墻口混凝土澆筑完成后24～48h可具有足夠強度。

1.3.4 活動鋼板導(dǎo)墻拆卸與維修

滿足拆除條件后，采用履帶吊輔以人工將活動鋼板導(dǎo)墻起吊拆除。在下一循環(huán)開始前，對鋼板導(dǎo)墻進(jìn)行檢查、維修，如有變形等情況及時進(jìn)行修復(fù)。檢查維修后的活動鋼板導(dǎo)墻，可轉(zhuǎn)入下一個單元循環(huán)施工。

1.4 工法特點

相比常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配導(dǎo)墻，活動鋼板導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)輕巧、制作簡單、使用靈活、成本低、工效高。在防滲單元槽段造孔施工過程中周轉(zhuǎn)靈活性強，可重復(fù)利用。適用于地層相對密實、孔深40m以內(nèi)的薄壁防滲墻施工。彌補了傳統(tǒng)混凝土導(dǎo)墻不能周轉(zhuǎn)使用及常規(guī)大長度活動鋼板導(dǎo)墻周轉(zhuǎn)工效低等不足。

2 質(zhì)量控制措施

2.1 測量控制措施

導(dǎo)向槽開挖時進(jìn)行跟蹤測量，確保開挖一次性到位。鋼板導(dǎo)墻就位后通過測量標(biāo)桿對導(dǎo)墻進(jìn)行精確定位。導(dǎo)墻平行于防滲墻軸線，且對稱布置，其允許偏差控制在規(guī)范要求內(nèi)。

2.2 焊接控制措施

焊接人員必須持有焊接合格證書。焊條焊接前應(yīng)保持干燥，配備焊條保溫桶，避免焊條受潮。每層焊縫焊完后，應(yīng)立即將焊渣等清除干凈，其后方可進(jìn)行下一層焊接，層間接頭應(yīng)錯開30mm以上，全部焊完后清除焊渣，并進(jìn)行外觀檢查，適當(dāng)打磨修整。

2.3 吊裝控制措施

吊裝前，進(jìn)行全面質(zhì)量檢查。吊裝就位后，對導(dǎo)墻水平位置及中心線位置進(jìn)行復(fù)核，確保高程、軸線對應(yīng)。

3 應(yīng)用實例

3.1 工程實例

3.1.1 漢江左岸鐘祥市豐山咀上段防護(hù)堤防滲墻工程

豐山咀上段防護(hù)堤位于湖北省碾盤山水利水電樞紐工程庫區(qū)左岸，漢江干堤大集堤、潞市堤外，地貌單元屬漢江一級階地，為沖積平原。豐山咀上、下段民垸地勢平坦，地面高程在46.40～50.20m之間。豐山咀上段防護(hù)堤長5.945km(樁號范圍6+027～11+972)，防護(hù)堤堤基采用40cm厚塑性混凝土防滲墻截滲，滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，允許滲透比降不小于60，28天抗壓強度不小于2MPa，防滲墻底伸入不透水巖層0.5m。

2021年9月20日開始防滲墻施工，至2022年3月5日完工，完工28天后，經(jīng)檢查孔注水試驗，防滲效果達(dá)到設(shè)計要求。

3.1.2 荊門市東寶區(qū)仙居河水庫除險加固工程

仙居河水庫由南河水庫與北河水庫通過隧洞連接組成。其中，南河水庫大壩設(shè)計型式為黏土心墻壩，迎水面采用塊石堆砌，起防浪護(hù)坡作用，背水面采用組合集料，確保滲流水能夠順利通過。工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，建筑物級別為3級。東寶區(qū)屬揚子地層區(qū)，處于黃陵小區(qū)與宜城小區(qū)在漢江平原西北部交接地帶。南河大壩長415m，壩頂高程152.45m，壩頂寬4.15m。壩體設(shè)0.4m厚混凝土防滲墻，結(jié)合基礎(chǔ)帷幕灌漿，形成完整的防滲體系。

2021年1月10日開始防滲墻施工，至2021年10月5日完工，完工28天后，經(jīng)檢查孔注水試驗，防滲效果達(dá)到設(shè)計要求。

3.2 效益分析

將活動鋼板導(dǎo)墻與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配大長度活動鋼板導(dǎo)墻施工進(jìn)行比較。

a.經(jīng)濟(jì)效益。按上述兩種施工方法投入的人工、材料費用之差計算(見表2)。

表2 投資效益分析

由于采用的機(jī)械設(shè)備基本相同，故機(jī)械設(shè)備費用一致。在保證質(zhì)量、安全的前提下，采用防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻施工工法，減少了人工和材料費用，既節(jié)約了投資成本，也為施工企業(yè)減少了支出，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

b.社會效益。工期節(jié)省較多，為工程早日除險及發(fā)揮效益創(chuàng)造了條件，施工與運行中，未發(fā)生任何安全事故。

c.節(jié)能環(huán)保。傳統(tǒng)混凝土導(dǎo)墻施工完成后會產(chǎn)生每延米約0.15m3的建筑垃圾，采用此活動鋼板導(dǎo)墻，可重復(fù)利用，充分體現(xiàn)節(jié)能降耗，低碳施工。

4 結(jié) 語

實際應(yīng)用表明：防滲墻活動鋼板導(dǎo)墻具有可重復(fù)利用、結(jié)構(gòu)輕巧、制作簡單、使用靈活、成本低、工效高等特點。與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配大長度活動鋼板導(dǎo)墻施工技術(shù)相比，鋼板活動導(dǎo)墻施工工法施工期短，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益十分明顯。尤其是適合于在地層相對密實、孔深40m以內(nèi)的薄壁防滲墻施工應(yīng)用。