深厚覆蓋層樞紐混凝土阻滲墻的施工技術(shù)研究

汪國(guó)喜、方斌

（江西省路港工程有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

水利樞紐壩址區(qū)是水壓力最集中的區(qū)域，在防滲透上對(duì)技術(shù)和質(zhì)量要求特別高。如果壩址區(qū)河槽又具有深厚覆蓋層，其防滲處置技術(shù)愈發(fā)關(guān)鍵重要。案例為一處壩址區(qū)具有深厚覆蓋層的大型水利樞紐工程，工程在采取“先筑阻滲墻，再筑壩”工藝中，面臨填筑壩體時(shí)河槽向上游壓擠，而蓄水后又要面臨向下游回壓變形的雙重考驗(yàn)。為保證在后期變形中混凝土阻滲墻不因過(guò)度應(yīng)力集中而遭受結(jié)構(gòu)損壞，工程采取了合理的槽段劃分、合適的阻滲墻段連接、特別配制的固壁漿液、強(qiáng)透漏巖土層成槽等施工技術(shù)，圓滿完成了混凝土阻滲墻和樞紐壩體建設(shè)任務(wù)。梳理介紹相關(guān)施工技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)深厚覆蓋層樞紐混凝土阻滲墻的施工應(yīng)用，有技術(shù)參考意義[1]。

1 工程概況

該水利樞紐位于昆侖山西部葉爾羌河中游，是該地區(qū)規(guī)模最大的水利工程之一，屬于Ⅰ類(lèi)大型工程。壩址區(qū)覆蓋層的厚度最深93.90m，壩高165.00m；擋水壩系混凝土面板砂石壩，河床覆蓋層趾板與阻滲墻采取柔性連接，墻寬1.20m，墻深最大90.00m。為保證阻滲墻的質(zhì)量，采用C30W12 混凝土，并在上部10.00m 處使用鋼筋混凝土。同時(shí)，認(rèn)識(shí)到壩區(qū)巖土層十分復(fù)雜，除寒武系、二疊系和三疊系巖土層外，其他巖土層代表各個(gè)時(shí)期均有露出，需謹(jǐn)慎處理。壩址選在相對(duì)穩(wěn)定的鐵克里克斷塊，而且壩區(qū)河床基巖面多呈現(xiàn)U 形，普遍比較寬。有關(guān)詳情如圖1 所示。

圖1 壩址區(qū)河槽蓋覆層狀態(tài)

河床覆蓋層從河岸向河道中央逐漸增厚。槽底坡岸的坡率約16°。在右岸河臨近床存在一條切入很深的古河道，其底部寬約15m。覆蓋層可以整體分為全新統(tǒng)沖積層（Q4），包括漂石、砂卵石和卵石，位于河床上部；還有中更新統(tǒng)沖積層（Q2），也是由砂卵石和卵石組成，位于河床下部。這兩個(gè)巖層之間分隔的是砂卵石型的膠結(jié)層。

這一全新的巖層被稱為沖積巖（Qal4），由卵石和漂石為主體組成，局部含有夾雜砂巖透鏡體。厚度在4.70～17.00m 之間，其中卵石含量約為29.70%，漂石含量約為8.80%，礫石含量為41.30%，平均砂率為17.96%，以中細(xì)砂為主，曲率系數(shù)Cc 為19.70，不均質(zhì)性系數(shù)Cu 為335.30，粒徑分布不良。該處巖土層的自然干密度在2.21～2.26g/cm3，相對(duì)密度在0.74～0.88，呈現(xiàn)緊密狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，該層具有內(nèi)摩擦角40.00～42.50°的抗剪強(qiáng)度，咬合力處于16.00～52.00kPa，滲透滲系數(shù)在（1.00～7.80）×10-3cm/s之間。

更新統(tǒng)沖積砂礫卵石層（Qal2），位于河床覆蓋層的下方。主要由砂礫石組成，但局域有透鏡體夾砂層存在。其厚度在5.00～93.90m，卵石量約占26.30%，漂石量約為1.20%，礫石量約為51.00%，含砂率均值為20.47%，以中細(xì)砂為主。顆粒級(jí)配不連續(xù)，曲率系數(shù)為35.70，級(jí)配不均勻，不均勻系數(shù)為368.00。在自然干燥下，該巖層的密度范圍為2.23～2.26g/cm3，相對(duì)密度范圍為0.84～0.93。在飽和狀態(tài)下，該巖層的抗剪內(nèi)摩擦角范圍為41.51～42.00°，該巖層的咬合力在14.00kPa，滲透系數(shù)則在2.81×10-3cm/s～3.50×10-3cm/s 之間。該層中夾雜著多層缺少細(xì)粒填充物的卵礫石層，主要由礫徑為2.00～5.00cm 的礫石組成，礫石約占75.00%，卵石約占19.60%。該深槽具有以下特點(diǎn)：首先，覆蓋層自河岸向中央逐漸加厚分布；其次，基底岸坡的坡度約為16°。而在右岸河床中心附近，可以看到一條下切很深的古河槽，底部寬度大約為15.00m[2]。

2 樞紐阻滲墻施工技術(shù)

2.1 合理實(shí)施槽段劃分

在深覆蓋層條件下，面板堆石壩阻滲墻在水平載荷影響下的受力機(jī)理類(lèi)似于板樁。與覆蓋層相比，阻滲墻有更大的壓縮性與剛度。在填筑壩體過(guò)程中，隨著填筑高度的增加，覆蓋層與阻滲墻接觸面的相對(duì)移位逐步增大，導(dǎo)致阻滲墻側(cè)墻摩擦力中性點(diǎn)的位置逐漸下移。相關(guān)研究顯示，阻滲墻的力學(xué)特性還與河槽截面劃分和施工工藝有關(guān)?；鶐r深度不同、覆蓋層較淺時(shí)，阻滲墻類(lèi)似于端承樁。而河道截面越寬，阻滲墻的受力均勻性整體越好。在覆蓋層比較深的區(qū)域，阻滲墻類(lèi)似于摩擦樁。此時(shí)河槽越窄，則中性點(diǎn)上移越好。根據(jù)覆蓋層的特性、壩基深厚和阻滲墻的應(yīng)力形變特征，可以進(jìn)一步研究和優(yōu)化面板堆石壩的設(shè)計(jì)和施工方法，以提高阻滲墻的性能和穩(wěn)定性[3]。綜合施工設(shè)備、操作難度、巖土層的復(fù)雜性等條件，阻滲墻槽段分為＜70m 的一般槽段和≥70m 的超深槽段兩種形式，更方便施工組織（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 深于70.00m 的阻滲墻槽段劃分（單位：m）

圖3 淺于70.00m 的阻滲墻槽段劃分（單位：m）

深槽位于樁號(hào)0+152.00m—0+218.00m 段處，軸長(zhǎng)約66.00m，分為6 個(gè)槽孔。深槽段的一期槽長(zhǎng)采取4.60m，按2 個(gè)主孔和1 個(gè)輔助孔成槽，主孔1.20m，采取CZ-6A 沖擊鉆打孔；副孔2.20m，使用重型液壓抓斗和機(jī)械抓斗直接抓孔。二期槽長(zhǎng)采取7.80m，槽孔分3 個(gè)主孔和2 個(gè)輔助孔，兩側(cè)主孔直接由下接管形成，而中間的主孔則采取沖擊鉆鉆成；副孔2.10m，采取抓孔作業(yè)。

槽段軸線長(zhǎng)度約為236.00m，槽孔數(shù)量為33 個(gè)。一、二期槽段都采取7.20m 的槽長(zhǎng)，其中主孔為1.20m，副孔為1.80m。

2.2 阻滲墻段的連接技術(shù)

由于阻滲墻最深處超過(guò)90.00m，墻體選用高強(qiáng)C30 混凝土，在經(jīng)過(guò)雙反弧樁柱法、鉆鑿法、接頭管法等幾種連接方法比較后，決定采取接頭管連接法。該技術(shù)不僅具有優(yōu)良的質(zhì)量，而且能夠有效節(jié)約鉆孔和澆筑時(shí)間，從而有助于縮短工期。此外，因?yàn)楦鞑鄱蔚谋陂g泥皮較薄，該方法還能改善壁面的受力狀況。

然而，因?yàn)榘喂芗夹g(shù)的限制，該方法在阻滲墻施工中效果不夠顯著。但隨著工程拔管設(shè)備的發(fā)展和施工技術(shù)的提高，該方法在深覆蓋層類(lèi)阻滲墻施工中的應(yīng)用也獲得突破，拔管深度達(dá)到了新的高度。為保證阻滲墻的澆筑質(zhì)量，在進(jìn)行混凝土澆筑速度控制和拔管操作時(shí)，務(wù)必嚴(yán)格按設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行。

關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制拔管時(shí)間和拔管力。在拔管力設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要認(rèn)真考慮混凝土對(duì)接管的黏結(jié)力、接管與混凝土之間的摩擦以及接合管的自重等因素。管壁處理可以改善接管與混凝土之間的摩擦，拔管時(shí)間可以控制接管與混凝土的黏附?？梢圆扇∫韵麓胧﹣?lái)改善接管與混凝土之間的摩擦力。

第一，嚴(yán)格控制孔位的傾斜度，確保其下接管的垂直度。第二，嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度，以減少對(duì)接管的側(cè)向壓擠，從而避免孔斜。研究表明，當(dāng)孔斜達(dá)到0.08%時(shí)，拔管力將增加近1 倍；而當(dāng)孔斜達(dá)到0.50%時(shí)，拔管力將增加至13 倍。第三，在連接管之間嚴(yán)格控制連接方式，采用分段連接，并確保連接垂直居中?？梢杂行У乇苊膺B接管之間的偏移，保證管道的穩(wěn)定性和安全性。

2.3 固壁漿液的配比與應(yīng)用

成槽質(zhì)量是阻滲墻施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。特別是在深厚礫石巖土層，漿液護(hù)壁對(duì)于成槽的質(zhì)量是至關(guān)重要的保障。案例工程針對(duì)覆蓋層特性和阻滲墻功效要求，進(jìn)行了試驗(yàn)室調(diào)試和驗(yàn)證，并最終確定采用正電MMH 膠、優(yōu)質(zhì)鈣基膨潤(rùn)土、羧甲基纖維素鈉、燒堿、純堿等多項(xiàng)技術(shù)手段。以上改進(jìn)措施能夠有效地提高成槽的質(zhì)量和阻滲墻的施工質(zhì)量。配制復(fù)合正電膠漿液進(jìn)行護(hù)壁固定。與以往的固壁漿液相比，該漿液具有獨(dú)特的流變性、較高的攜巖率和防漏效果。高密度的正電荷可以有效地減弱黏土的水化反應(yīng)和分散作用。在井壁上形成一個(gè)凝膠狀的停滯帶，從而達(dá)到抑制水化膨脹的目的，利于穩(wěn)定井壁和隔離流體對(duì)井壁的侵蝕。該漿液結(jié)構(gòu)降低了流動(dòng)阻力，利于漿液具有較好的流動(dòng)性。

在很大程度上，復(fù)合正電膠漿液的性能取決于混合程序和時(shí)間，在配制過(guò)程中需要嚴(yán)格控制。在漿液調(diào)制中，有兩種混合方式：分組攪拌和全組分調(diào)拌。為了保證混合均勻，混合時(shí)間宜控制在5min。在配制過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照配合比執(zhí)行，以防止組分材料的用量誤差。為了提高漿液的使用效果，可以先配制具有一定濃度的水溶液。

表1 復(fù)合正電膠漿液配合比

表2 復(fù)合正電膠漿液的功效指標(biāo)

為了確保漿液中各項(xiàng)指標(biāo)的均勻性，應(yīng)經(jīng)常調(diào)拌儲(chǔ)漿罐中的漿液，防止?jié){液沉淀或離析。新配制的漿液應(yīng)該靜置24h，以保證各組分有時(shí)間充分水化溶脹和復(fù)合。在鉆孔過(guò)程中，頻繁循環(huán)使用漿液，會(huì)逐漸降低其性能指標(biāo)，應(yīng)注意定期對(duì)循環(huán)漿液進(jìn)行取樣檢測(cè)，若超標(biāo)應(yīng)及時(shí)處理。為了節(jié)省投資，往往提純后再利用，如果膨潤(rùn)土的黏度和含砂量達(dá)不到要求，應(yīng)該考慮更換符合要求的膨潤(rùn)土。在施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)復(fù)合正電膠漿液能夠有效解決深厚礫石覆蓋層形成槽固壁的問(wèn)題，從而確保阻滲墻的質(zhì)量。

2.4 強(qiáng)透漏巖土層的成槽技術(shù)

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，壩基內(nèi)的Ⅱ巖組存在多層卵礫石，具有強(qiáng)滲透性，成為重要的滲透通道。在挖掘過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量漿液透漏，如果處理不恰當(dāng)，可能導(dǎo)致槽洞坍塌，進(jìn)而危及設(shè)備和人員安全。因此，在阻滲墻施工前，應(yīng)注意做好以下處理：

一是準(zhǔn)備堵漏材料。在開(kāi)始進(jìn)行槽孔作業(yè)前，應(yīng)事先準(zhǔn)備堵漏材料，如水泥、碎石土、黏土、鋸末等，并進(jìn)行堵漏人員培訓(xùn)和交底工作。在施工過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)大量漏漿情況，要及時(shí)反饋給技術(shù)人員并迅速進(jìn)行堵漏操作，以避免發(fā)生塌罐事故。二是在選擇堵漏材料時(shí)，建議采用單向壓力密封劑。該材料能夠快速封堵微裂縫和孔隙，且具有良好的封堵效果，防止工作流體侵入井壁巖層破壞巖層；它能在不影響漿液流變性的情況下，顯著降低流失量，并具有優(yōu)異的耐溫性能；不受電解液污染，無(wú)害、無(wú)毒。三是濃漿預(yù)灌。造孔前，根據(jù)強(qiáng)滲漏層的劃分布置漿液灌注孔。為了確?？锥粗谱鞯陌踩?，常使用注入水泥黏土砂漿或水泥黏土漿的方法，以封住滲透通道。同時(shí)，可以結(jié)合預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)先注入稠漿的方法進(jìn)行，從而更加精準(zhǔn)地控制制孔過(guò)程[4]。

3 阻滲墻質(zhì)量檢測(cè)

為了驗(yàn)證案例樞紐工程中阻滲墻的澆筑質(zhì)量，根據(jù)《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》（SL 174—2014）的相關(guān)要求，沿軸線布置3 個(gè)檢測(cè)孔，采取注水測(cè)試、取芯檢測(cè)、混凝土墻體強(qiáng)度測(cè)試等。

3.1 孔內(nèi)注水測(cè)試

向3 個(gè)檢測(cè)孔注水，觀察24h 內(nèi)注水下落速度。案例檢測(cè)，孔內(nèi)水位24h 下降2.00～5.00cm，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 進(jìn)行取芯檢測(cè)

對(duì)3 個(gè)檢測(cè)孔，按93.30%～93.80% 的采取率取芯，巖芯柱狀，狀態(tài)均勻，不存在混漿或夾泥現(xiàn)象，混凝土實(shí)密、巖心中有直徑約1.00～3.00mm 的小孔隙。

3.3 混凝土墻體強(qiáng)度測(cè)試

抗?jié)B混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度級(jí)別為C30W12，通過(guò)隨機(jī)抽樣測(cè)試，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和檢測(cè)，得出以下結(jié)論：混凝土的抗壓強(qiáng)度在34.70～37.00MPa，抗?jié)B透級(jí)別低于W12。通過(guò)對(duì)阻滲墻施工質(zhì)量的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以確認(rèn)其符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在深厚覆蓋層樞紐混凝土阻滲墻的施工技術(shù)中，通過(guò)合理的規(guī)劃和實(shí)施，取得了顯著的成果。這種阻滲墻在工程中具有極其重要的作用，可以防止水分滲透，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。未來(lái)，對(duì)于類(lèi)似工程，還需進(jìn)一步分析工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，注重滲漏區(qū)域的分析，制訂針對(duì)性的施工方案與采取科學(xué)的技術(shù)手段，保證工程病害得到有效解決。