薄壁抓斗低彈模塑性混凝土防滲墻在新安水庫大壩防滲加固工程的應用

曾福連

（泉州市水利局 362000）

1 防滲加固工程概況

1.1 水庫工程概況

新安水庫位于晉江市磁灶鎮新安村，1960年4月建成投入使用，總庫容1782萬m3，是一座以灌溉、防洪為主，結合供水、養殖等綜合利用的中型水庫。水庫主壩壩長910m，最大壩高24m，為粘土心墻多種土質壩。水庫建成投入運行以來，一直存在著滲漏問題，雖然多次采取加固措施，但效果不是很理想，2006年汛期主壩右岸坡發現集中滲漏，且量比較大。根據《晉江市新安水庫大壩安全鑒定報告書》結果，新安水庫大壩被評為三類壩，主要存在著大壩壩基壩體及右岸繞壩滲漏、輸水涵洞滲漏等問題，急需進行除險加固。

1.2 大壩基礎地質條件

新安水庫庫區屬于低緩的低山地貌，庫岸岸坡基本穩定。大壩所處地形平緩，高程15～35m，壩頂高程32.14m，河床地形平坦，兩岸壩坡及壩肩位于殘積的小山坡上，地貌主要為剝蝕殘丘。

大壩巖土體自上而下依次為素填土、砂質粘土、粉砂、粗砂、砂卵礫石、坡積粘土和砂質粘性土。素填土最大厚度為19.8m，沖積砂質粘土厚度為0.4～2.7m，粉砂厚度為1.8～3.2m，粗砂厚度為0.7～4.8m，砂卵礫石厚度為0.5～4.1m，坡積粘土厚度為0.8～4.0m，殘積砂質粘性土厚度為2.35～18.45m。壩體填筑土施工質量不穩定，密實度不均勻，滲透系數在10-4～10-6cm/s，屬中等透水—微透水。河床段壩基主要為砂質粘土、粉砂、粗砂、砂卵礫石、坡積粘土和砂質粘性土，其中粉砂、粗砂、砂卵礫石為中等透水；左岸壩基主要為坡積粘土和砂質粘性土，為弱透水中、下帶；右岸壩基主要為砂質粘性土，局部含砂量較高，為弱透水中、上帶。

1.3 防滲加固處理方案選定

根據新安水庫大壩基礎地質情況，通過兩側岸坡段單管高壓旋噴灌漿結合河床段液壓抓斗開槽造混凝土防滲墻、全壩段液壓抓斗開槽造混凝土防滲墻和全壩段射水法造混凝土防滲墻三種防滲加固措施進行經濟技術比較，選用岸坡段單管高壓旋噴灌漿結合河床段液壓抓斗開槽造混凝土防滲墻加固方案，其主要優點是適用范圍廣，岸坡段旋噴防滲墻固結體強度大，成墻整體性好，施工不需要分段，質量較可靠；河床段采用混凝土防滲墻對基礎砂卵石層適應能力好，成墻質量較有保證，同時兩種方法相結合更適合新安水庫壩長很長，適應壩體、壩基變形能力強，避免墻體產生裂縫。

新安水庫大壩防滲加固由福建省汀江水電工程有限公司承建，液壓抓斗開槽造混凝土防滲墻加固范圍為0+060～0+450，長390m。防滲墻軸線位于壩軸線上游2m處，混凝土防滲墻厚0.6m，最大深度27.5m，墻體采用C15一級配低彈模塑性混凝土。混凝土設計指標為：抗壓強度 R28≥7.5MPa，抗拉強度 R28≥0.75MPa，彈性模量3000MPa≤E28d≤5000MPa，28天墻身滲透系數不大于10-6cm/s。

2 混凝土防滲墻施工技術

2.1 造孔成槽

2.1.1 布置防滲墻施工平臺

新安水庫大壩壩頂高程32.14m，壩頂寬為4.5m。為滿足混凝土防滲墻施工期設備布置要求，在拆除壩頂防浪墻后，將壩頂開挖至高程29.4m，用推土機推平并壓實，形成一個總寬度約9m的施工平臺。抓斗施工平臺設置在防滲墻軸線下游側，施工平臺堅固、平整,適合重型設備和運輸車輛行走。在防滲墻軸線的下游側設置平行壩軸線的排水溝，斷面尺寸40cm×40cm，再按40m間距修建垂直防滲墻軸線的排渣排漿溝，將廢漿通過排漿溝至回收泥漿池。

2.1.2 修筑導向墻

本工程采用“倒L”形斷面鋼筋混凝土施工導墻，導墻混凝土強度等級為C20，斷面尺寸如下：高度0.7m，上底寬0.8m，下底寬0.3m，兩導墻間距0.6m。

2.1.3 抓斗成槽

根據本工程地質條件采用液壓抓斗法成槽，并制定了“三抓法”的施工方案，槽段成槽采用“三抓法”，在導向槽上放樣標識孔位，將抓斗對正孔位后進行垂直造孔。首先施工槽段兩端主孔，主孔完成后再抓中部副孔。主、副孔完工即該施工槽段成槽完工。開槽槽孔孔壁的垂直度由成槽機自動調整，現場成槽垂直度在0.2%～0.33%之間，孔斜率均小于設計值0.4%。

成槽次序圖

防滲墻分兩期施工，先一期槽，后二期槽。成槽工藝采用三抓法，槽段劃分根據地層情況、墻深度、成槽方法和澆筑強度確定，一、二期槽6.5m。施工時，將防滲墻劃分為Ⅰ、Ⅱ期槽段，分兩期挖槽、澆筑混凝土，采用跳孔法進行施工，即先進行Ⅰ期槽孔的造孔和混凝土澆筑，然后進行Ⅱ期槽孔的造孔和混凝土澆筑（見上圖）。

2.2 護壁泥漿

泥漿在造孔成槽過程中起固壁、懸浮、攜渣、冷卻鉆具和潤滑的作用，成墻后還可增加墻體的抗滲性能。本工程泥漿采用膨潤土拌制，新制泥漿經過24h膨化后，利用供漿管輸送至槽孔內使用，成槽及槽段澆筑過程中回收的泥漿，經凈化后可重復使用。槽孔孔口泥漿面在成槽過程中保持在導向槽頂面以下30～50cm范圍內。

工程采用優質膨潤土泥漿固壁，泥漿的性能指標如下：濃度大于4.5%，密度小于1.1g/cm3，漏斗粘度為30～90s，塑性粘度小于 20cP，靜切力為 1.4～10N/m2，pH值 9.5～12。

制漿膨潤土與拌制混凝土的膨潤土相同，分散劑采用Na2CO3，增粘劑為CMC。根據性能指標要求，泥漿配合比如下∶水∶膨潤土∶Na2CO3∶CMC=100∶8～9∶0～0.35∶0～0.05。

2.3 防滲墻體灌注

本工程是采用剛性導管法進行墻壁體灌注，混凝土豎向順導管下落，利用導管隔離泥漿，使其不與混凝土接觸，導管內混凝土依靠自重壓擠下部管口的混凝土，并在已灌入的混凝土體內流動、擴散上升，最終置換出泥漿，保證混凝土的整體性。

2.3.1 清孔換漿

造孔結束后，對造孔質量進行全面檢查。經檢查合格,進行清孔換漿。清孔采用抓斗抓取淤泥，利用下設潛水排污泵抽漿，并及時用新鮮泥漿補充。清孔換漿結束1h后，達到下列標準可以結束工作∶?孔底淤積厚度不大于10cm；?泥漿參數為∶槽內泥漿比重不大于1.3g/cm3，粘度不大于30s，含砂量不大于10%。槽段清孔換漿結束前將鋼絲刷子安裝在抓斗斗體上，緊貼一、二期混凝土結合面，分段上下反復提動，達到刷子上不帶泥屑，孔底淤積不再增加，即接頭面清洗合格。

2.3.2 槽段混凝土灌注

低彈模混凝土的配合比由福建省水利水電科學研究院檢測中心進行設計，通過六組試驗，選用混凝土配合比如下：水∶水泥∶膨潤土∶土∶砂∶碎石∶外加劑=323∶275∶96∶163∶762∶502∶5.34。

a.清孔換漿結束后，下設混凝土灌注導管。一期槽段長度為6.5m，下設1套導管，兩側導管距槽端1～1.5m；二期槽段由于接頭管接頭，槽段長度為6.5m，下設1套導管，兩側導管距孔端1.0m；同時，槽段內導管間距不大于3.5m。導管底部距槽孔底板不大于25cm，當槽底高差大于25cm時將導管置于控制范圍的最低處。

b.灌注前導管內置入可浮起的隔離塞球，灌注時先注入水泥砂漿，隨即注入足夠的混凝土，擠出塞球并埋住導管底端，避免混凝土與泥漿混合。

c.灌注過程中每30min測量一次混凝土面，每2h測量一次導管內混凝土面，根據混凝土面上升情況，決定導管的提升長度。導管在混凝土內的埋深最小不得小于1.0m，最大不得大于6.0m，在保證埋深的前提下，隨著混凝土面的上升，用吊車提升導管，并將頂部的部分導管拆除。

d.槽孔內混凝土面上升至槽口時，采用泥漿泵抽出濃漿，并提升導管，減小埋深，增加混凝土的沖擊力，直至混凝土頂面超出設計墻頂標高0.5m，即可停止澆筑，拔出導管。

2.3.3 槽段連接

為了保證墻段連接質量，本工程采用“接頭管法”進行墻段連接施工。即在一期槽孔澆筑前，于槽兩端下設鋼管，待混凝土初凝后，按一定速度將其拔起，形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。接頭管處設有騎縫孔，孔徑219mm，孔深8m，孔底標高20.9m，待墻身混凝土澆筑完成后進行。騎縫孔在回填前，先進行洗孔，后密實回填C15細骨料膨脹混凝土。

“接頭管法”是目前防滲墻施工接頭處理的先進技術，有著其他接頭連接技術無可比擬的優勢：提高工效，節約墻體材料，降低費用；接頭形狀有利于延長滲徑，保證墻體抗滲要求；接頭具有最大的鑲嵌強度，增加摩阻力，更好地傳遞單元墻段之間的應力，使墻體的上下左右受力條件好，形成墻體可靠連接。

3 常見事故處理及應注意事項

3.1 事故處理

3.1.1 塌孔、漏漿的處理

槽段成槽開挖過程中，有時會出現塌孔、漏漿現象。出現塌孔現象常采用處理措施主要是根據導致塌孔的關鍵成因分析，當出現局部塌孔時加大泥漿密度，加大槽內泥漿粘度和密度，增加槽壁的穩定性。當出現大面積塌孔時用優質粘土回填到坍塌處以上1～2m，待沉積密實后再進行施工，同時在相應地段減小槽段開挖長度。

出現漏漿現象常采用處理措施：?平拋粘土，加大泥漿比重或拋入鋸末進行堵漏；?加大泥漿供應強度和質量，發現漏漿及時補充；?對漏失嚴重的地層用速凝水泥等特殊材料處理，必要時還應對槽孔進行回填。

3.1.2 導管堵塞

成墻灌注混凝土過程中有時會出導管堵塞，針對導管堵塞可采用搗、頓方法及時疏通，如果無效將導管全部拔出、沖洗、并重新下設，用泥漿泵抽凈導管內泥漿后繼續澆筑，同時還要核對混凝土面高程及導管長度，確認導管的埋入深度。

3.1.3 較大孤石

施工中如遇到孤石抓斗無法繼續進行時，則用重錘鑿碎后再用抓斗抓取，循環數次直至達到設計孔深。

新安水庫槽段在成槽過中，曾出現小范圍坍塌問題，通過及時采取加大泥漿密度，加大槽內泥漿粘度和密度，增加槽壁的穩定性，塌孔得到了控制。在成墻灌注混凝土過程中曾出現過導管堵塞，通過及時采用搗、頓方法疏通導管，未對工程質量造成影響。

3.2 混凝土防滲墻成墻技術應用應注意的問題

根據液壓抓斗防滲墻技術在中型水庫除險加固中的新安水庫和坂頭水庫運用實踐體會，成墻技術應用應注意以下問題。

3.2.1 確定方案前應做好的工作

a.做細地質工作。液壓抓斗防滲墻技術主要適用于填土層、砂層及卵石層等，對壩體材料要求較高。新安水庫在壩體抓斗挖槽過程中，地質狀況與地質鉆探試驗成果基本吻合，施工較為順利；而南安市坂頭水庫除險加固中，地質變化大，壩體中存在大量孤石，同時壩體密實度較低，施工中存在嚴重漏漿問題，給施工帶來很大麻煩，既增加投資，也耽誤了工期。尤其是當碰到較大石頭時，用重錘鑿將難以解決問題，需采用爆破法，這樣將加大施工難度。

b.做好成本核算。目前液壓抓斗防滲墻施工設備主要在省外，需從外地調入，增加工程費用。新安水庫除險加固設備進出場就近20萬元，數量較大。因此，在確定水庫加固方案，尤其是對于防滲墻工程量較小的小型水庫時，要慎重考慮。

c.弄清施工條件。由于液壓抓斗防滲墻施工設備較龐大，一方面對于施工交通條件要求較高，南安市坂頭水庫位置偏僻，到水庫的道路蜿蜒狹窄，大型車輛難以通行，施工單位花了近1周時間對道路進行加寬、加固改造，投入大量資金；另一方面對電力要求較高，新安水庫除險加固就因施工電力要求超過管理處原有的變壓器容量，需臨時申請，架設變壓器，造成工程投資增加，又耽誤工期近20天，較大地影響到施工進度。

3.2.2 成墻混凝土灌筑應注意的問題

a.提前做好低彈模混凝土配合比試驗。新安水庫除險加固低彈模混凝土根據設計單位提交的配合比，實驗后發現部分指標難以達到要求，后委托福建省水利水電科學研究院檢測中心進行設計，通過六組試驗，最后才確定了配合比，耽誤近1.5個月時間。

b.控制好抓接頭的時間。抓接頭時間太短混凝土沒有凝固，時間太長混凝土強度太高，抓接頭適宜的時間為墻體澆筑后12h，最遲不超過24h，抓斗抓取時斗體一側為混凝土另一側為土，斗體受力分布不均勻，容易造成槽孔沿軸線方向偏移，導致接頭質量無法保證，同時嚴重影響造孔成槽進度，撐握好抓接頭時間是成槽進度快慢的關鍵環節。

c.嚴格安照相關規定進行施工。混凝土導管下設過程中檢驗螺絲緊固程度，確保導管間連接可靠；混凝土灌筑具有相當高的連續性，因故中斷不得超過40min，同時槽內混凝土上升速度不得小于2m/h；各灌筑導管均勻放料，保證混凝土面均勻上升，使其高差不超過0.5m；每隔30min測量一次槽孔內混凝土面深度,每隔2h測量一次導管內混凝土面深度,并填繪混凝土澆筑指示圖,及時核對澆筑方量；澆筑時槽口要設置蓋板，防止雜物落入槽內。

4 施工質量檢查及效果分析

4.1 現場開挖檢查

在防滲墻頭、中、尾三處開挖一個3m深左右的外觀檢查坑進行檢查，經鑿大及刀刮，未發現有斷裂、裂縫及槽段連接斷縫等質量問題，防滲墻墻體均勻、連續，厚度滿足要求。

4.2 鉆孔取芯檢查

在混凝土防滲墻施工完成28天后分別在第5槽段（0+086～0+92.5）、第 21槽段（0+190～0+196.5）、第33槽段（0+268～0+274.5）、第54槽段（0+404.5～0+411）共鉆孔4處，取芯送福建省水利水電科學研究院檢測中心檢測。檢測結果：混凝土抗壓強度最小值8.2MPa，最大值 11.6MPa；最小滲透系數 0.30×10-8cm/s，最大為 1.50×10-8cm/s；彈性模量最小值 3120MPa，最大值4030 MPa。

4.3 施工效果分析

a.質量方面。從混凝土現場開挖檢查和鉆孔取芯檢查結果分析，混凝土抗壓強度、彈性模量、滲透系數滿足設計要求，達到了施工目的，取得了防滲效果。混凝土滲透系數最大值1.50×10-8cm/s小于同為該水庫除險加固中岸坡高壓旋噴防滲墻最大值6.75×10-8cm/s，平均值0.80×10-8cm/s也小于高壓旋噴防滲墻平均值2.6×10-8cm/s，防滲效果優于高壓旋噴防滲墻等防滲加固措施。

b.工期方面。新安水庫液壓抓斗開槽造混凝土防滲墻樁號 0+060～0+450，總長 390m，防滲墻總面積9160cm2。工程于2009年4月初開工，5月底完工，施工進度較快。根據設計單位計算，新安水庫混凝土防滲墻厚度為0.225m，考慮福建省周邊地區液壓抓斗施工機械情況，現成的抓斗斗體厚度規格只有0.3m和0.6m，且福建省大壩混凝土防滲墻施工經驗少，為確保防滲墻施工質量，此次設計混凝土體厚度取0.6m。如按計算的厚度或按0.3m、0.4m進行施工，這將可大大提高防滲墻的施工進度。

c.造價方面。因新安水庫混凝土防滲墻施工過程中設計變更較少，工程造價與初設方案比較時結論基本一致，即混凝土防滲墻造價優于高壓旋噴防滲墻。如按計算的厚度或按0.3m、0.4m進行施工，工程投造價將明顯優于高壓旋噴防滲墻等其他防滲加固措施。

5 結語

低彈模塑性混凝土防滲墻應用于新安水庫除險加固工程，有效解決了水庫大壩河床段滲漏問題。實踐表明，這種技術具有施工速度快、防滲效果好、可靠性高、投資較經濟等特點，可推廣用于各類土石壩防滲加固。■