大壩防滲墻技術在陜縣澗里水庫除險加固工程中的應用

趙華林

（河南水利建筑工程有限公司 鄭州 450008）

1 工程概況

河南省陜縣澗里水庫位于陜縣西張村鎮南部，地處黃河一級支流青龍澗河上游，壩址距三門峽市約30km，控制流域面積79.3km2，總庫容1393萬m3，興利庫容858萬m3，設計灌溉面積3000hm2。水庫地理位置十分重要，承擔著保護下游隴海鐵路、鄭西高速鐵路、連霍高速公路、310國道以及三門峽市市區20萬余萬人生命財產安全的任務。是一座以防洪、農業灌溉為主，兼顧工業供水、水產養殖、發電等綜合利用的中型水庫。

現狀水庫大壩為均質土壩，壩頂高程790m，壩長165m，壩頂寬5m，壩高46.7m，防浪墻高1.2m。

2 工程設計

壩體防滲設計為在一級馬道內側布設塑性混凝土防滲墻（距內坡腳1m），墻厚0.5m，墻底伸入壩底基巖1m，兩岸伸入微風化層1m，最大成槽深度43.25m。防滲墻以上至防浪墻之間采用鋪設土工防滲膜防滲，土工膜采用150mm×2mm+0.3mmPE膜，底與防滲墻連接，兩岸伸入微風化層1m。

3 混凝土防滲墻施工工藝

3.1 施工程序

防滲墻施工程序為：施工準備→放線定位→導向槽施工→防滲墻施工→導向槽拆除→導向槽回填。

3.2 施工前的準備

3.2.1 導墻施工

導墻施工是混凝土防滲墻施工的關鍵環節，它是槽溝開挖前，沿防滲墻墻面線兩側構筑而成。其作用主要有：為成墻定位置、定標高；為成槽時定向；存儲和排泄泥漿，防止雨水混入；穩定漿位；支撐挖槽機具和混凝土導管等的重量；保持槽頂面土體的穩定，防止土體塌落。根據現場地質條件、工程特點及工期等要求的實際情況，該工程導墻采用現澆C10混凝土,其截面形式為底基50cm×50cm和其上部30cm×100cm。

3.2.2 槽段劃分及施工順序

該工程防滲墻全長132m，按照單元槽段長度劃分原則并結合以往類似工程施工經驗，該工程共劃分22個槽段，每個槽段長6.0m。分Ⅰ、Ⅱ序槽段分段造槽，采用沖擊鉆成槽，Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段連接即形成連續的垂直防滲墻。

3.2.3 泥漿準備

泥漿用于支承孔壁、穩定地層、懸浮沉渣,同時向槽兩側地層滲透的泥漿以及槽兩側邊壁形成的泥皮還起到輔助截滲的作用。

泥漿材料選用附近合格料場的粘土，其粘粒含量大于50%，塑性指數大于20，含砂量小于5%，二氧化硅和三氧化鋁含量的比值為3～4，基本達到粘土性能指標。

泥漿拌制采用1m3的ZJ—1500型高速泥漿攪拌機，拌制10余min，先送入泥漿沉淀池，然后自動流入泥漿池并不斷攪動循環，再由泥漿泵輸送到各槽口用漿點。其護壁泥漿性能指標為，比重1.11～1.13g/cm3，粘度20～25s，含砂量小于4%，膠體率大于97%，失水量小于30mL/min，穩定性小于0.01g/cm3，基本達到設計要求。

注意在成槽過程中，對槽段采取必要的防護，防止廢漿、廢渣、雜物進入槽內，引起泥漿性能的改變。為防止離析、沉淀，保持性能指標均一，槽段內泥漿液面保持在槽口板頂面以下30～50cm的范圍內。

3.3 防滲墻施工

3.3.1 成槽方法

a.放線定位。測量放線，定出孔位和中心線，用小木樁做好標記，孔位誤差不大于20mm。經監理驗收合格后，方允許進行下一步工序的施工。

b.成槽。采用先Ⅰ序槽后Ⅱ序槽的施工方法，鉆孔采用CZ—22沖擊鉆，將鉆機移至所定樁位，使鉆機鉆頭對準孔位中心。為保證達到設計要求的垂直度，鉆機就位后必須對鉆機底盤進行調平，四角的水平誤差應控制在1mm以內。調整水平度采用水準尺進行，并用水平尺檢查鉆桿的垂直度，其誤差應控制在0.5mm以內，使鉆桿與鉆機底盤保持垂直。鉆進中采用泥漿護壁，鉆進到設計高程下0.4m，如在鉆進過程中，出現泥漿嚴重漏失，孔口不返漿時，應重新調整泥漿比重，直到孔口返漿為止。鉆進時，必須詳細記錄孔位、孔深、地層變化等情況，鉆進暫停或終孔時，孔口應加蓋保護。

3.3.2 塑性混凝土施工

3.3.2.1 防滲墻混凝土配合比及材料

a.防滲墻為塑性混凝土墻體,其設計要求為C5W6,通過配比試驗1m3混凝土施工配合比（重量配合比）材料用量見下表。

塑 性 混 凝 土 配 合 比 表 單位：kg

b.混凝土入槽時的坍落度為20～24cm，任何情況下不得低于18cm：擴散度為34～40cm；混凝土的初凝時間不小于8h，終凝時間不大于48h。

c.水泥選擇不低于425MPa的普通硅酸鹽水泥，混凝土骨料選擇在市場購買，粘土選用附近土料場土料，膨潤土選用正規膨潤土廠的產品。

3.3.2.2 混凝土拌和及運輸

混凝土拌和由人工上料，350型攪拌機出料，進料由磅秤控制，1.0t機動翻斗車運輸。為保證澆筑正常連續工作，在澆筑前應周密制定混凝土制備及運輸的應急補救措施。

3.3.2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑采用直升導管法施工，導管沿槽孔軸線布置，相鄰導管的間距不大于3.5m，Ⅰ序槽孔兩端的導管距孔端控制在1.0～1.5m，Ⅱ序槽孔兩端的導管距孔端控制在1.0m。安裝導管時，導管底部出口與孔底板距離不得大于25cm，并不大于1.5倍導注塞的直徑，如孔底高差大于25cm，則將導管中心放在該導管控制范圍內的最低處。澆筑前，每個導管均下入可浮出漿面的導注塞，堵塞導管底口。

澆筑導管內徑采用180mm，澆筑時導管定期進行密封承壓試驗。導管開始澆筑時，先下入導注塞，將導注塞壓到導管底部，將管內泥漿擠出管外。然后將導管稍微上提，使導注塞浮出，一舉將導管底端埋入混凝土，保證后續澆筑的混凝土不致與泥漿摻混。槽孔混凝土澆筑嚴格遵循先深后淺的順序，從最深的導管開始，由深到淺依次開澆，直至全槽混凝土面基本澆平以后，再全槽均衡上升。澆筑過程中，保持導管埋入混凝土的深度不小于1m、不超過6m，維持全槽混凝土面均衡上升，控制其高差在0.15m范圍內。

每30min測量一次槽孔混凝土面，每2h測定一次導管內混凝土面，在開澆和結尾時適當增加測量次數；槽孔內混凝土面上升速度大于2m/h，并連續上升到設計高程；澆筑過程中做好混凝土面上升的記錄，防止堵塞、埋管、導管漏漿和泥漿摻混等事故的發生。在混凝土澆筑時，按要求在出機口和槽口入口處隨機取樣，檢驗混凝土的物理力學性能指標，不合格混凝土嚴禁入槽。

3.3.2.4 防滲墻接頭處理

采用“接頭管法”處理，該法是目前防滲墻施工接頭處理的先進技術，尤其適用于工期緊、墻體材料強度高的工程。“接頭管法”施工有一定的技術難度，但有著其他接頭連接技術無可比擬的優勢：首先由于接頭管的下放，既節約了套打接頭混凝土的時間，提高了工效，又節約了墻體材料和費用；同時“接頭管法”連接的接頭為半圓弧狀，有利于延長滲徑，保證了墻體抗滲要求；再者，這種接頭連接由于具有最大的鑲嵌強度，增加了摩阻力，更好地傳遞單元墻段之間的應力，使墻體的上下和左右受力條件好，實現墻體的可靠連接。

施工時，當一期槽孔清孔換漿結束后，分別在槽孔的兩端頭處下放圓形鋼接頭管（外徑為27.5cm），并盡量保持垂直，固定牢靠，在混凝土澆筑過程中及澆筑完成后一定時段之內，根據槽內混凝土初凝情況，經常性地對接頭管進行松動，以免接頭管與混凝土膠結后難以拔出，在混凝土達到終凝后，再將接頭管全部拔出，從而在一期槽孔兩端頭形成半圓弧形接頭孔。

在施工中發現接頭管法也存在一些不足。一是在進行二期槽孔施工時，半圓弧接頭處膠結的泥皮刷洗比較困難，費時費力，而且接頭刷洗的質量控制與檢查也比較困難。為此，采取了機械加人工刷洗的方法，首先將特制的半圓弧形鋼絲刷固定在液壓抓斗上，上下來回刷洗，直到刷子不粘有泥屑，然后再利用小鋼絲刷進行人工刷洗。經多次將混凝土鑿開檢驗，發現接頭處的處理效果良好。二是在上拔接頭管過程中，容易使接頭處的混凝土松動，形成表層裂縫，為此，要求接頭管表面必須光滑均一，在下放前，先刷一層專用脫模劑。

3.3.2.5 特殊情況處理

a.在成槽過程中，對固壁泥漿漏失量做詳細測試和記錄，以便及時發現問題，做好堵漏和補漿準備，并查明原因，采取措施進行處理。根據實際施工情況，在固壁泥漿性能指標基本滿足要求的前提下，適當調整泥漿配比，并適當放緩挖槽速度，待固壁泥漿漏失量正常后再恢復下沉抓槽。

b.當出現塌孔時，應盡快補充大比重泥漿，以穩定孔壁；回填適量的渣土，平衡孔壁土壓力；向孔內加入粘土、鋸末、水泥等，確保孔壁穩定和槽孔安全。

3.4 質量控制指標

a.造孔。槽孔中心偏差±3cm；槽孔孔深不小于設計孔深；槽孔孔斜率不大于4‰。

b.清孔。孔底淤積不大于10cm；孔內漿液密度不大于1.3g／cm3；孔內漿液粘度不大于30s；孔內漿液含砂量不大于10%。

c.混凝土拌和。混凝土拌和時間不小于90s；混凝土坍落度20～24cm；混凝土擴散度34～40cm。

d.混凝土澆筑。混凝土上升速度不小于2m／h，混凝土頂面高差小于50cm，間歇時間不超過4.0h。

e.混凝土試驗。抗壓試塊每一槽孔成型一組；抗滲及彈性模量試塊每500m3成型一組。

4 防滲墻檢測效果

4.1 檢測內容

大壩防滲墻檢測的主要內容有墻體強度、彈性模量、滲透系數、均勻性。

4.2 檢測方法

4.2.1 鉆芯法檢測墻體抗壓強度與彈性模量

塑性混凝土防滲墻墻體質量檢查在成墻后28天進行，檢查內容為墻體的物理力學性能指標、墻段接縫和可能存在的缺陷。檢查采用鉆孔取芯法。檢測位置應具有代表性。

根據CECS03：2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》，通過現場鉆取混凝土芯樣，芯樣試件的混凝土強度換算值系指用鉆芯法測得的芯樣強度換算成相應于測試齡期的邊長為150mm的立方體試塊的抗壓強度值，用以核定混凝土強度。防滲墻混凝土設計值為1.0～2.5MPa。

單個構件或單個構件的局部區域可取芯樣試件混疑土強度換算值中的最小值作為其代表值。

芯樣彈性模量試驗檢測，初始模量不大于500 MPa，模強比為 200～500。

4.2.2 鉆孔壓水試驗

根據SL31—2003《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》規定的方法和要求進行鉆孔壓水試驗。防滲墻滲透系數按下式計算：

式中K——巖體滲透系數，cm/s；

Q——壓入流量，cm3/s；

H——試驗水頭，cm；

L——試段長度，cm；

r0——鉆孔半徑，cm。

沿防滲墻均勻分布鉆點，各段均鉆取2個鉆孔，鉆孔半徑為100mm，鉆孔深度為15m。

防滲墻設計滲透系數不大于1×10-8cm/s。

4.2.3 探底雷達檢測防滲墻均勻性

用探底雷達檢測防滲墻均勻性以及內部缺陷，防滲墻墻體應均勻完整,不得有混漿、夾泥、斷墻、孔洞等。

4.3 檢測結果

通過以上三種檢測手段的實施，對防滲墻強度、彈性模量、滲透系數、均勻性進行了綜合分析，結果均能滿足設計要求，取得了較好的防滲效果。■