某水庫除險加固工程及防滲墻施工技術

陸諺

（貴州省從江縣水利局，貴州 從江 557400）

1 工程簡介

該水庫是一座以灌溉、防洪為主,結合供水、發電綜合利用的大（二）型水利工程,壩址以上流域面積378km2,總庫容2174億m3,由攔河黏土心墻砂殼壩、溢洪道、放空洞、輸水洞及電站等建筑物組成。工程始建于1990年6月,1991年8月大壩堵口,1993年攔洪蓄水,1995年底大壩主體工程基本建成;2001年7月進行保壩工程施工,大壩加高4.5m,并同時對大壩加寬,2004年9月保壩工程完工;2006年大壩安全鑒定為三類壩,需對工程進行除險加固。水庫大壩為黏土心墻砂殼壩,壩頂高程為174.5m,最大壩高57.5m,壩頂寬7.0m,長300m。大壩采用黏土心墻防滲,心墻齒槽深入基巖,頂部與漿砌塊石防滲墻連接,上下游為砂礫石壩殼,心墻頂寬6.5m,底部最大寬度20m,上下游坡度均為8∶1,心墻與基巖接觸面最小寬度為7.3m。根據省水利廳組織編寫的水庫大壩安全鑒定報告書,水庫大壩存在的主要問題為。

1.1 大壩心墻存在滲流問題。心墻截水槽原設計底寬10m,實際局部壩段僅7.3m,經對心墻內埋設的測壓管觀測成果分析,心墻土的壓實度和滲透系數均不能滿足現行規范的要求,表明心墻防滲效果較差

1.2 大壩心墻土大部分屬于分散性土,分散性土的比例達67%,在長期滲流條件下易被分解、沖蝕,對壩體抗滲穩定極為不利。針對上述問題,需對水庫大壩防滲墻進行除險加固處理,以截斷壩基和壩體的滲漏通道,通過壩頂垂直防滲和壩前垂直防滲結合,以及對坡面綜合防滲等處理方案的綜合比較,大壩除險加固設計采用壩頂設置混凝土防滲墻的處理方案。

2 施工過程出現的問題

防滲墻工程除險加固施工計劃槽段34個,每個槽段長7～9m,阻水面積13520m2,于2003年11月開始造孔。12月在D33槽段澆筑混凝土時,D11、D13槽段出現漏漿現象,泥漿面下降約4m。12月7日,D1槽段澆筑混凝土的同時對D11槽段灌注濃水泥漿和填鋸末等措施處理,D21、D25槽段出現漏漿,泥漿面下降約4m,并發現D11槽孔內孔壁上有沿壩軸線方向的垂直裂縫,孔壁光滑未出現塌孔現象。

為了阻斷可能產生沿壩軸線方向的泥漿通道,對已造孔的D11槽段進行黏土回填,并采取改善泥漿質量、水泥漿摻鋸末等一系列改進措施。12月18～23日施工期間,在D9(槽段已縮短為 5m)、D32、D13(縮短為 5m)澆筑混凝土時,相繼發生槽段間泥漿串通,導向槽出現7～30cm的下沉,導向槽與施工平臺接觸部位混凝土產生2～5cm的裂縫。直到12月24日3∶00時,D8至D21槽段范圍內的下游側導向槽出現不均勻沉降及位移,施工平臺坍塌40～100cm。防滲墻工程只能暫停施工。防滲墻工程施工過程中如此嚴重坍塌沉降在省內尚屬首例。

3 坍塌沉降成因分析

盡管防滲墻除險加固施工過程中曾采取黏土、鋸末回填,灌注濃水泥漿、摻膨潤土、優化泥漿性能、控制造孔速度和混凝土澆筑速度,以及增大槽段的間距和減小槽段的長度等改進措施,但均未取得明顯效果。因此,需分析施工平臺坍塌沉降成因,有針對性地提出有效的應對處理措施。主要從大壩現場施工及歷史施工情況分析了防滲墻施工坍塌沉降的原因。原水庫大壩壩體填筑分兩期工程:第一期工程黏土心墻平均干容重1.63t/m3,雖然與設計(1.65t/m3)要求相近,但合格率僅33%,壩殼合格率小于50%。壩體填筑質量不夠理想,施工期間存在許多問題,如黏土含水量不均勻、夯壓不實、大部分甚至沒有碾壓或者夯壓速度過快、鋪層厚度未加控制、高坡倒料造成離析現象等。壩殼砂礫料大部分為高坡堆積,未經碾壓,反濾層材料也未嚴格篩分,混有草根、樹根等雜物。心墻有時因停工日久,沒有遮蓋保護,經常陽光曝曬、雨水澆淋。以上諸多原因造成心墻多次發生大小縱向裂縫,最大縫寬10cm,深度2～3m,先采用灌黃泥漿補救無效,后改為裂縫處挖槽回填處理。在心墻上游側砂礫料帷幕灌漿時,心墻也曾出現多次冒漿現象。

第二期工程即保壩工程大壩加高4.5m,整個心墻大致可分為4層:①Ⅰ層為路面:上部0.2m為砂礫,粒徑5～20mm,下部為碎石類黏土,塊徑一般 10～20cm,層厚 0.7～0.8m,稍密;②Ⅱ層為壩體心墻填土,根據土質可劃分為2個亞層:Ⅱ1層為紅褐色～棕紅色含碎石粉質黏土,稍濕,可塑～硬塑,碎石粒徑2～5mm,含較多全風化母巖,層厚6.0～7.0m;Ⅱ2層為灰～灰黃色含碎石粉質黏土,稍濕,可塑～硬塑,含少量風化碎石,粒徑3～30mm,大的可達 80mm,層厚大于 28.0m;③Ⅲ層為混凝土蓋板,層厚0.5～1.5m,局部可達6.0m,下伏基巖;④Ⅳ層為流紋巖基巖,強風化巖厚約3.2m,弱風化巖厚約3.3m。2006年大壩安全鑒定時,對心墻0+077,0+157,0+197m3處開挖探槽發現,心墻上中下游多處縱向裂縫,寬0.5～5mm,深達3m左右,縫垂直、左右延伸。通過上述原壩體心墻填筑情況的分析,認為此次防滲墻除險加固施工漏漿系原壩體心墻為粉質黏土、分散性強,心墻的多處縱向裂縫導致施工槽段串通漏漿;同時因粉質性黏土固型能力差,容易造成擴孔、坍孔,導致防滲墻施工平臺坍塌沉降。

4 處理方案分析

為保證大壩安全施工和防滲墻施工質量,根據上述成因分析,及時對防滲墻施工平臺坍塌沉降及槽段潛在的坍塌隱患進行有效控制和處理并完成了防滲墻施工平臺(槽段)的沉降坍塌處理,比較順利地完成了防滲墻工程的整體施工任務。

4.1 處理方案

4.1.1 對坍塌槽段移開鉆機設備,拆除導軌、方木、挖除壩頂軟弱土料并外運。

4.1.2 在開挖過程中抽排泥漿,下降泥漿位,暫停相鄰槽段施工。

4.1.3 開挖完成后,用黏土干拌水泥進行回填并碾壓密實,回填至相應高程,重新澆筑導墻及施工平臺。

具體處理工藝:

①如果開挖坑壁傾斜度小時,坑壁挖成臺階型,以利填筑；②如果坑壁坡度大或垂直,坑底鋪設鋼筋網,用鋼絲繩套掛在平臺頂上架設的槽鋼或錨筋上；③若原槽板塌陷較少 (小于20cm時),采用槽鋼輔助支撐鋼軌；④若原槽板塌陷嚴重,則用鋼筋混凝土加高加固,同時架設槽鋼輔助支撐鋼軌；⑤開挖回填澆筑應銜接緊密,爭取快挖快填,避免坑壁坍塌

4.1.4 導向槽澆筑完成后,繼續填筑碾壓毛料,隨后做好過漿面、漿溝等附屬設施。處理方案見圖1。

4.2 施工方法改進措施

4.2.1 沖擊鉆造孔全部改用十字鉆造孔,以便擠密孔壁黏土,減少槽孔坍塌。

4.2.2 為確保槽段穩定,大壩中段一期槽段由原來的9孔改為5孔,二期槽段根據施工情況適當調整長度。

4.2.3 針對前期施工出現澆筑混凝土時發生坍塌的情況,在坍塌的80m槽段中選擇一槽段,放慢鉆孔和澆筑混凝土速度,先完成中間一個槽段,以隔斷縱向裂縫,阻斷串漿通道。成功后按此方法逐段分隔,直至完成防滲墻工程。

4.2.4 在大壩的上下游及壩頂建立位移、沉陷觀測點,定期觀測掌握情況,以適時調整施工處理方法。

5 結束語

水庫除險加固工程防滲墻施工過程中,施工平臺發生了嚴重塌陷沉降,通過現場觀測和歷史施工資料分析,在查明原因的基礎上,根據各槽段不同的塌陷情況,有針對性地采取了相應的處理方案和施工方法,達到預期的效果。

[1]陶麗琴.切實搞好病險水庫除險加固.中國水利報.2004-06-08.