薄型塑性混凝土在水庫防滲墻中的應用

劉志鵬，王成波，劉 萍

（膠南市水利局，山東 膠南 266400）

吉利河水庫位于山東青島市，是一座以防洪和城市供水為主、兼顧灌溉和漁業養殖的中型水庫，總庫容7400萬m3。

水庫工程包括大壩、放水洞、溢洪閘3部分。大壩為黏土心墻沙殼壩，壩頂高程52.25m，最大壩高21.25m。放水洞分東、西2座，東洞位于大壩樁號0+147處，為埋管式管涵，進口底高程35.00m；西洞位于樁號0+674處，為鋼筋混凝土箱涵，進口底高程38.00m。溢洪閘位于大壩東南200m處，設7孔閘門(凈寬 42m)，最大泄流量 868m3/s。

1 存在的問題及分析

西洞西側背水坡腳 (高程40.30～42.00m)200m范圍內出現不同程度滲水，其中0+674以西約50m范圍內的坡腳處渠底積水，向西延伸發現坡腳出現滲水，渠底具有明顯水浸現象。

地質勘察結果分析表明：大壩心墻的黏土成分存在較大差異，樁號0+640以東含沙量較少、以西含沙量較多，且以0+640以西的滲透性最大，導致西洞西側下游坡腳出現滲水；心墻齒槽呈倒梯形，直接座于強風化巖上，滲透系數達9.9×10-5cm/s。結合多年的滲壓觀測資料等進行分析，應及時對大壩進行防滲處理。

2 方案的選定

大壩防滲處理要求防滲墻體必須直接座于弱風化巖層上，最大深度達28.5m。綜合考慮各項因素，確定選用液壓抓斗法開挖槽孔澆筑塑性混凝土防滲墻工藝。

與傳統工藝相比，液壓抓斗技術具有以下幾個特點：1）槽孔連續、平順、完整；2）槽孔深度可達 60m，而厚度最小為18cm；3）開槽和澆筑成墻可同時進行，循環流水作業；4）墻體可采用混凝土、黏土、土工合成材料等；5）廣泛適應于砂壤土層。

設計防滲墻厚度30cm,采用塑性混凝土墻體密度為 19～21kN/m3，彈性模量在 200～1000MPa，28d的抗壓強度值大于2MPa,滲透系數小于10-7cm/s，允許滲透比降大于80。

3 施工工藝

3.1 布置施工平臺

抓斗機為大型重型機械，需在壩頂構建寬度最少為8.0m的操作平臺，并采用74kW履帶式推土機培土壓實，邊坡滿足穩定要求。

3.2 導向槽修筑

導向槽起著標定墻體位置、成槽導向、鎖固槽口、保持泥漿液面、保護上部孔壁、支撐外部荷載的作用，其穩定性是防滲墻安全施工的關鍵。導向槽以防滲墻軸線為中心、槽寬為40cm，切割、破擊形成。在槽孔兩側現澆倒L型斷面的混凝土，頂面高于場地10cm以上，防止地表水流入。

3.3 槽段劃分

槽段宜盡量長，以減少接頭數目，提高墻體的整體性，但受地質條件及槽深等因素的影響，又不宜過長。綜合考慮地層特性、工期、混凝土澆筑強度等因素，將防滲墻劃分為一、二期槽段，采用兩序間隔法施工。先施工一期槽段，兩側用圓管堵頭；二期澆筑混凝土時將圓管拆除，使一、二期弧形連接，形成地下連續墻。

3.4 成槽

1）抓斗成槽。抓斗機依靠抓斗自重抓取土體，開挖形成連續槽孔，達到深度后即進行清孔、澆筑混凝土，此時抓斗機繼續下一序成槽開挖，如此循環即可建造地下連續墻。

本工程采用“三抓法”施工方案，每個槽段分為兩個主孔及一個副孔。抓斗機先抓取兩側主孔再抓取中間副孔成槽，主、副孔完工即該槽段成槽完工。

2）泥漿護壁。在造孔成槽過程中泥漿起固壁、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制成，新制泥漿經24h膨化后送至槽孔內，在成槽及防滲墻澆筑過程中進行回收，經凈化后重復使用。孔口泥漿面應保持在一定高度范圍內。

3）清孔換漿。槽段終孔驗收合格后即進行清孔，清孔采用抓斗抓取孔底淤泥，利用下設潛水排污泵抽漿，并及時補充新鮮泥漿。清孔換漿結束1h后，達到下列標準即為合格：①孔底淤積厚度不大于10cm；②槽內泥漿比重不大于1.3g/cm3，含沙量不大于10%。

4）槽段接頭處理。相鄰槽段的銜接采用接頭管法，接頭管應能承受最大的混凝土壓力和起拔力，表面平整光滑，節間連接簡便、可靠；起拔時應采取措施防止空口塌陷。

5）刷槽。槽段清孔換漿結束前將鋼絲刷子安裝在抓斗體上，緊貼一期槽段混凝土壁面，分段上下反復提動，達到刷子上不帶泥屑，孔底淤積不再增加方為清洗合格。

3.5 澆筑防滲墻體

在泥漿護壁的條件下，防滲墻采用剛性導管法灌筑塑性混凝土形成。混凝土順導管下落時，通過導管隔離泥漿，依靠自重擠壓下部管口的混凝土向外流動，并擴散上升，最終置換出泥漿，保證混凝土的整體性。

1）清孔換漿結束后，并排下設三套灌筑導管，導管內徑宜為300mm。側管距槽端1～1.5m；導管間距為3～3.5m，導管底部距槽孔底不大于20cm。

2）灌筑前導管內置入可浮起的隔離塞球，灌筑時先注入水泥沙漿，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。

3）灌筑過程中每30min測量一次槽段內混凝土面，每2h測量一次導管內混凝土面，以此確定導管的提升速度。導管在混凝土墻體內的埋深1.0m≤H≤6.0m。

4）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。

4 應注意的問題

4.1 抓斗成槽過程

1）開槽時應注意控制槽孔斜度，經常用設備觀測并及時作出調整。人員要遠離抓斗機回旋半徑，停止作業時抓斗挺立于壩體上，防止意外事故的發生。

2）在成槽過程中，槽段可能會出現局部和大面積坍塌現象。局部坍塌時加大泥漿密度，大面積塌孔時用黏土回填到坍塌處以上1～2m，沉積密實后再施工。出現漏漿時，采取平拋黏土以加大泥漿比重進行堵漏。

4.2 混凝土成墻過程

1）控制好抓接頭的時間。抓斗抓取接頭時兩側分別為混凝土和土體，斗體受力不均勻，易造成槽孔沿軸線方向偏移，且影響造孔成槽進度。適宜時間控制為墻體澆筑后12h，最遲不超過24h。

2）設備的配備和保養。本工程采用2臺750L混凝土攪拌機、4臺1m3自卸混凝土運輸汽車、1臺輸送泵及1臺12t吊車形成較為經濟的設備組合。機械應經常保養，確保施工中安全運行。

3）灌筑應注意的問題。混凝土的灌筑具有相當高的連續性，因故中斷不得超過40min，保證混凝土面均勻上升，使管內外液面高差不超過0.5m。

4.3 質量檢查

質檢人員應隨時對成槽、泥漿配置、清孔換漿、混凝土灌筑等環節進行檢查控制。完工后，可采用鉆孔取芯和其他無損檢測等方法，檢查混凝土防滲墻的澆筑質量。

[1] 李慎平.抓斗成槽造混凝土防滲墻技術在水庫除險加固中的應用[J].中國水利，2008(22）.