直抓法在粗顆粒地層的應(yīng)用

趙曾

摘要：防滲墻作為一項(xiàng)防滲技術(shù)在水庫(kù)大壩中早已應(yīng)用，根據(jù)成墻方式的不同，可大致分為開槽置換法、深層攪拌法、高壓噴射法和振動(dòng)擠密法4種。開槽置換法是在堤身（基）內(nèi)開槽棄土并置換成塑性混凝土或其他防滲材料，從而形成一道連續(xù)防滲墻。當(dāng)?shù)虊位A(chǔ)最大顆粒粒徑小于2/5槽口寬度，并為砂卵石地層或一般的軟弱地層時(shí)，經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)選擇直抓成槽法來(lái)建造防滲墻或地下連續(xù)墻。或者稱為純抓成槽法，即不需鉆、沖配合。該工法在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)十師阿克達(dá)拉水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中得到成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直抓法粗顆粒地層

1.工程概況

阿克達(dá)拉水庫(kù)位于新疆阿勒泰地區(qū)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)十師183團(tuán)東南約13km處，以引蓄額爾齊斯河汛期洪水為主，水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容4000萬(wàn)m3，相應(yīng)蓄水位574.00m。控制灌溉面積38萬(wàn)畝，壩線長(zhǎng)6.2km，最大壩高5.5m，壩頂高程576.50m，壩體為碾壓式碎（礫）石土壩，工程規(guī)模為三等中型引水注入式平原水庫(kù)，水工建筑物級(jí)別為：主要建筑物3級(jí)，次要建筑物4級(jí)，臨時(shí)建筑物5級(jí)。地理坐標(biāo)為東經(jīng)87°04′～88°15′，北緯47°04′～47°10′，G216國(guó)道距水庫(kù)北側(cè)約9km處東西向穿過(guò)，工程區(qū)交通較為便利。

阿克達(dá)拉水庫(kù)位于準(zhǔn)噶爾凹陷北部隆起帶，其北側(cè)為額爾齊斯斷裂擠壓帶，額爾齊斯斷裂擠壓帶東北側(cè)為蒙古弧形構(gòu)造，東部為歐亞“山”字型構(gòu)造東翼反射弧。阿克達(dá)拉水庫(kù)位于準(zhǔn)噶爾地臺(tái)北部邊緣，所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較弱，第四紀(jì)以來(lái)相對(duì)穩(wěn)定，且緩慢下降接受沉積，地層緩傾，多為單斜地層及平緩開闊的褶曲，地層單一，構(gòu)造簡(jiǎn)單，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。阿克達(dá)拉水庫(kù)所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度0.05g，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

阿克達(dá)拉水庫(kù)壩體土為含細(xì)粒土砂、含細(xì)粒土礫、級(jí)配不良礫組成，壩體級(jí)配不良砂礫，干密度2.04～2.06g/cm3，密實(shí)度中等；壩體含細(xì)粒土礫，干密度1.96～2.04g/cm3，密實(shí)度中等；壩體土含細(xì)粒土砂，干密度1.95～2.02g/cm3，密實(shí)度中等。

壩體土滲透系數(shù)1.18×10-3cm/s～9.4×10-3cm/s，具中等透水性。

阿克達(dá)拉水庫(kù)壩基土為細(xì)粒土砂、含細(xì)粒土礫、級(jí)配不良礫和泥巖組成，細(xì)粒土砂、含細(xì)粒土礫和級(jí)配不良礫的厚度8.00m～14.20m，具中等透水性；第三系泥巖、砂巖埋深較淺，透水能力較小，為弱透水性。

2.壩基防滲墻設(shè)計(jì)及主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的壩基地層分布情況、滲流穩(wěn)定計(jì)算和水庫(kù)運(yùn)行中壩后坡腳的滲水表現(xiàn)，O+000～6+200壩段壩基需進(jìn)行防滲處理，3+150～4+100段岸坡需要進(jìn)行防滲處理。

設(shè)計(jì)采用塑性混凝土防滲墻方案，防滲墻厚度為0.30m。防滲墻頂高程：0+000～3+150段為572.02m；3+150～6+200段為574.20m。防滲墻底高程深入基巖0.5m。

塑性混凝土防滲墻體混凝土強(qiáng)度采用90天齡期為C10，抗?jié)B指標(biāo)達(dá)到W4，混凝土配合比采用二級(jí)配。

3.防滲墻施工

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，施工單位結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，決定本次防滲墻施工采用直抓法進(jìn)行。投入施工設(shè)備為：液壓抓斗機(jī)3臺(tái)，混凝土自動(dòng)拌合站一套及施工所需的配套設(shè)備及設(shè)施。

3.1施工工藝及流程

抓斗法地下連續(xù)墻的施工過(guò)程是：先構(gòu)筑導(dǎo)墻，抓斗沿導(dǎo)墻壁挖土，在挖槽的同時(shí)用泥漿護(hù)壁，成槽結(jié)束后清孔，最后進(jìn)行水下混凝土澆筑。下圖為抓斗法工藝流程圖。

本次工程施工值得注意的有以下兩方面：

1、混凝土護(hù)坡的阻滑墻作為防滲墻施工的導(dǎo)墻的一部分，為保護(hù)阻滑墻及抓斗成槽軸線的準(zhǔn)確性，槽口必須放置導(dǎo)向架。導(dǎo)向架的制作材料必須有足夠的剛度和韌性，導(dǎo)向架的放置必須牢固。

2、塑性混凝土防滲墻Ⅰ期槽與Ⅱ期槽之間的連接采用“抓鑿法”工藝。在Ⅰ期槽澆筑結(jié)束16～20小時(shí)左右，即用抓斗直接垂直抓除30cm的槽段至Ⅰ期槽槽底。使用該工藝要求槽內(nèi)混凝土能被抓斗抓動(dòng)，且要保證槽壁垂直穩(wěn)定。因故未能抓取的槽段則采用沖擊鉆套打完成。

3.2現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證防滲墻施工的有關(guān)技術(shù)參數(shù)的合理性，工程開工前，按照監(jiān)理工程師的要求，在防滲墻中心線上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，試驗(yàn)槽段分為兩個(gè)Ⅰ期槽和一個(gè)Ⅱ期槽，Ⅰ期槽長(zhǎng)為6.2m，Ⅱ期槽長(zhǎng)為6.2m。

試驗(yàn)內(nèi)容包括：泥漿配合比試驗(yàn)；砼配合比試驗(yàn)；造孔設(shè)備的實(shí)際工效試驗(yàn)；澆筑工藝試驗(yàn)；接頭工藝試驗(yàn)等。

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)完成后，在監(jiān)理工程師的主持下，施工單位進(jìn)行了開挖檢驗(yàn)，通過(guò)開挖檢驗(yàn)，直抓法得到了設(shè)計(jì)、建設(shè)和質(zhì)檢方的認(rèn)可，并同意進(jìn)入正式施工。

下圖為試驗(yàn)墻開挖效果。

3.3防滲墻施工

3.3.1測(cè)量放樣

根據(jù)施工圖，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)阻滑墻（導(dǎo)墻）進(jìn)行放樣，并做好測(cè)量記錄。

3.3.2阻滑墻（導(dǎo)墻）澆筑

依據(jù)設(shè)計(jì)文件，進(jìn)行阻滑墻（導(dǎo)墻）的開挖和澆筑，并做好質(zhì)量記錄。

3.3.3泥漿的制備和輸送

防滲墻挖槽過(guò)程中，泥漿的作用是護(hù)壁、攜渣、冷卻機(jī)具和切土潤(rùn)滑，其中護(hù)壁為最重要的功能，泥漿的正確制備、使用是保證挖槽成敗的關(guān)鍵。

本次施工選用的土料為當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)粘土料場(chǎng)的粘土，粘粒含量大于40%。配制泥漿時(shí)，根據(jù)地質(zhì)條件確定泥漿的粘度18～25s，比重1.1～1.25 g/cm3。

泥漿的輸送采用大功率的污水泵進(jìn)行。

3.3.4槽段開挖

開挖槽段是地下連續(xù)墻施工中的重要環(huán)節(jié)，約占工期的一半，挖槽精度又決定了墻體制作精度，所以是決定施工進(jìn)度和質(zhì)量的關(guān)鍵工序。地下連續(xù)墻通常是分段施工的，每一個(gè)段稱為一個(gè)槽段，一個(gè)槽段是一次混凝土澆筑單位。

本次施工，槽段長(zhǎng)度為6.2m，深度依據(jù)設(shè)計(jì)文件為深入泥巖0.5m。

槽段接頭采用“抓鑿法”。

3.3.5水下混凝土澆筑

a.清槽

槽段開挖到設(shè)計(jì)高程后，要測(cè)定槽底殘留的土渣厚度。沉渣過(guò)多時(shí)，要進(jìn)行清槽。清槽的質(zhì)量要求：清槽結(jié)束后1小時(shí)，測(cè)定槽底沉淀物淤積厚度不大于20cm，槽底20cm處的泥漿相對(duì)重度不大于1.2g/cm3為合格。

b.水下混凝土澆筑

地下連續(xù)墻混凝土是用導(dǎo)管在泥漿中澆筑的。導(dǎo)管的數(shù)量與槽段的長(zhǎng)度有關(guān)，本次施工槽段長(zhǎng)度為6.2m，采用2根導(dǎo)管進(jìn)行澆筑，導(dǎo)管間距3.0m。

在混凝土澆筑過(guò)程做到了以下技術(shù)要點(diǎn)：

1）導(dǎo)管下口插入混凝土的深度控制在2～4m。

2）混凝土進(jìn)行了連續(xù)澆筑，且混凝土拌制好之后1小時(shí)內(nèi)澆完。

3）在澆筑過(guò)程中，經(jīng)常量測(cè)混凝土澆筑量和混凝土面上升高度，保證兩個(gè)導(dǎo)管的混凝土面均勻上升。

3.3.6常見事故處理

施工過(guò)程發(fā)生了漏漿、槽壁塌方事故。

a.漏漿

槽孔漏漿的主要原因是壩基為礫石層，施工過(guò)程盡量加大泥漿比重和粘度；同時(shí)設(shè)由專人隨時(shí)觀察、測(cè)定，一旦發(fā)生漏漿?及時(shí)處理；施工現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備一定數(shù)量的堵漏材料。

一旦發(fā)生漏漿，及時(shí)提高槽內(nèi)泥漿粘度，或在泥漿內(nèi)加入粗（細(xì)）砂、粘土球、水泥等堵漏材料。如漏漿特別嚴(yán)重，在槽孔內(nèi)投入整袋水泥，還可以填入片石、碎（卵）石、粘土等進(jìn)行堵漏。

b.槽壁塌方

施工過(guò)程中，常見孔口塌方與孔底塌方等槽壁塌方現(xiàn)象。引起槽壁塌方的原因主要有：成槽深度內(nèi)地層比較松散、地下水位較高和施工機(jī)械效率較低或鉆頭碰撞槽壁。處理方法有：

1）適當(dāng)加大泥漿重度；

2）施工時(shí)，注意控制進(jìn)尺速度，不要過(guò)快，并盡量避免抓斗對(duì)孔壁的碰撞；

3）地下水位較高段，對(duì)該段進(jìn)行回填碾壓至高于地下水位1.0m后，進(jìn)行槽段開挖，且開挖過(guò)程中必須保持槽內(nèi)液面至少高于地下水位500mm以上。

4.防滲墻施工成果

通過(guò)歷時(shí)近一年的施工，阿克達(dá)拉水庫(kù)防滲墻施工累積完成1007個(gè)槽段，完成防滲面積68400m2。工程目前已通過(guò)竣工驗(yàn)收。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)直抓法在阿克達(dá)拉水庫(kù)防滲墻施工中的順利應(yīng)用，本人收獲到了以下幾點(diǎn)：

1.為使抓斗準(zhǔn)確入槽，槽口必須放置導(dǎo)向架且導(dǎo)向架的制作材料必須有足夠的剛度和韌性，導(dǎo)向架的放置必須牢固。

2.礫石地層中槽孔漏漿較為嚴(yán)重，施工過(guò)程盡量加大泥漿比重和粘度；同時(shí)設(shè)由專人隨時(shí)觀察、測(cè)定，一旦發(fā)生漏漿?及時(shí)處理；施工現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備一定數(shù)量的堵漏材料。

3. 在水下混凝土澆筑過(guò)程中，須經(jīng)常量測(cè)混凝土澆筑量和混凝土面上升高度，以保證混凝土面均勻上升。

參考文獻(xiàn)：

1.抓斗法/吳德緒等編著.—北京：中國(guó)水利水電出版社，2006

2.《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》（SL174-96）