液壓抓斗純抓法造槽建造混凝土防滲墻施工工藝在紫云山水庫加固工程中的應用

黃偉軍 王元旦

（江西省水利水電建設有限公司 南昌市 330025）

1 工程概況

紫云山水庫位于江西省豐城市南部的鐵路鎮境內，距豐城市區50 km，壩址坐落在鄱陽湖環湖區清豐山溪水系上游，水庫集雨面積77.04 km2，水庫總庫容1.2 億m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養殖等綜合利用的大（Ⅱ）型水庫。該工程于1958年9月動工興建，1960年3月基本建成并投入使用，后經多次擴建和加固達到現有規模。紫云山水庫樞紐工程現由主壩、1#～6#副壩、溢洪道、灌溉發電隧洞、電站及灌溉渠首等建筑物組成。

主壩為均質土壩，壩頂高程88.00 m，最大壩高25.50 m，壩頂長380.00 m，壩體填料為壩肩附近兩岸山體的殘坡積層和花崗巖的全風化層；副壩均為均質土壩，位于水庫左岸地表分水嶺一帶的低山鞍部等低洼地帶，1#副壩壩頂高程88.00 m、最大壩高14.00 m、壩頂長34.00 m，2#副壩壩頂高程89.00 m，最大壩高6.34 m，壩頂長32.40 m。

主壩河床壩段壩基為第四系沖洪積物，下覆基巖為燕山期花崗巖，兩岸為基巖。鉆孔資料揭示河床壩段壩基第四系沖洪積物殘留厚度為 （5.0～12.00）m，自上而下分別為： 上部為全新統沖擊物（alQ4），為局部夾細粒土或卵礫石的中粗砂；下部為上更新統洪積物（plQ3），具有典型的上細下粗的二元結構特征，上為（1.0～5.0）m 厚砂壤土（plQ32），下為 （2.0～5.0）m 厚夾少量細粒土的含卵礫石砂層（plQ31）。

壩基出露基巖為燕山期花崗巖。按其風化程度可劃分為全風化帶、強風化帶、弱風化帶以及微新巖體四個帶。全風化帶基巖主要分布在兩岸壩肩，河床僅局部分布； 強風化基巖普遍分布于河床壩段及兩岸壩肩部位，透水性中等。

紫云山水庫主壩存在的主要問題是壩體填筑質量差，其壓實度和透水性不能滿足規范要求；壩肩全強風化基巖層具有中等透水性； 河床壩基清理不徹底，存在壩基滲漏問題。副壩存在的主要問題是壩體填筑質量差，其壓實度和透水性不能滿足規范要求；施工時壩基未作清基處理，壩基全強風化層以及上覆殘坡積層具有中等透水性，易形成壩基、壩肩滲漏的通道。

2 防滲加固設計

2.1 壩體防滲加固設計

主壩壩體防滲加固采用混凝土防滲墻方案。混凝土防滲墻軸線布置在壩軸線上游側1.5 m 處，防滲墻穿過壩基覆蓋層，嵌入強風化基巖1.0 m，墻頂高程為86.00 m，最大墻深36.00 m，軸線長度410.0 m。防滲墻墻體混凝土為塑性混凝土，防滲墻厚度D 按下式計算：

式中 D——防滲墻厚度（m）；

H——防滲墻的作用水頭（m）；

[J]——防滲墻容許水力比降，取[J]=60。

經計算，為便于防滲墻施工成槽并類比其它工程經驗，確定混凝土防滲厚度為60 cm。其墻體塑性混凝土的物理力學指標要求： 抗壓強度：R28≥10.0 MPa；彈性模量：E＜15 000 MPa；抗滲等級：W6；允許滲透比降：[J]＞60。

1#副壩和2#副壩壩體防滲加固采用與主壩相同的混凝土防滲墻方案處理。

防滲墻內的帷幕灌漿孔采用在防滲墻內預埋Φ110 mm 鋼管方案。

2.2 壩基（肩）防滲加固設計

主壩和副壩（1#、2#、3#、5#、）壩基（肩）防滲加固采用帷幕灌漿防滲處理，帷幕灌漿軸線與壩體塑性混凝土防滲墻軸線重合，帷幕灌漿孔底部伸入基巖5 Lu 線以下5.0 m，帷幕灌漿防滲標準為透水率q≤5 Lu 控制。帷幕灌漿采用單排布孔，孔距2.0 m，分3序孔施工。防滲墻下帷幕灌漿在該部位混凝土防滲墻施工結束28 d 后進行，防滲墻下帷幕灌漿鉆孔孔徑為76 mm。

3 防滲墻造槽施工方案選擇

國內建造混凝土防滲墻槽孔的主要施工設備有CZ 系列沖擊式鉆機、沖壓式反循環鉆機、回轉式鉆機、鋼絲繩抓斗機、液壓抓斗機、液壓銑槽機、射水法造槽機等。在這些造槽設備中，造槽施工速度最快的是德國寶峨GB 系列液壓抓斗機和德國寶峨BC30型液壓銑槽機，同時它們都配置了先進的電腦自動測斜和糾偏控制系統，設備性能好。寶峨GB 系列液壓抓斗機與寶峨BC30 型液壓銑槽機比較，BC30 型液壓銑槽機是一種大型防滲墻施工機械，設備造價昂貴，國內極少，自重達l00 t，并且需要配置BE500型泥漿凈化配套設備，因此它不適用于水庫除險加固這樣的小型工程施工。

寶峨GB30 型液壓抓斗機雖然其價格比國產的各種造槽設備貴很多，但是它在國內各行業中都已普遍使用。它的最大成槽深度可達60 m，最大成槽寬度可達1.2 m，主機自重只有47 t，配置有自動測斜和糾偏裝置，成槽垂直度好，抓斗斗體重量大、閉合力大并具有沖擊功能，卷揚機配置有自由落鉤裝置，可以使用抓斗沖擊堅硬地層，能夠有效地在堅硬地層中成槽（設計要求防滲墻底部伸入壩基強風化基巖1.0 m），并且施工效率高、設備運行成本低。因此，寶峨GB30 型液壓抓斗機較適用于水庫除險加固工程施工。

寶峨GB 系列液壓抓斗機與CZ 系列沖擊式鉆機、沖壓式反循環鉆機、回轉式鉆機、鋼絲繩抓斗機等常規造槽設備比較，具有造槽施工速度快；槽孔垂直精度高； 造槽機械與人力資源投入最少、固體排渣，壁泥漿用量也最少，施工成本少；固體排渣，無環境污染；施工無振動，對槽孔的孔壁穩定性和壩體的安全基本無危害等優勢。

綜上所述，寶峨GB30 液壓抓斗機的抓斗斗體重量大、閉合力大并具有沖擊功能，卷揚機配置有自由落鉤裝置，可以使用抓斗沖擊堅硬地層，能夠有效地在堅硬地層中成槽，自身能解決設計要求的防滲墻底部伸入壩基強風化基巖1.0 m 的入巖造槽問題。因此本工程防滲墻槽孔建造采用寶峨GB30 液壓抓斗純抓法造槽工藝施工。

4 防滲墻施工

4.1 施工程序

紫云山水庫除險加固工程混凝土防滲墻工程施工程序為： 施工準備→壩體混凝土防滲墻施工→壩基（肩）帷幕灌漿施工→施工質量檢查。

4.2 混凝土防滲墻施工

4.2.1 施工工藝流程

混凝土防滲墻的施工工藝流程為：修筑混凝土導墻和施工平臺→劃分槽段→抓取Ⅰ工期槽孔→清孔換漿→下設接頭管和混凝土澆筑導管→澆筑Ⅰ期槽孔墻體混凝土→抓取Ⅱ期槽孔→清孔換漿→下設接頭管和混凝土澆筑導管→澆筑Ⅱ期槽孔墻體混凝土。工藝流程詳見圖1。

圖1 混凝土防滲墻施工工藝流程圖

4.2.2 槽段劃分

紫云山水庫除險加固工程混凝土防滲墻擬分兩期槽段施工，根據紫云水庫壩體填料的土質條件，結合以往類似壩體混凝土防滲墻槽孔劃分的施工經驗，劃分一期槽段的長度為7.1 m，二期槽段的長度為5.9 m。槽段劃分平面布置示意圖見圖2。

圖2 槽段劃分平面布置示意圖

4.2.3 施工方法

（1）修建混凝土導墻。槽口導墻采用現澆混凝土方式修建，槽口中心線與防滲墻軸線重合布置，槽口寬0.70 m，導墻混凝土澆筑斷面為高1.2 m，寬0.3 m，導墻內外側內各等距離布設Ф16 鋼筋5 根。

（2）槽孔建造。槽孔建造使用寶峨GB-30 型液壓抓斗機分兩期槽段施工，先施工I 期槽段，后施工II 期槽段。槽段造槽采用膨潤土泥漿固壁純抓法造槽，每個槽段的造槽施工分3 抓完成，即先滿抓槽段兩端的土體，最后抓槽段中間剩余的土體。每個槽段的造槽抓槽施工順序見圖3。

圖3 每個槽段的造槽抓槽施工順序示意圖

（3）清孔換漿。每個槽段抓槽施工結束后，即進行清孔換漿。清孔換漿的方法是泵吸孔底泥漿清孔，泵送新鮮泥漿換漿。清孔換漿的結束標準是清孔換漿結束后l h，孔底淤積厚度不大于10 cm，孔內泥漿的密度不大于1.2 g/cm3，粘度不大于30 s，含砂量不大于10%。

（4）墻體混凝土澆筑。防滲墻混凝土采用PLD 1 200 自動配料機配料，JS 750 型強制式攪拌機拌制混凝土；混凝土運輸采用混凝土泵泵送；泥漿下墻體混凝土澆筑方法為直升導管法，混凝土導管內徑為215 mm；I 期槽段與II 期槽段的墻段連接方法為接頭管法，采用液壓拔管機拔接頭管。

5 施工質量控制

5.1 原材料質量控制

水泥、砂和卵石等原材料首先要進行品質檢測，只有經檢驗合格的水泥、砂和卵石才能采購進場。采購進場的水泥必須具有出廠質量證明書，并按每（200～400）t 同品種、同標號的水泥為一取樣單位，由監理工程師見證取樣，送有資質的單位進行水泥質量復檢，檢測項目為安定性、凝結時間、抗壓和抗折強度；進場砂和卵石按每500 m3為一取樣單位送檢，檢測項目和質量標準執行《水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準（一）》（試行）（SDJ 249-88）的規定。進場水泥、砂和卵石只有經檢測合格后才能用于本工程的施工。

5.2 工序質量控制

施工單位建立健全了工序質量檢查制度，實行工序質量檢驗“三檢”制，監理工程師實行全過程旁站監理制，按照《水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準（一）》（試行）（SDJ 249-88）的規定標準，對壩體混凝土防滲墻的各工序質量進行嚴格控制。只有上道工序的質量經旁站監理工程師檢驗合格后，才能進行下道工序的施工，確保了工序質量全部合格。

槽孔垂直度控制方法是利用安裝在駕駛室內的彩色電腦觸摸屏自動測斜控制系統準確顯示的抓斗偏斜度，操作糾偏推板按鈕，安裝在斗體上的糾偏推板就可實施自動糾偏，以確保槽孔的垂直度。

5.3 中間產品質量控制

施工單位按照防滲墻混凝土配合比設計報告的數據，采用PLD 1200 自動配料機配料，JS 750 型強制式攪拌機拌制混凝土。防滲墻混凝土拌制質量控制標準為塌落度（18～22）cm，擴散度（34～40）cm，初凝時間≥6 h，終凝時間≤24 h。

在每個槽段防滲墻混凝土澆筑時，在機口取混凝土樣成型1 組混凝土抗壓試塊，94 個槽段共成型了94 組混凝土抗壓試塊，混凝土抗滲試塊共成型了10 組，混凝土彈模試塊共成型了5 組，檢測結果均滿足設計和《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》（SL 176-2007）的要求。

6 結 語

紫云山水庫除險加固工程壩體防滲加固混凝土防滲墻工程施工實踐證明：

（1）采用液壓抓斗純抓法建造大壩防滲墻槽孔施工是可行的。

（2）液壓抓斗純抓法造槽建造大壩防滲墻與鉆抓法等傳統造槽法相比具有造槽速度快（本工程施工期內日平均成墻面積為161.7 m2）、造槽垂直精度高、施工干擾最小、施工無振動、對環境影響小等特點。

（3）液壓抓斗純抓法造槽建造大壩防滲墻施工工藝具有推廣應用價值。

[1] 長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院.江西省豐城市紫云山水庫除險加固工程初步設計報告[R].2010，8.

[2] 長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院.江西省豐城市紫云山水庫除險加固工程施工技術要求[R].2011，9.

[3] 水利電力部水利水電建設局.SDJ 249-88. 水利水電基本建設工程單位工程質量等級評定標準（一）（試行）[S].北京:中國水利水電出版社，1988.

[4] 中國水利水電基礎工程局.SL 174-96.水利電力工程混凝土防滲墻施工技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，1997.