地下連續墻在泄洪尾水河道水毀修復中的應用

李二順，郭延峰，馬真真

(河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山 467001)

地下連續墻是地下工程和深基礎施工中有效的技術。該技術在白龜山水庫泄洪閘尾水河道水毀修復工程中做了探索性的嘗試應用。

1 水毀情況及原因

1.1 水庫工程概況

白龜山水庫位于淮河流域沙穎河水系沙河干流上，是一座集防洪、城市供水、農業灌溉為一體的大(2)型綜合利用水利工程。水庫控制流域面積2740km2，平均降雨量約900mm，是河南省暴雨中心地區之一。泄洪閘尾水河道是白龜山水庫主要的泄洪通道。

1.2 泄洪尾水河道水毀情況

2010年汛期，水庫流域普降大雨，持續時間長，水庫充分發揮了攔洪調蓄作用。泄洪閘尾水河道樁號0+900下游未護砌部分出現較大沖溝，造成了溢洪道下游尾水河道淘刷問題進一步加劇。據調查，最大沖坑深5m，寬50～80m，長度100m。下泄水流將原水毀護底工程下沿鉛絲籠堰體撕裂，逐漸向上游及兩岸延伸，危及其上游尾水河道交通橋和泄洪消力池的安全。

1.3 水毀工程的原因分析

尾水河道出現淘刷沖坑的原因主要是:?尾水河道底高程在該處變化較大，沖溝末端原修筑有防沖堰體，防沖堰頂部及上游的尾水河道底高程均在85.0m以上，防沖堰下游的河道底高程只有81.0m左右，跌差達4m左右;?河道由于采砂造成河床地貌變化。當泄洪閘下泄小流量的洪水，下游河道內水流集中于中間較深的河槽部分，此時下游河道水位較低，局部的落差使得防沖堰容易被集中的水流沖毀。

1.4 水毀工程修復的必要性

若不及時修復，開閘泄洪會導致沖溝繼續向上游擴大，危及交通橋的安全，進而影響到尾水河道交通橋上游的水庫泄洪消力池的安全運行。

2 工程修復方案

2.1 工程地質情況

2.1.1 地形地貌

泄洪尾水河道呈寬淺“U”形。寬約250m，河道底平坦開闊，高程85m左右，尾水河道兩岸底面高程96～97m。

2.1.2 地質構造

工程區域位于中朝臺地豫西斷隆東緣。構造穩定。地震基本烈度為VI度。

2.1.3 地層巖性

工程區域的地層主要分布有第四系土層、砂層、砂礫石層、砂卵石層及第三系黏土巖。

2.1.4 水文地質條件

地下水為第四系孔隙潛水，水位85.4～86.31m，接近地表。地下水及地表水對混凝土均無侵蝕性。

2.2 修復方案

2.2.1 陡坡處設消力池方案

交通橋下游河道底高程存在較大的局部高差，在小流量洪水條件下，下游河道水位較低，水流集中于中間較深的河槽部分，上下游跌差較大和較為集中的水流使得防沖堰位置容易造成破壞。通過消能和改善水流條件，在尾水河道交通橋下游設消力池的方法，可解決局部跌差過大造成沖刷的問題。

2.2.2 ∏型鋼筋混凝土地下連續墻方案

按照消能動態平衡原理，考慮到下游采砂活動對沖坑深度的影響，采用∏型鋼筋混凝土地下連續墻對上游河道底進行保護，避免下游因沖刷和采砂等原因造成的破壞持續向上游擴展。

2.3 方案比選

根據計算，各方案主體工程投資相差不大。

采用消力池處理尾水河道底部局部落差過大的問題，在小洪水流量時可以滿足消能要求。優點是增加了消能措施后可以盡量避免下游沖坑的產生;缺點是下游采砂活動無法有效控制，其造成下游河道底高程降低較多時，消力池出口部分工程仍存在遭到破壞的可能性，不能從根本上解決問題。

采用地下連續墻方案，在下游河道底淘刷嚴重時，仍可對上游河道底進行有效保護，避免沖坑向上游擴大。優點是可以適應相當長時期內下游河道底的改變，缺點是河道底局部落差過大的問題依然存在。

經過綜合比較，在下游河道采砂活動難以有效控制的情況下，∏型鋼筋混凝土地下連續墻可保證工程在長期內發揮作用。

2.4 工程設計與優化

2.4.1 工程布置

在樁號0+960.00和0+971.60設置C25鋼筋混凝土地下連續墻，在中間130m長度范圍，頂面高程為84.70m，左右兩端10m范圍為85.20m，另外還設有兩段各為10m長的過渡段。

根據交通橋附近河道的地質狀況，考慮到地下連續墻底面進入黏土巖3m左右，確定地下連續墻底面高程為69.0m。

2.4.2 地下連續墻穩定計算

由于上下游地下連續墻與頂面的混凝土連接板連在一起，深入黏土巖中，將其作為一個整體進行穩定計算。參考重力式擋墻的計算方法，按照規范［1］進行抗滑穩定、抗傾覆穩定計算。黏土巖的力學參數c=10kPa，φ=16°。按3種工況計算。

工況1:上游無水，下游水位81.0m;

工況2:100年一遇洪水頻率時，上游水位94.70m，下游水位89.33m;

工況3:300年一遇洪水頻率時，上游水位94.90m，下游水位89.46m。

地下連續墻穩定計算結果見表1。

計算結果顯示:∏型地下連續墻抗滑穩定和抗傾覆穩定均滿足規范要求。

表1 進口擋墻計算成果

2.4.3 方案優化

組織有關專家，對擬定的消力池和地下連續墻等水毀修復工程方案進行了評審。經過優化:?調整了工程布置的位置，向上游側移動并與交通橋軸線平行;?∏型地下連續墻根據地質巖性采用不等深截面尺寸，上游墻深由15.7m調整為11.2m，下游墻深由15.7m調整為14.2m;?下游墻厚度進行了調整:由1.0m調整為0.8m;?墻頂0.8m厚鋼筋混凝土連接板調整為連接梁，梁高1.0m、寬0.3m，每2.5m一道。優化后的設計見下圖。

∏型地下連續墻縱剖面圖

3 地下鋼筋混凝土連續墻施工

3.1 工程的特點

a.∏型地下連續墻墻體混凝土澆筑量大。

b.工程所在位置地層復雜，主要分布有第四系土層、砂層、砂礫石層、砂卵石層及第三系黏土巖。

c.地下水水位高，接近地表。

工程施工的重點難點是如何確保成槽的質量和水下混凝土澆筑質量的控制。

3.2 地下連續墻成槽質量控制

3.2.1 護壁泥漿的質量控制

a.護壁泥漿材料:200目膨潤土、水、高黏度羧甲基纖維素鈉(HV-CMC)增黏劑、純堿(Na2CO3)分散劑等。

b.泥漿的性能指標見表2。

表2 泥漿的性能指標

c.新鮮泥漿的配合比見表3。

表3 新鮮泥漿的配合比

3.2.2 護壁泥漿控制要點

a.主要控制三項指標:泥漿比重、黏度、含砂率。泥漿制作量一般以理論值的1.5倍為宜，嚴格按現場驗證的試驗配合比施工。

b.泥漿攪拌:嚴格按照操作規程和配合比要求進行，泥漿拌制后應靜置24h后方可使用。

c.嚴格控制泥漿的液位:保證泥漿液位在地下水位0.5m以上，并不低于導墻頂面以下0.3m，液位下落及時補漿，以防塌方。

3.2.3 成槽過程控制重點

地下連續墻厚度分別為0.6m和0.8m，采用GB34型液壓抓斗挖槽機。三抓成槽法開挖成槽，先挖兩端最后挖中間，使抓斗兩側受力均勻，如此反復開挖直至設計槽底標高為止。

a.成槽開挖時，抓斗應閉斗下放，開挖時再張開，每斗進尺深度控制在0.3m左右。

b.上、下抓斗時，要緩慢進行，避免形成渦流沖刷槽壁，引起塌方。

c.在槽孔混凝土未灌注之前，嚴禁重型機械在槽孔附近行走產生振動。

d.嚴格控制成槽的垂直度及平面位置，偏差超過允許值時，立即糾偏。

e.槽段開挖合格后放鋼筋籠前，完成槽段的清底換漿。

f.成槽視砂卵石地層穩定性程度和塌孔情況，適當調整槽段的長度，提高成槽效率。

3.3 水下混凝土澆筑質量控制

3.3.1 混凝土配合比

C30水下混凝土采用雙摻技術，摻入適量的磨細粉煤灰及外加劑(緩凝減水劑)，提高混凝土的和易性，混凝土的坍落度(孔口檢驗值)控制在180～200mm，初凝時間大于等于4h，水灰比小于等于0.5，水泥用量大于等于370kg/m3，砂率控制在45%左右。

3.3.2 澆筑質量控制

a.導管埋深控制:在混凝土澆筑過程中，采取措施確保導管底距槽底距離控制在0.3～0.5m左右，初灌混凝土的導管埋深在1m以上，施工中，導管下口插入混凝土深度控制在2～4m。

b.導管水密性:不能使混凝土溢出漏斗流進溝槽內。

c.保證混凝土的供應:混凝土的供應與澆筑相適宜，中間間隔不超過30min，緩凝時間4～6h。施工中混凝土澆筑連續進行，混凝土面上升速度不小于2m/h。

d.控制槽內混凝土面的高差:灌注時做好混凝土灌注記錄，混凝土面每上升3～4m，在兩導管外和中間取三點測量混凝土面高度，按最低面控制導管的提升高度，保證槽內混凝土面的高差不大于0.3m。

e.適時拔管:當混凝土面接近鋼筋網底時，嚴格控制導管的埋管深度不要過深，當混凝土面上升到鋼筋網內3～4m，再提升導管，使導管底端高于鋼筋網底端，以防鋼筋網上浮。

f.浮漿層的控制:在澆筑完成后，地下連續墻墻頂會存在一層浮漿層，因此混凝土頂面需要比設計標高超澆0.3～0.5m。鑿去該層浮漿層后，地下連續墻墻頂才能與連接頂梁相聯成整體。

4 效果分析

4.1 質量檢測

利用混凝土回彈儀(HT-225A)，探地雷達(LTD-2100)、雷達天線(270MHz)分別對混凝土工程實體質量進行了檢測。對下游地下連續墻的檢測結果見表4。

表4 回彈法檢測下游地下連續墻混凝土強度檢測成果

通過檢測數據可知，水毀修復工程采用的方案是可行的，施工機械的選型是合理的，施工過程的控制是有效的。

4.2 處理效果

工程完工后，經過2012年、2013年汛期洪水考驗，尾水河道地形未發生明顯性改變，工程運行情況良好。

5 結語

水利工程發生損毀的原因各有不同，要對其造成損毀的病害機理進行針對性安全診斷、評估、綜合分析，進而提出相應的可供備選的修復方案。在此基礎上對方案進行技術與經濟上的比較，方案比選的重點在于工程修復后運行效果的可靠性程度。∏型鋼筋混凝土地下連續墻在白龜山水庫溢洪道尾水河道水毀工程修復中做了探索性的嘗試應用，達到了良好的效果，將為今后同類修復工程提供有益的可借鑒經驗。■

SL 379—2007水工擋土墻設計規范［S］．