鉆抓法混凝土防滲墻技術(shù)在新興苴水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

魯繼紅

(祥云縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)， 云南 祥云 672100)

鉆抓法混凝土防滲墻技術(shù)在新興苴水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

魯繼紅

(祥云縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)， 云南 祥云 672100)

混凝土防滲墻技術(shù)已廣泛用于病險(xiǎn)水庫土石壩的防滲加固，本文通過該技術(shù)在新興苴水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用，介紹了混凝土防滲墻施工技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，可為類似工程施工提供借鑒。

混凝土防滲墻； 施工技術(shù)； 質(zhì)量控制

防滲墻施工技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，1951年意大利沃爾圖爾諾水電站建成第一道樁柱式防滲墻；中國于1958年在山東月子口水庫建成第一道樁柱型混凝土防滲墻，此后大量用于水利水電工程基礎(chǔ)處理。1965年在甘肅金川峽水庫大壩加固中建成了第一道壩體內(nèi)的防滲墻，使防滲墻作為壩體防滲體系，廣泛應(yīng)用于病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固中。

1 基本情況

新興苴水庫位于大理州祥云縣境內(nèi)，壩址距縣城25km，距昆明363km。水庫位于漁泡江支流禾米河上游，徑流面積105.01km2，設(shè)計(jì)總庫容1824萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積3.17萬畝。水庫樞紐建筑物由大壩、溢洪道、輸水隧洞組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩高27.14m，壩頂高程2002.30m，壩長392.7m。新興苴水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫。

該水庫始建于1957年，于1973年完工達(dá)到現(xiàn)有規(guī)模。由于工程建設(shè)期長，受當(dāng)時(shí)資金、技術(shù)、施工設(shè)備等條件限制，施工質(zhì)量差，竣工后一直帶病運(yùn)行，嚴(yán)重威脅著下游4萬多畝農(nóng)田、5萬多人口生命財(cái)產(chǎn)安全。攔河壩存在的主要問題包括：?大壩出現(xiàn)結(jié)合層帶狀滲漏及繞壩滲漏，總滲漏量達(dá)4.5L/s；?排水棱體和護(hù)坡塊石風(fēng)化破碎、坍陷變形嚴(yán)重，排水功能萎縮；?壩頂出現(xiàn)不均勻沉降；?大壩下游抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定值。

壩址區(qū)出露地層為三疊系上統(tǒng)羅家大山組三段灰色粉砂巖夾碳質(zhì)泥(頁)巖、細(xì)砂巖，偶夾粉砂質(zhì)頁巖、巖屑石英砂巖及煤等，地表殘坡積層較薄，厚小于1.0m。河床沖洪積為含砂粉(黏)土，含粉(黏)質(zhì)砂土，厚2.3～3.7m。未見斷裂形跡。巖層顯示單斜構(gòu)造，兩岸坡為斜交坡，岸坡穩(wěn)定，沖洪積層力學(xué)強(qiáng)度較高，中等透水，不存在地震液化，壩基基巖傾向上游，傾角陡，穩(wěn)定。

壩體土料為中液限(含砂)黏土和高液限(含砂)黏土，壩土壓實(shí)度0.76～0.95，碾壓不均且質(zhì)量較差，以中等透水層為主，局部為弱透水層，壩體原狀樣試驗(yàn)屬高壓縮—中壓縮土。

2 大壩防滲設(shè)計(jì)

工程除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)：壩體防滲采用黏土混凝土防滲墻，壩基及壩肩采用帷幕灌漿防滲。大壩混凝土防滲墻軸線布于大壩軸線上游側(cè)，距壩軸線1.4m；帷幕灌漿軸線布于混凝土防滲墻軸線上游側(cè)0.8m處，如圖1所示。防滲墻布置里程0+018.0～0+384.7，軸線長366.7m，設(shè)計(jì)為接地式黏土混凝土防滲墻，墻厚40cm，底部進(jìn)入基巖大于1.0m；防滲墻最淺9.87m，最深30.10m，平均深25.35m，防滲面積9826.6m2。

防滲墻墻體材料：C10黏土混凝土，黏土摻入量15%，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6，彈性模量Ec>1.4×104MPa。

圖1 大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面 (單位:高程m,尺寸mm)

3 黏土混凝土防滲墻的施工及質(zhì)量檢查

3.1 施工驗(yàn)證性試驗(yàn)

防滲墻施工前先在1號(hào)槽和5號(hào)槽做驗(yàn)證性試驗(yàn)，槽段長度為6.92m。采用四鉆三抓成槽，泥漿泵清槽、換漿，四套導(dǎo)管直升法澆筑。得出施工數(shù)據(jù)：?地層情況，壩土疏松，漏漿量很小，地層中含泥量較多；?主孔鉆進(jìn)，適合沖擊鉆配管鉆鉆進(jìn)，若基巖中含大塊弱風(fēng)化巖塊時(shí)，需要換用十字鉆頭鉆進(jìn)；?副孔鉆進(jìn)，適合抓斗直接抓取；?泥漿，BE—10攪拌機(jī)攪拌5min，24h后使用，泥漿性能符合規(guī)范要求；?槽壁，槽壁穩(wěn)定較差，必須于驗(yàn)收合格后3h內(nèi)開始澆筑混凝土；?清孔、換漿及驗(yàn)收，用泥漿泵清淤，孔口注入新泥漿以換漿，十字鉆驗(yàn)孔；?澆筑，球膽隔離，下放4套導(dǎo)管；?混凝土性能指標(biāo)，混凝土性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

3.2 單元槽段劃分及施工工序

標(biāo)準(zhǔn)單元槽段長度為6.92m，其中28～33號(hào)槽為6.91m，共53個(gè)槽段。根據(jù)套接一鉆的接頭工藝，槽段施工長度為7.32m和7.31m。如圖2所示。

圖2 槽段劃分 (單位:里程m,尺寸mm)

3.3 施工平臺(tái)與導(dǎo)墻

大壩原壩頂寬5.6m，降低高度2.3m后平臺(tái)寬18.0m，滿足施工要求。在下游側(cè)(作業(yè)平臺(tái)及倒渣平臺(tái))鋪設(shè)0.4m厚砌石面層；導(dǎo)墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，L形斷面，高1.2m，內(nèi)側(cè)間距0.5m。

槽孔建造前在導(dǎo)墻上精確測量每個(gè)槽孔和主副孔位置，做好記號(hào)；并在導(dǎo)墻上放一條與槽孔中心線平行的直線，作為控制基線。

3.4 混凝土配比及原材料控制

進(jìn)場后，進(jìn)行黏土混凝土配合比試驗(yàn)，試配10組，最終取定配比為水灰比0.93，砂率50%，28d強(qiáng)度14.0MPa，抗?jié)B指標(biāo)大于W10，水泥∶砂∶碎石∶黏土∶水=1∶2.81∶2.81∶0.41∶0.93(重量比)。

原材料均取自本縣，經(jīng)檢測，質(zhì)量符合要求。?水泥，采用P.C32.5水泥，按進(jìn)場200t/批取樣送檢，28d抗壓強(qiáng)度41.2～50.9MPa；?粗細(xì)骨料，采用大波那石場碎石及人工砂，按每槽檢測，碎石含泥量0.25～0.28%，公稱直徑5～31.5mm，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)2.8～2.9，含粉量2.0～4.8%；?黏土，采用魯家村黏土場的黏土，粒徑小于0.005mm的黏粒含量51.9%～55.3%，塑性指數(shù)21.0～22.7；?水，取自水庫，水質(zhì)符合要求。

3.5 混凝土防滲墻施工過程及控制

使用間隔分序法施工，先施工奇數(shù)號(hào)槽孔，后施工偶數(shù)號(hào)槽孔。采用“鉆抓法”工藝成槽；泥漿泵清孔；泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土；Ⅰ期、Ⅱ期槽接頭處理方法為套打一鉆。壩中及壩右部分槽段采用“抓取法”施工，即BH—7抓斗三抓直接成槽(該抓斗自重達(dá)8t，經(jīng)過多次沖擊可直接抓取基巖)。

3.5.1 槽孔施工

壩土和沖洪積層造孔用空心管鉆，基巖層造孔用十字鉆頭；抽筒出碴；抓斗抓取出土體直接裝車運(yùn)至渣土堆放場。

槽孔完工后，用泥漿泵抽取底部沉積物和稠泥漿，從孔口注入合格泥漿清孔；Ⅱ期槽孔，則在換漿的同時(shí)用接頭刷子自上而下刷洗接頭，直至滿足規(guī)范要求。

槽孔施工前把各孔的位置準(zhǔn)確地標(biāo)定在靠近槽孔的鐵軌外緣上，精確測定孔位之后，穩(wěn)定好鉆機(jī)后開孔鉆進(jìn)。

槽孔完工后驗(yàn)收：孔斜率0.09%～0.4%，接頭孔的孔斜率小于0.4%且中心孔偏差小于墻厚的1/3。孔底淤積厚度20～90mm；泥漿比重1.1～1.3，黏度16.18～35s(合格率95.6%)，含砂量0.5%～12%(合格率91.2%)。

入巖深度經(jīng)帷幕灌漿鉆孔復(fù)核，最大3.63(中部)～7.61m(岸坡), 最小1.00m，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5.2 混凝土拌制、運(yùn)輸及澆筑

混凝土拌制采用2臺(tái)JS—750型混凝土攪拌機(jī)(配備自動(dòng)上料系統(tǒng))，運(yùn)輸由農(nóng)用自卸車完成。

該工程配置4套內(nèi)徑230mm的導(dǎo)管澆筑。導(dǎo)管在使用前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，使用吊車下設(shè)、起拔導(dǎo)管，沖擊鉆配合澆筑；混凝土澆筑遵循先深后淺，連續(xù)進(jìn)行、均勻上升的原則；澆筑過程中每30min測一次混凝土面，技術(shù)人員現(xiàn)場繪制混凝土澆筑圖，實(shí)測上升速度2.82～7.91m/h，混凝土面高差0.2～0.5m；槽孔混凝土終澆頂面高出導(dǎo)槽頂面0.2m。

3.5.3 接頭孔施工

防滲墻Ⅰ期、Ⅱ期槽孔的接頭采用鉆鑿法，接頭鉆鑿時(shí)間控制在24～36h內(nèi)；清孔換漿時(shí)用接頭刷子自上而下刷洗接頭，直至刷子鉆頭基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。

3.5.4 混凝土澆筑過程中的檢查

出機(jī)口隨機(jī)取樣檢測坍落度、擴(kuò)散度，取樣成模進(jìn)行抗壓、抗?jié)B、彈模試驗(yàn)。取樣數(shù)量每槽段取抗壓強(qiáng)度試件一組，每3個(gè)槽段取一組抗?jié)B，每10個(gè)槽段取一組彈模試件。實(shí)測坍落度190～220mm，擴(kuò)散度為380～400mm。

3.6 墻體質(zhì)量檢查

3.6.1 試樣檢測

試樣檢測結(jié)果見下表。

混凝土質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

3.6.2 墻體質(zhì)量檢查

經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工研究，決定該工程墻體檢測采取開挖防滲墻局部墻體，檢查墻身的完整性、平整度及接頭的質(zhì)量，在墻體上取塊檢測，檢查墻體混凝土澆筑質(zhì)量及成墻質(zhì)量。這種檢測方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、施工簡單、不會(huì)破壞墻體的完整性。

開挖的部位選定為7～8槽接頭(0+066.44)，31～32槽接頭(0+232.48)，49～50槽接頭(0+357.05)，在防滲墻的上游側(cè)開挖。

檢查坑長度、深度均為5m，底寬1.5m，由液壓反鏟挖掘機(jī)開挖；人工清理表面檢查完整性、平整度，然后鑿掉表層混凝土，露出接頭處的原始混凝土面檢查。

取樣尺寸為1.2m×1.2m，試塊取出后，槽段接頭接觸面很清晰地展現(xiàn)出來，接頭結(jié)合非常緊密；成墻厚度大于0.4m。試塊送云南省水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院檢驗(yàn)。取樣部位清洗后澆筑混凝土回填。

檢查坑質(zhì)量檢測：防滲墻表面光滑、完整、無蜂窩空洞、無夾泥、夾砂等現(xiàn)象；接頭部位結(jié)合緊密，無夾泥、夾砂；墻體厚度在0.55～0.65m之間，如圖3、圖4所示；墻體切塊混凝土質(zhì)量檢查指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)果見上頁表。

圖3 墻體檢查取樣

圖4 開挖檢查表面及接頭

4 結(jié)語及建議

a.混凝土防滲墻施工完成后2個(gè)月，水庫水位達(dá)1994.40m，下游壩坡1990～1993m范圍原有大面積潮濕滲漏現(xiàn)象明顯減小，經(jīng)開挖觀測坑歷時(shí)67d觀測，5個(gè)觀測坑滲水由251.2L/d逐步降低到無滲水；大壩總滲漏除險(xiǎn)加固前為388.8m3/d，加固后(2008年9月20日庫水位1999.12m，正常蓄水位)滲漏量23.9m3/d，表明防滲墻技術(shù)應(yīng)用于新興苴水庫大壩除險(xiǎn)加固是有效的。

b. 關(guān)于成墻質(zhì)量檢測方法。該工程采取現(xiàn)場開挖觀測及取樣檢測的方法，具有直觀、施工簡單、不會(huì)破壞墻體的完整性的優(yōu)點(diǎn)，但也有不能檢測到中下部墻體質(zhì)量的缺點(diǎn)。筆者建議：規(guī)模較小的混凝土防滲墻檢測采用現(xiàn)場開挖與鉆孔取芯、注水試驗(yàn)、聲波檢測等結(jié)合，全面了解其質(zhì)量。

c. 關(guān)于入巖深度。設(shè)計(jì)墻底入基巖1.0m，而壩基巖石風(fēng)化程度不同，入強(qiáng)風(fēng)化層和弱風(fēng)化層有明顯的差異。在實(shí)際控制中以兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)控制：進(jìn)入基巖1m或抓斗4～6次沖擊后抓不動(dòng)為止。實(shí)際部分槽段已達(dá)到微風(fēng)化巖層，入巖深度1.0～7.61m(岸坡)。

d. 實(shí)踐證明，混凝土防滲墻技術(shù)應(yīng)用病險(xiǎn)水庫土壩除險(xiǎn)加固，可有效解決壩體、壩基滲漏問題，且具有技術(shù)可行、施工速度快、防滲效果好、可靠性高等特點(diǎn)，是水庫土壩防滲加固較好的措施。

[1] DL/T 5199—2004水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 高鐘璞，等.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].北京：中國電力出版社，2000.

Application of drill-clamshell method concrete cutoff wall technology in Xinxingju Reservoir Risk Removal Reinforcement Project

LU Jihong

(XiangyunCountyWaterConservancySurveyandDesignTeam,Xiangyun672100,China)

Concrete cutoff wall technology has been widely used in the anti-seepage reinforcement of diseased reservoir earth-rock dams. In the paper, keys and precautions of concrete cutoff wall construction technology are introduced through applying the technology in Xinxingju Reservoir Risk Removal Reinforcement Project, which can provide reference for the construction of similar projects.

concrete cutoff wall; construction technology; quality control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.004

TV543

A

1005-4774(2017)02- 0011- 04