某水庫(kù)防滲墻的槽底基巖面判定及接頭刷洗施工技術(shù)

高國(guó)亭

(民勤縣水務(wù)局，甘肅 武威 733399)

1 工程概況

1.1 水庫(kù)險(xiǎn)情概況

該水庫(kù)位于酒泉市瓜州縣城以東約48km的疏勒河中游河段上。由于受建設(shè)時(shí)期的工程技術(shù)制約，水庫(kù)建設(shè)存在一定的質(zhì)量缺陷。雖經(jīng)三次除險(xiǎn)加固處理，但水庫(kù)長(zhǎng)期待病運(yùn)行，庫(kù)水位從未達(dá)到正常高水位1330.3m，所以沒有得到充分發(fā)揮水庫(kù)的蓄水效益。但是在2013年當(dāng)水庫(kù)在蓄水達(dá)到1330m時(shí)，1#副壩體和主壩右壩肩出現(xiàn)了嚴(yán)重滲漏。當(dāng)水庫(kù)蓄水達(dá)到1330.21m時(shí)壩體右壩肩測(cè)得滲流量為55.8/h[1]。這已經(jīng)嚴(yán)重威脅到壩體的安全。同時(shí)水庫(kù)一直在低水位運(yùn)行嚴(yán)重限制了水庫(kù)效益，因此，對(duì)該水庫(kù)再次進(jìn)行除險(xiǎn)加固勢(shì)在必行。

水庫(kù)滲漏處理常見的處理措施就是修建防滲墻及帷幕灌漿?；炷练罎B墻的成槽施工就是混凝土防滲墻成敗的關(guān)鍵，見巖和入巖深度是重中之重。目前國(guó)內(nèi)混凝土防滲墻施工規(guī)范中槽底基巖面確定標(biāo)準(zhǔn)不明確，而且該水庫(kù)工程防滲墻地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較高。同時(shí)澆筑成型的混凝土防滲墻在兩個(gè)槽段接觸處即為防滲墻接縫?；炷练罎B墻的接縫是防滲能力最薄弱的部位。接縫前的混凝土接頭刷洗質(zhì)量要求較高，但傳統(tǒng)接頭刷洗效果欠佳。

1.2 工程施工難點(diǎn)

該工程地層從上而下分別為砂卵石覆蓋層、粘土心墻，防滲墻最后穿過漿砌石防滲齒墻深入基巖(片麻狀花崗巖)，覆蓋層下為漿砌石防滲齒墻，漿砌石膠結(jié)質(zhì)量好，硬度較大，液壓抓斗施工難度大，基巖面判斷易引起誤判[2]。基于水庫(kù)險(xiǎn)情具體情況，除險(xiǎn)加固措施的實(shí)施越快越好，防滲墻的澆筑前提是槽孔開挖，根據(jù)施工設(shè)計(jì)要在兩月內(nèi)完成墻體的成槽及澆筑，因此工期特別緊張，槽孔開挖施工是本工程按期完工的重要制約因素。抓斗配置能滿足施工工期要求，但因地層中含有較厚且堅(jiān)硬的漿砌石防滲齒墻，抓斗難以正?？焖僮ト?，嚴(yán)重制約工期。工程可能因防滲墻未坐落于新鮮基巖或者墻體連接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而導(dǎo)致防滲體系產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏問題。針對(duì)上述情況，為保證本項(xiàng)目按期完工及解決施工難題，合理確定設(shè)計(jì)方案、槽孔開挖入巖標(biāo)準(zhǔn)、改進(jìn)現(xiàn)有及傳統(tǒng)的防滲墻成槽施工方法及接頭刷洗方法。

2 槽孔開挖及基巖面判定

2.1 機(jī)械設(shè)備

本工程除險(xiǎn)加固中混凝土防滲墻的槽孔開挖機(jī)械設(shè)備選擇使用液壓抓斗和沖擊鉆機(jī)。液壓抓斗用來抓取巖面上部的泥土層和風(fēng)化不堅(jiān)硬的巖層，一旦抓斗挖不動(dòng)，便使用沖擊鉆進(jìn)行鉆進(jìn)開挖。

2.2 防滲墻成槽

液壓抓斗挖不動(dòng)巖石，因此在防滲墻槽孔開挖過程中，一旦抓斗開挖不動(dòng)，說明已經(jīng)開挖到巖面了，同時(shí)再對(duì)該基巖面進(jìn)行確認(rèn)是否確實(shí)開挖到達(dá)基巖面[3- 4]。使用測(cè)線法測(cè)定該段開挖深度，這是槽孔開挖的見巖面深度。槽孔開挖見巖后，使用液壓抓斗和鉆機(jī)配合開挖，首先使用鉆機(jī)鉆破巖層，再用抓斗抓取，直到開挖巖石深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求便停止開挖。表1為各防滲墻鉆機(jī)鉆進(jìn)速度分析表，表中包括防滲墻各槽號(hào)的開挖時(shí)間及深度等信息。由表1可見，開挖速度10～35cm/s，這是由巖石硬度決定的。

2.3 防滲墻槽孔要求

2.3.1槽孔開挖控制

圖1 槽孔斜率示意圖

如圖1所示，槽孔的開挖控制主要包括開挖槽孔的斜率、槽孔深度、槽孔厚度和位置、槽孔入巖深度控制幾方面[5- 10]。

(1)槽孔斜率

設(shè)計(jì)要求孔斜率不大于0.4%，特殊地層不得大于0.6%。采用相似三角形法進(jìn)行計(jì)算孔斜率，相似三角形方法計(jì)算公式為：

(1)

式中，A—桅桿高度，即孔口至桅桿頂部距離，m，已知；H—鉆孔深度，測(cè)繩測(cè)取，m，已知；D—孔口偏差，孔口測(cè)得，m，已知；X—未知數(shù)，通過上述公式計(jì)算出。

通過上述公式求出X后，孔斜率i即為：

(2)

(2)槽孔偏差

在測(cè)量槽孔偏差時(shí)可設(shè)置一個(gè)相對(duì)基點(diǎn)，使用立于槽孔開挖導(dǎo)墻面的鋼筋作為基點(diǎn)。前后、左右均設(shè)置為20cm，然后每下緩慢下方斗體或鉆具，每次下方距離不得超過6m，一旦下方距離過長(zhǎng)，測(cè)量誤差便加大。。

槽孔開挖過程中全程進(jìn)行孔斜測(cè)量，若地質(zhì)出現(xiàn)變化時(shí)采用加強(qiáng)測(cè)量次數(shù)的方法，一旦發(fā)現(xiàn)槽孔斜率出現(xiàn)變化，及時(shí)停止施工，直到將槽孔斜率處理好后在進(jìn)行下一階段槽孔開挖。槽孔全部開挖結(jié)束后必須按設(shè)計(jì)要求測(cè)量斜率。

(3)槽孔位置和厚度

開槽要準(zhǔn)確就必須提前設(shè)置槽孔標(biāo)樁，該操控標(biāo)樁的中心線便是槽孔中心線，用它來檢驗(yàn)防滲墻的中心線位置是否準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)要求的槽孔位移偏差為不大于3cm，并且槽寬要和墻體厚度保持一致。

(4)入巖深度

本工程槽孔開挖入巖深度使用具有刻度的測(cè)線來測(cè)定，其原理和重錘法一致，在測(cè)線端頭連接一個(gè)測(cè)針。槽孔測(cè)量前必須要清理槽孔底部，不得殘留巖土，以防止干擾測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量時(shí)將測(cè)針垂直下放到槽孔底部，再緩緩提升直至測(cè)線完全垂直，讀取測(cè)線上的刻度值便是槽孔深度。槽孔挖入基巖面前的深度測(cè)量操作與前面一致。槽孔開挖的入巖深度就是槽孔的全部深度減去見巖面前的測(cè)量深度。

表1 防滲墻鉆機(jī)鉆進(jìn)速度分析表

2.3.2孔底基巖鑒定

在槽孔開挖過程中，一旦抓斗出現(xiàn)抓不動(dòng)現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行巖石取樣及鑒定，及時(shí)確定巖面，避免出現(xiàn)槽孔開挖入巖深度不符合設(shè)計(jì)值?；鶐r鑒定必須結(jié)合工程當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，包括覆蓋層的巖性特點(diǎn)，綜合做出判斷，防止對(duì)鑒定出現(xiàn)誤判，因?yàn)殚_挖過程中會(huì)出現(xiàn)較厚、大的塊石?；诨鶐r鑒定的重要性，在接近基巖面時(shí)在多個(gè)部位采用鉆芯取樣法鑒定巖面[9，11- 12]，采用多個(gè)鉆進(jìn)深度進(jìn)行比較，最淺不得小于6m。一旦槽孔深度接近設(shè)計(jì)值，連續(xù)鑒定巖樣巖性并保存好巖樣[13]，因此，施工中要嚴(yán)格控制基巖鑒定，各級(jí)技術(shù)人員應(yīng)熟悉施工圖紙、工程地質(zhì)資料及先導(dǎo)孔鉆孔成果資料。槽孔開挖后進(jìn)行混凝土搶的澆筑，將符合標(biāo)準(zhǔn)的混凝土運(yùn)至孔口位置，采用直升導(dǎo)管進(jìn)行澆筑[14]。

3 新型接頭孔刷洗施工技術(shù)

3.1 防滲墻接頭孔刷洗的目的及意義

混凝土防滲墻的澆筑是多個(gè)槽孔澆筑形成的單個(gè)墻體組成的整體，因此單個(gè)墻體之間具有接縫，接縫處理關(guān)乎到整個(gè)防滲墻的防滲效果。如果墻頭的接縫處滲漏量過大，一方面導(dǎo)致水流損失，一方面還會(huì)沖刷壩體填筑材料，危機(jī)大壩安全。因此混凝土接縫質(zhì)量的控制是防滲工程成敗的關(guān)鍵，接頭刷洗的質(zhì)量控制意義重大[15]。

3.2 防滲墻不良接縫產(chǎn)生原因

3.2.1接頭刷洗不徹底

各段防滲墻體連接處刷洗不達(dá)標(biāo)，若在接頭處存在泥土夾層，墻體連接后便出現(xiàn)縫隙，造成滲流通道。同時(shí)，混凝土防滲墻建成后，下游水位下降，防滲墻接縫處的夾泥失水干縮，在縫內(nèi)形成空隙、空洞成為漏水通道。

3.2.2防滲墻清孔換漿不合格或沉積過大

清孔換漿不合格，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間澆筑過程中泥漿內(nèi)泥沙沉淀較快，當(dāng)泥沙聚集在接頭部位混凝土無法頂托時(shí)，易造成接縫夾泥夾沙，形成滲水、漏水通道。當(dāng)槽內(nèi)沉淀大時(shí)，混凝土上升過程中將沉淀物掩埋在接頭部位，形成不良接頭。

3.2.3導(dǎo)管安設(shè)及澆筑過程不合格

導(dǎo)管離接頭混凝土的距離應(yīng)符合技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)距離較大或較近時(shí)，造成混凝土上升不均勻，混凝土上部的沉淀流向低處接縫部位，造成夾渣形成漏水通道。澆筑過程中混凝土應(yīng)均勻上升，混凝土各點(diǎn)高差應(yīng)控制在技術(shù)規(guī)定的要求內(nèi)，高差過大時(shí)，將同樣造成混凝土上部的沉淀流向低處接縫部位，造成夾渣形成漏水通道。

3.3 接頭刷傳統(tǒng)處理方法及不足

國(guó)內(nèi)防滲墻接頭刷洗一般采用圓形鋼絲刷進(jìn)行接頭刷洗，刷洗過程中采用吊車或沖擊鉆機(jī)鋼絲繩吊起鋼絲刷，依靠鋼絲刷自重壓力施加于混凝土接頭上下活動(dòng)鋼絲刷進(jìn)行接頭刷洗。

此方法施工時(shí)需要配備一臺(tái)吊車或沖擊鉆機(jī)進(jìn)行，施工設(shè)備增加，且接頭刷洗主要依靠鋼絲刷自重的側(cè)壓力作用于接頭壁上進(jìn)行，因接頭刷重量輕，側(cè)壓力小，刷洗效果相對(duì)較差。

3.4 新型接頭刷洗技術(shù)研究

3.4.1設(shè)備選擇

傳統(tǒng)接頭刷洗采用吊車或沖擊鉆機(jī)吊裝刷洗工具進(jìn)行刷洗施工，設(shè)備調(diào)度安排可能受其他施工工序的影響不能及時(shí)進(jìn)行施工，造成停工延誤，影響整個(gè)施工工期。如果增加設(shè)備投入，工程成本需要相應(yīng)增加。

結(jié)合項(xiàng)目具體施工情況，經(jīng)分析當(dāng)槽段成槽完成后即安排抓斗刷洗接頭，可避免其他設(shè)備的調(diào)度使用。因此需要對(duì)傳統(tǒng)接頭刷進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，將其安裝于抓斗斗體上進(jìn)行。

3.4.2接頭刷改進(jìn)優(yōu)化

接頭刷是專門針對(duì)采用抓斗進(jìn)行接頭刷洗的一項(xiàng)專用設(shè)備，其主要是通過改進(jìn)，將接頭刷固定于抓斗側(cè)壁上進(jìn)行刷洗施工。該工程防滲體槽段接頭連接處使用抓斗進(jìn)行刷洗，將鋼絲刷使用螺絲固定在抓斗側(cè)面進(jìn)行刷洗。在進(jìn)行接頭刷洗作業(yè)時(shí)分段上下活動(dòng)斗體進(jìn)行接頭刷洗，保證接頭各處刷洗干凈。改進(jìn)后的接頭刷如圖2所示。

圖2 接頭鋼絲刷示意圖

3.5 接頭刷洗優(yōu)點(diǎn)

采用抓斗進(jìn)行接頭刷洗的施工，相比傳統(tǒng)接頭刷洗增加了接頭刷洗的側(cè)壓力，提高了接頭刷洗效果，保證了接頭連接質(zhì)量，減少了其他設(shè)備(如吊車、裝載機(jī))等的使用，節(jié)省了設(shè)備租賃及運(yùn)行費(fèi)用。成槽完成后即可進(jìn)行施工，節(jié)省了其他設(shè)備調(diào)用時(shí)間，縮短了施工工期。因此，通過新型接頭刷洗技術(shù)的研究，不僅提高了施工質(zhì)量，縮短了施工工期，并對(duì)其他工程項(xiàng)目防滲墻接頭刷洗具有很好的借鑒意義，推廣前景廣闊。

4 結(jié)語

混凝土防滲墻體入巖控制與墻體槽段間連接直接關(guān)乎到水庫(kù)的防滲效益，混凝土防滲墻準(zhǔn)確深入巖石基面，并保證入巖深度是混凝土防滲墻防滲體系成敗的關(guān)鍵一步。本工程綜合運(yùn)用抓斗和沖擊鉆機(jī)準(zhǔn)確判斷出了槽孔基巖面并保證了設(shè)計(jì)要求的入巖深度，但是該工序施工較為繁瑣，需要施工人員具有較強(qiáng)的施工經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)使用的新型防滲墻接頭刷洗技術(shù)效果顯著且易于操作。防滲墻槽底基巖面的判定及新型接頭刷洗施工技術(shù)在該水庫(kù)的險(xiǎn)情處理中的實(shí)踐應(yīng)用是成功的，同時(shí)這種技術(shù)的成功應(yīng)用對(duì)防滲墻施工具有借鑒意義。