土石壩施工工藝及防滲帷幕工藝研究應用

郭凱勇

（廣東省清遠市清新區清西防汛工程管理所，廣東 清遠 511500）

1 工程概況

深圳公明水庫擴建工程設計洪水標準為100a一遇，校核洪水標準為5000a一遇，總庫容為1.48億m3。本工程屬大（2）型Ⅱ等工程。

項目主要的構筑物包括主壩、放水隧洞和進出口構筑物等。主壩連接樓村水廠到大馬山，黏土心墻土石壩，壩高64m，寬8m，最大壩高50.7m，壩長1121m，最大底寬約280m。

文章以公明水庫4 號壩工程建設為研究背景，在分析場地施工條件下，對工程的主要部分的施工工藝和重難點壩基防滲和灌漿工藝進行研究，以期探究局部水文地質條件較差的黏土心墻土壩工程的高標準施工工藝。

2 工程地質與水文地質條件

放水隧道及其進出口的主要地層由殘破積粉黏土、全～微風化基巖組成，局部地區分布的不良地層包括松散人工填土、淤泥質黏性土和沖洪積的粉細砂等，深度不超過10m，液土層為粉細砂層，壩基處主要包括全風化的持力層和殘坡積土層，具有中等壓縮性[1]。

壩址區域可見f1、f5兩條斷裂構造，均為壓扭性斷裂構造，形成規模小，且具有弱透水性。斷裂帶近處局部巖體裂隙發育，局部區域漏水[2]。

3 大壩主體施工工藝及治理控制

3.1 總體方案

開工后第一個枯水期內完成圍堰修筑、壩基開挖、基礎處理、導流明渠修筑施工。進入第一個汛期前將上游圍堰拆除一缺口，滿足汛期泄洪，開工后第8 個月進行壩體填筑。進入第二個枯水期后，在導流明渠上游橫江水庫溢洪道修筑封堵圍堰，導流明渠拆除，上游圍堰缺口修復，圍堰上游積水采用水泵排水至上游橫江水庫，壩體三區閉氣后，進行壩體三區（河床段）填筑[3]。

施工的關鍵線路為：部分施工道路施工→壩基開挖、基礎處理→壩體一、二、四區填筑→壩體三區（河床段）填筑（進入第二個枯水期后）→壩體整體填筑→面板施工→壩頂防浪墻施工→壩頂路墊層、水泥穩定土施工→清場驗收。

3.2 土石方爆破及壩基施工工藝

大壩工程分四個區進行施工，其中Ⅲ區為天然河道段，即大壩填筑時預留缺口段。

首先進行Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區壩基開挖，以Ⅲ區壩基開挖為主。其次在Ⅲ區開挖完成后（工期1 個月），馬上進行Ⅱ區的開挖。土石方開挖遵循自上而下原則進行施工，施工工序圖如圖1 所示。

圖1 壩基土石方開挖施工程序框圖

3.2.1 施工工序布置

土石方開挖主要包括壩基清理、左右岸開挖及上下游截、排水溝方開挖，壩基開挖標準是：壩基范圍內的人工填土、淤泥、粉細砂全部挖除，表層土為殘坡積、全風化土層、沖洪積黏土時，清基需將表層腐植土清理干凈，清基厚≥1m[4]。

壩基處理主要包括平整場地、岸坡噴混凝土、地下防滲墻、地下帷幕灌漿施工等項目。防滲墻施工平臺臺地開挖、填筑施工→防滲墻施工平臺及混凝土導墻施工→截水槽底線以下Ⅰ期防滲墻及帷幕灌漿施工→拆除平臺→截水槽開挖基坑降水施工→截水槽開挖→導向墻及Ⅰ期防滲墻頂部50cm 鑿除→Ⅱ期防滲墻頂部50cm 混凝土澆筑→截水槽回填及防滲墻Ⅲ期混凝土澆筑→壩基場地平整碾壓。

3.2.2 土石方爆破施工工藝方法

左右岸開挖位于混合花崗巖的弱、強、全風化帶下限，邊坡采用預裂爆破（工程量較少的采用液壓沖擊錘）開挖修坡。石方工程在全強風化帶以上使用鑿裂法、以下采用鉆爆法[5]。

鑿裂法施工：在開挖范圍內采用大功率推土機后部的松土器，強行壓入強風化巖內，在行走過程中將風化巖鑿裂，大功率推土機的松土器有3 個齒，齒寬2.5m，采用連續作業方法，每次鑿深0.5m。

鉆爆施工時，土石方從上至下的開挖，使用手風鉆梯開挖的方法，爆破邊坡的方法進行施工，使用手風鉆鉆孔，75 度鉆孔傾角，移動空氣壓縮機供風，預留保護層，壩基土石方底水平基面，最后手風鉆小孔徑藥卷爆破法分層進行開挖保護[5]。

3.2.3 壩基施工工藝方法

施工平臺使用220HP 的推土機進行挖土集料，使用1m3的反鏟局部開挖，人工修整并機械修坡。開挖過程中需留置平臺填方可用土料,將其運至需填方地段進行填方，廢料拉至渣場堆放。

混凝土導墻在施工時，其長度要長出防滲墻軸線兩端0.5m，比墻頂高0.5m。待導墻混凝土強度達到7 成后，兩側土料回壓碾實。防止泥漿、污水從外側進入底部。導墻混凝土模板施工采用普通鋼模板作為面板，背帶用φ40 鋼管的支護形式。

截水槽開挖基坑降水施工。在截水槽開挖前，選用明溝集水和井點降水的方法進行基坑排水，確保工作面干燥降低地表水。截水槽邊線布設降水井，使用高壓沖槍成孔的方法進行開挖，成孔孔徑300mm，深度應比濾水管超過半米。

截水槽開挖全部為土方開挖，施工分區與大壩開挖施工分區必須相一致，各區開挖可同時進行，均采用1 臺2.5m3反鏟直接開挖裝30t 自卸車運至5—1#、5—2#及3—2#渣場。每區的開挖均從大壩上游側向下游側推進，直至開挖完成。開挖邊坡人工進行削坡處理[6]。

拆除導墻和防滲墻頂0.5m 部分在施工檢查合格后，拆除時先挖導墻使其全部漏出，完全脫離連續墻后再打炮眼卸運裝走。

3.3 壩體施工

4 號壩為壤土心墻堆石壩，大壩上游壩坡坡度為1 : 3.0，下游壩坡為二級坡，一級坡度為1 : 2.5,二級坡坡度為1 : 2.65，馬道寬2.0m.上游壩坡采用厚250mm 的現澆鋼筋混凝土和下設墊層，其中碎石厚300mm，反慮砂墊層厚300mm;壩體下游設有棱體排水，棱體頂高程25.00m，排水棱體以上部分采用干砌石草皮護坡.防滲體為黏土心墻，頂高程63.50 m，最大高度為50.6 m。心墻上游側面設水平1.0 m 厚、下游側面設水平2.0 m 厚的砂反濾層[7]。

土石壩土方填筑主要包括強風化料、反濾料、墊層料（碎石、礫石）、壤土（黏土）的填筑、碾壓和接縫處理和護坡等。根據壩體填筑強度，按上、下兩部分分區下部，壩高的45m 以下，四個填筑區之每個區再分為上游區、心墻區、下游區。上部壩面狹窄后，只按原來的四個填筑區編號。施工時先填筑Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ區（非明渠段），待施工圍堰形成截流后再填筑Ⅲ區（明渠段）。具體填筑程序如下圖2：

圖2 土石壩填筑順序框圖

3.3.1 施工工藝

基礎碾壓，大壩壩體施工分為左右岸即Ⅰ～Ⅱ區、Ⅳ區、Ⅲ區進行，先期為大壩左右岸即Ⅰ～Ⅱ、Ⅳ區的填筑施工，填筑前壩體的基礎開挖已全部結束，基礎碾壓隨壩體填筑的施工進行。因左右岸基礎處于河道漫灘地上，無起伏坡度，采用大噸位振動碾[8]。驗收合格后進行壩體填筑。

壤土心墻填筑。由于壩體心墻的寬度較小，黏土（壤土）心墻采用平行于壩軸線的流水作業方式進行施工。

防滲心墻分段進行填筑施工，每段的平面尺寸保證滿足施工機械正常作業的要求，約為100 ～150m。分段長度除考慮施工機械的工作性能以外，以保證一個工作面的作業時間，控制在一個半班以內為原則進行劃分。盛夏季節施工，為防止熱量和水分散失，還要盡量縮短作業循環時間。黏土（壤土）心墻分段填筑時，上下層分段位置要錯開。

土料鋪填施工方法:黏土心墻坡比1 : 0.5，隨著壩殼的填筑土料填筑亦分四個區(同壩體填筑分區),接槎坡度不陡于1 : 3.0。采用自卸車運土上壩，162KW 推土機平土，14t 凸塊碾壓實。初步擬定黏土虛鋪厚度40cm，碾壓遍數7 遍，具體土料鋪筑按現場鋪筑試驗所確定的施工工藝和施工參數進行準備，報監理人批準后，方可進行施工作業。

土料壓實方法：土料壓實嚴格按照經現場鋪筑試驗確定并經監理人批準的碾壓參數和碾壓機具進行施工。黏性土碾壓時應平行與軸線方向，不可垂直壩軸線方向。黏土心墻碾壓采用14t 凸塊碾采用進退錯距法進行碾壓，行車速度以1～2 檔為宜。

順碾壓方向開始碾壓，應注意鄰近段交接帶碾痕互相搭接，長度≥0.3～0.5m，垂向搭接寬為1m左右。每層壓實完后挖出不合格部位料土并夯實。

3.4 壩頂施工

壩頂結構包括上游防浪墻、電纜溝、路面混凝土基層及下游路緣石、電纜溝、排水溝施工。壩頂寬度為8.0m，長1121.00m，路面上游至下游設2%的橫坡。

重點是防浪墻中心線位于壩軸線上游3.45m，結構型式為“L”型，壤土心墻和砂反濾層填筑到62.50m 結束，防浪墻底座坐于其上。防浪墻高2m，頂高程為64.30m。下游設路緣石與漿砌石格梗相接。壩頂結構總體施工程序見圖3。

圖3 壩頂結構總體施工程序

首先對主壩防浪墻建基面進行檢測，利用人工進行找平、清理干凈后，必要時采用振動碾。按設計放出防浪墻的設計邊線、壩面高程。在基面上打Φ28 錨筋，便于模板支立。

防浪墻兼顧景觀功能，因此在防浪墻永久外露面—二期混凝土施工時制作定型模板，同時采用清水混凝土施工工藝。

防浪墻一期底座模板支立時，利用基礎面打錨筋作為架立，將鋼模和鋼筋安裝到位。模板表面涂刷工業蠟，脫模后保證混凝土表面光潔、整齊。錨筋與預埋在壩體內部的混凝土梁相連，以保證受力條件良好。下部螺栓位置設置斜支撐加固，斜支撐間隔布置。

二期墻身混凝土支模時，采用定型模板組合成型，底部利用第Ⅰ層混凝土預埋螺栓加固。并在內部設對拉螺栓，間距為1.2m。

3.5 上下游壩坡施工

大壩上游坡坡比1 : 3,下游壩坡在45m 高程處設寬2.0m 的馬道，馬道以上坡比1 : 2.5,以下坡比1：2.65,堆石棱體頂高程25.0m，內坡1 : 1,外坡1 : 1.5,在上坡面上設置兩條由壩頂到壩腳的梯步，寬2.0m。在60.0m 高程處設寬0.8m 的觀測平臺。板上設排水孔，以消除因庫水降落或其他原因產生水壓力頂托混凝土板。下游壩坡采用草皮護坡，每65m 設一條橫向排水溝，與馬道及棱體上的縱向排水溝相連，每225m 設置與橫向排水溝結構的梯步，寬2m。重點是對砌體的施工工藝進行嚴格控制。

漿砌石砌筑時，砌石使用鋪漿的方法進行砌筑，砂漿稠度30～50mm，砌石轉角交接處需要同時砌筑。

毛石砌筑體的基礎做成階梯形，上下階梯相錯一半，相鄰階梯的毛石應相應錯縫搭接。干砌石體砌筑使用材料為料石或毛石砌筑料；石料使用前表面應洗除泥土和水銹雜質，砂礫墊層厚度應均勻。

4 壩基處理及灌漿工藝控制

4.1 混凝土防滲墻

施工總體方案采用鉆抓法進行墻體開挖、膨潤土泥漿進行護壁、水下直升導管法澆筑混凝土。擬采用沖擊鉆機將每個槽段的導孔(主孔)鉆至設計深度，再用液壓抓斗將兩孔間副孔抓走。

基巖部分采用沖擊鉆機鉆至設計深度，若地基砂礫層密實度較大，采用沖擊鉆劈打副孔。

4.2 帷幕灌漿

在壩基混凝土防滲墻以外透水率＞3Lu、弱風化巖層設帷幕灌漿，采用單排，灌漿孔距2m。灌漿帷幕防滲設計標準為：灌漿后基巖透水率≤3lu。形成壩基永久防滲體系。

灌漿根據設計施工技術要求或者帷幕灌漿試驗結果，證明需要50%以上灌漿孔段采用超細水泥漿液，將按照細水泥漿液灌漿的有關試驗結果和規定進行。

鉆孔施工工藝，帷幕灌漿施工按單元劃分而分序加密原則進行。首先選擇單元內部分Ⅰ序孔做為先導孔進行鉆孔和灌漿；先導孔進行分段壓水試驗，從先導孔的施工中獲取地質資料，巖石滲透性和灌漿資料，從而確定帷幕防滲底線進入強、弱風化巖層的深度。

防滲墻內埋設導向管要定向準確，鉆機立軸與孔口管傾角、方位匹配。鉆孔施工過程中采用較長粗徑鉆具，適當控制鉆進壓力。

5 結 論

文章對公明水庫4 號壩主壩的建設工程為研究對象。針對壩基局部裂隙透水的現狀，提出了相應的土石方、壩基和壩體填筑的工藝，并壩基防滲帷幕灌漿工藝進行了詳細說明，對現有壩基透水防滲技術提供了技術支持，為了發揮防滲墻和帷幕灌漿法防滲技術的應用價值。