張家口市大青溝水庫(kù)高噴板墻施工

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摘   要：大青溝水庫(kù)繞壩滲流問題突出，經(jīng)過高噴板墻防滲處理，解決了壩體滲漏。規(guī)范化高噴板墻施工能夠保證施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，降低成本，節(jié)約投資。
    關(guān)鍵詞：大青溝水庫(kù)；防滲；高噴板墻；施工

    1、概述
    大青溝水庫(kù)位于河北省張家口市尚義縣大青溝鎮(zhèn)西北4 km的大青溝河主流上，1958年興建，總庫(kù)容1 392萬m3，是一座以防洪灌溉為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫(kù)運(yùn)行40年來，攔河壩左右壩肩繞滲問題突出，大壩下游形成兩片沼澤，加之?dāng)r河壩施工質(zhì)量較差，心墻高度和長(zhǎng)度都未達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，左岸地基透水性大且沒有防滲措施，一旦高水位運(yùn)行，直接威脅大壩的安全穩(wěn)定。故亟需對(duì)水庫(kù)工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固。
    針對(duì)壩體存在問題，采用垂直防滲方案，即高噴板墻方案。高噴灌漿是一種采用高速射流束沖擊、切割破壞地層，使水泥基質(zhì)漿液在噴射范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填和置換，并與原地層摻混攪合后形成凝結(jié)體，從而改變?cè)貙拥慕Y(jié)構(gòu)和組成，提高地基和壩體防滲性能和承載力的施工技術(shù)。高噴板墻是采用高噴灌漿技術(shù)構(gòu)筑的、以防滲為主要目的、連續(xù)的板狀結(jié)構(gòu)。高噴灌漿分為旋噴、擺噴和定噴三種形式，根據(jù)鉆孔勘察資料，壩體主要由作為心墻的黏土和作為壩殼的泥質(zhì)砂及少量砂壤土組成，因此高噴灌漿采用擺噴形式。擺噴灌漿范圍為樁號(hào)0＋000～0＋680 m,灌漿頂高程為117.0 m。其中樁號(hào)0＋000～0＋300 m段，擺噴板墻深入黏土心墻2.0 m;樁號(hào)0＋300～0＋680 m段，擺噴板墻深入壩基黏土層1.0 m。
    2002年10月開始高噴板墻施工，2002年11月至2003年4月14日由于天氣太冷，停止施工，2003年4月15日恢復(fù)施工，2003年5月24日冀水巖土處完成樁號(hào)0＋000～0＋440段高噴板墻施工，2003年6月6日省水利工程局六處完成樁號(hào)0＋440～0＋680段高噴板墻施工，提前完成施工任務(wù)。
    2、驗(yàn)證性試驗(yàn)是高噴板墻施工的基礎(chǔ)
     高噴板墻施工前，比照類似工程，結(jié)合本工程的具體情況，初步確定高噴板墻結(jié)構(gòu)型式、孔距和高噴灌漿技術(shù)參數(shù)，然后對(duì)布孔方式、孔距；擺噴的噴射流量、壓力、擺速和提升速度；材料、設(shè)備性能及施工工藝措施等進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)。本工程選擇樁號(hào)0＋329.5 m和0＋440.5 m兩處進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整和完善。
    本工程采用三管法高壓擺噴灌漿，即高速射流為清水，其外側(cè)同時(shí)環(huán)繞壓縮空氣，而水泥基質(zhì)漿液以較低壓力灌注。噴射管有三根管子組成，三管并列，高噴灌漿時(shí)，三管分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)。
    高壓擺噴防滲墻采用折線搭接形式，擺噴軸線與防滲墻軸線的夾角為20°，擺角25°，設(shè)計(jì)孔距1.5 m，成墻的有效厚度不小于20 cm,最小墻厚不小于12 cm，墻體滲透系數(shù)k≤i×10－6cm/s(1≤i≤10)
    水泥采用P·032.5普通硅酸鹽水泥拌制，水泥新鮮無結(jié)塊，過4 900孔/cm2的篩余量不大于5％。
    高噴采用純水泥漿，漿液的水灰比為0.6∶1～0.9∶1。漿液的存放時(shí)間：當(dāng)環(huán)境溫度在10℃以下時(shí)，不超過5 h；當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以上時(shí)，不超過3 h；當(dāng)漿液的存放時(shí)間超過有效時(shí)間時(shí)，按廢漿處理。
    主要機(jī)具設(shè)備：鉆孔、漿液攪拌機(jī)、高壓發(fā)生設(shè)備、高噴臺(tái)車、空壓機(jī)專用噴管及高壓管路等。
    3、規(guī)范化是高壓板墻施工的關(guān)鍵
    3.1 施工準(zhǔn)備
    (1)通過招投標(biāo)確定本工程由河北省水利工程局六處和天津市冀水巖土處施工。
    (2)施工前，建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)，監(jiān)理單位向施工單位進(jìn)行技術(shù)交底，并提供相關(guān)文件和資料。
    (3)施工單位編制施工組織設(shè)計(jì)，按照ISO9002國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，建立質(zhì)量保證體系，制定安全操作規(guī)程、勞動(dòng)保護(hù)和文明施工措施，指定環(huán)境保護(hù)措施。
    (4)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置廢水、廢漿處理系統(tǒng)。
    3.2 高噴板墻施工
    由于壩上氣候多變，冬季時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，五個(gè)多月不能施工，施工任務(wù)相當(dāng)緊迫，并且工序復(fù)雜，施工順序嚴(yán)禁，因此必須合理安排各項(xiàng)施工工序，確保施工工序的銜接、均衡，統(tǒng)一思想，統(tǒng)一調(diào)度，精心組織，科學(xué)施工。
    根據(jù)施工圖紙進(jìn)行孔位放樣，經(jīng)檢查孔位偏差全部小于5 cm。
    為了掌握地層巖性和確定防滲板墻底線高程，沿防滲板墻軸線每隔20 m左右布設(shè)一個(gè)先導(dǎo)孔，其深度大于高噴板墻設(shè)計(jì)深度5 m。先導(dǎo)孔鉆取芯樣進(jìn)行鑒定，并描繪地質(zhì)柱狀圖，指導(dǎo)施工。
    采用XY－2型工程地質(zhì)巖芯鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔，鉆機(jī)或噴射機(jī)組就位后，保證其底盤水平、立軸豎直并與孔位中心對(duì)正。終孔后，用CX－45型高精度鉆孔測(cè)斜儀測(cè)量鉆孔斜度，經(jīng)檢測(cè)成孔偏斜率均小于1％。
    鉆孔孔徑與噴射管外徑相適應(yīng)，成孔直徑150 mm，鉆孔的有效深度超過墻底深度0.3～0.4 m。
    當(dāng)高壓主噴射管下至孔底時(shí)，及時(shí)按規(guī)定的配合比制備好水泥漿液，按確定的擺噴速度原地?cái)[動(dòng)噴管；輸入水泥漿液、水和壓縮空氣，待泵壓和風(fēng)壓升至設(shè)計(jì)規(guī)定值，試噴2～3分鐘，孔口返漿正常，并且返漿比重大于1.2 g/cm3 時(shí)，按確定的提升速度提升擺噴管，進(jìn)行由下而上的高壓噴射注漿作業(yè)。
    注漿過程中，注漿設(shè)備的額定壓力和注漿量符合設(shè)計(jì)要求，保持管路系統(tǒng)的暢通和密封，風(fēng)、水、漿連續(xù)輸送；單孔高壓噴射作業(yè)不得中途停噴和中斷。
    水泥漿液進(jìn)行嚴(yán)格過濾，防止噴嘴堵塞。經(jīng)常測(cè)試水泥漿液的進(jìn)漿和回漿比重，當(dāng)比重誤差值超過0.1 g/cm3 時(shí)，立即停止噴射提升，調(diào)至正常范圍后繼續(xù)噴射。
    噴射作業(yè)分兩序施工，首先噴射一序孔，然后噴射二序孔。相鄰孔的作業(yè)間隔不小于24小時(shí)。
    噴射管接近防滲墻頂時(shí)，從墻頂以下1.0 m開始，慢速提升噴漿至墻頂。
    靜壓灌漿：當(dāng)高噴灌漿到設(shè)計(jì)墻頂后，停止輸送高壓水、高壓氣；攪拌機(jī)繼續(xù)工作，同時(shí)將噴頭提升到孔口，直至用漿液把鉆孔充滿為止。
    3.3 工程質(zhì)量檢查
    施工過程中，對(duì)孔位、孔斜、噴管下入孔底深度、注入漿液和回漿比重、噴射流量、壓力、擺動(dòng)速度和提升速度等工藝參數(shù)實(shí)施全過程的嚴(yán)格檢查與控制，使整個(gè)施工過程處于受控狀態(tài)。施工記錄及時(shí)、真實(shí)、準(zhǔn)確、完整。
    通過五處開挖檢查，高噴板墻的墻體垂直度、厚度、連續(xù)性、均勻性和搭接程度均符合設(shè)計(jì)要求。
    采用圍井法檢查高噴板墻防滲性，即在板墻下游側(cè)增加三個(gè)擺噴孔與板墻軸線圍成一個(gè)五邊形的豎井，在井內(nèi)中心鉆孔下過濾花管進(jìn)行注水試驗(yàn)，采用《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿）推薦公式計(jì)算滲透系數(shù)k值，計(jì)算機(jī)理明確，成果可信。
    式中：Q——穩(wěn)定注水量(m3/d)；
    R——影響半徑(m)；
    r0——鉆孔半徑(m)；
    H——天然水位（對(duì)孔底隔水層）(m)；
    h0——鉆孔內(nèi)水位（對(duì)孔底隔水層）(m)；
    k——滲透系數(shù)(m/d)。
    經(jīng)計(jì)算四個(gè)圍井的滲透系數(shù)k分別為4.08×10－6(m/s)、4.61×10－6(m/s)、1.5×10－6(m/s)、1.03×10－6(m/s)，均符合設(shè)計(jì)要求。
    4、全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)理是高噴板墻施工的保證
    監(jiān)理工程師按監(jiān)理合同規(guī)定對(duì)工程的投資、質(zhì)量、進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，才能保證高噴板墻施工正常進(jìn)行。
    4.1 質(zhì)量控制
    對(duì)工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和部位進(jìn)行旁站管理。在大壩鉆孔，高壓擺噴施工中，監(jiān)理24小時(shí)旁站管理，對(duì)鉆機(jī)定位，測(cè)量鉆孔深度，測(cè)量孔斜、高噴管下入深度，確定擺角等工序，監(jiān)理值班人員均在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管。
    嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量管理程序。批準(zhǔn)分部工程開工報(bào)告，審查原材料，檢查進(jìn)場(chǎng)設(shè)備，不合格設(shè)備不準(zhǔn)使用。
    審查施工組織設(shè)計(jì)，做到施工組織設(shè)計(jì)合理可行、文明施工。
    發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)偏差，及時(shí)召開會(huì)議，進(jìn)行糾偏。
    4.2 進(jìn)度控制
    控制工程總進(jìn)度，審定施工單位呈報(bào)的施工進(jìn)度計(jì)劃，按階段目標(biāo)控制進(jìn)度。
    及時(shí)處理技術(shù)問題。監(jiān)理組織、建設(shè)單位、施工單位就如何控制鉆孔深度、擺噴孔底高程等進(jìn)行討論，達(dá)成共識(shí)，促進(jìn)了工程施工。
    4.3 工程投資控制
    工程投資控制采用分部工程控制和分標(biāo)段控制相結(jié)合的方式；工程投資以業(yè)主標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)書單價(jià)為依據(jù)，按實(shí)際完成的工程量進(jìn)行結(jié)算；嚴(yán)格控制增加工程量，杜絕任意增加工程項(xiàng)目；堅(jiān)持按合同付款，按實(shí)際完成工程量簽署支付款憑證。
    本工程共完成鉆孔468個(gè)，擺噴孔466個(gè)，鉆孔8 330.4延米，擺噴灌漿7 757延米，合格率100％，優(yōu)良率97％。
    5、結(jié)論
    （1）本工程證明高壓擺噴灌漿技術(shù)適用于黏土心墻壩防滲墻工程。高噴板墻形成后，大壩上下游的兩片沼澤干枯了，解決了水庫(kù)繞壩滲流問題，保證了水庫(kù)下游人民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的正常發(fā)展。
    （2）高噴板墻施工速度快，成本較低，施工工藝較簡(jiǎn)單。經(jīng)計(jì)算高噴板墻防滲方案較貼坡防滲方案減少成本96.44萬元，節(jié)約投資20％。
    （3） 實(shí)踐證明規(guī)范化高噴板墻施工，科學(xué)、先進(jìn)、適用，工序清楚，責(zé)任明確，方便管理，能夠保證工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。在壩上天氣寒冷，風(fēng)大雪多，氣候惡劣，有效施工日非常短的情況下，盡管受到“非典型肺炎”的干擾，冀水巖土處提前22天完成施工任務(wù)；省水工局六處提前9天完成施工任務(wù)。