塑性混凝土防滲墻在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

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摘　要: 混凝土防滲墻技術(shù)已廣泛用于病險(xiǎn)水庫(kù)土石壩的防滲加固, 本文通過(guò)該技術(shù)在新疆阿勒泰地區(qū)阿克達(dá)拉水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用, 介紹了薄壁液壓抓斗法混凝土防滲墻的成槽方法、施工技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞: 薄壁液壓抓斗; 泥漿護(hù)壁; 塑性混凝土; 防滲墻
1 工程概況
　　新疆阿勒泰地區(qū)阿克達(dá)拉水庫(kù)位于阿爾泰山前額爾齊斯河南岸, 農(nóng)十師183 團(tuán)南東17km處, 北西距北屯鎮(zhèn)38km , 行政區(qū)劃隸屬福?？h。水庫(kù)為引水注入式平原水庫(kù), 是一座以調(diào)蓄、灌溉為主兼顧養(yǎng)殖的中型水庫(kù)。設(shè)計(jì)庫(kù)容3 000 ×104m3 , 死庫(kù)容320 ×104m3 , 壩頂高程579113m , 正常蓄水位577138m , 死水位573163m , 灌溉下游地區(qū)一農(nóng)場(chǎng)及福?？h25 ×104 畝農(nóng)田。水庫(kù)主要由入庫(kù)陡坡、大壩、放水涵洞及下游渠道4 部分組成。壩體為碾壓砂礫石均質(zhì)土壩, 瀝青玻璃絲布斜墻防滲, 全長(zhǎng)4 000m , 其中主壩長(zhǎng)3 600 m , 副壩長(zhǎng)400m ,壩頂寬7m , 主壩上游壩坡1∶4 , 上游土護(hù)坡1∶8～1∶10 不等, 下游壩坡1∶215 。庫(kù)盆由天然的構(gòu)造剝蝕洼地構(gòu)成, 形狀不規(guī)則, 總體上呈NW - SE 向, 與區(qū)域構(gòu)造線(xiàn)方向基本一致。庫(kù)盆地層巖性主要由第四系沖洪積的粉土質(zhì)砂、粘礫土、亞粘土、砂礫石組成, 構(gòu)成庫(kù)盆基底的最基本巖層為第三系泥巖, 下伏灰白色砂巖,二者呈互層狀。水庫(kù)在多年運(yùn)行后主壩多處出現(xiàn)裂縫, 壩基、壩體滲漏嚴(yán)重, 部分壩段出現(xiàn)明顯的滲漏積水, 壩后土壤次生鹽堿化、沼澤化嚴(yán)重, 直接威脅大壩安全和正常效益的發(fā)揮,被水利部列為病險(xiǎn)庫(kù)。
阿克達(dá)拉水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程對(duì)主壩壩體防滲選用薄壁抓斗塑性混凝土防滲墻技術(shù), 防滲墻軸線(xiàn)位于壩軸線(xiàn)處, 全長(zhǎng)2 704m , 墻頂高程578127m , 墻體有效厚度0130m , 進(jìn)入基巖110m。塑性混凝土防滲墻平均深8m , 最深達(dá)1218 m , 本工程共建混凝土防滲墻22 455m2 。
混凝土防滲墻的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為: 90d 齡期砼強(qiáng)度達(dá)到5MPa , 抗?jié)B指標(biāo)為W6 , 進(jìn)入不透水層110m , 設(shè)計(jì)墻體厚為013m , 塑性砼墻配合比采用一級(jí)配, 水泥采用4215MPa 普通硅酸鹽水泥。
2 塑性混凝土防滲墻施工工藝 2.1 　挖槽準(zhǔn)備
　　(1) 布置施工平臺(tái)及導(dǎo)向設(shè)施抓斗施工平臺(tái)設(shè)置在壩頂, 因壩頂寬度為7m , 壩前土護(hù)坡1∶8～1∶10 , 需在壩前坡填筑少部分土方滿(mǎn)足抓斗施工所需8m 寬的施工平臺(tái)的要求。開(kāi)挖試驗(yàn)表明, 壩體開(kāi)挖后墻壁穩(wěn)定性尚可, 防滲墻深度較淺, 為節(jié)約投資, 壩體未設(shè)混凝土導(dǎo)向槽, 由人工沿防滲墻軸線(xiàn)開(kāi)挖了一條槽溝, 來(lái)標(biāo)定防滲墻位置、成槽導(dǎo)向。
(2) 槽段劃分及施工順序　　根據(jù)阿克達(dá)拉水庫(kù)的地質(zhì)情況, 單個(gè)槽孔長(zhǎng)度為810m , 采用間隔槽段造孔。槽孔總長(zhǎng)2 904m , 分為363 個(gè)槽段, 分Ⅰ、Ⅱ序槽段分段造槽, 采用“抓鑿法”, Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段連接即形成連續(xù)的垂直防滲墻。
(3) 泥漿準(zhǔn)備
泥漿用于支承孔壁、穩(wěn)定地層、懸浮沉渣,同時(shí)向槽兩側(cè)地層滲透的泥漿以及槽兩側(cè)邊壁形成的泥皮還起到輔助截滲的作用。
泥漿拌制采用1m3 的ZJ - 1500 型高速泥漿攪拌機(jī), 拌制10 余min , 先送入泥漿沉淀池,后自動(dòng)流入泥漿池并不斷攪動(dòng)循環(huán), 再由泥漿泵輸送到各槽口用漿點(diǎn)。
泥漿材料選用184 團(tuán)的粘土, 其粘粒含量大于40 % , 塑性指數(shù)大于20 , 含砂量小于10 % , 二氧化硅和三氧化鋁含量的比值為3～4 , 基本達(dá)到粘土性能指標(biāo)。其護(hù)壁泥漿性能指標(biāo)為, 比重111 ～113g/ cm3 , 粘度20～25s , 含砂量小于4 % , 膠體率大于97 % , 失水量小于30ml/ min , 穩(wěn)定性小于0101 , 基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。成槽過(guò)程中, 對(duì)槽段采取必要的防護(hù), 防止廢漿、廢渣、雜物進(jìn)入槽內(nèi), 引起泥漿性能的改變。為防止離析、沉淀、保持性能指標(biāo)均一, 槽段內(nèi)泥漿液面保持在槽口板頂面以下30～50cm 的范圍內(nèi)。
2.2 　成槽方法
槽孔分兩序施工, 先施工Ⅰ序槽、再施工Ⅱ序槽。Ⅰ、Ⅱ序槽段均采用三抓成槽, 即Ⅰ序槽先抓取兩側(cè)單元, 再抓取中間單元; Ⅱ序槽先抓取中間單元, 再抓取兩側(cè)單元。
(1) 槽孔寬度和槽孔分段長(zhǎng)度
　　槽孔寬度不小于300mm , Ⅰ、Ⅱ序槽段采用抓鑿法相連, 連接厚度不小于300mm , 槽孔長(zhǎng)度采用810m。
(2) 槽孔中心線(xiàn)與垂直度
　　各槽孔中心線(xiàn)位置在設(shè)計(jì)防滲墻軸線(xiàn)上,下游方向的誤差不大于30mm。槽孔壁面保持平整垂直, 防止偏斜, 孔斜率不大于4 ‰。成墻段無(wú)探頭石和波浪形小墻等。Ⅰ、Ⅱ序槽孔搭接部位的兩次孔位中心線(xiàn)在任一深度的偏差值應(yīng)能保證搭接墻厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。抓槽前先認(rèn)真校對(duì)孔位, 抓斗縱面軸線(xiàn)與防滲墻設(shè)計(jì)軸線(xiàn)結(jié)合, 抓斗上下升降過(guò)程中保持平穩(wěn), 避免左右擺動(dòng)。主機(jī)要倒退行駛, 不允許在已成槽部位上行駛, 以免孔壁坍塌。
(3) 槽孔深度
　　為了掌握地層巖性及確定防滲墻底線(xiàn)高程,沿防滲墻軸線(xiàn)每間隔20m 布設(shè)一個(gè)先導(dǎo)孔, 針對(duì)局部地段地質(zhì)條件變化大的部位進(jìn)行適當(dāng)加密。先導(dǎo)孔采用XY—2 型取芯鉆機(jī)進(jìn)行施工,根據(jù)芯樣整理資料確定槽孔底線(xiàn)高程并報(bào)監(jiān)理單位批準(zhǔn), 以指導(dǎo)施工。
　　(4) 終孔及清孔換漿
　　槽孔終孔后, 施工方及時(shí)對(duì)孔位、孔深、槽孔長(zhǎng)度、寬度及孔斜等施工質(zhì)量進(jìn)行自檢,自檢合格后報(bào)監(jiān)理單位驗(yàn)收, 驗(yàn)收合格后進(jìn)行清孔換漿。先用抓斗自槽底部采用定位法抓取槽底淤積物及沉淀物, 然后邊注入符合要求的新鮮泥漿邊抓取槽內(nèi)陳舊廢漿進(jìn)行置換。清孔換漿結(jié)束條件為, 清孔換漿結(jié)束1h 后, 泥漿比重< 1125g/ cm3 , 粘度< 30s , 含砂量< 10 %。清孔換漿結(jié)束后, 經(jīng)自檢和監(jiān)理單位驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序的作業(yè)。
2.3 　防滲墻混凝土配合比及材料
　　(1) 防滲墻為塑性砼墻體, 其設(shè)計(jì)要求為C5W6 , 通過(guò)配比試驗(yàn)1m3 混凝土施工配合比(重量配合比) 材料用量見(jiàn)表1 。
　　(2) 混凝土入槽時(shí)的坍落度為18～22cm ,任何情況下不得低于15cm; 擴(kuò)散度為34 ～40cm; 混凝土的初凝時(shí)間不小于6h , 終凝時(shí)間不大于24h 。
　　(3) 水泥選擇布爾津水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的屯河牌4215MPa 普通硅酸鹽水泥, 混凝土骨料選擇在183 團(tuán)料場(chǎng)購(gòu)買(mǎi), 粘土選用184 團(tuán)粘土料場(chǎng)土料, 膨潤(rùn)土選用184 團(tuán)膨潤(rùn)土廠(chǎng)的產(chǎn)品。
2.4 　墻體混凝土澆筑成槽后, 采用直升導(dǎo)管法于泥漿下澆筑混凝土。
(1) 砼拌和及運(yùn)輸
　　砼拌和由鏟車(chē)上料, PL —1500 攪拌機(jī)出料, 進(jìn)料由電子秤控制。為保證澆筑正常連續(xù)工作, 在澆筑前應(yīng)周密制定混凝土制備及運(yùn)輸?shù)膽?yīng)急補(bǔ)救措施。
(2) 混凝土澆筑　　澆筑導(dǎo)管沿槽孔軸線(xiàn)布置, 相鄰導(dǎo)管的間距不大于315m , Ⅰ序槽孔兩端的導(dǎo)管距孔端控制在110～115m , Ⅱ序槽孔兩端的導(dǎo)管距孔端控制在015～110m。安裝導(dǎo)管時(shí), 導(dǎo)管底部出口與孔底板距離不得大于25cm , 并不大于115 倍導(dǎo)注塞的直徑, 如孔底高差大于25cm , 則將導(dǎo)管中心放在該導(dǎo)管控制范圍內(nèi)的最低處。澆筑前, 每個(gè)導(dǎo)管均下入可浮出漿面的導(dǎo)注塞, 堵塞導(dǎo)管底口。
澆筑導(dǎo)管內(nèi)徑采用180mm , 澆筑時(shí)導(dǎo)管定期進(jìn)行密封承壓試驗(yàn)。導(dǎo)管開(kāi)始澆筑時(shí), 先下入導(dǎo)注塞, 將導(dǎo)注塞壓到導(dǎo)管底部, 將管內(nèi)泥漿擠出管外。然后將導(dǎo)管稍微上提, 使導(dǎo)注塞浮出, 一舉將導(dǎo)管底端被混凝土埋住, 保證后續(xù)澆筑的砼不致與泥漿摻混。槽孔砼澆筑嚴(yán)格遵循先深后淺的順序, 從最深的導(dǎo)管開(kāi)始, 由深到淺依次開(kāi)澆,直至全槽砼面基本澆平以后, 再全槽均衡上升。澆筑過(guò)程中, 保持導(dǎo)管埋入砼的深度不小于1m、不超過(guò)6m , 維持全槽砼面均衡上升, 控制其高差在015m 范圍內(nèi)。每30min 測(cè)量一次槽孔砼面, 每2h 測(cè)定一次導(dǎo)管內(nèi)砼面, 在開(kāi)澆和結(jié)尾時(shí)適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù); 槽孔內(nèi)砼面上升速度大于2m/ h , 并連續(xù)上升到設(shè)計(jì)高程; 澆筑過(guò)程中作好砼面上升的記錄, 防止堵塞、埋管、導(dǎo)管漏漿和泥漿摻混等事故的發(fā)生。在砼澆筑時(shí), 按要求在出機(jī)口和槽口入口處隨機(jī)取樣, 檢驗(yàn)砼的物理力學(xué)性能指標(biāo), 不合格砼嚴(yán)禁入槽。
(3) 相鄰槽孔混凝土接頭采用抓鑿法接頭工藝時(shí), 精確標(biāo)記, 孔位每次移動(dòng)定位時(shí)要嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。先抓除300mm Ⅰ序塑性砼墻體至設(shè)計(jì)深度, 然后用鋼絲刷子上下刷洗, 以保證砼搭接厚度和質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3 特殊情況處理　　(1) 在成槽過(guò)程中, 對(duì)固壁泥漿漏失量作詳細(xì)測(cè)試和記錄, 以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題, 作好堵漏和補(bǔ)漿準(zhǔn)備, 并查明原因, 采取措施進(jìn)行處理。根據(jù)實(shí)際施工情況, 在固壁泥漿性能指標(biāo)基本滿(mǎn)足要求的前提下, 適當(dāng)調(diào)整泥漿配比,并適當(dāng)放緩?fù)诓鬯俣? 待固壁泥漿漏失量正常后再恢復(fù)下沉抓槽; 　　
(2) 當(dāng)出現(xiàn)塌孔時(shí), 應(yīng)盡快補(bǔ)充大比重泥漿, 以穩(wěn)定孔壁; 回填適量的渣土, 平衡孔壁土壓力; 向孔內(nèi)加入粘土、鋸末、水泥等, 確保孔壁穩(wěn)定和槽孔安全。
4 結(jié)　語(yǔ)
　　水庫(kù)除險(xiǎn)加固后, 現(xiàn)場(chǎng)觀察表明, 大壩下游的沼澤情況已經(jīng)顯著改觀, 原沼澤區(qū)地面干燥并出現(xiàn)大面積鹽堿; 大壩監(jiān)測(cè)成果顯示, 壩體浸潤(rùn)線(xiàn)比除險(xiǎn)前已顯著降低, 說(shuō)明防滲墻已起到顯著的作用。塑性混凝土因其彈性模量低,極限應(yīng)變大, 使得塑性混凝土防滲墻在荷載作用下, 墻內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變都很低, 可提高墻體的安全性和耐久性; 而且施工方便, 節(jié)約水泥,降低工程成本, 較剛性混凝土在力學(xué)特性上具有顯著優(yōu)點(diǎn), 因此具有廣闊的發(fā)展前景。

原作者：蔣小健