塑性混凝土防滲墻在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

摘　要: 混凝土防滲墻技術(shù)已廣泛用于病險水庫土石壩的防滲加固, 本文通過該技術(shù)在新疆阿勒泰地區(qū)阿克達(dá)拉水庫除險加固工程中的應(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。
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。水庫為引水注入式平原水庫, 是一座以調(diào)蓄、灌溉為主兼顧養(yǎng)殖的中型水庫。設(shè)計庫容3 000 ×104m3 , 死庫容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)場及福?？h25 ×104 畝農(nóng)田。水庫主要由入庫陡坡、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4 000m , 其中主壩長3 600 m , 副壩長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)造線方向基本一致。庫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,被水利部列為病險庫。
阿克達(dá)拉水庫除險加固工程對主壩壩體防滲選用薄壁抓斗塑性混凝土防滲墻技術(shù), 防滲墻軸線位于壩軸線處, 全長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)計墻體厚為013m , 塑性砼墻配合比采用一級配, 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) 布置施工平臺及導(dǎo)向設(shè)施抓斗施工平臺設(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足抓斗施工所需8m 寬的施工平臺的要求。開挖試驗表明, 壩體開挖后墻壁穩(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開挖了一條槽溝, 來標(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)拉水庫的地質(zhì)情況, 單個槽孔長度為810m , 采用間隔槽段造孔。槽孔總長2 904m , 分為363 個槽段, 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,后自動流入泥漿池并不斷攪動循環(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)計要求。成槽過程中, 對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 , 槽孔長度采用810m。
(2) 槽孔中心線與垂直度
　　各槽孔中心線位置在設(shè)計防滲墻軸線上,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在任一深度的偏差值應(yīng)能保證搭接墻厚度滿足設(shè)計要求。抓槽前先認(rèn)真校對孔位, 抓斗縱面軸線與防滲墻設(shè)計軸線結(jié)合, 抓斗上下升降過程中保持平穩(wěn), 避免左右擺動。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高程,沿防滲墻軸線每間隔20m 布設(shè)一個先導(dǎo)孔, 針對局部地段地質(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高程并報監(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, 施工方及時對孔位、孔深、槽孔長度、寬度及孔斜等施工質(zhì)量進(jìn)行自檢,自檢合格后報監(jiān)理單位驗收, 驗收合格后進(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)計要求為C5W6 , 通過配比試驗1m3 混凝土施工配合比(重量配合比) 材料用量見表1 。
　　(2) 混凝土入槽時的坍落度為18～22cm ,任何情況下不得低于15cm; 擴(kuò)散度為34 ～40cm; 混凝土的初凝時間不小于6h , 終凝時間不大于24h 。
　　(3) 水泥選擇布爾津水泥廠生產(chǎn)的屯河牌4215MPa 普通硅酸鹽水泥, 混凝土骨料選擇在183 團(tuán)料場購買, 粘土選用184 團(tuán)粘土料場土料, 膨潤土選用184 團(tuán)膨潤土廠的產(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, 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 , 澆筑時導(dǎo)管定期進(jìn)行密封承壓試驗。導(dǎo)管開始澆筑時, 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)管開始, 由深到淺依次開澆,直至全槽砼面基本澆平以后, 再全槽均衡上升。澆筑過程中, 保持導(dǎo)管埋入砼的深度不小于1m、不超過6m , 維持全槽砼面均衡上升, 控制其高差在015m 范圍內(nèi)。每30min 測量一次槽孔砼面, 每2h 測定一次導(dǎo)管內(nèi)砼面, 在開澆和結(jié)尾時適當(dāng)增加測量次數(shù); 槽孔內(nèi)砼面上升速度大于2m/ h , 并連續(xù)上升到設(shè)計高程; 澆筑過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, 按要求在出機(jī)口和槽口入口處隨機(jī)取樣, 檢驗砼的物理力學(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, 精確標(biāo)記, 孔位每次移動定位時要嚴(yán)格對準(zhǔn)標(biāo)記。先抓除300mm Ⅰ序塑性砼墻體至設(shè)計深度, 然后用鋼絲刷子上下刷洗, 以保證砼搭接厚度和質(zhì)量滿足設(shè)計要求。
3 特殊情況處理　　(1) 在成槽過程中, 對固壁泥漿漏失量作詳細(xì)測試和記錄, 以便及時發(fā)現(xiàn)問題, 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)實際施工情況, 在固壁泥漿性能指標(biāo)基本滿足要求的前提下, 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, 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?？妆诜€(wěn)定和槽孔安全。
4 結(jié)　語
　　水庫除險加固后, 現(xiàn)場觀察表明, 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)測成果顯示, 壩體浸潤線比除險前已顯著降低, 說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