液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工技術在水庫大壩除險加固工程中的分析應用

宋翼

（湖南興禹水利水電建設有限公司 湖南興禹 415000）

1 工程概況

湖南某水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的中型水利工程,水庫總庫容2230萬立方米，設計灌溉面積1．48萬畝,由主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物組成。水庫除險加固主要項目為：主壩、副壩壩體、壩基防滲處理，壩頂、上、下游壩坡加固整治，重建主壩防浪墻，加高副壩，上、下游壩坡加固整治，增設排水溝；溢洪道加固等。

該水庫于60年代末建成，主壩壩頂高程為173.7m，壩頂寬7m，壩頂長117m，最大壩高約30m。由于當時施工條件的限制，壩體填土較松散，且經過近40年的運行，壩體及壩基滲漏嚴重，故主壩加固采用了液壓抓斗成槽混凝土防滲墻及帷幕灌漿綜合防滲技術，本文著重介紹液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工技術。

2 液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工技術

結合工程實際情況，防滲墻采用液壓抓斗機抓孔成槽的施工方案，分Ⅰ、Ⅱ序槽段進行施工，混凝土防滲墻接頭采用沖鑿方式。

2.1 主要施工機械設備

主要施工機械設備：QUY5OC液壓抓斗機1臺，導管提升機1臺，泥漿處理凈化器HB-200一臺，雙層泥漿攪拌筒1臺，3PN泥漿泵2臺套，2臺350型自落式拌和機組拌合站一套，混凝土泵機1臺。

2.2 液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工工藝

2.2.1 施工流程

液壓抓斗成槽混凝土防滲墻施工，首先把防滲墻劃分成若干施工槽段，每段長為6m。施工順序為：間跳槽段，即先進行Ⅰ序槽段沖孔成槽后才進行Ⅱ序槽段施工。抓孔成槽方法：采用QUY50C液壓抓斗機完成主孔成槽。

主要施工工序為：測量定位→導墻建造→抓孔成槽→清底→灌注混凝土等，詳細施工流程見圖1。

圖1 混凝土防滲墻施工流程圖

2.2.2 槽段劃分及導墻制作

槽段劃分：每6m為一槽，轉角位槽段根據施工平臺現場確定。

導墻是施工的重要組成部分,根據現場地質情況，結合以往施工經驗，導墻按“T”型式施工，導墻為C20鋼筋混凝土結構，墻高（深）為2m，2幅導墻間距為塑性混凝土墻的厚度。

導墻制作流程：測量定位→土方開挖→鋼筋制安→立模→混凝土澆筑→拆模、內支撐。

土方開挖采用機械或人工一次按導墻尺寸挖掘成型；導墻拆模后，為防止變形，在導墻間加設橫向木支撐，支撐間距為1～2m。

2.2.3 槽孔開挖

一期槽孔采用“三抓成槽”的施工方法，即先抓取兩側單元，再抓取中間單元。

二期槽孔采用“兩鉆一抓”的施工方法，即使用CZ一22型沖擊鉆機對Ⅰ序槽的端孔進行施工，然后使用QUY50C型液壓抓斗挖掘副孔。在導墻上標識槽段孔位，將抓斗正對孔位后進行垂直抓孔。端孔、副孔完工即完成該槽段成槽，經驗收合格后，即進行下一道工序的施工。成槽施工順序見圖2。

圖2 成槽示意圖

2.2.4 接頭施工工藝

液壓抓斗成槽混凝土防滲墻接頭應保持一定的整體性、抗滲性。由于本工程防滲墻墻體深度較深（最深30多米），為確保防滲墻的質量，本工程采用沖鑿接頭法的圓弧接頭施工工藝，具體施工方法為：

在Ⅰ序槽澆混凝土后端孔位置采用沖擊鉆鉆鑿混凝土至Ⅱ序槽槽底高程。Ⅱ序槽段接頭孔須在I序槽混凝土初凝后，方可進行施工。為確保Ⅰ、Ⅱ序槽的套接厚度能滿足設計要求，端孔及接頭孔施工必須嚴格控制其垂直度，鉆進過程每進尺2m必須檢測孔斜率一次，且接頭孔對位必須與端孔重合，以確保接頭任一深度套接墻厚不少于40cm。Ⅱ序槽澆混凝土前用鋼絲刷接頭錘將接頭洗刷干凈，確保接頭處混凝土連接密實，無夾泥。

2.2.5 泥漿制備

本工程根據地質情況及所選用的抓孔機性能，采用膨潤土成品料制造泥漿，其性能指標符合SY5060-85的規定。泥漿的性能指標和配合比通過現場試驗確定,泥漿性能指標符合表1的規定。泥漿配合比采用膨潤土︰CMC︰水︰Na2CO3=70︰1︰1000︰0.5。

表l新制膨潤土泥漿性能指標表

施工過程主要控制密度、漏斗粘度、含砂量,清孔換漿指標通過現場試驗確定。

2.2.6 清槽

在成槽過程中，為了把沉積在槽底的沉渣清出，需要對槽底進行清渣以提高地下防滲墻的承載力和抗滲能力，提高成槽質量。在清孔過程中，不斷向槽內泵送優質泥漿，以保持液面穩定，防止塌孔。由于本工程的槽孔較深，清槽采用氣舉排渣的清槽方法。

清槽時要做到內泥漿必須高于地下水位1.0m以上，并且不低于導墻頂面0.3m；清槽應不斷置換泥漿。清槽后，槽底以上0.2～1.0m處的泥漿比重應達到相關技術指標要求。施工時設專人進行檢測控制，檢測儀器采用比重計、含砂率筒及粘度計；清槽后及灌注混凝土前，會同監理及有關單位檢查槽底沉渣厚度。

2.2.7 防滲墻混凝土的生產、運輸

本工程防滲墻采用塑性混凝土，其配合比適用于地下防滲墻自流成形的施工柔性材料，它具有彈性模量低、抗拉強度較高、防水抗滲性能好等特點，可適應較大變形。由于加入透水性低的粘土和膨潤土，使混凝土具有大的流動、粘聚性（坍落度18～22cm，擴散度34～40cm）。

（1）混凝土攪拌站型式的選擇：由于本工程塑性混凝土防滲墻工程量較大，且工程所在地附近無生產塑性混凝土廠家，因此在塑性混凝土防滲墻工程施工現場附近設置自拌混凝土拌合站；根據工程特點選用兩臺350L型自落式混凝土攪拌機。

（2）混凝土生產：各類原材料嚴格按照規范及設計要求選擇，材料計量采用臺稱稱量，人工配合裝載機送料；混凝土攪拌機將裝在攪拌筒內的物料拌合均勻，現場塑性混凝土攪拌進行試拌，試拌時將膨潤土送入攪拌筒后加水拌和1.5min后加入水泥與砂料再拌和2～3min,使混凝土拌和均勻。

（3）混凝土運輸：為保證混凝土質量，防止離析等現象的出現，采用泵送混凝土，工作能力為60m3／h；混凝土沿輸送管送至澆筑段的導管集料斗內，混凝土自落入倉內，保持槽內混凝土面在導管出口以上，確保混凝土與泥漿分離。

2.2.8 水下混凝土灌注

當清槽滿足設計、規范要求后及時灌注水下混凝土,混凝土灌注采用導管法，水下混凝土使用現場自拌混凝土。水下混凝土澆筑采用直升導管法施工，根據槽段的尺寸，整個槽段設置二套導管，管徑200mm，采用法蘭連接，導管間距3m，導管距槽段兩端均為1.5m；混凝土在拌和站集中拌制，混凝土性能指標為：混凝土塌落度18～22cm，擴散度34～40cm，28d混凝土抗壓強度為R28=2～4MPa，初始彈性模量E28≤l000MPa，滲透系數K≤1.0X10-7cm／s。

為了保證混凝土澆筑質量、防止墻體夾泥滲漏，澆筑時必須使混凝土面均勻上升，并保證上升速度不小于2m／h，導管埋深在1～6m之內。澆筑混凝土時，嚴格控制導管的埋深，派專人對混凝土的上升面進行測量，并及時做好記錄，且每個單元（槽段）必須現場留置一組混凝土試塊。混凝土導管的安拆，由35t汽車吊配合進行，混凝土澆筑高程高于設計高程0.5m。

水下混凝土拌制及灌注根據設計和規范要求滿足以下條件，確保工程質量：

（1）根據設計塑性混凝土配合比進行塑性混凝土配制，攪拌。

（2）一個槽段內同時使用兩根導管時，其間距≤3m，導管距槽段接頭端不宜大于1.5m，槽內混凝土面整體基本均勻上升，上升速度不小于2m／h，并在混凝土初凝前灌注完畢。

（3）混凝土澆灌過程要專人測量其上升高度，嚴禁導管提離混凝土面，并做好灌注記錄。

（4）混凝土灌注過程必須嚴格控制最終灌注標高。

3 施工過程中特殊情況的處理措施

3.1 槽孔坍塌的預防

導墻要牢固，可做成連續超靜定結構的鋼筋混凝土導墻，以便有局部坍塌時還可依靠其整體的作用進行處理；槽孔長度劃分根據地質情況而定；防止廢水流入槽內，造成槽壁失穩掉落；儲備足夠的泥漿和堵塞材料，一旦發生大量漏漿時，及時進行處理，避免槽內漿面極速降落；施工過程中遇到容易坍塌的地層時，向該部位增加適量粘土或加大泥漿粘稠度，盡快成槽。

3.2 槽孔坍塌的處理

盡快補充大比重泥漿，以穩定孔壁；回填適量的渣土，平衡孔壁土壓力；投放適量水泥，封堵滲漏通道；待孔壁穩定后，盡快成槽，澆筑混凝土成墻。

3.3 漏漿的預防和處理

漏漿的預防：對槽孔兩側一定深度內土體進行振沖加密，制備性能良好、粘度較大和泥皮致密的固壁泥漿。

漏漿的處理：大量漏漿時馬上停止槽孔鉆掘，停止泥漿循環，迅速向槽孔內加注合格泥漿，保持漿面高度；向孔底投放加大泥漿粘度或使泥漿凝結的材料。

3.4 孔斜的預防和處理

機械底座置于穩固、平整的平臺或軌道上，對正孔位，在整個槽孔鉆進過程中不產生變形和沉陷；利用導板抓斗的測斜糾偏系統進行導向或糾偏。槽孔一旦孔斜過大，則回填后重新鉆孔，回填材料可為砂卵石、碎石或低標號混凝土；對由于鉆中孤石造成孔斜，可采用重錘法處理，其次采用小鉆孔爆破或定向聚能爆破的方法處理，將孤石爆破后再造孔。

4 防滲墻施工質量檢測與控制

本水庫大壩地質條件較復雜，采用液壓抓斗成槽防滲墻及帷幕灌漿交叉施工，經過近2個月的施工，共完成防滲墻長128m，成墻面積2433m2，澆筑塑性混凝土1463m3。施工過程檢測控制主要有造孔成槽檢測、泥漿質量檢測等項目，主要檢查新造泥漿、槽孔泥漿等指標，控制泥漿比重、含砂率及粘度是否符合要求。塑性混凝土的擴散度較大，但在澆筑過程需控制混凝土的澆筑速度均勻上升以及混凝土的質量是否符合設計及規范要求。

本水庫大壩防滲墻成墻后，由監理人員根據施工資料指定檢查位置進行鉆孔取芯試驗和開挖墻體兩側揭露墻體直觀檢測，檢查位置一般選取監理人員認為可能有潛在質量缺陷的部位。經檢測，墻體單軸抗壓強度和抗滲標準均達到設計要求值。

5 結語

綜上所述，本水庫防滲墻工程采用塑性混凝土，從而降低了水泥用量，降低了其彈性模量，使塑性混凝土與周圍介質的彈性模量接近，可使墻體適應變形能力大為提高，墻體內應力大為降低，從而能適應地基應力變化，同時也使施工成本大大降低。

本工程已竣工兩年,通過了兩個雨季及洪水的考驗，施工地段沒有發生大的滲漏，說明水庫大壩除險加固采用液壓抓斗成槽混凝土防滲墻技術方案是合理可行的，且取得了良好的實際效果。

[1]GB50287-99,水利水電工程地質勘察規范[S].

[2]李成柱,周志芳.堤防垂直防滲墻應用條件和防滲效果研究[J].勘察科學技術,2006,3.

[3]白永年,馬秀媛,顧淦臣,等.中國堤壩防滲加固新技術[M].北京：水利電力出版社，2002.

[4]徐有前.高壓噴射灌漿技術在大壩防滲加固中的應用[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2003.