“上墻下幕”在戶主水庫除險加固中的應用

楊興奮 滕州市水利建筑安裝公司，山東 滕州 277500

“上墻下幕”在戶主水庫除險加固中的應用

楊興奮 滕州市水利建筑安裝公司，山東 滕州 277500

戶主水庫壩體、壩基大量滲漏，嚴重影響大壩安全。在該水庫除險加固時采用了上部塑性混凝土防滲墻結合下部基巖帷幕灌漿對滲漏進行綜合處理的“上墻下幕”處理方案。文章對該方案在戶主水庫除險加固中的應用進行了介紹。

戶主水庫；滲漏；基巖帷幕灌漿；混凝土防滲墻

1 工程概況

戶主水庫位于滕州市東郭鎮境內，城河支流鄉河上游，距滕州城區17公里?？値烊?2026萬立方米，興利庫容1110萬立方米，控制流域面積44km2，是一座集防洪、灌溉、養殖、發電、工業供水等綜合利用為一體的中型水庫。該水庫壩型為壤土心墻壩，始建于上世紀60年代，由于受當時技術條件限制，壩體碾壓采用人工石碾，碾壓質量較差。經擊實試驗檢查，壤土心墻干密度范圍值為1.52～1.58g/cm3，平均值為1.55g/cm3；砂殼為砂質粗砂，結構松散，密實度差，抗滑穩定安全系數不滿足規范要求。由于壩體密實度差、填筑材料質量差異大，造成壩體、壩基大量滲漏，下游壩坡出現大面積浸潤現象，壩后長期積水，局部形成淤泥或沼澤地。鑒于戶主水庫存在的病險狀況及其對滕州市國民經濟發展起到的重要作用，山東省發改委以[2008]383號文批準對戶主水庫進行除險加固。

2 技術處理方案

鑒于水庫滲漏嚴重的現狀，選擇堵漏有效、截滲可靠、耐久性好的防滲漏處理方案，成為水庫除險加固工程成敗的關鍵。設計單位提出了“上墻下幕”綜合處理方案。即上部壩體采用混凝土防滲墻，材料采用C5塑性混凝土，以充分適應壩體變形；壩基基巖采用帷幕灌漿處理。防滲墻底部深入基巖1m，與灌漿頂高程搭接1. 0m，該段墻體采用C10混凝土。該方案解決了壩體與基巖接觸段帷幕灌漿注漿封口難、灌漿效果差的問題，又使防滲墻墻體底部支撐體的承載力得到大大提高。該方案保證了混凝土防滲墻與基巖帷幕灌漿有效地連成一體，起到了良好的防滲漏效果。

3 施工工藝

3.1 基巖帷幕灌漿

帷幕灌漿施工工藝主要包括：鉆孔、沖洗、壓水、灌漿和灌漿質量檢查等。

3.1.1 鉆孔

（1）壩體采用Φ108～127鉆頭開孔鉆進，泥漿護壁；入巖后無論巖石風化程度如何，都必須換用Φ73～89金剛石鉆頭進行鉆進，以便封堵嚴密，確保灌漿質量。

（2）孔位與設計孔位的偏差值不得大于10cm；孔深按設計要求進行施工。

（3）各機臺要嚴格、認真填寫施工記錄，做到時間連續、工作內容、進尺、地層及描述真實。

（4）終孔深度必須超過設計深度0.2～0. 3m以下，以防止洗孔時沉渣影響灌漿段長度。

（5）先導孔保留相應的巖土樣，以指導其后序列的灌漿施工。

3.1.2 封堵

戶主水庫采用孔段脹塞法進行封堵，封堵膠塞膨脹壓力大于灌漿壓力0.05MPa以上，對于破碎帶及全風化巖石要進行相應技術處理后，再進行封堵壓水、灌漿，以確保工程質量。

3.1.3 裂隙沖洗和壓水試驗

（1）先導孔應自上而下分段進行單點壓水試驗，壓力根據規范要求為0.3MPa，壓水時間按規范要求，穩定流量后結束。

（2）其他序孔在灌漿前全孔進行一次裂隙沖洗，灌漿前在孔底段進行一次簡易壓水。

（3）洗孔時，要以回水清無砂為止。

3.1.4 灌漿

（1）采用自下而上分段灌漿或綜合灌漿法，射漿管距孔底不大于50cm。如巖石灌漿段的長度不大于10m，可一次灌漿；大于10m時，應自下而上分段灌注。灌漿塞應阻塞在該灌漿段段頂以上0.5m處，防止漏灌。各灌漿段灌漿結束后可不待凝，但在灌前涌水、灌后返漿或遇其他地質條件復雜情況，則需待凝1～2h。

（2）灌漿漿液應由稀至濃逐級變換，帷幕灌漿漿液水灰比根據實際地層情況，采用5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）等六個比級。漿液變換原則如下：

1）當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比。

2）當某級漿液注入量已達300L以上，或灌漿時間已達3min而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比。

3）當注入率大于30L/min時，可根據具體情況越級變濃。

4）灌漿過程中灌漿壓力或注入率突然改變較大時，應查明原因，采取相應的措施處理。

3.1.5 灌漿結束和封孔

（1）采用自下而上分段灌漿法時，在該灌漿段最大設計壓力下，注入率不大于1L/min后，繼續灌注30min，可結束灌漿。

（2）封孔時，基巖部分采用0.5：1的濃漿進行灌注封孔，要根據鉆孔體積的120%調配漿液；心墻封孔采用黏土球封孔，填充時，每2m一層，分層搗實至壩頂。

3.2 混凝土防滲墻

防滲墻施工工藝主要包括：施工準備、造孔、混凝土澆筑及槽段連接、質量檢查等。

3.2.1 施工準備

3.2.1.1槽段劃分

戶主水庫防滲墻軸線長度共為937. 60m。根據本工程的地質條件及施工設備的特點，在劃分槽孔時考慮到提高抓斗工效，將槽孔長度確定為7.0m。

3.2.1.2導墻及施工平臺

導墻是防滲墻施工之前修建的臨時構筑物，它對防滲墻施工是必不可少的，其作用主要有：

（1）導墻的中心線就是防滲墻的中心線，由導墻可以確定和檢查防滲墻的平面位置。導墻頂面高程也是墻深、基巖面位置以及混凝土澆筑高程的基準。

（2）導墻和施工平臺共同保護孔口的土體，防止廢水和雨水在孔口附近漫流，在造孔過程中防止坍塌及污染槽內泥漿的情況發生。

（3）防滲墻的施工設備通常都很重，需要在施工平臺上作業，對導墻及施工平臺地面造成了很大的附加土壓力。導墻起到擋土墻的作用以保持槽口附近土體的穩定，施工平臺將上部荷載分散到大面積的地基土上。

3.2.1.3泥漿系統

泥漿系統是防滲墻施工的關鍵設施，由前漿站、供漿管路和泥漿回收凈化設施等組成。戶主水庫大壩防滲處理工程的泥漿配前采用干摻法，即把黏土粉碎過篩后，存放于黏土料場，使用時直接加入泥漿攪拌機，摻入外加劑攪拌即可。

3.2.1.4混凝土系統

混凝土攪拌和運輸系統應滿足DL/ T5199-204《墻規》的要求，即澆筑時槽孔內混凝土面上升速度不得小于2m/h，混凝土的拌和運輸能力應不小于最大計劃澆筑強度的1.5倍，在澆筑過程中因故中斷的時間不得超過40min。戶主水庫大壩防滲處理工程，使用自動化攪拌站，采用機械供料，自動稱量，攪拌，人工放料系統，混凝土攪拌機為1臺JS1000的強制式攪拌機，混凝土運輸采用排量為30m3/h的混凝土輸送泵。

3.2.2 造孔、混凝土澆筑及連接

3.2.2.1造孔

土層采用抓取法開槽施工，基巖部分用沖擊鉆進行成孔；抓挖施工過程中，采用泥漿進行護壁。

3.2.2.2槽孔清孔換漿

（1）槽孔的清孔換漿采用泵吸反循環法，在清除孔內廢渣的同時及時向孔內補充新鮮泥漿。

（2）對于二期槽，在清孔換漿結束前或清孔過程中用鋼絲刷子鉆頭刷洗兩側槽段接頭處混凝土壁上泥皮，至刷子鉆頭不帶泥屑、孔底淤積不再增加為止。

（3）泥漿凈化處理，經沉淀后處理后的泥漿可以供鉆孔時重復使用，混凝土澆筑時將未被污染的泥漿抽送至其他槽孔或泥漿池重復利用。沉渣由反鏟清挖、自卸汽車運至指定的棄渣場。

3.2.3 水下混凝土澆筑

（1）砼施工物理特性指標、砼配合比根據設計要求經試驗確定。

（2）砼澆注采用水下直升導管法，采用Φ250mm鋼制導管，絲扣連接。導管安裝采用人工配合鉆機安裝，安裝的間距、深度執行防滲墻施工規范。

（3）水下砼澆筑采用球塞式隔水栓，導管距孔底的距離大于球塞的直徑。

（4）砼輸送泵送砼至儲料罐，再進溜槽分流進入各個導管。在澆筑砼中，控制各導管均勻下料，使槽內砼面高差小于0.5m，根據砼上升的速度和導管埋深及時抽拔導管，槽孔內砼面上升速度控制在3～7m/h之間。

（5）根據設計要求，砼防滲墻施工結束后，按設計要求處理導墻。

3.2.4 槽段連接

墻段連接采用鉆鑿法和接頭管法。結合以往施工經驗和現場吊車起吊能力，本工程對于孔深小于15m內的槽孔采用接頭管法；大于15m槽深的槽孔采用鉆鑿法處理。

3.2.5 質量檢查

（1）在防滲墻澆筑混凝土時，由試驗人員在槽孔入口處進行槽口隨機取樣，留作試件進行室內物理力學性能試驗。

（2）在防滲墻澆筑28天后，按監理工程師指示進行墻體質量檢查。

4 除險加固后壩基及壩體滲漏分析

（1）基巖帷幕灌漿結束后按《DL/ T5148-2001》規范要求，采用單點法進行檢查孔壓水試驗。采用壩前興利水位到河床（庫底）的水頭差的1.5倍壓力作為檢查孔壓水的最大壓力。在壓水試驗過程中，嚴格按照《DL/T5148-2001》規范中單點法的要求進行的，壓水試驗成果準確。根據統計數據表明，63個檢查孔壓水試驗的透水率為0.3～8.5Lu，全部達到設計要求。通過對各單元檢查孔透水率的分析可知，基巖帷幕灌漿工程截滲效果明顯，滿足了設計要求，達到了預期的目的。

（2）防滲墻施工完成后，經探地雷達檢測分析認為防滲墻墻體質量較好，混凝土均勻、密實，墻體連續性好。墻體底界不明顯，與下部介質結合較好，物體差異性較小。芯樣檢測表明混凝土強度及滲透系數滿足設計要求。

（3）工程實施后，無論從檢查孔壓水、大壩滲流穩定計算等防滲指標還是從實際防滲觀測結果都可以看出，主壩滲流穩定性增強，滲流量大幅減小，該方案對壩基滲流控制、減輕集中滲漏是合理有效的，解決了水庫滲漏嚴重的現狀。

5 結論與建議

（1）“上墻下幕”綜合處理滲漏，在技術上是可行的，在施工質量和處理效果上是好的，對壩基滲流控制、減輕集中滲漏是合理有效地。

（2）帷幕灌漿的關鍵是灌漿壓力的選擇和控制、漿液配比和灌漿工藝，在灌漿過程中要嚴密地監測與控制壓水試驗的透水率Lu值，對進行灌漿效果檢驗。

（3）灌漿參數的選擇必須通過現場試驗才能切實地確定。

（4）防滲墻的設計和施工在很大程度上受工程地質和水文條件的影響，在施工中發現的不良地質情況常會給工作造成被動。

（5）防滲墻工程是隱蔽工程，在過程中必須嚴格控制工程質量。

（6）防滲墻施工使用的機械較多，現場條件一般較差，必須強化現場管理。

[1]夏可風，孫劍，楊曉東，等.水工建筑物水泥灌漿施工技術規范.DL/T5148-2001 [S].北京:中國電力出版社.2002

[2]蔣振中，宗敦峰，李允中，等.水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范.DL/T 5199-2004 [S]. 北京:中國電力出版社. 2005

[3]趙然杭，王興菊，李書興,等. 滕州市戶主水庫除險加固工程施工質量檢測報告[R]. 濟南：山東大學土建與水利學院測試中心.2010

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.040

楊興奮，大學、工程師，研究方向：水利水電、道路橋梁工程施工。