振動(dòng)沉模板墻在浮崗水庫(kù)大壩加固中的應(yīng)用

劉長(zhǎng)義 ，許欽紅 ，許 衡

（1.單縣水務(wù)局，山東 單縣 274300；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

浮崗水庫(kù)位于菏澤市單縣西南部，屬大（2）型平原水庫(kù)，庫(kù)區(qū)面積19.13km2，設(shè)計(jì)總庫(kù)容1.04億m3，年供水量1.76億m3。水庫(kù)始建于1958年，水庫(kù)大壩構(gòu)筑就地取材，主要由沙壤土構(gòu)成，屬沙壤土均質(zhì)土壩。蓄水造成庫(kù)外大面積次生鹽堿化，1962年被迫停蓄還耕。1994年對(duì)圍壩進(jìn)行修復(fù)，2001年蓄水運(yùn)行。水庫(kù)運(yùn)行后,因庫(kù)周圍地下水位太高，部分土地發(fā)生鹽堿化，其原因主要是壩體滲漏嚴(yán)重，經(jīng)勘察滲透系數(shù)為 2.11×10-5～6.23×10-3cm/s，年滲漏量為 2119.7 萬 m3，占總庫(kù)容的20.3%。因此壩體滲漏處理列入了水庫(kù)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目的主要內(nèi)容。

1 基本原理

1.1 沉拔模系統(tǒng)

包括步履式樁機(jī)、振錘、夾頭、空腹模板、水泵等。步履式樁機(jī)有自攜軌道及可調(diào)立柱垂直度的結(jié)構(gòu)，有前后行走和360°旋轉(zhuǎn)的功能，對(duì)于模板準(zhǔn)確就位、確保模板連接可靠有重要作用；振動(dòng)錘為90kW機(jī)械振動(dòng)錘；液壓夾頭是振錘與模板的連接，可以迅速而安全夾持和松開模板，以便迅速完成沉模和灌注作業(yè)?？崭鼓０迨浅聊Ｔ觳酆吞崮９酀{的主要設(shè)備，橫斷面為H型，模板的前側(cè)有導(dǎo)向槽；水泵的作用是沖水造槽、沖洗泥沙和潤(rùn)滑模板。

1.2 制輸漿系統(tǒng)

包括攪拌機(jī)、儲(chǔ)漿桶、混凝土泵、運(yùn)漿車、輸漿管路等。攪拌機(jī)攪制漿液，由運(yùn)漿車運(yùn)至儲(chǔ)漿桶進(jìn)行二次攪拌防止沉淀，然后由混凝土泵通過高壓輸送管路輸送到模板內(nèi)灌注成防滲板墻。

1.3 振動(dòng)沉模原理

振動(dòng)錘夾頭及模板共同組成振動(dòng)體系。振動(dòng)體系的強(qiáng)大激振力，將模板沉入地層中，同時(shí)以高壓水沖刷地層并將地下砂土攜至地面上來，造成槽孔。模板沉入地層后，向模板內(nèi)注滿漿液，然后在提升模板的同時(shí)將空腹模板內(nèi)的漿液從其下端注入槽孔內(nèi)。在振動(dòng)造槽及灌漿提模時(shí)，空腹模板起到了護(hù)壁作用，完全避免了其他防滲墻技術(shù)縮壁和塌壁的缺點(diǎn)，從而成為造槽、護(hù)壁、澆注一次性成墻的新工藝，保證了漿體在槽孔內(nèi)良好的充盈性和連續(xù)性。沉模模板采用雙模板工藝，交替沉模，先沉入的模板可作為后沉入模板的導(dǎo)向，保證相鄰模板的完整連接。模板在沉入和提拔時(shí)均產(chǎn)生17.5次/s的高頻振動(dòng)，對(duì)已經(jīng)注入槽孔內(nèi)但未凝固的漿液有振搗作用，使所有未凝固漿體產(chǎn)生混合、密實(shí)。

2 應(yīng)用情況

浮崗水庫(kù)防滲板墻長(zhǎng)度7400m，位于圍壩0+000～7+400壩段，設(shè)計(jì)墻厚20cm，墻頂高程54.5m，墻底高程33.00m（平均），防滲板墻深度21.2～23.2m。插入粘土層1m。防滲墻位于上游壩肩5.0m的壩頂。設(shè)計(jì)參數(shù)：滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s（28d）,抗壓強(qiáng)度 1.5～3.0MPa(28d),彈性模量 800～1200MPa(28d)。

2.1 試驗(yàn)確定施工參數(shù)

施工前首先進(jìn)行了工藝性試驗(yàn)，試驗(yàn)位置確定在壩頂7+380～7+374段，距防滲板墻設(shè)計(jì)位置下游3.0m處，長(zhǎng)度6m，10個(gè)單板墻。試驗(yàn)指標(biāo)：墻深21.8m，墻厚20cm，單板墻工程量13.08m2，試驗(yàn)工程量130.8m2。

對(duì)試驗(yàn)段檢測(cè)，試驗(yàn)28d后經(jīng)挖坑檢查，板墻連續(xù)完整，搭接完好。鉆孔取芯后對(duì)芯樣進(jìn)行深度標(biāo)記。對(duì)芯樣抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、彈性模量試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表1：

表1 芯樣檢測(cè)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比，均滿足設(shè)計(jì)要求。各施工參數(shù)如下：

漿液配比為水泥︰砂︰粉煤灰︰膨潤(rùn)土︰外加劑︰水=1︰5.22︰1.26︰0.57︰0.006︰1.76； 漿液比重為≧1.6g/cm3；采用材料為水泥：山水PC32.5R；砂：中砂；粉煤灰：Ⅱ級(jí)；膨潤(rùn)土：鈣質(zhì)；外加劑：減水劑；施工機(jī)械為振動(dòng)沉模機(jī)、350型攪拌機(jī)、漿液壓縮機(jī)等。

2.2 振動(dòng)沉模防滲板墻施工

1）施工工藝(如圖 1 所示)：

圖1 施工流程圖

2）施工方法

施工方法及順序?yàn)闇y(cè)定防滲板墻軸線即施工軸線，并用固定樁臨時(shí)標(biāo)記，誤差不超過2cm；沿壩軸線平整寬6m的平臺(tái)，以便振動(dòng)沉模機(jī)行走。沿施工軸線開挖一道寬0.4m、深0.6m左右的漿液預(yù)留槽，防止?jié){液因四處溢流而造成浪費(fèi)；沉模機(jī)就位，校正沉模機(jī)立軸，保證其垂直度在5‰以內(nèi)；A模板沿施工軸線沉入地層達(dá)到設(shè)計(jì)深度；B模板沿A模板設(shè)置軌道沉入地層達(dá)到設(shè)計(jì)深度；A模板腹內(nèi)注漿，注滿漿后，振動(dòng)提升A模板，邊振動(dòng)提升邊注漿，直至拔出地面；A模板沿B模板設(shè)置軌道沉入地層達(dá)到設(shè)計(jì)深度；B模板腹內(nèi)注漿，注滿漿后，振動(dòng)提升B模板，邊振動(dòng)提升邊灌注，直至拔出地面，循環(huán)以上步驟。堤頂每100m設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)寬各為2m、深1.5m的沉淀池，沉模時(shí)產(chǎn)生的泥漿沿施工槽流入沉淀池，經(jīng)沉淀池進(jìn)行沉淀、晾曬和存放后統(tǒng)一環(huán)保處理。

3)質(zhì)量控制

影響板墻質(zhì)量的主要因素有原材料、漿液配合比、沉模深度、提升速度、振動(dòng)頻率等，對(duì)此采取以下控制:

a）漿液質(zhì)量：按漿液配比專職質(zhì)檢員定時(shí)不定時(shí)抽檢配料情況，漿液比重作為一重要指標(biāo)每2～3h檢測(cè)一次；b）沉模深度：在模板做標(biāo)記，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)旁站檢查，采用電子成像跟蹤設(shè)備記錄沉模過程；c）沉模提升速度：嚴(yán)格按試驗(yàn)數(shù)據(jù)控制在2～3m/min，防止過快過慢，過快可能造成不密實(shí)，過慢造成粉煤灰上浮強(qiáng)度不均；d）振錘頻率：施工中不定時(shí)檢測(cè)振錘頻率，保持在17.5次/s范圍。

3 檢測(cè)及效果分析

質(zhì)量檢測(cè)采用鉆探取芯，取芯后應(yīng)對(duì)芯樣進(jìn)行深度標(biāo)記并及時(shí)養(yǎng)護(hù)。選取壩基砂壤土層及粉砂層的兩處芯樣進(jìn)行檢驗(yàn)，內(nèi)容包括滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等，以判定墻體質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。鉆機(jī)應(yīng)用Φ108巖心管取芯，取芯深度為12～21.8m。進(jìn)行雷達(dá)無損檢測(cè)效果分析如下：

1）從大壩頂面觀測(cè)，沿壩軸線形成一道寬0.2m的防滲板墻。經(jīng)檢測(cè)，未見兩板之間開縫、錯(cuò)位現(xiàn)象，從平面看已形成一道連續(xù)的防滲墻。

2）模板振頭是一個(gè)向下垂直的楔形體，振動(dòng)沉板時(shí)，模板對(duì)兩側(cè)壩土體產(chǎn)生擠壓振密，提拔模板時(shí)，壩土體產(chǎn)生回彈作用。從探坑看，壩土體回彈時(shí)與漿液發(fā)生了混溶現(xiàn)象，混溶帶約10～20cm，兩者之間未見明顯的接縫。

3）沿防滲板墻線開挖1處，坑深4m，發(fā)現(xiàn)防滲板墻連續(xù)緊密，無裂縫，無開叉，墻體表面平整。兩板之間接縫加厚。取防滲板墻試樣3組，抗壓強(qiáng)度平均值 2.2～5.4MPa，彈性模量平均值 858～1150MPa，滲透系數(shù)(0.5～0.8)×10-7cm/s滿足設(shè)計(jì)要求，大壩滲流量減少明顯。

4）防滲板墻施工前后對(duì)地下水位影響：在水庫(kù)周邊選擇了5眼具有代表性的機(jī)井進(jìn)行觀測(cè)，以黃海為基面，結(jié)果如表2：

表2 觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

浮崗水庫(kù)大壩防滲處理采用振動(dòng)沉模防滲板墻防滲效果明顯。振動(dòng)沉模防滲板墻深度第一次突破20m（以往都在20m以內(nèi)），大部在21.2m，部分壩段達(dá)23.2m。成功地將廢液進(jìn)行了無污染處理，保護(hù)了施工環(huán)境，為其他工程項(xiàng)目提供了施工經(jīng)驗(yàn)。