丹江口大壩加高工程左岸土石壩防滲墻施工技術

王穗萍

（丹江口水力發電廠，湖北 丹江口 442700）

1 工程概述

丹江口大壩加高工程左岸土石壩壩型為黏土心墻壩，1＋159.61～1＋187.96原設計為高噴加固方案，因施工工期緊，施工難度大，經研究將高噴方案改為塑性混凝土防滲墻方案。防滲墻沿軸線劃分共11個槽段，其中I期槽段5個，Ⅱ期槽段6個。平均孔深50m，最大槽長5.4m，墻厚0.9m，鉆孔進尺2 671.24m，混 凝 土 澆 筑3 395.4m3，成 墻 面 積2 794.32m2。墻體抗壓強度7.5～10MPa、抗滲等級S8、彈性模量11 000～14 000 MPa。水泥采用32.5強度等級的礦渣水泥，外加劑采用高性能MF減水劑。

防滲墻墻頂高程164.00m，軸線長48.84m，底部與初期土石壩混凝土壓漿板連接，左端與初期土石壩心墻加固混凝土防滲墻對接，右端與大壩壩體相接。為保持防滲墻、墻底黏土、混凝土壩體三者之間形成緊密接觸，防滲墻右端與壩體接觸范圍內距上下游面0.1m各布置一排灌漿管，孔間距2.0m，孔深伸入大壩壩體內部20cm，防滲墻中間軸線上布置一排灌漿管，孔間距1.5m，孔深伸入底部壓漿板內2.0m。

2 施工方法

2.1 測量放線

根據設計圖紙和軸線控制坐標采用全站儀放出防滲墻中心線和導向槽兩條開挖邊線，以控制導向槽開挖。

2.2 導向槽施工

根據實際施工工作面，沖擊鉆布置在防滲墻軸線下游，鉆機施工平臺寬度為10m。軸線上游施工倒漿平臺寬度為3m。導向槽開挖區域內（樁號1＋159.61～1＋175.0，高程▽164.0～▽162.0），由于壩體填料無法開挖形成地槽，為了保障施工進度和開挖質量，沿軸線方向長18m、寬4m、深3m的區域內，采用PC300型反鏟全部開挖，回填黏土置換（共回填黏土240m3），分層碾壓密實，分3次完成。碾壓完成后，在墻中心線兩側0.55m用反鏟依據邊線垂直開挖，開挖寬度為0.6m，深度為1.2m，局部采用人工修整。

根據該部位特定的地質特征及設計防滲墻深度，導向槽兩側導墻采用矩形結構，軸線上下游導墻斷面為0.6m寬×1.2m高，采用C19F50／（二）鋼筋混凝土。導向槽澆筑采用地模，導墻間距為1.1m，混凝土與開挖垂直面結合。配筋及導墻結構見圖1。

圖1 防滲墻導墻和施工平臺斷面圖（單位：cm）

導墻混凝土采用20t自卸車運輸直接入倉，插入式振搗器振搗，人工澆筑、抹面。混凝土澆筑完后及時進行養護。

2.3 泥漿拌制

（1）制漿材料的選用

防滲墻成孔采用優質Ⅱ級鈣基膨潤土泥漿護壁及清孔換漿，分散劑為工業NaCO3。

（2）泥漿制備、檢驗

在施工現場磚砌儲量為300m3儲漿池，安裝兩臺ZJ－400高速制漿機，每次泥漿的攪拌時間為3～5min。

（3）按規定的配合比配制泥漿，各種材料的誤差不大于5%。泥漿處理劑使用前先配成一定濃度的水溶液，純堿水溶液濃度為20%。新制膨潤土泥漿檢測指標見表1。

表1 新制彭潤土泥漿性能指標

2.4 防滲墻槽段劃分

根據工期計劃、設備配置，防滲墻共劃分11個槽段，槽段劃分及布置見圖2。

圖2 防滲墻槽段劃分及布置圖

2.5 造孔施工

（1）造孔設備與方法

防滲墻鉆孔設備采用CZ－6A型沖擊鉆機進行成槽施工。造孔時先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，同一槽孔遵循先主孔后副孔沖擊鉆進，最后劈打小墻成槽。奇數孔為主孔，偶數孔為副孔。接頭孔鉆孔采用鉆鑿法，采用抽砂筒出渣的方法將廢漿提出槽外排入沉淀池中。

根據地層條件，主副孔施工均采用沖抓鉆進法，成槽是在初期土黏心墻內成墻，在該防滲墻成槽過程中沒有出現漏漿現象。在鉆進過程中若出現卵石層抓取困難時，及時更換沖擊鉆頭投入適量黏土進行沖擊鉆進。

（2）成槽技術標準

① 槽孔孔壁平整垂直，孔位中心允許偏差不大于3cm，最大孔斜率不大于0.3%。對于槽孔套接在任意深度的套接厚度不小于施工圖紙規定墻厚的1／3。

② 對I期槽孔兩端孔應分段（2～4m）檢查孔斜，保證了孔斜率符合設計要求，孔深、孔型，槽孔中任意高程水平斷面上沒有梅花孔、探頭石和濾浪形小墻等，符合設計要求。

③ 孔內泥漿面始終保持在導墻頂面以下30～50cm內，嚴防塌孔。

（3）清孔換漿

槽孔終孔驗收合格后，進行清孔換漿工作。

① 清孔驗收標準

各槽孔清孔換漿結束后1h，均達到下列標準：孔底淤泥厚度不大于10cm，孔內泥漿比重＜1.20g／cm3；泥漿黏度≤30s；泥漿含砂量≤12%。

Ⅱ期槽在清孔換漿結束之前，用刷子鉆頭清除Ⅰ期槽孔端頭混凝土孔壁上的泥皮，結束標準為刷子鉆頭上基本不帶泥屑，刷洗過程中孔底沉淀不再增加為準。在清孔驗收合格后4h內澆筑混凝土。

② 清孔方法

清孔原施工方案擬采用氣舉法出渣，但鉆孔施工時發現地層為黏土心墻，造孔產生的鉆渣為糊狀泥漿和液態泥漿，含沙量極少，為此在已施工的槽孔內試用“抽桶換漿法”清孔，5h后經復測孔內沉渣發現，厚度無變化。故改采用 “抽桶換漿法”清孔。

2.6 墻體內注漿管埋設

（1）設置固定注漿管鋼筋籠

由于水下混凝土在澆筑過程中會產生水平推力，造成注漿管水平位移或偏斜，無法垂直固定注漿管。為保證注漿管的垂直，每隔4m處用寬0.8m、高50cm鋼筋籠固定。

（2）墻體內注漿管的安裝

鋼筋籠制作完成后與注漿管牢固連接在水平地面上接長，用16t汽車吊裝，單組長度為12m。根據安裝位置和孔深，淺孔段一次性吊裝，深孔段分兩次或三次吊裝，槽口焊接。吊裝完成后，槽口用鋼制井架固定。

2.7 墻體混凝土澆筑

（1）混凝土的性能指標：入槽塌落度18～22cm，保持15cm以上時間不小于1h；擴散度34～40cm；混凝土初凝時間≥6h，終凝時間≤24h；混凝土密度≥2.1g／cm3。

（2）槽孔清孔驗收合格，預埋管下設完畢，槽內開始下設混凝土澆筑導管，混凝土導管為絲扣連接，管徑Ф250mm。

（3）混凝土澆筑導管中心離槽孔端部不大于1.5m，兩導管中心間距不大于3.5m。導管底口距槽底控制在15～25cm范圍內。

（4）混凝土澆筑采用直升導管法（Ф250mm）澆筑水下混凝土，8m3混凝土攪拌車直接輸送到槽口儲料槽，由分料斗進導管入槽孔澆筑。混凝土運至槽口后，采用溜槽下料，設專人放料保證混凝土順利入槽。在澆筑過程中，控制各料斗均勻下料，并根據混凝土上升速度起拔導管，導管埋入混凝土的深度控制在1.0～4.0m之間，最大埋入深度為不大于6m，混凝土上升速度為2.0～3.0m／h。

（5）水下混凝土澆筑前準備工作

①對I期槽段在接頭孔外側先用砂袋或黏土填堵密實，以防止澆筑混凝土時繞流。

② 吊放澆筑井架，下放導管，采用兩根導管澆筑，導管內徑為250 mm，采用絲扣連接，絲扣之間用橡膠密封圈密封。導管下設要求控制：Ⅰ期Ⅱ期澆筑均采用兩組導管，導管中心間距不大于3.5m，導管中心離槽孔端部不大于1.5m，當槽底高差大于0.25m時，要將導管置于控制范圍的最低處，導管底口距槽底距離要控制在15～25cm范圍內。

③ 在導管內放入隔水球膽。

④在槽口吊放泥漿泵，回收膨潤土漿液至泥漿池。

（6）混凝土澆筑工藝

混凝土供應能力在30 m3／h左右，來料均勻連續，和易性好。混凝土開澆時，首澆混凝土滿足開澆階段混凝土量的需要，導管埋入混凝土中不小于1m。在混凝土開澆后，開動泥漿泵回收泥漿，對最后還剩5m左右的污染泥漿則抽入廢漿池。球膽浮出泥漿液面后回收，以備下次使用。

采用直升導管法進行泥漿下的混凝土澆筑，澆筑時導管埋入混凝土深度最小為1.0m，最大為4.0m。保持槽孔內混凝土面均勻上升，上升速度在2.0～3.0m／h之間。每30min測定一次混凝土面的深度，保證混凝土面高差控制在0.5m范圍內。澆筑混凝土時，孔口設蓋板，以防雜物掉入槽孔內。

當混凝土不通暢時，將導管上下提動，提動幅度在30cm左右。混凝土的拌合、輸送連續進行。拆除的導管在指定位置沖洗干凈，堆放整齊。

（7）墻段連接

①本工程墻段接頭連接采用“鉆鑿法”施工，即Ⅰ序段和Ⅱ序段重疊一個孔位。

②左岸土石壩防滲墻與墻體底部的壓漿板連接時，為保證不損壞大壩底部壓漿板，此時嚴格控制造孔深度。在距壓漿板頂部高程1m時，采用減少沖程降低沖擊速度等措施造孔，保證了不損壞壓漿板事故發生。

③對于左岸土石壩防滲墻與主體工程40＃壩段斜墻（1∶0.25）的連接，設計要求必須干凈徹底清除混凝土表面的泥土，在每鉆進一個斜坡段槽段時，按照從左至右的順序鉆進，主、副孔及小墻鉆進完畢后，再用鉆頭從左至右順坡面刮擦，把混凝土表面黏土清除干凈，在右端槽孔用抽筒出渣，然后再用刷子鉆頭清洗混凝土表面，保證防滲墻與壩體之間結合完好，以免形成滲漏通道。

2.8 防滲墻左右端及墻底部注漿處理

（1）防滲墻右端及墻底底部注漿施工方法

為保持防滲墻、墻底壓漿板混凝土、混凝土與壩體三者之間形成緊密接觸，在墻頂右端斜坡水平長度15.24m范圍內，防滲墻體內距上下游面0.1m各布置一排接觸灌漿管，兩排孔呈梅花型布置，每排孔間距2.0m，孔深深入混凝土壩體0.2m，共14根；在加固防滲墻中間段軸線上（15.24m范圍以右至防滲墻右端端頭）布置1排灌漿管，孔間距1.5m，孔深深入底部壓漿板內2.0m，共計19根，預埋管管徑110mm。墻體內注漿管采用鋼管預埋，總孔數為33個，預埋注漿管管斜均小于0.3%，右端注漿在墻頂從預埋注漿鋼管底部鉆孔至混凝土壩體內0.2m，形成注漿通道。對該范圍的混凝土壩體與防滲墻墻體結合處采用水泥漿液進行充填注漿。底部壓漿板注漿在墻頂從預埋注漿鋼管底部鉆孔至底部壓漿板內2.0m，形成注漿通道。對該范圍的防滲墻墻體底部和壓漿板結合處采用水泥漿液進行充填注漿。

①工藝流程

灌漿管預埋→固定校正鉆機→鉆進至注漿部位相應設計深度→終孔驗收→阻塞注漿→預埋管水泥漿回填→孔口抹平。

②鉆孔

采用XY－2（300型）地質鉆機鉆孔，鉆具下至預埋鋼管底部，金剛石鉆頭鉆進，鉆孔孔徑為Ф76mm。有部分預埋管在澆筑混凝土過程中管內充填了混合漿液，在預埋管鉆進時則進行掃孔。5＃槽段兩根預埋管由于在混凝土澆筑時產生了偏移則兩孔在墻頂重新鉆孔至壓漿板以下2.0m，進行灌漿。

③制漿

采用高速螺旋水沖式制漿機制漿，制漿時，先按配比將適量的水和水泥倒入制漿機內，攪拌時間3min，連續制漿，連續供漿。水泥使用袋裝P.O42.5水泥。

④灌漿方式

采用孔內阻塞純壓法灌漿，進漿管下入距孔底50cm處，孔內頂壓式阻塞，1～19＃孔阻塞在預埋管底部以上0.5m處，20＃～33＃孔阻塞在預埋管底部以上1.0m處，灌漿完畢后立即提拔孔內阻塞器，直接下入注漿管至灌漿阻塞深度，注入新鮮0.5∶1水泥漿液進行孔內置換濃漿封孔。

⑤灌漿壓力

壓力表安裝在孔口回漿管路上，灌漿壓力小于0.049MPa。

⑥結束標準

孔口灌漿壓力達到0.049MPa的情況下，注入率小于1L／min再延續灌注30min后，終灌封孔。

⑦封孔

灌漿完畢后立即提拔孔內阻塞器，直接下入注漿管至灌漿阻塞深度，注入新鮮0.5∶1水泥漿液進行孔內置換濃漿封孔。凝固12h后，孔口液面有下降的孔再用砂漿回填，然后孔口抹平。

2.9 防滲墻重疊連接處注漿孔施工

如圖3，新防滲墻體左端槽與初期土石壩老心墻右端，采取重疊連接形式。即“三墻”重疊連接。為防止 “三墻”相交處的三角區出現滲漏通道，該區布置一個孔徑150mm的灌漿孔，一次成孔后，采用高壓水對孔內混漿進行反復沖洗，直到回水清潔后采用水灰比0.5∶1的水泥凈漿進行回填灌漿，切斷可能的滲漏通道。

圖3 新老墻體結合示意圖

2.10 漏漿、塌孔處理

由于本工程是在高水頭運行的情況下進行施工，防滲墻鉆孔施工的振動可能引起塌孔，漏漿，可能對壩體穩定產生不利的影響。為了防止漏漿、塌孔事故的發生，特采取了以下措施：

① 正常情況下，先完成Ⅰ期槽孔施工，再鉆Ⅱ期槽孔并完成混凝土澆筑。但是在庫水位較高狀態下施工時，由于沖擊造孔時的震動，槽孔內的泥漿壓力以及高流態混凝土的側壓力等因素，可能對壩體穩定產生影響，為了保證土壩施工安全，減少施工荷載，提高壩體穩定性，根據以往一些工程的經驗，采取降低槽孔漿面，減少泥漿比重，減慢混凝土澆筑上升速度和縮短槽孔長度及分區施工，槽孔跳打和鉆機分散布置等措施。

②施工中儲備足夠的堵漏材料以供備用。在造孔過程中，遇到漏漿情況，則采用改善泥漿性能，加大泥漿比重法，向孔內加入黏土、鋸末、水泥，回填黏土塊石反復鉆進積壓密實孔壁等措施，確保孔壁穩定和槽孔安全。

③ 在3＃、4＃槽施工中遇到塌孔事故，用裝載機向槽內回填黏土、塊石到槽口板底部，并在塌空范圍布置鋼筋，頂部澆筑2～3m混凝土，等混凝土凝固后重新開孔。

④ 按時進行施工期的壩體沉降位移觀測，未發現有位移現象。

2.11 施工質量檢查

（1）墻體物探檢測

為檢查防滲墻施工質量，利用預埋管布置跨孔聲波檢測，沿防滲墻軸線方向墻體進行了物探檢測，根據測區防滲墻混凝土體聲波總體分布情況來看，常態混凝土體的聲波速度分布范圍為2 900～4 500m／s，約占總數的94%以上；波速集中分布區域在3 300～4 300m／s之間，約占總數的85%以上；波速小于2 900m／s的約占總數的6%以下。測區防滲墻總體質量良好，骨料分布較均勻，混凝土膠結較密實，墻體一般完整且具連續性。

（2）鉆孔取芯及芯樣檢測

檢查孔孔徑150mm，單管雙動鉆孔取芯，全孔巖心采取率為90.1%，芯樣檢測單塊抗壓強度為9.5MPa，軸心抗壓強度平均值為9.1MPa，靜力抗壓彈性模量平均值為1.26×104MPa，抗滲等級為S9。檢測結果表明墻體指標滿足設計要求。

（3）注水試驗檢測

根據《水利水電工程注水試驗規程》（SL345—2007）對兩個槽段檢查孔進行了自上而下分段鉆孔分段注水，注水試段長度為5m，共分9段，滲透系數1.17×10－8～6.82×10－9，滿足設計防滲指標。

3 結 語

丹江口大壩加高左岸土石壩防滲墻加固共11個槽段，槽段單元劃分按照一個槽段為一個單元，共計11個單元，墻底接觸灌漿33個孔劃分為1個單元，全部合格，質量檢測評定，整體優良率為64.76%。