塑性混凝土防滲墻技術在南掌水庫除險加固工程中的應用

唐永祥

（云南省元江縣水利局 元江縣 653300）

劉井鵬

（中南大學有色金屬成礦預測教育部重點實驗室地球科學與信息物理學院 長沙市 410083）

1 水庫基本情況

1.1 水庫概況

南掌水庫于1958年10月開始興建，斷斷續續施工期長達22年，至1979年大壩填筑高度42.6 m，1985年填平補齊壩面至現狀壩體。水庫總庫容427.5萬m3，大壩為風化料均質土壩。

1.2 水庫工程地質

（1）壩體工程地質條件。

根據大壩軸線地質剖面圖鉆孔ZK01～ZK03揭示，壩土主要有含礫粉質粘土、含細礫土里砂(透鏡體)、含細粒土角礫(透鏡體)組成，鉆孔注水試驗滲透系數 k 為（7.0×10-5～8.6×10-4）cm/s。

（2）壩基工程地質條件。

根據大壩軸線地質剖面圖鉆孔ZK01～ZK03揭示，壩基位于全強風化粉砂質板巖地層上，鉆孔壓水試驗 q 值為（3.7～24.7）Lu。

（3）壩肩工程地質條件

兩岸為全風化粉砂質板巖，鉆孔壓水試驗q值為（6～173）Lu。

2 水庫病險情況

大壩上游坡穩定，下游坡在各種工況下抗滑、抗震穩定安全系數均小于規范值，現未經受非常運行考驗，壩坡已發生局部蠕動，因而下游坡結構不穩定；大壩施工斷斷續續，接頭多，層間刨毛結合及碾壓質量均差，截水槽深度不夠，投入運行以來，一直存在滲漏問題，雖作過兩次帷幕灌漿，但浸潤線仍偏高，導濾體失效，下游壩坡大面積潮濕漏水，兩壩肩山體結合部及基礎均有滲漏，總滲漏量偏大，雖然滲水不帶泥沙，但大壩滲流仍然不正常。

3 水庫治理方案

混凝土防滲墻技術的原理是用專烏卡斯鉆機，在已經建好的壩體或者覆蓋層的透水地基中建設槽型孔，同時用泥漿護壁，然后利用高壓泵把泥漿壓入到孔底，泥漿攜帶巖渣從孔底返回至地面，再使用直升導管等向槽孔內部澆筑混凝土，這樣就可以形成一道連續的混凝土墻來起到防滲的目的。

塑性混凝土防滲墻與普通混凝土防滲墻相比，除了具有普通混凝土防滲墻的適應地質條件廣泛、施工方法成熟、質量可靠、防滲效率高等特點外，還具有：低彈模，塑性混凝土的變形模量一般不超過2 000 MPa；高抗滲性，塑性混凝土滲透系數K一般為（10-7～10-8）cm/s；和易性較好，便于澆筑；經濟效益明顯，由于塑性混凝土配比中用粘土替代了部分水泥，減少了水泥用量，節約了工程成本。本工程塑性混凝土的配合比為：“水泥：膨潤土：砂：石：水：外加劑=1∶0.80∶5.45∶0.00∶1.60”。

南掌水庫大壩壩身為人工填筑、碾壓建成，壩身存在壓實度不均勻的情況。壩身經過兩次純水泥漿灌漿后，在大壩軸線位置上形成了水泥漿與土體結合的硬塊，且帷幕厚度增加，軟硬不均勻。

根據前期勘探的地質資料，基于水庫的病險情況，制定以下治理方案：在大壩軸線上建造一塑性混凝土防滲墻，防滲墻厚0.6 m，共劃分為15個槽段，1#槽段和15#槽段長7.3 m，其余每個槽段長7 m，軸線長度 105.6 m，第 14#槽為合攏槽段，槽深（21.9～41.0）m，平均槽深34.62 m，混凝土澆筑方量2 184.89 m3。

4 大壩混凝土防滲墻施工方案

劃定奇數槽段為施工Ⅰ序槽段，偶數槽段為施工Ⅱ序槽段，工程按照從左到右、先Ⅰ序后Ⅱ序的順序施工進行混凝土導向槽的制作，在壩頂施工平臺上進行沖擊鉆道軌的鋪設，在已鋪設好的道軌上進行沖擊鉆的組裝調試之后開始第1#槽段的造孔，防滲墻基巖部分采用“鉆鑿法”造孔；壩土部分采用“兩鉆一抓”法進行造孔。

造孔完成后，進行混凝土澆筑。混凝土澆筑應遵循先深后淺，連續進行、均勻上升的原則。混凝土面上升速度要求不小于2 m/h，混凝土面高差應小于0.5 m，埋管深度在（1～6.0）m范圍內。澆筑過程中每30 min測一次混凝土面，現場繪制混凝土澆筑圖，及時掌握各項數據。為消除上部浮漿對混凝土頂面的影響，在澆筑時使最后澆筑的混凝土從導槽頂面溢出，直至無浮漿為止。

5 防滲墻主要參施設備

5.1 鉆孔設備

（1）2臺CZ-22沖擊鉆機，使用Φ600 mm鉆具。

（2）4臺CZ-30沖擊鉆機，使用Φ600 mm鉆具。

（3） 1臺 GB-24抓斗，使用 2 500 mm×600 mm抓頭。

5.2 混凝土攪制設備

選用2臺強制500型混凝土攪拌機，配備自動上料系統。攪拌站安裝2臺JS750型混凝土攪拌機和1臺PLD2000型電子配料機，用1臺HBT60C型砼輸送泵輸送混凝土。攪拌站配置一臺ZL40型鏟車上砂石料。

6 混凝土防滲墻施工

6.1 混凝土防滲墻施工工藝見附圖

附圖 施工工藝流程圖

6.2 槽孔施工

混凝土防滲墻工程在施工第1#槽段時按計劃方案采用“兩鉆一抓法”成槽，由CZ-30型鋼絲繩式沖擊鉆鉆進主孔，GB-24液壓抓斗抓取副孔土體，采用直升導管法澆筑成墻。Ⅰ、Ⅱ期槽段間的接頭采用套打一鉆的連接方式。后來由于原壩身曾進行過兩次灌漿處理，局部純水泥漿灌漿體帷幕厚度達0.6 m，對壩體土體性質有較大影響，在防滲墻范圍內的土體改變為軟硬不一的不均質體，致使抓斗抓取副孔時無法控制孔斜率，而重復修孔不僅嚴重影響工期，所投入的人力物力也相應增加。因此我們得出結論：“兩鉆一抓法”的施工工藝不適合南掌水庫防滲墻工程施工，認真研究后決定在后來的防滲墻施工中改取“鉆鑿法”（全部采用沖擊鉆鉆進）成槽、抓斗只輔助清孔的施工工藝。這樣雖然壩體內原灌漿體對沖擊鉆成槽仍有很大影響，但是部分緩解了施工工期和成本控制的壓力。

6.3 混凝土澆筑

本工程標準槽段長度為7.0m，配置3套直徑220 mm導管，采用直升導管法進行澆筑。槽孔混凝土澆筑之前認真擬好澆筑方案，根據槽孔的具體深度及槽長合理配置導管。嚴格控制導管底口距槽底距離控制在（15～25）cm 范圍內；導管間距不大于 3.5 m；導管距一期槽孔端控制的間距為（1～1.5）m，距二期孔端間距為1m；當槽底高差大于0.25m時，應將導管置于控制范圍的最低處。混凝土澆筑前必須搭設好澆筑平臺，其上設置儲料斗等。澆筑時用混凝土泵將混凝土直接送入儲料斗，后吊起料斗并對準澆筑導管，打開閥門使混凝土沿導管注入槽孔內。使用沖擊鉆下設和起拔導管。

混凝土入導管之前必須先檢查其坍落度、擴散度和最大骨料直徑。其坍落度應為（18～22）cm，擴散度應為（34～40）cm。

混凝土澆筑應遵循先深后淺，連續進行、均勻上升的原則。混凝土面上升速度要求不小于2 m/h，混凝土面高差應小于 0.5 m，埋管深度在（1～6.0）m范圍內。

澆筑過程中每30 min測一次混凝土面，現場繪制混凝土澆筑圖，及時掌握各項數據。為消除上部浮漿對混凝土頂面的影響，在澆筑時使終澆混凝土從導槽頂面溢出，直至無浮漿為止。

6.4 接頭孔施工

防滲墻Ⅰ、Ⅱ期槽孔的接頭采用鉆鑿法，接頭鉆鑿時間控制在（24～36）h。

本工程采用這種接頭方法，主要考慮到這種接頭方法工藝簡單，不需專門的設備，形成的接縫可靠。只要控制接頭孔的造孔質量，接頭孔的空間位置要盡量與一期槽孔原主孔的位置保持一致；二是取決于二期槽孔時施工時清孔泥漿和對一期墻段端面的刷洗質量。當槽孔深度達到40m深，澆筑時間要達到10h，很難控制拔管的時間，起拔時間過早，混凝土尚未達到一定的強度，就可能出現接頭孔縮孔或垮塌；起拔時間過晚，接頭管表面與混凝土的粘結力和摩擦力增大，增加了起拔的難度，甚至被埋住。通過本工程對防滲墻的接縫開挖檢查的結果，證明選取的接頭方法是正確的。

6.5 混凝土澆筑過程中的檢查

混凝土澆筑過程中，在攪拌站出機口隨機取樣，檢測坍落度、擴散度、并取樣進行抗壓、抗滲、彈模試驗。在單元槽孔的澆筑過程中，取抗壓強度試件一組（分別從上、中、下三處各取一塊）。每三個單元槽段取一組抗滲，每四個單元槽段取一組彈模試件。

7 混凝土防滲墻質量檢測

本工程為塑性混凝土防滲墻，強度較低，只通過注水試驗檢查防滲墻抗滲性。分別在6#槽和12#槽內施工2個檢查鉆孔，孔深分別為36.0 m和23.5 m，防滲墻檢查孔共進尺59.5 m，注水試驗段11段，見附表。

附表 混凝土防滲墻質量檢測結果

注水試驗自上而下分段進行。試驗段長為5 m，注水試驗前先進行鉆孔沖洗至返清水為止。注水試驗采用呂榮注水試驗方法測定地層滲透性，其原理是借用水柱自重將水壓入鉆孔四周的裂隙中，并以一定條件下單位時間內壓水量（流量）的多少來反映地層的透水情況。

由注水試驗的數據計算出滲透系數K分別為2.61×10-7cm/s和 2.20×10-7cm/s， 均小于 5×10-7cm/s，證明防滲墻的抗滲性能符合設計要求。

8 混凝土防滲墻施工小結

南掌水庫除險加固大壩混凝土防滲墻工程施工過程中未發生質量缺陷事故，無安全事故發生。由于重復修孔的原因致使造孔系數偏大，混凝土澆筑量也相應偏大，總之該項目由于對施工工藝和質量控制得合理可行，鉆孔注水檢驗結果表明防滲墻質量符合設計要求，所以該項目按計劃圓滿完成。

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