二塘溝水庫壩基混凝土防滲墻設(shè)計(jì)施工的技術(shù)難點(diǎn)和對策

韓守都，余華英

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 前言

在水利水電行業(yè)內(nèi)，受條件所限，常遇到在深厚覆蓋層上修建大壩的工程，尤其新疆目前待開發(fā)的項(xiàng)目越來越集中在新疆南疆葉爾羌河流域上，葉爾羌河河床多為深厚覆蓋層，且地層地質(zhì)條件極為復(fù)雜，修建水利工程，壩基的基礎(chǔ)處理難度難來越大。隨著20世紀(jì)80年代初，葛洲壩水利樞紐大江圍堰防滲墻首次液壓抓斗、拔管法防滲墻接頭施工，1997年四川冶勒水電站完成了101m深槽試驗(yàn)施工，1998年黃河小浪底主壩防滲墻完成;2008年新疆下坂地深102m的混凝土防滲墻單槽孔的施工完成。基礎(chǔ)混凝土防滲墻越來越普遍使用，與其它防滲型式相比較混凝土防滲墻有自己的優(yōu)勢:墻體的結(jié)構(gòu)尺寸、墻體材料的滲透和力學(xué)性能可根據(jù)工程要求和地層條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，幾乎可適應(yīng)于各種地質(zhì)條件，從松軟的淤泥到密實(shí)的砂卵石、甚至漂石和巖層中，雖然施工有難易之分，但都可建成防滲墻;與其它防滲措施相比，防滲墻的防滲效率較高、耐久性好、用途廣泛、施工方法成熟，檢測手段簡單直觀，工程質(zhì)量可靠。

2013年5月中旬順利施工完成的新疆吐魯番地區(qū)二塘溝水庫工程大壩基礎(chǔ)防滲墻，最大成墻深度50m，墻厚1．0m，并在墻內(nèi)預(yù)埋帷幕灌漿管，墻下帷幕灌漿深度30～50m。二塘溝水庫工程大壩基礎(chǔ)防滲墻成功的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供了有益的參考經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

二塘溝水庫位于新疆鄯善縣二塘溝河中游河段，是一個(gè)具有灌溉、石油供水、防洪等綜合效益的水利工程，總庫容2360萬 m3，攔河壩壩高63．80m，屬中型Ⅲ等工程，大壩為3級建筑物。樞紐由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、開敞式溢洪道、泄洪兼導(dǎo)流洞、放水灌溉洞組成。大壩壩頂寬度為8m，壩長337m，上游壩坡坡度為1∶2．25，下游壩坡坡度為1∶2．0。壩基基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻加1排帷幕灌漿型式，防滲墻深入基巖。

壩址區(qū)河床與河漫灘寬122m，表層巖性主要為Qal4砂卵礫石，河床為深厚覆蓋層，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，據(jù)鉆孔揭示，覆蓋層一般厚30～60m，自上而下可劃分4層:第①層深度0～6．0m，為河床表層，地表細(xì)顆粒沖失，沉積顆粒粗大，最大粒徑1000mm左右，結(jié)構(gòu)疏松，透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)40m/d，相對密度 0．72 ～0．77;第②層深度 6．0m～13m，顆粒組成與第①層基本一致，結(jié)構(gòu)較松散;第③層深度13～42m，顆粒較小，以砂卵礫石層為主，局部夾少量薄層狀含土砂礫石層，較上部顆粒變小，大蠻石、卵石粗大顆粒含量減少，結(jié)構(gòu)密實(shí)，滲透系數(shù)17m/d左右，上部可見粗細(xì)顆粒互層現(xiàn)象，局部可見淺層承壓水;第④層深度42～50m，為含漂石的砂卵礫石層，砂礫石粒徑粗大，結(jié)構(gòu)密實(shí)。壩址河床覆蓋層均以卵礫石粗顆粒為主，粗顆粒起到了骨架支撐作用，砂和粉粒含量少，充填于粗顆粒的空隙中，卵礫石地層密實(shí)度自上而下逐漸增高，波速自上而下逐漸增大。

3 混凝土防滲墻設(shè)計(jì)

河床壩基寬124m，由于河床覆蓋層深厚、滲漏問題突出，故設(shè)計(jì)決定采用槽孔混凝土防滲墻防滲，墻長125m，最大深度50m，面積5320m2，厚度1．0m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C20，抗?jié)B等級W10，彈性模量E控制在22～31．5Gpa，入孔坍落度18～22cm，擴(kuò)散度34～40cm，最大骨料粒徑不大于40mm，槽孔孔斜率不大于0．3%，預(yù)埋灌漿管的孔斜率不大于0．3%。頂部通過采用混凝土基座(C25、W6、F200)與瀝青混凝土心墻連接，基座寬3．0m，厚1．5m，墻下基巖設(shè)1排帷幕灌漿。先澆防滲墻，后進(jìn)行帷幕灌漿，與兩岸及壩肩防滲帷幕一起形成完整的防滲體系。施工期間，河床覆蓋層左右岸坡基巖處，先導(dǎo)孔查明岸坡基巖形態(tài)，然后進(jìn)行防滲墻施工，并加密、加強(qiáng)帷幕灌漿，保證防滲墻與岸坡基巖接觸緊密。在防滲墻施工前進(jìn)行地質(zhì)復(fù)勘工作，復(fù)勘孔每個(gè)一期槽布置一個(gè)，兩岸陡坡段適量增加，復(fù)勘孔根據(jù)沖擊鉆穿透覆蓋層，在槽孔內(nèi)布孔勘探。

4 混凝土防滲墻施工

4.1 槽段劃分及造孔成槽

防滲墻施工分兩期進(jìn)行，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔。綜合考慮地層、墻體深度、設(shè)備能力等，防滲墻槽段劃分為兩種形式:深槽段劃分遵照“Ⅰ期小槽、Ⅱ期大槽”的原則，即所有Ⅰ、Ⅱ期槽槽長為6m，主孔1．0m，副孔1．5m;淺槽段槽長8．0m，主孔1．0m，副孔2．5m，共分22個(gè)槽段。防滲墻成槽采用“三鉆兩抓”法，主孔采用CZ-6型沖擊鉆機(jī)鉆鑿成孔。副孔上部覆蓋層為抓斗施工，底部基巖采用CZ-6型沖擊鉆機(jī)鉆鑿，直至終孔深度。防滲墻在造孔成槽過程保證槽孔壁平整垂直，孔位中心允許偏差不大于3cm、孔斜率不大于0．3%。

施工平臺寬度為17m，上游7m鋪設(shè)臥木、枕木和輕軌作為鉆機(jī)施工平臺，下游10m作為抓斗作業(yè)、倒渣、下設(shè)預(yù)理管、混凝土澆筑、臨時(shí)交通等施工平臺。導(dǎo)墻軸線與防滲墻軸線平行一致，采用全斷面開挖后立模澆筑鋼筋混凝土梯形斷面，高度2．0m。

固壁泥漿采用高性能泥漿，以粘土漿及膨潤土漿為主，不良地層段采用新型白色MMH正電膠泥漿，保證固壁效果，使深墻順利施工。

4.2 先導(dǎo)孔施工及確定基巖面

為了準(zhǔn)確判定基巖頂面的高程，確保防滲墻底部深入基巖內(nèi)，當(dāng)孔深接近預(yù)計(jì)基巖面時(shí)，即應(yīng)開始取樣，對巖渣樣成分進(jìn)行分析，直至巖樣判定為基巖。若巖渣確定基巖較困難時(shí)，為確保防滲墻底部深入基巖內(nèi)，防止因基巖成份的孤石、卵石或上部掉塊等因素造成巖樣誤判，根據(jù)現(xiàn)場施工情況分析，選擇合適的、已初判孔底為基巖的主孔或副孔，架設(shè)地質(zhì)取芯鉆機(jī)，并下套管至孔底，采用雙管單動(dòng)鉆具取巖芯驗(yàn)證，實(shí)際取芯進(jìn)尺4～12m。在壩軸線河床段壩基7個(gè)槽段完成了9個(gè)取芯驗(yàn)證鉆孔，鉆孔最大間距為28m，最小間距為2．5m，經(jīng)鉆孔取芯，巖芯呈柱狀，清晰明了。為此，可靠的驗(yàn)證并確定了實(shí)際的基巖面形態(tài)和高程，保證防滲墻可靠嵌入巖石。

4.3 墻體混凝土澆筑

防滲墻澆筑混凝土前，槽孔用抽筒清渣并置換新鮮泥漿清孔，定位架和桁架結(jié)構(gòu)固定預(yù)埋管下設(shè)預(yù)埋灌漿管，混凝土澆筑導(dǎo)管采用快速絲扣連接的Φ250的鋼管，導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度保持在1～6m之間，防止泥漿進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)，混凝土必須連續(xù)澆筑，槽孔內(nèi)混凝土上升速度不小于2m/h，并連續(xù)上升至高于設(shè)計(jì)規(guī)定的墻頂高程以上0．5m。混凝土防滲墻施工接頭處理采用“接頭管法”進(jìn)行槽段連接，接頭管起拔采用YBJ-800型大口徑液壓拔管機(jī)。

4.4 墻體質(zhì)量檢查

防滲墻成墻28天后進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔分為騎縫孔和墻體孔，且保證接頭孔段至少有一個(gè)檢查孔。鉆機(jī)選用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，檢查孔直徑不小于110mm。檢查孔深度小于防滲墻設(shè)計(jì)深度2．0m，自上而下分段取芯鉆進(jìn)，分段作壓(注)水試驗(yàn)。

墻體質(zhì)量檢查結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度22．5～28．2MPa，彈性模量為 27．6 ～ 29．3Gpa，抗?jié)B指標(biāo)大于W10，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 大壩基礎(chǔ)處理的難點(diǎn)及對策

5.1 大壩基礎(chǔ)處理難點(diǎn)

大壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻為整個(gè)大壩工程的關(guān)鍵線路，其工程難點(diǎn)如下:地層條件較差，表層為強(qiáng)漏失地層，粗顆粒漂卵石含量高，有粒徑超過1m的孤石，覆蓋層有較大水頭和水量的承壓水，危及槽孔的施工安全。防滲墻深度50m，預(yù)埋管施工難度大、工期緊。根據(jù)河道徑流情況，防滲墻只能在10月～次年5月枯水期施工。

5.2 采取的對策

(1)冬季施工應(yīng)對措施

設(shè)置混凝土拌合樓據(jù)施工現(xiàn)場較近，進(jìn)行骨料加熱及混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)保溫，盡可能選擇溫度高的時(shí)段連續(xù)澆筑。采用先進(jìn)設(shè)備，減少人員投入。造孔設(shè)備以抓斗為主，抓斗機(jī)械化程度高，生產(chǎn)人員少。

(2)強(qiáng)漏失地層成槽

河床表層13m具強(qiáng)滲透性，是主要的滲漏通道，造孔時(shí)泥漿大量漏失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生槽孔坍塌事故。因此采取槽孔造孔前預(yù)灌濃漿，以封閉強(qiáng)漏失地層的滲漏通道，為造孔創(chuàng)造有利條件。當(dāng)造孔發(fā)生漏漿時(shí)，迅速向槽內(nèi)投入粘土、碎石土、鋸末、水泥等堵漏材料，并及時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)漿，以避免塌槽事故的發(fā)生。必要時(shí)采用新型高親水速凝材料堵漏。

(3)墻段連接

采用“接頭管法”的槽孔連接方法有效地保證Ⅰ、Ⅱ期槽孔的搭接厚度，不僅質(zhì)量好，而且節(jié)約混凝土澆筑和鉆孔時(shí)間，有利于縮短工期。

(4)大塊徑孤石鉆進(jìn)

大塊徑孤石巖性堅(jiān)硬，沖擊鉆進(jìn)工效低，孤石形狀不規(guī)則，易歪孔，修孔時(shí)間長，影響進(jìn)度和工期。主要對策為槽內(nèi)爆破和重鑿(錘)沖砸，在防滲墻造孔中遇大塊徑孤石時(shí)，采用全液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，在槽內(nèi)下置定位器進(jìn)行鉆孔，鉆到規(guī)定深度后，提出鉆具，在漂卵石、孤石部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后漂卵石、孤石被破碎，加快了鉆進(jìn)速度;若在造孔過程中遇大孤石，影響成槽工效時(shí)，使用鋼絲繩抓斗提升10噸以上重鑿沖砸破碎后，然后利用抓斗抓取。

6 結(jié)束語

二塘溝水庫河床段槽孔混凝土防滲墻于2012年11月開始施工，至2013年5月槽孔混凝土施工完畢，施工速度快、質(zhì)量好，防滲墻在不均一砂卵礫石地層的施工、強(qiáng)漏失地層成槽、冬季施工的應(yīng)對措施、墻段連接、大塊徑孤石鉆進(jìn)等成功的經(jīng)驗(yàn)，可為類似工程提供參考。

［1］《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》(SL174-96)［S］，中國水利水電出版社，1995．