低彈模砼防滲墻在某水庫大壩除險加固工程中的應用

王福家

（遼寧省北票市水務局,遼寧 朝陽 122100）

1 工程概況

某水庫壩址以上流域面積21.5 km2，河道長6.50 km，河道平均坡降32.0‰。水庫正常蓄水位434.50 m，相應庫容787萬m3，校核洪水位437.62 m，相應庫容1031 萬m3，死水位406.30 m，相應死庫容11萬m3，水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、輸水隧洞、壩后電站等組成。

大壩壩型為多種土質壩，壩頂高程438.40 m，最大壩高44.90 m，壩頂長度180 m，壩頂寬度6.0 m，上游側設防浪墻，墻頂高程439.40 m。大壩基礎為硅質細砂巖。溢洪道位于大壩左岸，為開敞式寬頂堰，堰頂高程434.5 m。溢洪道凈寬20 m，自由溢流，最大下泄流量149 m3/s，采用挑流鼻坎消能，溢洪道基礎為弱風化砂巖。輸水隧洞位于大壩右壩肩，圍巖巖性為硅質細砂巖，輸水隧洞總長203 m，為城門型斷面，斷面尺寸1.4 m×1.6 m。輸水隧洞進口高程為406.30 m。

2 工程地質條件

工程樞紐場地地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.25 s（堅硬場地），對應的本區地震基本烈度為VI度。

大壩填土為中等透水，大壩壩體存在滲漏和滲透變形問題。由于大壩壩基的施工質量缺陷，大壩左右岸坡與壩體銜接處存在滲漏。壩基全強風化巖體為中等透水，大壩壩基存在滲漏問題。壩基全強風化巖體為中等透水，大壩壩肩存在滲漏問題。輸水隧洞圍巖破碎，隧洞襯砌質量存在缺陷，隧洞位置與大壩相近，對大壩存在安全隱患。溢洪道左側部分土質邊坡穩定性差，溢洪道進水口右側砌石擋墻部分勾縫已被淘空，其穩定性差。溢洪道出口距對岸距離近，泄洪水流反淘和沖刷溢洪道鼻坎地基，對溢洪道安全構成隱患。溢洪道下游拐彎處距壩腳近，泄洪可直接沖刷大壩壩腳，對大壩安全構成嚴重影響。

3 低彈模砼防滲墻施工工藝及施工技術要點

3.1 施工工藝

該水庫大壩防滲墻施工遵循以下工藝：通過專用設備在充滿飽和泥漿溝槽內開挖成槽→將接頭管安裝于槽兩端（即鎖管）→下混凝土導管→帷幕灌漿孔的預留→清理灌漿孔并換漿→混凝土澆筑。本水庫工程大壩采用“孔口封閉，孔內循環，由上而下”的帷幕灌漿方法，具體將低彈模防滲墻下部劃分為深度相等的三段進行灌漿施工[1]。

該水庫大壩低彈模砼深度為14.2 m～40.5 m，深度深，低彈模防滲墻厚為60 cm，寬度較窄，設于壩頂部靠上游側，為便于施工，在壩頂拆除時，將棄土堆置在上游側，以加寬施工平臺。低彈模砼低彈模防滲墻總長為210 m，共分為35段進行施工，施工時采用分二序施工，一序槽段18 段，二序槽段17 段，每段分為6 m，砼澆筑時必須隔段進行施工。但在成槽時可視情況連續成槽，以利各分序段之間的搭接，但連續成槽長度不應超過3 個單元段，成槽過程中應遵循“先二邊，后中間”的原則，以保證槽壁的穩定。

3.2 施工準備

3.2.1 防滲墻成墻試驗

在防滲墻較深河床段（深度≥3 m）進行施工試驗，以取得有關造孔、固壁泥漿、墻體澆筑等參數資料，核對地質資料，檢驗設備、工藝及技術要求是否適宜。試驗結果見表1～ 表 2。

表1 固壁泥漿取值參數試驗結果

表2 低彈模砼防滲墻體材料技術指標

按照以上施工技術參數，防滲墻成墻質量完全滿足施工設計及《水利巖土工程施工及巖體測試造孔規程》（DL/T 5125-2012）要求。

3.2.2 導墻制作

根據工程區土質、地下水位情況，進行導墻截面型式的選擇，根據本工程的情況，在常見的“┒┏”“┘┕”“][”三種導墻截面型式中選用“┒┏”型式[2]。先進行施工測量放樣，再沿低彈模防滲墻設計縱軸線位置進行導溝的分段開挖，每段長度可按三個砼澆筑段（即18 m～20 m），深度按設計深度（14.2 m～40.5 m），寬度按設計寬度60 cm。單元槽段長度按設計為每段6 m。在導墻頂面標注槽段位置、槽段編號以及距槽段兩端各1.5 m處的標高。

3.3 泥漿配制及凈化

拌制泥漿，選用膨潤土。泥漿配比應通過試驗確定，如果施工地層復雜，可添加化學處理劑調節泥漿性能。膨潤土泥漿新制漿液性能指標應滿足以下要求：濃度>4.5%（100 kg水中所用膨潤土重量），密度＜1.1 g/cm3，塑性粘度＜20 cp；10 min 靜切力 1.4 N/m2～10 N/m2，pH 值為 9.5～1.2。

灌注水下砼時，把從槽內置換出的泥漿泵送到泥漿處理池，再用泵送入泥漿凈化裝置，分離出泥漿中的渣土，使泥漿恢復性能，進入循環泥漿池中重復使用。泥漿凈化裝置分離出的渣土運至渣土堆場等待外運。若泥漿受到鈣侵嚴重，性能惡化，即成廢漿，應排入廢漿池，裝入密封罐車外運排放。

3.4 單元槽段成槽

成槽機械采用沖抓機，根據本工程的情況，沖抓機的型號采用KZ600 型。沖抓機就位后，檢查抓斗懸吊狀態下的垂直度，使抓斗自然平行貼靠內側導墻面入槽開挖。開挖槽深7 m以上時應檢查槽壁垂直度。若出現偏斜應及時進行糾斜，保證成槽質量。抓斗工作面示意圖見圖1。成槽時，隨著抓斗提升，應適時向槽內泵入泥漿，保持泥漿面離導墻頂面300 mm～500 mm，高于池下水位500 mm以上，以維持槽壁的穩定。在單元槽段內，以保持抓斗兩側鄰界條件均衡的原則，將單元槽段分成3 個開挖段，按先兩端后中間順序挖土施工。兩端開挖段挖至槽底設計標高以上500 mm時暫停，待中間開挖段挖至同一深度后，再一并輕抓細挖至槽底設計標高。使用外形與槽段接頭相配合的清刷器對相鄰槽段接頭界面進行刮除、清理泥皮。停待約1 h，使沉渣沉淀后，用抓斗清底。清槽換漿結束后1 h，應達到下列標準：孔底淤積厚度≤10 cm；孔內泥漿的密度≤1.3 g/cm2，粘度≤30 s，含砂量≤10%，清槽換漿合格后，才能進行下道工序。

圖1 KZ600型沖抓機抓斗工作面示意圖

3.5 水下砼灌注

預拌砼配合比應根據設計墻體砼強度按水下砼方法試配，其抗滲標號應比設計標號提高0.2 MPa。砼初凝時間要求達到6 h～8 h，坍落度 180 mm～200 mm，擴散度 340 mm～380 mm。28d抗壓強度不小于8 MPa；28 d抗拉強度不小于0.3 MPa；極限水力坡降＜400。砼澆筑時，應采用泵送砼進行澆筑。灌注平臺就位、調平后應保證升降滑車對中導管通道。下入導管要保證密封性能，底端距槽底400 mm～500 mm。

預拌砼坍落度、擴散度經檢查合格后，方可使用。灌注前在泥漿液面處安放隔水塞，槽段內各組導管必須同時開始灌注。砼初灌量應保證導管埋入砼中0.8 m～1.2 m，在砼澆筑過程中應保證連續澆筑。

灌注過程，砼面上升速度≥2 m/h，最好控制在2 m/h～6 m/h。及時測量砼面深度，控制槽段內砼面高差≤30 mm。導管埋入砼深度控制在2 m～6 m范圍內，超過時應逐節拆除。清槽后4 h內應灌注砼，否則應進行正循環清槽。灌注開始后，不得中斷，盡量加大砼生產能力，以使單元段的防滲墻在較短的時間內完成。砼面達到墻頂設計標高以上300 mm～500 mm時，方可終灌。槽段接頭采取鎖口管，開始灌注砼時應預留砼樣以判斷初凝時間。砼樣達到初凝時間并經頂起鎖口管200 mm能自由回落后，用起管器逐節撥除鎖口管。每個槽段砼充盈系數應控制在1.0～1.1范圍內。單元槽段砼灌注量按每100 m3制作一組抗壓試塊。整個工程按每500 m2制作一組抗滲試塊。

3.6 PVC管的預埋

本工程在低弱模防滲墻的下部還需進行帷幕灌漿，為節省工程造價，減少帷幕鉆孔工作量，在防滲墻澆筑時應預埋PVC管作為帷幕灌時的上部預埋管。帷幕孔為單排孔，孔距為2 m。由于防滲墻的深度較大，PVC管接頭方法采用套管熱熔焊接以保證接頭質量。焊接在導墻頂部進行，焊接時PVC管應直立于將要澆筑的槽段內，逐節焊接，逐節下放。管頂用鋼筋固定在導墻頂部。為防止澆筑過程中PVC下部發生位移而致管身傾斜，頂部用手拉胡蘆向下預壓，預壓力根據管身的承受能力在施工過程中進行試驗并根據情況即時進行調整。

3.7 施工質量控制

該水庫大壩除險加固工程低彈模砼防滲墻施工質量控制重點應放在試驗配合比、砂石粗骨料粒徑、砼散落度、塌落度等方面，施工材料運輸途中必須保持均質性，不能出現分層、離析、漏漿等情況，待運輸至澆筑施工地點塌落度等參數指標必須符合設計要求。防滲澆筑材料從攪拌機中卸除至澆筑結束的持續時間見表3。

表3 防滲澆筑材料從卸除至澆筑結束的持續時 單位：min

澆筑施工時，每間隔30 min進行防滲材料澆筑速度及澆筑面上升高度的測定，上升速度至少要達到2.0 m/h；每間隔2 h進行導管內澆筑材料深度的測定，并根據澆筑面上升情況進行導管上下移動高度的確定。保持兩根導管內澆筑料出料速度的平衡，為防止裹漿，應將澆筑面高差控制在50 cm范圍。

為預防鎖管拔除后混凝土結構崩塌，必須根據防滲澆筑材料的初凝時間確定拔管時間。本工程第一倉和最后一倉澆筑材料取樣后[3]，根據材料初凝時間所推算的拔管時間為澆筑結束后的12 h以后：當槽深＞25 m，拔管時間應在14 h～16 h，當槽深≤25 m，拔管時間控制在12 h～14 h。

4 結論

綜上所述，低彈模砼防滲墻施工技術比土工膜、黏土逃井回填防滲等造價高，但是防滲處理徹底，受施工環境影響很小，施工速度快，對于水庫除險加固工程而言，具有明顯的技術優勢，甚至能在水庫正在運行的情況下施工，無需騰空庫容。但是該技術施工過程中，必須重視導向槽做法的規范性，拔管時間的合理性，斷面設計與鋼筋配置的合理性以及地質不良、鉆機布置密集等區域施工質量控制。某水庫大壩除險加固工程運行以來，工程如期蓄水，低彈模砼防滲墻防滲效果良好。