庫區(qū)防護工程液壓抓斗造孔成墻施工技術探討

黃芝蘭

(江西贛禹工程建設有限公司，南昌 330209)

1 問題的提出

峽江水利樞紐工程位于贛江中游的峽江縣老縣城(巴邱鎮(zhèn))上游峽谷河段距巴邱鎮(zhèn)約 6km，是一座防洪、發(fā)電、航運為主并兼具灌溉、供水等綜合利用功能的水利樞組工程。庫區(qū)主要表現(xiàn)為構造剝蝕低山丘陵及河流侵蝕堆積地貌，河流侵蝕引起的塌岸是庫區(qū)內(nèi)主要的不良物理地質(zhì)作用。庫區(qū)地下水發(fā)育，丘陵山區(qū)水文地質(zhì)特征顯著，地下水類型主要為孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。

本標段主要進行庫區(qū)柘塘防護區(qū)、金灘防護區(qū)、樟山防護區(qū)堤壩防滲、導托渠岸坡塌坡處理。經(jīng)檢測，防護區(qū)現(xiàn)有堤壩壩體、壩基、壩肩岸坡滲流嚴重，并與庫水位相關，隨著庫水位的升高，滲流量增大，堤壩內(nèi)坡雖已進行帷幕灌漿和黏土鋪蓋處理，但是處理效果并不理想。結(jié)合庫區(qū)防護區(qū)堤壩地質(zhì)條件，決定采用液壓抓斗成槽混凝土防滲墻加固施工技術，保證形成厚度均勻且防滲效果良好的地下連續(xù)防滲墻[1]。

2 施工方案

本水利樞紐工程主要使用鋼絲繩液壓抓斗機，在混凝土防滲墻軸線已澆筑導向槽設計范圍內(nèi)通過設計配合比外加劑進行泥漿護壁，并按照設計長、寬、深開挖條形溝槽。通過泥漿直升導管法澆筑C15混凝土墻并構筑成墻段單元，間隔開挖并澆筑第一序墻段后再采用同樣方法繼續(xù)開挖相鄰墻段，形成第二序槽體。采用設計接頭方式將第一序混凝土墻體和第二序槽體連接澆筑，最終形成地下連續(xù)混凝土防滲墻體，發(fā)揮壩體、壩基防滲作用。劃分及連接詳見圖1。

圖1 成墻段單元設置示意圖

2.1 主要參數(shù)及施工機具

峽江水利樞紐工程庫區(qū)防護工程防滲墻成墻厚度60cm，墻體埋深10-40m，防滲墻混凝土強度等級C15，水下灌注混凝土提升一個等級，成墻長度150m，成墻墻體面積2000m2。混凝土防滲墻設計抗壓強度9.8MPa，彈性模量2.64×104MPa，滲透比降允許值[J]≥60。

結(jié)合庫區(qū)地質(zhì)條件及施工工期、施工成本等方面的綜合考慮，混凝土防滲墻施工所用機械設備主要包括1臺抓斗重9-10t的ZLD-60型抓斗成槽機，1臺2000L型泥漿攪拌機，1臺沖擊錘1.8-2.4t的KC-22型沖擊鉆，4臺3PNL泥漿泵，φ600mm鎖口管80m，2臺直流電焊機，履帶吊、潛水砂泵、空壓機及氧氣焊各1臺。

2.2 導向墻施工方案

結(jié)合對峽江水利樞紐工程庫區(qū)水文地質(zhì)資料的分析，為確保導向墻泥漿液面比地下水位高出至少1.0m，并低于導向墻口0.2m，導向墻設計深度應為1.5m，插入原狀土埋深至少20cm。根據(jù)庫區(qū)土質(zhì)條件及地下水位，主要提出兩種導向墻施工方案，具體見圖2。導向墻在庫區(qū)堤壩液壓抓斗造孔成混凝土防滲墻施工過程中起到開槽施工導向，并保證開槽垂直度、準確度及平直度等的作用，同時為成槽機械設備及頂拔接頭管提供支承；容納泥漿、穩(wěn)定泥漿液面，維護地表土層穩(wěn)定并防止槽口塌方[2]。

(a)土體松軟、地下水位低

(b)地下水位高

3 液壓抓斗造孔成混凝土防滲墻施工技術

峽江水利樞紐工程庫區(qū)將防滲墻分成長度6m的若干槽段，并按照間跳槽段次序施工，即先施工單元槽段Ⅰ，沖孔成槽后在施工單元槽段Ⅱ，既能保證混凝土固結(jié)質(zhì)量，又能達到快速施工的目的，保證施工進度。

3.1 導向墻施工

導向墻施工質(zhì)量直接關系到連續(xù)墻施工精度，為此必須加強技術交底，準確定位放線。導向墻沿中軸線向兩側(cè)各放寬30mm，為抓斗鉆頭和鎖口管進出提供順利條件；導向墻垂直度及內(nèi)墻面平整度分別控制在±8.5mm和±3.0mm范圍內(nèi)，導向墻全長范圍內(nèi)高差及軸線誤差不超出±5mm和±10mm；為避免雨水及垃圾流入導槽稀釋或污染泥漿，導向墻上口應比地面高出100mm。在導向墻土方開挖施工過程中，若外側(cè)土體可垂直直立，則應采用土壁，相反，應設置外模板，待混凝土達到設計強度后用黏土將墻背夯填密實。拆模后按照2.0m間隔設置上下兩道直徑80mm的圓木支撐，及時回填土方。在混凝土達到設計強度前禁止重型機械靠近導向墻行走，避免引起墻體變形。

3.2 接頭施工

本庫區(qū)防護工程防滲墻墻體深度大，為保證施工質(zhì)量，采用沖鑿接頭法圓弧接頭工藝進行混凝土防滲墻接頭施工。具體而言，待單元槽段Ⅰ序槽初凝后，采用沖擊鉆在單元槽段Ⅰ混凝土澆筑后端孔位置鉆鑿混凝土至單元槽段Ⅱ槽底高程，進行單元槽段Ⅱ接頭孔施工。為保證槽段套接厚度符合設計要求，必須加強端孔和接頭孔垂直度控制，應在每鉆進2m時檢測一次孔斜率，并保證接頭孔對位與端孔重合。

3.3 泥漿制備

采用攪拌機制備固壁泥漿，根據(jù)設計要求，固壁泥漿中復合膨潤土計量誤差應控制在5%以內(nèi)，泥漿比重1.04-1.25，黏度20-40s，含沙量不超過4%，失水量≤1mm/3min，pH值8-13，靜切力不超出10mg/cm2。制備好的泥漿應避免槽段開挖、鉆孔沖孔、混凝土灌注等過程中因泥皮形成、黏土混入、雨水稀釋、土體中陽離子混入、混凝土中鈣離子混入等原因而導致泥漿變質(zhì)，影響施工質(zhì)量，甚至造成槽壁坍塌。為此，必須加強泥漿質(zhì)量控制。通過試驗所確定的泥漿配合比為膨潤土:CMC∶水∶Na2CO3=70∶1∶1000∶0.5。

按照供收雙管路進行泥漿供應回收循環(huán)管路施工，新制備漿液靜置存放24h并充分膨脹后使用，經(jīng)常攪動泥漿池內(nèi)的漿液，防止發(fā)生沉淀，使用后的泥漿因黏度、比重等發(fā)生改變及含砂量增大，必須經(jīng)沉淀池沉淀后棄置。

3.4 槽孔開挖及清槽

單元槽段Ⅰ采用先抓取兩側(cè)單元、再抓取中間單元的三抓成槽施工工藝，單元槽段Ⅱ則采用兩鉆一抓的工藝，即通過CZ-22型沖擊鉆機進行單元槽段Ⅰ端孔施工，再改用液壓抓斗開挖副孔。將槽段孔位標識于導向墻后使抓與孔位正對，垂直抓孔。待完成端孔和副孔開挖后該槽段成槽施工即完成，驗收合格后施工下一工序。具體見圖3。

圖3 成槽施工示意圖(單位：mm)

成槽結(jié)束后必須及時清除施工過程中沉積在槽底的沉渣，保證成槽施工質(zhì)量，并提升防滲墻承載能力。清槽過程中應持續(xù)不間斷地向槽孔內(nèi)輸送優(yōu)質(zhì)泥漿，并確保泥漿液面穩(wěn)定，避免發(fā)生塌孔。考慮到本庫區(qū)防護工程槽孔設計深度較大，故采用氣舉排渣的清槽方式。

清槽施工過程中泥漿液面必須高出地下水位至少1.0m，并高出導墻頂面至少0.3m，并連續(xù)不間斷置換泥漿，清槽結(jié)束后，距離槽底0.3-1.0m處的泥漿比重必須滿足設計要求。成槽及清槽過程中必須派技術人員通過比重計、含砂率筒、黏度計等儀器檢測固壁泥漿性能指標及槽底沉渣厚度和清槽質(zhì)量[3]。

3.5 混凝土制備及運輸

本庫區(qū)防護工程防滲墻施工主要使用彈性模量低、抗拉強度高、防水防滲性能良好、適應較大變形且配合比適合地下防滲墻自流成型的柔塑性混凝土材料。因低透水性黏土和膨潤土的摻加，使塑性混凝土材料流動性增大，塌落度在18-22cm之間，擴散度在35-40cm。由于工程附近無塑性混凝土生產(chǎn)廠家，且本工程所需塑性混凝土量較大，所以在施工現(xiàn)場設置2臺350L型混凝土攪拌機，自制塑性混凝土材料。

嚴格按照設計要求選擇原材料并通過臺秤稱量材料使用量，采用裝載機和人工相結(jié)合的方式將原材料按設計比投入攪拌筒內(nèi)先試拌和，并在拌制過程中將膨潤土送入攪拌筒，加水拌制1.5min后再加入水泥、砂料持續(xù)拌和3min，保證混凝土拌制的均勻性。為避免混凝土運輸過程中發(fā)生離析，應采用泵送方式，設計輸送能力60m3/h，通過輸送管將混凝土混合料送至澆筑段集料斗，混凝土則自行落入倉內(nèi)。

3.6 水下混凝土灌注

待清槽結(jié)束并達到設計要求后采用直升導管法進行水下混凝土灌注施工，在整個槽段按3m間距設置2套導管，導管管徑200mm，并通過法蘭連接，導管和槽段兩端均相距1.5m。施工現(xiàn)場拌和站所集中拌制的混凝土28d抗壓強度為2-4MPa，初始彈性模量不超過1000MPa，滲透系數(shù)<1.0×10-7cm/s。

為確保水下混凝土澆筑施工質(zhì)量，避免發(fā)生墻體因夾泥而滲漏的問題，澆筑過程中混凝土液面必須勻速上升，且上升速度至少2.0m/h，保證在混凝土初凝前結(jié)束灌注；導管埋深始終控制在1.0-6.0m范圍內(nèi)，避免將導管提離混凝土液面。各槽段施工現(xiàn)場均應留置一組混凝土試塊，混凝土澆筑高程應為設計高程+0.5m，澆筑結(jié)束后通過35t汽車吊拆除混凝土導管。

4 結(jié) 論

綜上所述，峽江水利樞紐工程庫區(qū)防護工程采用柔塑性混凝土材料進行防滲墻施工，能降低水泥用量，并降低混凝土材料彈性模量，使混凝土與周圍土體介質(zhì)彈性模量更為接近，大大提升防滲墻墻體抗變形能力及對地基應力變化的適應能力，墻體內(nèi)應力顯著降低。本工程竣工兩年多以來，已經(jīng)經(jīng)過了兩個雨季和洪水的考驗，加固施工段并未出現(xiàn)較大滲漏，表明該庫區(qū)防護工程液壓抓斗造孔成混凝土防滲墻施工方案科學合理、技術切實可行。