某水庫防滲墻的槽底基巖面判定及接頭刷洗施工技術

高國亭

(民勤縣水務局，甘肅 武威 733399)

1 工程概況

1.1 水庫險情概況

該水庫位于酒泉市瓜州縣城以東約48km的疏勒河中游河段上。由于受建設時期的工程技術制約，水庫建設存在一定的質量缺陷。雖經三次除險加固處理，但水庫長期待病運行，庫水位從未達到正常高水位1330.3m，所以沒有得到充分發揮水庫的蓄水效益。但是在2013年當水庫在蓄水達到1330m時，1#副壩體和主壩右壩肩出現了嚴重滲漏。當水庫蓄水達到1330.21m時壩體右壩肩測得滲流量為55.8/h[1]。這已經嚴重威脅到壩體的安全。同時水庫一直在低水位運行嚴重限制了水庫效益，因此，對該水庫再次進行除險加固勢在必行。

水庫滲漏處理常見的處理措施就是修建防滲墻及帷幕灌漿。混凝土防滲墻的成槽施工就是混凝土防滲墻成敗的關鍵，見巖和入巖深度是重中之重。目前國內混凝土防滲墻施工規范中槽底基巖面確定標準不明確，而且該水庫工程防滲墻地質條件復雜，施工難度較高。同時澆筑成型的混凝土防滲墻在兩個槽段接觸處即為防滲墻接縫。混凝土防滲墻的接縫是防滲能力最薄弱的部位。接縫前的混凝土接頭刷洗質量要求較高，但傳統接頭刷洗效果欠佳。

1.2 工程施工難點

該工程地層從上而下分別為砂卵石覆蓋層、粘土心墻，防滲墻最后穿過漿砌石防滲齒墻深入基巖(片麻狀花崗巖)，覆蓋層下為漿砌石防滲齒墻，漿砌石膠結質量好，硬度較大，液壓抓斗施工難度大，基巖面判斷易引起誤判[2]。基于水庫險情具體情況，除險加固措施的實施越快越好，防滲墻的澆筑前提是槽孔開挖，根據施工設計要在兩月內完成墻體的成槽及澆筑，因此工期特別緊張，槽孔開挖施工是本工程按期完工的重要制約因素。抓斗配置能滿足施工工期要求，但因地層中含有較厚且堅硬的漿砌石防滲齒墻，抓斗難以正常快速抓取，嚴重制約工期。工程可能因防滲墻未坐落于新鮮基巖或者墻體連接質量不達標而導致防滲體系產生嚴重滲漏問題。針對上述情況，為保證本項目按期完工及解決施工難題，合理確定設計方案、槽孔開挖入巖標準、改進現有及傳統的防滲墻成槽施工方法及接頭刷洗方法。

2 槽孔開挖及基巖面判定

2.1 機械設備

本工程除險加固中混凝土防滲墻的槽孔開挖機械設備選擇使用液壓抓斗和沖擊鉆機。液壓抓斗用來抓取巖面上部的泥土層和風化不堅硬的巖層，一旦抓斗挖不動，便使用沖擊鉆進行鉆進開挖。

2.2 防滲墻成槽

液壓抓斗挖不動巖石，因此在防滲墻槽孔開挖過程中，一旦抓斗開挖不動，說明已經開挖到巖面了，同時再對該基巖面進行確認是否確實開挖到達基巖面[3- 4]。使用測線法測定該段開挖深度，這是槽孔開挖的見巖面深度。槽孔開挖見巖后，使用液壓抓斗和鉆機配合開挖，首先使用鉆機鉆破巖層，再用抓斗抓取，直到開挖巖石深度達到設計要求便停止開挖。表1為各防滲墻鉆機鉆進速度分析表，表中包括防滲墻各槽號的開挖時間及深度等信息。由表1可見，開挖速度10～35cm/s，這是由巖石硬度決定的。

2.3 防滲墻槽孔要求

2.3.1槽孔開挖控制

圖1 槽孔斜率示意圖

如圖1所示，槽孔的開挖控制主要包括開挖槽孔的斜率、槽孔深度、槽孔厚度和位置、槽孔入巖深度控制幾方面[5- 10]。

(1)槽孔斜率

設計要求孔斜率不大于0.4%，特殊地層不得大于0.6%。采用相似三角形法進行計算孔斜率，相似三角形方法計算公式為：

(1)

式中，A—桅桿高度，即孔口至桅桿頂部距離，m，已知；H—鉆孔深度，測繩測取，m，已知；D—孔口偏差，孔口測得，m，已知；X—未知數，通過上述公式計算出。

通過上述公式求出X后，孔斜率i即為：

(2)

(2)槽孔偏差

在測量槽孔偏差時可設置一個相對基點，使用立于槽孔開挖導墻面的鋼筋作為基點。前后、左右均設置為20cm，然后每下緩慢下方斗體或鉆具，每次下方距離不得超過6m，一旦下方距離過長，測量誤差便加大。。

槽孔開挖過程中全程進行孔斜測量，若地質出現變化時采用加強測量次數的方法，一旦發現槽孔斜率出現變化，及時停止施工，直到將槽孔斜率處理好后在進行下一階段槽孔開挖。槽孔全部開挖結束后必須按設計要求測量斜率。

(3)槽孔位置和厚度

開槽要準確就必須提前設置槽孔標樁，該操控標樁的中心線便是槽孔中心線，用它來檢驗防滲墻的中心線位置是否準確，設計要求的槽孔位移偏差為不大于3cm，并且槽寬要和墻體厚度保持一致。

(4)入巖深度

本工程槽孔開挖入巖深度使用具有刻度的測線來測定，其原理和重錘法一致，在測線端頭連接一個測針。槽孔測量前必須要清理槽孔底部，不得殘留巖土，以防止干擾測量數據。測量時將測針垂直下放到槽孔底部，再緩緩提升直至測線完全垂直，讀取測線上的刻度值便是槽孔深度。槽孔挖入基巖面前的深度測量操作與前面一致。槽孔開挖的入巖深度就是槽孔的全部深度減去見巖面前的測量深度。

表1 防滲墻鉆機鉆進速度分析表

2.3.2孔底基巖鑒定

在槽孔開挖過程中，一旦抓斗出現抓不動現象，及時進行巖石取樣及鑒定，及時確定巖面，避免出現槽孔開挖入巖深度不符合設計值。基巖鑒定必須結合工程當地的地質條件，包括覆蓋層的巖性特點，綜合做出判斷，防止對鑒定出現誤判，因為開挖過程中會出現較厚、大的塊石。基于基巖鑒定的重要性，在接近基巖面時在多個部位采用鉆芯取樣法鑒定巖面[9，11- 12]，采用多個鉆進深度進行比較，最淺不得小于6m。一旦槽孔深度接近設計值，連續鑒定巖樣巖性并保存好巖樣[13]，因此，施工中要嚴格控制基巖鑒定，各級技術人員應熟悉施工圖紙、工程地質資料及先導孔鉆孔成果資料。槽孔開挖后進行混凝土搶的澆筑，將符合標準的混凝土運至孔口位置，采用直升導管進行澆筑[14]。

3 新型接頭孔刷洗施工技術

3.1 防滲墻接頭孔刷洗的目的及意義

混凝土防滲墻的澆筑是多個槽孔澆筑形成的單個墻體組成的整體，因此單個墻體之間具有接縫，接縫處理關乎到整個防滲墻的防滲效果。如果墻頭的接縫處滲漏量過大，一方面導致水流損失，一方面還會沖刷壩體填筑材料，危機大壩安全。因此混凝土接縫質量的控制是防滲工程成敗的關鍵，接頭刷洗的質量控制意義重大[15]。

3.2 防滲墻不良接縫產生原因

3.2.1接頭刷洗不徹底

各段防滲墻體連接處刷洗不達標，若在接頭處存在泥土夾層，墻體連接后便出現縫隙，造成滲流通道。同時，混凝土防滲墻建成后，下游水位下降，防滲墻接縫處的夾泥失水干縮，在縫內形成空隙、空洞成為漏水通道。

3.2.2防滲墻清孔換漿不合格或沉積過大

清孔換漿不合格，導致長時間澆筑過程中泥漿內泥沙沉淀較快，當泥沙聚集在接頭部位混凝土無法頂托時，易造成接縫夾泥夾沙，形成滲水、漏水通道。當槽內沉淀大時，混凝土上升過程中將沉淀物掩埋在接頭部位，形成不良接頭。

3.2.3導管安設及澆筑過程不合格

導管離接頭混凝土的距離應符合技術規范標準，當距離較大或較近時，造成混凝土上升不均勻，混凝土上部的沉淀流向低處接縫部位，造成夾渣形成漏水通道。澆筑過程中混凝土應均勻上升，混凝土各點高差應控制在技術規定的要求內，高差過大時，將同樣造成混凝土上部的沉淀流向低處接縫部位，造成夾渣形成漏水通道。

3.3 接頭刷傳統處理方法及不足

國內防滲墻接頭刷洗一般采用圓形鋼絲刷進行接頭刷洗，刷洗過程中采用吊車或沖擊鉆機鋼絲繩吊起鋼絲刷，依靠鋼絲刷自重壓力施加于混凝土接頭上下活動鋼絲刷進行接頭刷洗。

此方法施工時需要配備一臺吊車或沖擊鉆機進行，施工設備增加，且接頭刷洗主要依靠鋼絲刷自重的側壓力作用于接頭壁上進行，因接頭刷重量輕，側壓力小，刷洗效果相對較差。

3.4 新型接頭刷洗技術研究

3.4.1設備選擇

傳統接頭刷洗采用吊車或沖擊鉆機吊裝刷洗工具進行刷洗施工，設備調度安排可能受其他施工工序的影響不能及時進行施工，造成停工延誤，影響整個施工工期。如果增加設備投入，工程成本需要相應增加。

結合項目具體施工情況，經分析當槽段成槽完成后即安排抓斗刷洗接頭，可避免其他設備的調度使用。因此需要對傳統接頭刷進行改進優化，將其安裝于抓斗斗體上進行。

3.4.2接頭刷改進優化

接頭刷是專門針對采用抓斗進行接頭刷洗的一項專用設備，其主要是通過改進，將接頭刷固定于抓斗側壁上進行刷洗施工。該工程防滲體槽段接頭連接處使用抓斗進行刷洗，將鋼絲刷使用螺絲固定在抓斗側面進行刷洗。在進行接頭刷洗作業時分段上下活動斗體進行接頭刷洗，保證接頭各處刷洗干凈。改進后的接頭刷如圖2所示。

圖2 接頭鋼絲刷示意圖

3.5 接頭刷洗優點

采用抓斗進行接頭刷洗的施工，相比傳統接頭刷洗增加了接頭刷洗的側壓力，提高了接頭刷洗效果，保證了接頭連接質量，減少了其他設備(如吊車、裝載機)等的使用，節省了設備租賃及運行費用。成槽完成后即可進行施工，節省了其他設備調用時間，縮短了施工工期。因此，通過新型接頭刷洗技術的研究，不僅提高了施工質量，縮短了施工工期，并對其他工程項目防滲墻接頭刷洗具有很好的借鑒意義，推廣前景廣闊。

4 結語

混凝土防滲墻體入巖控制與墻體槽段間連接直接關乎到水庫的防滲效益，混凝土防滲墻準確深入巖石基面，并保證入巖深度是混凝土防滲墻防滲體系成敗的關鍵一步。本工程綜合運用抓斗和沖擊鉆機準確判斷出了槽孔基巖面并保證了設計要求的入巖深度，但是該工序施工較為繁瑣，需要施工人員具有較強的施工經驗。同時使用的新型防滲墻接頭刷洗技術效果顯著且易于操作。防滲墻槽底基巖面的判定及新型接頭刷洗施工技術在該水庫的險情處理中的實踐應用是成功的，同時這種技術的成功應用對防滲墻施工具有借鑒意義。