幸福水庫治理工程薄壁抓斗施工問題探討

劉 斌

(江西星光建設工程有限公司，南昌 330025)

0 引 言

薄壁液壓抓斗法防滲墻置換建槽成墻施工技術自20世紀90年代出現后，就因施工速度快、造價低，適用于均值土壤、硬質土壤和砂礫石成槽施工等技術優勢而廣泛應用，在成槽過程中通過泥漿護壁，清孔換漿并達到設計要求后灌注混凝土。實踐經驗表明，單臺液壓抓斗成槽機械平均施工工效可達125m2/d，開槽深度可達65m以上。該項施工技術已經在國內水利工程中得到廣泛應用，防滲加固效果良好。

1 工程背景

幸福水庫位于南昌市新建縣幸福村贛江支流銅源河上，水庫樞紐主要包括土壩、溢洪道、輸水涵管等水工建筑物，水庫總庫容2069萬m3，控制流域面積30.2km2，水庫主要承擔灌溉、防洪、泄洪、養殖等功能。水庫工程所在區域為構造剝蝕低山丘陵地貌，壩址處為典型的盆地地形，兩岸岸坡山體風化嚴重，壩址下游沖積平地平坦開闊，自上至下依次為含砂礫壤土、壤土和中粗砂卵礫石層。在運行過程中，幸福水庫大壩、溢洪道及輸水隧洞等建筑開始出現滲漏等病害，狀況復雜，導致水庫防泄洪功能功能顯著下降。為此，本次施工招標主要進行水庫大壩加固、溢洪道加固及東、西輸水隧洞新建。

2 薄壁抓斗施工技術要點

2.1 施工準備

在正式施工開始前，必須進行幸福水庫庫區地質勘察，并基于此制定切實可行的施工方案。平整碾壓施工場地后測量放樣，通過全站儀進行導向槽開挖邊線的測量定位，并采用白灰劃出開挖施工線，結束開挖后還應再次復核。

由于所使用的水泥、砂、碎石料等原材料質量及配合比對混凝土流動性、和易性及凝結時間等影響較大，所以準備階段還應當加強原材料性能檢驗及配合比設計；此外，泥漿是薄壁抓斗防滲墻施工中固壁及攜渣的主要材料，成槽過程中泥漿發揮著重要的護壁、攜渣、潤滑及冷卻作用，泥漿質量的高低直接影響成槽施工質量和施工安全。還必須進行固壁泥漿性能檢測，以保證成孔及混凝土灌注施工質量。

綜合考慮本水庫治理工程地質條件，選擇膨潤土泥漿，泥漿設計配合比為膨潤土: Na2CO3:水:CMC=70:1.8:1000:0.8(每m3用量，kg)，并通過BE-10型泥漿攪拌機攪拌，具體而言，在開啟攪拌機前先注水，水面沒過攪拌葉頂部后開啟攪拌機，再投放膨潤土和Na2CO3，持續攪拌1/2h后取樣，進行泥漿性能檢測并記錄檢測結果；再繼續攪拌10min左右后再次檢測泥漿性能，如果兩次檢測結果基本相同，則可結束泥漿制備。制備完成的泥漿還應經過20目篩網過濾后存入儲漿池內，本工程膨潤土固壁泥漿性能必須符合表1要求。

表1 膨潤土固壁泥漿性能參數要求[1]

為提升施工工效，保證各孔防滲墻從開鉆至混凝土灌注結束過程均不間斷順利進行，必須加強施工機械的合理配置，本工程薄壁抓斗施工所配置機械設備主要包括5臺BH-6型抓斗鉆機、2臺沖擊式反循環鉆機、1臺1.25m3挖掘機、1臺ZL-40B裝載機、1臺ZL-50B裝載機、4輛6m3混凝土輸送車、2臺QY-16吊車、2臺BE-10泥漿攪拌機、2臺4PN泥漿泵、2臺GB-40B鋼筋彎曲機、2臺CQ-40型鋼筋切斷機、2臺GTφ4-14鋼筋調直機、3臺BX1-330交流電焊機、1臺UN1-75對焊機、1臺400kVA變壓器、1臺120kW發電機和2臺JS-750型攪拌機。

2.2 造孔成槽、終孔及清孔

2.2.1 造孔成槽

本水庫治理工程壩頂高程180.8m，防滲墻設計頂高程180.5m，結合工程實際，將造孔成槽施工平臺設置在180.5m處。通過挖掘機將壩頂高程降至180.5m，所開挖出的土方填筑在壩頂兩側并碾壓至設計密實度，達到加寬壩頂的目的，加寬后壩頂寬度達10-12m，滿足液壓抓斗正常通行、抓臂回轉等寬度要求。對于密實度低、承載力差的碎石土必須摻配水泥置換至均質土體，并在其上加鋪厚度25cm的碎石層，為液壓抓斗行走創造條件。出于環境保護和文明施工考慮，還在壩軸線下游側增設與防滲墻軸線平行的排水溝，并按35m間隔修建與防滲墻軸線垂直的排水溝，下方連接至下游壩腳處污水池。

防滲墻各項指標控制以導槽為基準，導槽具有防滲墻軸線標定、固壁泥漿液面穩定、槽口兩側土體支撐、承受頂拔接頭管集中應力等作用，本治理工程導槽采用“┓┏”斷面形式，具體見圖1，導槽為C20鋼筋混凝土墻體，槽口設計寬度45mm，深70mm，頂寬100mm，頂厚20mm。

防滲墻成槽是控制施工薄壁抓斗施工速度的關鍵環節，本水庫治理工程防滲墻成槽采用工效8-15m2/h的BH-6型抓斗鉆機，并配合鉆進工效0.5-1.0m/h的沖擊式反循環鉆機應對堅硬基巖和孤石。槽段總長3.5-6.5m，其中合攏段長3.5m，其余段長6.5m，通過三抓法成槽施工，先抓取槽段左右兩側主孔、后抓取中間副孔成槽，具體過程詳見圖2。

圖1 導槽結構示意圖

圖2 三抓法成槽施工示意圖

在造孔成槽前還應采用紅色油漆在導墻頂面標出槽段中線，再用石灰標出邊界控制線，還應重點檢查抓斗油泵、鋼絲繩等處，保證其部件連接及抓斗性能可靠。成槽施工過程中必須加強抓斗水平位置及垂直度控制，如果偏差超出允許范圍必須立即糾偏，保證抓斗緊貼基坑測導墻成槽，并在抓斗斗體靠近導槽時減緩抓斗下沉速度，并避免抓斗和導槽發生碰撞和摩擦，待抓斗入槽后加速，臨近槽底時減速[2]。

2.2.2 清孔

待槽孔終孔后全面檢查孔位、孔深、孔斜、槽寬、槽底巖性及套接厚度等，驗收合格后通過清孔抓斗直接抓取孔底淤渣的方式清孔換漿。在結束換漿后的1h內，還應再次檢查槽孔內泥漿性能指標，并確保槽底淤積厚度在10cm以內，結束清孔換漿前應采用刷子鉆頭進行槽孔端頭泥皮等的分段洗刷，并當刷子鉆頭不帶泥屑，槽底淤積層厚不再增加時結束。

2.3 澆筑混凝土

清孔結束后在槽孔內下內徑200mm的混凝土灌漿導管，長度7.5m的一期槽段下三套灌漿導管，并將兩側導管和槽端的距離控制在1.0-1.5m；長度8.2m的二期槽段因采用的是套接抓頭形式，也下設三套導管，兩側導管和孔端的距離控制在1.0m，導管間距在3.5m以內。一期槽段和二期槽段內下設的灌漿導管底部與槽孔底板間距均控制在0.25m以內，如果槽底高差超出0.25m，則應將灌漿導管設置在最低位置。在進行混凝土灌注前還應將一可浮起的隔離球置入導管內，先灌注水泥砂漿，后灌注混凝土，將塞球擠出后埋住導管底端，防止水泥砂漿和混凝土發生混合。持續灌注期間按照30min和2h的時間間隔測量混凝土液面及導管內混凝土面，并依據混凝土液面上升速度調整導管提升尺寸。埋入混凝土漿液內的導管長度應控制在1.0-6.0m范圍內。待槽孔內混凝土液面升至槽口后，通過泥漿泵將濃漿抽出后提升導管，通過導管埋設深度的減小增大混凝土漿液沖擊力。待混凝土液面高出設計墻頂標高50cm后停止澆筑，拔除導管。

2.4 槽段接頭處理

本水庫治理工程薄壁抓斗施工過程中相鄰槽段通過接頭管方式連接，搭接尺寸具體見圖3，在安裝接頭管之前必須逐段檢查和清理接頭管，合格的接頭管通過汽車吊裝至槽口連接。安裝時必須準確定位接頭管中心線，并以垂直方式緩慢勻速下放，待其與槽底相距50cm時快速插裝。為避免混凝土漿液從側底部流出，還應在接頭管背面填粗砂，并采用木楔將接頭管上部和導墻塞緊。在混凝土澆筑結束2-3h后起拔機以400MPa的起拔力夾緊接頭管后輕輕頂拔并回落，頂拔尺寸為10cm/次，頂拔長度達0.5-1.0m后若接頭管無任何混凝土漿液涌出跡象，則應將頂拔頻率調整為30min拔出1.0-1.0m，最后將接頭管全部拔出并沖洗干凈，以備循環使用[3]。

圖3 槽段接頭示意圖

3 結 論

幸福水庫治理工程薄壁抓斗防滲墻施工過程中共澆筑混凝土5246m3，在施工過程中因砂層較厚，泥漿濃度大、比重小，鉆速過快等原因，而導致塌孔1槽，調整施工方案后情況明顯扭轉，并未對施工工期、質量及施工安全造成不利影響。施工結果也表明，防滲墻成槽工藝的合理性及所制備泥漿的性能高低是影響薄壁液壓防滲墻成槽施工質量的關鍵，還應加強混凝土灌注方法的選擇以避免防滲墻體病害的發生。