混凝土防滲墻施工技術在水庫防滲加固工程中的應用

張忠成

（永昌縣水務局西河水利管理處,甘肅 金昌 737200）

混凝土防滲墻是在壩軸線上開挖成槽,然后澆筑混凝土,等混凝土凝結后形成穩定的防滲連續墻。除了發揮防滲作用外,混凝土墻體也能提高水庫大壩的結構穩定性,因此對保障水庫工程的運行安全也有積極幫助。在應用混凝土防滲墻時,需要熟悉其施工流程,并重點對先導孔施工、槽段施工、混凝土澆筑作業等環節開展質量控制,才能保證水庫防滲加固效果達到預期。

1 工程概況

某水庫總庫容0.96 億m3,控制流域面積102.5 km2,兼有灌溉、防洪和水產養殖功能。該水庫修建于2003 年,由于位于山區農村,長期以來疏于管理,導致水庫大壩出現滲漏?？紤]到水庫周邊有大量農田,下游有2 座村落,為切實保障群眾生命及財產安全,需要采取除險加固措施。結合現場地質情況以及防滲加固需求,設計了3 種方案：

方案一是混凝土防滲墻。在水庫壩軸線處修建厚度為60 cm 的混凝土墻,既可以起到穩定、加固效果,又能發揮防滲功能。其優點在于技術比較成熟,施工質量易于控制,同時施工平臺可為壩頂加寬作業提供便利。缺點是施工速度較慢。

方案二是高噴板墻防滲墻。在水庫壩軸線上布置高噴板,下端嵌入巖土深度為1.5 m,上端嵌入壩體深度2.5 m。其優點在于工程造價低,作業速度快。缺點是施工質量受到巖土性質、施工工藝等主客觀因素的影響明顯,加固防滲效果難以保證。

方案三是深層攪拌樁防滲。在水庫壩軸線上布置雙排深層攪拌樁,單樁直徑為60 mm,樁間距為100 cm,形成連續的防滲墻。其優點是施工效率較高,并且可使用原位土,降低了施工成本。缺點是技術不夠成熟。

綜合對比后,本次工程選擇混凝土防滲墻施工方案。

2 混凝土防滲墻施工流程與技術要點

2.1 導墻施工

參考設計圖紙,在施工現場確定施工平臺的位置,填土壓實后修筑混凝土防滲墻的施工平臺。推土機將土運輸至現場后,配合使用壓路機將土料沿著平行壩軸的方向碾壓密實。邊角部位不適合機械碾壓作業的,可進行人工夯實。然后按照水灰比1:1.5 制備泥漿,將泥漿均勻澆筑到壓實后的平臺上,形成一層厚度為20 cm 的漿砌石[1]。等到泥漿完全固結后,開始進行導墻施工。本次工程中采用蛙式打夯機整平導墻底部,然后澆筑一層砂漿墊層。在砂漿初凝以后,參考設計圖紙標記出導墻邊線,并布置導墻鋼筋。檢查鋼筋連接牢固后,安裝模板,使用水準儀校正模板,使其平直。模板完成固定后開始澆導墻筑混凝土。在導墻施工中,尤其要注意加強誤差控制,保證導墻與防滲墻的中心線維持平行狀態,兩者之間的最大偏差≤10 mm。

2.2 制備泥漿

在施工現場的一角修建2 處泥漿池,分別用于存儲新鮮泥漿和回收廢棄泥漿。泥漿池內用水泥砂漿抹面,避免泥漿污染和滲漏。本次工程中制備泥漿所用的原材料有五種,分別是膨潤土（表面粘度＞10cp、水分≤10%）、水、純堿、酸甲基纖維素、聚丙烯酰胺[2]。五種材料的配合比為膨潤土：純堿：酸甲基纖維素：聚丙烯酰胺：水=10:0.5:0.1:0.05:100。將原材料按照上述比例加入到攪拌器中,充分攪拌20 min 后,制得泥漿,其性能指標見表1。

表1 泥漿性能指標

在制備泥漿時,要求原材料的加量誤差控制在±5%以內。如果條件允許,純堿、酸甲基纖維素等材料可以提前加水制作成水溶液,然后再進行混合制備,可進一步提高泥漿的性能。現場施工使用泥漿時,可使用立式泥漿泵配合100 mm 消防水龍帶將泥漿輸送至作業面。

2.3 混凝土防滲墻施工

2.3.1 劃分槽段

為提高施工效率,將槽段劃分成I 和II 兩期,其中I 期槽段8.0 m,二期槽段7.4 m,每個槽段又分成3 等份,見圖1。相鄰槽段的相接處,選擇接頭管方法施工。

圖1 槽段劃分示意

2.3.2 鉆孔成槽施工

槽段劃分完畢后,使用“四鉆三抓成槽”方法進行成槽施工[3]。具體步驟為：

（1） 布置導向孔?，F場布置兩臺沖擊鉆,一臺位于I 期槽段,另一臺位于II 期槽段,同時進行施工。將鉆機置于導墻上,使沖擊鉆頭與槽段中心線上的導向孔對齊。正式鉆進前,選取制備好的泥漿注入到導墻內,直到泥漿液面距離導墻標高50 mm。設定鉆機的工作模式為小沖擊、間斷沖擊,開始鉆孔。等到鉆進深度超過50 mm、鉆頭穩定進入后,再調整為大沖程模式繼續鉆進。沖擊次數為40 次/min,在鉆進過程中每隔30 min 測量孔斜率,如果發現鉆孔偏斜要立即采取糾偏措施,保證最終成孔質量符合施工要求。

（2） 液壓抓斗成槽。導向孔施工結束后檢查成孔質量,確定不存在問題后開始抓槽施工。本次工程中采用了三抓成槽施工技術。在施工順序的布置上,I期槽段為“先兩側后中間”,而II 期槽段則與之相反,即“先中間后兩邊”。以I 期槽段為例,第一抓長度為2.8 m,將液壓抓斗置于導墻上方,同時調整設備使抓斗的中心線與導墻的中心線重合,然后向導墻內注入泥漿。等到泥漿液面距離導墻頂部30 mm 后,開始抓槽。抓出的土渣要使用自卸汽車運輸到指定位置。抓槽作業時,現場施工人員密切關注槽內泥漿液面變化,如果泥漿不足要及時補漿。第一抓結束后,將液壓抓斗機移動至槽段的另一側,開始第二抓、第三抓,其操作方法與第一抓相同。I 期槽段三抓成槽施工見圖2。

圖2 三抓成槽施工示意

2.3.3 清孔驗收

在I 期和II 期抓槽施工完畢后,開始進行終孔驗收,應達到孔位中心偏差≤±2.5%,孔斜率≤1.0%的標準。槽孔深度與設計孔深之間的誤差≤5%,不得出現超挖和欠挖的情況。順利通過驗收以后,由監理工程師簽發合格證書,并開始清孔作業。本次工程中使用泵洗法進行清孔,首先向鉆孔內注入比重≤1.1 g/cm3、粘度≤25 s 的泥漿,然后再使用抽吸泵將孔內泥漿完全抽凈[4]。清孔完畢后再次檢查,確保每個孔都能順利通過驗收。

2.3.4 澆筑混凝土

本次工程中澆筑防滲墻使用C35 混凝土。現場制備混凝土,其原料分別為：標號為42.5R 的水泥,含泥量≤1%的粗骨料,細度模數為2.5～3.5 的細骨料,以及膨潤土、外加劑、水。將上述原料按照一定配合比添加到攪拌機中,充分拌勻后得到混凝土。制作少量混凝土,砌筑20 cm×10 cm×50 cm 的混凝土試件,測試其抗壓強度、抗折強度,將試驗結果報送監理,審批通過后即可批量制作混凝土,工程所用混凝土的性能指標滿足表2 要求。

表2 混凝土性能指標

I 期槽孔使用3 組導管,間距為2.5 m；II 期槽孔使用3 組導管,間距為2.0 m。下放導管前要進行密封試驗,保證無滲漏情況。導管底端距離槽底30～50 cm,頂端與容積為1.5 m3的混凝土儲料斗相接。儲料斗有3 個儲料口,尺寸為30 cm×30 cm,混凝土通過與儲料口相接的溜槽進入到下放的接料斗內[5]。見圖3。

圖3 混凝土澆筑示意

澆筑混凝土時,應保證一次性澆筑完成,因此施工現場的混凝土供應必須及時。注意控制混凝土上升速度,一般在2 m/h 即可,如果澆筑速度過快,混凝土內部殘留較大氣泡,影響防滲加固效果。

2.3.5 接頭處理

防滲墻混凝土澆筑完畢以后進行養護,等到混凝土完成初凝以后,開始混凝土的接頭處理。接頭套打作業必須要掌握好時間,太早進行接頭作業會因為混凝土強度不達標而導致接頭坍塌、變形,影響II 期槽孔施工；相反,太晚開展接頭作業則會增加施工難度和影響施工進度。在II 期槽段的接頭施工完畢后,還要對接頭做刷洗處理。使用鋼絲刷一邊沖水一邊刷洗,直到接頭表面沒有泥皮即可。

2.4 混凝土防滲墻施工特殊情況處理

在混凝土防滲墻施工中遇到一些特殊情況,需要現場施工人員靈活處理。鉆孔偏斜是成孔施工中比較常見的一種問題,其原因可能是鉆進過程中遇到堅硬孤石導致鉆頭偏移,或者是鉆機本身未校準、調正。在施工過程中,現場人員要保證鉆機安裝平穩,并且仔細核對鉆頭是否對準孔位點。在鉆進期間,也要隨時測量孔斜率,避免偏斜?？變嚷{也是比較常見的施工情況,其原因可能是遇到破碎巖層導致泥漿向巖層裂隙中滲漏,或者是孔間距太小,出現孔間串漿情況。針對這一問題,要求現場施工人員必須要嚴格按照施工要求確定孔位,防止孔間距太小。同時,在成孔作業中密切關注孔內泥漿液面的變化情況,如果泥漿突然減少,要向泥漿中加入鋸末等物質,使其變得粘稠,然后盡快將濃稠泥漿補充到鉆孔內,起到封堵巖層裂隙的效果。

3 水庫防滲加固效果

混凝土防滲墻施工完畢后開始28 d 養護,養護結束后開始進行施工質量檢查。常用的檢測方法有機口取樣法、開挖檢查法、鉆芯取樣法。本研究使用鉆芯取樣法進行施工質量檢查,沿防滲墻的軸線等間距布置5 個檢查點,在各個檢查點上垂直于防滲墻面鉆孔,孔深統一設定為7.2 m、孔徑為12 mm,獲取芯樣后進行實驗室檢測,得到混凝土芯樣的抗壓強度、彈性模量2 項指標。繼續使用取樣孔開展壓力注水試驗,注水壓力設定為1.5 MPa,測量各孔的滲透系數。所得結果見表3。

表3 防滲墻混凝土質量鉆芯檢測結果

結合表3 數據可知,本次鉆芯取樣檢查中5 個孔位的抗壓強度在2.66～4.46 MPa,滲透系數為0.8～7.4×10-8cm/s,混凝土防滲墻的抗滲效果較好,保證了水庫防滲加固效果。

4 結論

本次水庫工程的防滲加固中選擇混凝土防滲墻進行處理,現場施工人員通過嚴格加強導墻施工、槽段開挖施工、混凝土澆筑施工等環節的質量控制。最后順利通過了質量檢驗,水庫防滲能力得到加強,順利完成本次施工任務。