庫區防護工程的液壓抓斗造孔成墻施工

王 東

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

石板溝水庫工程規模小型（1），工程級別Ⅳ等，總庫容190.2 萬m3。水庫內引水建筑物、泄水建筑物、擋水大壩等永久性建筑物均按照4 級設計，而次要建筑物與臨時性建筑物均按5 級設計，此外，整個石板溝水庫工程抗震設防烈度為8 度。石板溝水庫位于金強河上游左岸支流石板溝上，河道全長約9.25km，壩址以上流域面積25.5km2，河道比降64.9‰，流域呈狹長葉狀，流域大部由雜草覆蓋間有灌木叢，疏密度由上游向下游逐漸遞減，植被條件一般，總地勢由北向南傾斜。壩址處多年平均徑流量為255 萬m3，年平均流量為0.08m3/s，多年平均入庫泥沙為0.6375 萬t。石板溝水庫區域日照短、氣溫低，天氣多變，年降水量413.9mm，最大一日降水量46.2mm；平均蒸發量1523.8mm；相對濕度59%。石板溝水庫工程區域地勢總體北高南低，屬河谷型帶狀水庫山體，海拔一般在2900～3100m 之間，相對高差100～300m，河谷底寬約150～350m 不等，河床自然比降4%～6%。

石板溝水庫為新建水庫，為確保庫區投入使用后能夠切實發揮出優異的防護作用，在水庫建設期間，對石板溝水庫實際條件進行分析，經綜合考量后，最終選取采用液壓抓斗造孔成墻施工技術構筑防滲墻，對防護區進行除險加固[1]，以此提升水庫防護效果，降低汛期險情發生率。

1 液壓抓斗造孔成墻施工技術的優點

液壓抓斗造孔成槽工藝為水庫防護工程中常用的技術工藝，其工作原理是借助高壓膠管，使液壓壓力逐漸傳輸給抓斗，在抓斗啟閉操作下，進行造孔成槽成墻。該施工技術適用于砂礫石、硬質土壤、均值土壤，在成槽施工期間，需做好泥漿固壁施工，并于槽段施工結束后清孔換漿，經檢查達標后，進行混凝土灌注工作。該技術施工快捷，工期較短，且造價相對較低，具有較強的綜合效益。

2 液壓抓斗造孔成墻施工技術應用

液壓抓斗造孔成墻施工技術，需在做好前期施工準備的基礎上，重視造孔施工、成槽施工、泥漿固壁、混凝土灌注、接頭處理等關鍵步驟，嚴格按照施工方案規范施工行為，控制好技術工藝參數，確保防滲防護效果。

2.1 施工前期準備

在液壓抓斗造孔成墻正式施工前，需對庫區施工場地進行平整處理，對現場地質勘測資料整理檢查，并再次檢查施工方案，切實符合庫區防護實際情況。完成以上工作后，對人力、設備、材料進行管理控制。（1）人員管理：檢查各工種上崗資格證，組織技術交底培訓工作，確保施工人員能夠按照標準規范進行施工。（2）設備管理：組織設備試運行，檢查設備性能及參數，并進行必要的設備維護，確保抓斗成槽機、沖擊鉆、泥漿攪拌機、泥漿泵、沖擊錘、空壓機等設備，能夠在施工期間保持最佳運行狀態。（3）材料管理：按照施工階段規劃，制定材料進場方案，并組織材料質檢工作，將材料質檢過程與結果詳細記錄，質量未達標材料不可進場，杜絕因材料缺陷而引發的施工問題。

2.2 造孔施工

為提高庫區防護效果，提升水庫工作安全性，石板溝水庫工程按照堤防高程設置墻頂高程，開始施工前，將液壓抓斗轉移至相應高程位置處，同時運用挖掘機調整堤頂高程，所挖除的土方可用于夯實堤防，并運用壓路機進行碾壓，以此拓寬壩頂，提升堤防密實度。石板溝水庫防護工程中，部分堤壩承載力、密實度有所下降，在造孔施工時，將水泥與黏土拌和，用于置換碎石土，以此提升堤壩承載力、密實度。此外，為便于液壓抓斗設備行走，需準備碎石，將其均勻鋪至壩頂部位，鋪設20cm 左右即可，待堤壩拓寬且鋪設碎石后，其寬度約增加11m，可使液壓抓斗設備能夠安全通過，并滿足設備抓臂回轉操作需求。近年來強調綠色施工，運用液壓抓斗設備進行造孔時，為避免污染，需將液壓抓斗設備置于下游位置，并設置垂直于堤軸線的排水溝，施工期間所形成的廢水、廢渣、廢漿都將沿排水溝排至下游污水池，于施工結束后，對廢水、廢渣、廢漿進行集中處理。

2.3 成槽施工

2.3.1 導向墻施工

對石板溝水庫工程水文地質資料進行充分分析，需使泥漿液面低于導向墻20cm，并高于地下水位約100m，因此，要求導向墻能夠埋入原狀土至少20cm，且導向墻設計深度應控制在150cm。防滲墻施工時，為控制開槽準確度、垂直度、平直度等，應進行導向墻施工，起到開槽參數導向的作用，還可為頂拔接頭管、成槽設備提供支撐作用，同時還可穩定泥漿面及地表土層，避免出現槽口塌方問題[2]。在石板溝水庫防護工程液壓抓斗造孔施工中，導向墻施工直接決定防滲墻施工精度，因此，在導向墻施工前，必須進行技術交底，做好定位放線工作。為確保鎖口管、抓斗鉆頭順利進出，導向墻定位放線時，應在中軸線兩側適當放寬3cm 左右，同時將導向墻垂直度誤差值控制在±8.5mm 以內，而導向內墻面平整度誤差值需控制±3.0mm 以內，導向墻高差誤差值不可高于±5.0mm，導向墻軸線誤差值需控制在±10mm以內。除此之外，導向墻頂部應高出路面10cm 左右，以此防止雨水流入導槽而污染泥漿。導向墻施工過程中，需盡可能使土體保持直立垂直開挖施工，若受到條件影響無法直立垂直開挖，則應在外模板幫助下進行施工，并于混凝土強度達標后，運用黏土將其夯實。待外模板拆模后，以2m 為間隔設置圓木支撐（直徑8cm），同時回填土方。在導向墻施工期間，若混凝土尚未達到強度標準前，重型機械不可進入導向墻施工區域，避免導致導向墻變形。

2.3.2 開槽施工

在石板溝水庫工程中，槽斷面為“┓┏”狀，槽口寬度為0.5m，深度為1m，導向墻鋼筋混凝土材料為C20規格，墻體頂厚、頂寬分別為0.4m、1.0m。在成槽施工中，需應用液壓抓斗設備抓取硬質基巖及大塊孤石，因此，選用高性能設備，液壓抓斗工效為11～16m2/h，同時配備沖擊式鉆機，以保障成槽施工效果[3]。施工中采用“三抓法”，按照槽段左側主孔、槽段右側主孔、中間副孔的順序展開成槽施工。在正式施工前，可運用紅漆標注槽段中心線，同時運用石灰劃出邊界控制線，并檢查液壓抓斗設備的鋼絲繩、油泵、連接等部位，成槽施工2000m2后，需運用黃油保養鋼絲繩。開槽施工過程中，需嚴格控制液壓抓斗的垂直度及高度，做好開槽控制，在開槽期間，運用監測設備觀察軸線偏差情況，若發現偏差超出標準，則需立即糾偏，確保開槽平整性及垂直度。完成開槽施工后，需沿基坑側導墻將液壓抓斗緩慢放下，勻速入槽，避免抓斗接觸導槽而降低槽壁平整性。

2.4 泥漿固壁

2.4.1 泥漿制備

石板溝水庫防護工程泥漿制備時，運用2000L 規格的泥漿攪拌機，泥漿制備效果可直接影響泥漿固壁質量，因此必須重視泥漿制備工作。在制備泥漿期間，應控制復合膨潤土計量偏差低于5%，泥漿黏度參數處于20～40s范圍內，將泥漿比重控制在1.04～1.25 范圍內，PH 值處于8～13 范圍內為佳，此外，泥漿失水量不可高于1mm/3min，含沙量需低于4%。完成泥漿制備后，應注意保護泥漿，不可使黏土、泥皮、雨水混入泥漿內，避免土體與混凝土內鈣離子、陽離子混入泥漿而出現變質問題。泥漿質量不佳可能會導致槽壁坍塌問題出現，因此，必須重視泥漿制備工作。在石板溝水庫工程中，泥漿材料為膨潤土、CMC 復合材料、純堿、水，按照70∶0.8∶1.8∶1000 的比例制備泥漿，準備好CMC 復合材料溶液，使其靜置5h 后取用，按照比例將膨潤土與拌和用水添加至攪拌筒內，持續攪拌3min 后，將靜置完畢的CMC 復合材料溶液加入其中，持續均勻攪拌10min 或加入純堿，上述材料按照比例及順序完成均勻攪拌后，需將新制備的漿液轉移到儲漿池內，將其靜置24h，待泥漿內膨潤土顆粒發生膨脹反應后，即可將泥漿漿液轉移到循環池內備用，而在靜置過程中，需經常性攪動漿液，避免出現沉淀。

2.4.2 泥漿固壁施工

泥漿漿液在泥漿固壁施工中，主要具有攜渣、固壁、護壁、切土潤滑、切削刃冷卻的作用，在石板溝水庫防護施工中，嚴格控制泥漿制備材料配比，并通過試驗進行了配比檢驗，從多種配比組合中選取了最佳方案，以此保障了泥漿質量。由于該次石板溝水庫防護工程的主要目的在于除險加固，提高庫區防護區防滲效果，在壩肩位置增設了沉淀池、廢漿池、漿液池，此外，泥漿制備系統內還包括儲漿池、循環池，為保障泥漿制備效果，還需在池內壁、池底鋪設防滲膜。在液壓抓斗成槽施工期間，可在循環泵的幫助下，將泥漿漿液泵送至開挖槽段，并于成槽開挖期間，使泥漿漿液按照設計速度逐漸注入其中。在泵送泥漿漿液時，需控制泥漿漿液液面與導墻頂部存在40cm 左右的距離，待槽段開挖結束后，泥漿將會起到固壁、護壁效果，而在此期間有多余泥漿被抽送至沉淀池內，此時需將多余泥漿轉移至循環池，便于后續循環應用。

2.5 混凝土灌注

造孔成槽施工結束且泥漿漿液起到固壁、護壁效果后，需進行清孔換漿，在液壓抓斗設備幫助下，抓出槽孔底部余土與沉渣，輔以吸漿泵，采用反循環法，使槽底淤泥在吸漿泵作用下被吸出。運用刷壁器將墻段混凝土周邊的凝膠物等雜物清除后，需運用液壓抓斗設備再次進行清底。完成清底工作后，需進行混凝土灌注施工，檢查混凝土材料抗滲性能及強度等級，確定材料符合施工要求后方可進行施工作業。混凝土灌注時，應將塌落度控制在20cm 范圍內，允許誤差±2cm，擴散度應控制在35～40cm 范圍內，材料密度所允許最低值為20kN/m3，正式灌注施工前，需組織取樣試驗，按照各槽段情況制作抗滲試塊與抗壓試塊，試塊制作結束后需養護28d，并將抗滲試塊與抗壓試塊送檢。在石板溝水庫防護工程中，采用“直升導管法”組織混凝土灌注施工，因此，為保障灌注施工效果，需準備20cm 內徑規格的導管，并使其在0.6MPa 壓力狀態下進行密封試驗，密封性符合施工標準后，準備球膽直徑低于20cm 的充氣球，將其置于導管內起到隔水栓的效果，按照注漿設計速度及注漿量灌注混凝土與漿液時，充氣球受到注漿作用，卡在導管底部，在充氣球隔絕效果下，泥漿將不會返回導管。隨著灌注施工的持續進行，混凝土面將會勻速緩慢上升，待混凝土面與槽口僅余4cm 左右距離時，可運用泥漿泵設備，將漿液逐漸抽出，并使漿液轉移到廢漿池內，抽出漿液后勻速提升導管，混凝土面達到設計高程后，即可停止灌注，并將導管拔出[4]。

2.6 接頭處理

將槽段接頭運用接頭管連接，在接頭連接處理期間，需運用汽車進行吊裝，為保障接頭處理效果，需做好管中心線定位工作，待接頭管被吊裝至槽底上方0.5m處時迅速下放，在接頭管自重作用下快速插入槽底。為避免接頭管底部側面有混凝土材料漏出，可運用木楔塞緊導墻與接頭管之間的縫隙，同時運用起拔機（壓力至少為400MPa）夾住接頭管，待混凝土灌注結束2～3h 后，以10cm 為間隔進行頂拔，直至接頭管無涌漿現象后，按照10m/30min 頻率進行頂拔。

3 結束語

石板溝水庫工程為確保庫區投入使用后能夠表現出優異的防護效果，決定采用液壓抓斗造孔成墻施工技術構筑防滲墻，以應對汛期，避免險情出現。在施工期間，按照標準技術流程進行施工，規范施工人員操作行為，嚴格按照要求進行細節操作，最大限度保障了施工質量。液壓抓斗防滲墻構筑完成并投入使用后，發現該防滲墻防護效果優異，達到預期目標，能夠良好完成除險加固任務。