張 治,葉良裕

(1.寧波市鄞州區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 寧波 315192;2.寧波市鄞州區(qū)甬新河管理所,浙江 寧波 315104)

1 工程概況

西岙水庫(kù)位于寧波市鄞州區(qū)集士港鎮(zhèn)四明山村,水庫(kù)建于1958年,是1座以防洪、灌溉為主結(jié)合養(yǎng)殖的小 (1)型水庫(kù)。西岙水庫(kù)上游集雨面積2.639 km2,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500 a一遇,正常庫(kù)容121.48萬(wàn)m3,總庫(kù)容146.06萬(wàn)m3。水庫(kù)樞紐工程主要由大壩、溢洪道和輸水隧洞等組成。大壩為黏土心墻壩,最大壩高19.90m,壩頂長(zhǎng)188.20 m,壩頂平均寬4.70 m,壩頂高程32.75～33.15 m,大壩前后坡均有干砌塊石護(hù)坡,壩腳設(shè)排水棱體。

根據(jù)2008年12月《西岙水庫(kù)維修加固工程地質(zhì)勘察報(bào)告》及 《西岙水庫(kù)大壩安全技術(shù)認(rèn)定報(bào)告書》,心墻土平均壓實(shí)度為0.90,以中等透水性為主,滲透系數(shù)為10-4～10-3cm/s,不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)的防滲要求。經(jīng)安全技術(shù)認(rèn)定為2類壩,需進(jìn)行維修加固。

2 防滲墻設(shè)計(jì)

2.1 方案比選

根據(jù)西岙水庫(kù)實(shí)際情況,大壩黏土心墻防滲體及壩體與壩基接觸帶存在滲漏問題,大壩防滲的主導(dǎo)思想就是截?cái)鄩误w土、壩體土和壩基基礎(chǔ)帶之間的滲漏通道。大壩防滲加固處理的主要方法是垂直防滲,垂直防滲方案中又有混凝土防滲墻方案(方案1),帷幕灌漿結(jié)合高壓噴射灌漿方案(方案2)以及帷幕灌漿結(jié)合充填灌漿方案(方案3),選擇以上3種方案進(jìn)行比選,比選方案優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

根據(jù)此工程及鄞州區(qū)水利工程的實(shí)際情況,考慮水庫(kù)防滲加固的綜合效果分析,此工程設(shè)計(jì)采用方案1混凝土防滲墻方案作為推薦方案。

表1 比選方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

2.2 防滲墻布置

由于防滲墻施工作業(yè)的需要,首先需降壩處理,該工程需先將大壩降至30.50m高程,防滲墻軸線布置壩軸線上游0.70 m處,防滲墻澆筑頂高程30.50 m,墻底深入弱風(fēng)化基巖0.50 m。根據(jù)地質(zhì)剖面,防滲墻底高程最低為2.00 m,防滲墻最大墻深28.50 m,平均墻深25 m。大壩加固標(biāo)準(zhǔn)橫剖面見圖1。

圖1 大壩加固標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

2.3 墻體材料

由于該工程防滲墻布置在壩體中,如采用常規(guī)混凝土防滲墻,則因彈性模量較高,與周邊的壩體填筑土不相適應(yīng),不能適應(yīng)較大的變形而引起應(yīng)力集中,產(chǎn)生的拉應(yīng)力將使混凝土防滲墻出現(xiàn)裂縫,影響防滲效果,所以防滲混凝土墻體材料采用低彈?；炷?以適應(yīng)不均勻受力及較大的變形。根據(jù)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算成果,同時(shí)根據(jù)同類工程已建防滲墻的施工經(jīng)驗(yàn),防滲墻混凝土抗壓強(qiáng)度不大于8 MPa,抗拉強(qiáng)度不低于0.80 MPa,彈性模量不大于7 000 MPa,混凝土抗?jié)B等級(jí)采用W6。為此,低彈模混凝土的配合比及外加劑、摻料量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。為了防止防滲墻在壩體內(nèi)出現(xiàn)不均勻沉陷導(dǎo)致壩體產(chǎn)生裂縫,在防滲墻頂設(shè)壓縮性較大的高塑性土,并在防滲墻墻頭包1層黏性土,以防止壩體土與防滲墻的接觸面發(fā)生接觸沖刷。

2.4 防滲墻厚度驗(yàn)算

防滲墻在上游滲透壓力作用下,其耐久性取決于機(jī)械力侵蝕和化學(xué)溶蝕作用,由于這2種侵蝕破壞作用均與水力梯度有密切關(guān)系,因此在防滲墻設(shè)計(jì)中根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力梯度來(lái)確定防滲墻的厚度。防滲墻的厚度同時(shí)還應(yīng)考慮到地質(zhì)情況、施工設(shè)備及工程造價(jià)等因素。該工程經(jīng)綜合考慮,防滲墻厚度取為60 cm。

式中:[J]允為允許水力梯度,取[J]允=60;[J]為計(jì)算水力梯度;H為上下游水頭差,取 H=18 m;t為墻厚,取0.60m。

經(jīng)計(jì)算,[J]=30＜60,滿足要求。

2.5 槽段及接頭

防滲墻槽段分為Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段。槽段劃分應(yīng)盡量長(zhǎng)些,可使墻段接頭較少,有利于快速、均勻施工。根據(jù)地質(zhì)縱向剖面,壩基巖層較平坦,同時(shí)考慮施工方便,槽段劃分長(zhǎng)度為7.80 m,共分24個(gè)槽段。Ⅰ序槽段與Ⅱ序槽段接觸段長(zhǎng)度為0.60 m,Ⅰ、Ⅱ序槽段間隔布置,槽段間接頭采用鉆鑿法施工。

2.6 耐久性驗(yàn)算

當(dāng)防滲墻體受上游滲透水侵蝕作用下,混凝土中氫氧化鈣會(huì)不斷溶出,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)疏松,逐步喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)采用梯里比斯建筑物與水能科學(xué)研究所公式驗(yàn)算墻體使用年限T:

式中:L為滲徑長(zhǎng)度(墻厚),取L=0.60m;K為混凝土滲透系數(shù),取4.0×10-3m/a;H為上下游水頭差,取H=18 m;C為每1m3混凝土水泥用量,取280 kg/m3;α為混凝土強(qiáng)度降低50%時(shí),滲過混凝土水的體積,取1.8 m3/kg;β為安全系數(shù),取 30。

經(jīng)計(jì)算,T=84 a,滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.7 壩肩處理

壩肩與壩體防滲墻的連接采用C20鋼筋混凝土防滲墻結(jié)構(gòu),混凝土防滲墻伸入C20鋼筋混凝土防滲墻2 m。C20鋼筋混凝土防滲墻座落于新鮮基巖上,并設(shè)φ 25錨筋,梅花型布置,與基巖形成整體。C20鋼筋混凝土防滲墻與混凝土防滲墻接觸處設(shè)止水銅片以形成封閉的防滲系統(tǒng),從而達(dá)到防滲和加固的目的。

3 防滲墻施工

該工程防滲墻防滲面積4 186 m2,墻長(zhǎng)187.2 m。根據(jù)工程實(shí)際情況,劃分為24個(gè)槽段,每個(gè)槽段長(zhǎng)7.8 m。采用間隔分序法施工,先建造1,3號(hào)單號(hào)槽段混凝土墻,接著造2號(hào)雙號(hào)槽段混凝土墻,依次進(jìn)行,最終連接成1道防滲墻體。施工主要工流程:施工準(zhǔn)備—場(chǎng)地平整加固—構(gòu)筑導(dǎo)墻施工平臺(tái)—鋪設(shè)軌道—組裝造孔鉆機(jī)—槽段造孔—清孔換漿—下設(shè)澆筑導(dǎo)管—澆筑混凝土—鉆鑿接頭孔。

3.1 施工平臺(tái)的布置

抓斗施工平臺(tái)設(shè)置在防滲墻軸線兩側(cè),原壩頂平均寬度只有4.7m,不能滿足抓斗所需施工平臺(tái)寬度的要求,需對(duì)大壩進(jìn)行降壩處理,防滲墻施工完畢后,再恢復(fù)至設(shè)計(jì)壩頂高程。根據(jù)實(shí)際需要,防滲墻施工平臺(tái)高程定為30.5 m。首先挖除30.5 m高程以上部分壩體,施工平臺(tái)寬度約為13 m,再開始制作導(dǎo)向槽,導(dǎo)向槽采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)板梁,尺寸為0.6 m×0.5 m。鉆機(jī)軌道平行于防滲墻的中心線,上游側(cè)為混凝土澆筑平臺(tái),下游側(cè)施工平臺(tái)要行走重型機(jī)械設(shè)備、吊機(jī)以及修補(bǔ)鉆頭、排水、出碴等。

3.2 鉆孔成槽

該工程防滲墻槽段長(zhǎng)度為7.8 m,每個(gè)槽段內(nèi)有9個(gè)單孔,其中主孔為直徑0.6m的圓形孔,副孔寬度為1.20 m。工程共投入4臺(tái)CZ-20型沖擊式鉆機(jī)鉆孔。采用鉆劈法造孔成槽,先鉆進(jìn)主孔,主孔終孔后,對(duì)副孔采用十字鉆頭劈打法施工。對(duì)于壩體土及基巖部分均采用沖擊十字鉆頭鉆孔。鉆機(jī)造孔施工控制指標(biāo):

(1)槽孔位置和輪廊尺寸?？孜黄睢? cm,鉆頭直徑、抓斗寬度不小于設(shè)計(jì)墻厚。

(2)孔斜?！躉.4%或設(shè)計(jì)值。

(3)入巖深度。滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 清孔換漿

3.3.1 固壁泥漿的生產(chǎn)與使用

在鉆孔成槽的同時(shí)開始泥漿的生產(chǎn)。在制漿過程中適當(dāng)摻加膨潤(rùn)土,改善泥漿性能,所需黏土和水的重量,按試驗(yàn)室提供的配合比進(jìn)行配制,加量誤差值不得大于5%。黏土泥漿采用500 L臥式攪拌機(jī)攪拌,攪拌時(shí)間不少于30 min。泥漿攪拌后在儲(chǔ)漿池內(nèi)放置24 h以上,待黏土顆粒充分水化、膨化后使用。儲(chǔ)漿池內(nèi)的泥漿,要經(jīng)常用高壓空氣噴吹翻動(dòng),以保持泥漿性能指標(biāo)均一。使用安裝在儲(chǔ)漿池中的3PS泥漿泵,將泥漿輸送至槽孔中或混凝土攪拌系統(tǒng)內(nèi)的儲(chǔ)漿桶中。

3.3.2 基巖面鑒定及終孔

當(dāng)主孔孔深鉆到接近地質(zhì)剖面預(yù)測(cè)的位置 (或手挾鋼繩感覺地層變硬)時(shí),即開始取樣,此時(shí)可每隔0.5～1.0 m取1次樣,當(dāng)樣品中基巖含量為20%～40%時(shí),可初步確定為基巖面,往下鉆進(jìn)每20 cm取1次樣。按順序、深度、位置進(jìn)行編號(hào)。巖樣應(yīng)一次比一次新鮮,最后一次巖樣中弱風(fēng)化基巖成分不少于90%。便可以終孔。副孔可參照主孔深度和基巖面鑒定來(lái)確定孔深。

3.3.3 清孔及驗(yàn)收

槽孔鉆掘完成后,須在混凝土澆筑前清理干凈鉆渣。清孔采用掏換方法或泵吸法,即用抽筒從孔底提取廢漿,新漿從槽口補(bǔ)入槽內(nèi),先淺后深,反復(fù)多次,直至槽內(nèi)漿液、沉淀厚度合格為止。二期槽接頭孔在清孔換漿結(jié)束前,用專用的刷子鉆具刷洗、清除混凝土接頭孔孔壁上的泥皮,刷子鉆頭直徑略大于造孔鉆頭直徑,以刷子鉆頭基本上不帶泥屑,孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn),而后進(jìn)行下一道工序施工。清孔換漿施工控制指標(biāo):

(1)接頭沖刷。上下提動(dòng)鋼絲刷沖刷,直至鋼絲刷不再帶有泥屑,測(cè)量孔底淤積不增加。

(2)孔底淤積。清孔換漿1 h后孔底淤積厚度≤10 cm。

(3)泥漿性能指標(biāo)。造孔泥漿密度為1.1～1.2 g/cm3,含砂量＜5%,粘度18～25 s;清孔泥漿密度為 1.1～1.15 g/cm3,含砂量＜5%,粘度18～20 s;清孔驗(yàn)收抽樣泥漿(距孔底1.0 m取樣)密度≤1.3 g/cm3,含砂量≤10%,粘度≤30 s。

3.4 混凝土澆筑

防滲墻低彈模混凝土的配合比根據(jù)試驗(yàn)確定,試驗(yàn)配合比為 (水泥:339 kg、砂:690 kg、碎石:878 kg、膨潤(rùn)土:85 kg、水:362 kg、外加劑:4.24 kg)?；炷翉臄嚢枵境隽虾?用拖式混凝土泵直接輸送到施工平臺(tái)的儲(chǔ)料斗里,通過儲(chǔ)料斗的卸料槽流入導(dǎo)管漏斗?；炷翝仓捎谩爸鄙龑?dǎo)管法”,導(dǎo)管2套,導(dǎo)管內(nèi)徑為φ 250 mm,壁厚4 mm,間距3 m。導(dǎo)管組裝后,進(jìn)行密閉承壓試驗(yàn),提升導(dǎo)管采用吊機(jī)作業(yè)。澆筑過程控制指標(biāo):

(1)導(dǎo)管埋入混凝土的深度不得小于1m,不宜大于6m。

(2)混凝土面上升速度不應(yīng)小于2 m/h。

(3)混凝土面應(yīng)均勻上升,各處高差應(yīng)控制在0.5 m以內(nèi)。

(4)終澆高程高出設(shè)計(jì)高程0.5 m。

3.5 槽段連接

盡量減少墻段的連接縫,增加墻體的整體性。一期槽孔澆筑完畢后,等已澆混凝土達(dá)到初凝后,采用套打—鉆的方法,使成墻后二期槽孔與—期槽墻體搭接0.6 m,以保證墻體的連續(xù)性,且使搭接處滿足設(shè)計(jì)墻厚。

4 防滲墻質(zhì)量檢測(cè)

防滲墻質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容包括接頭質(zhì)量、墻體密實(shí)性能、滲透性能和混凝土性能等指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)常規(guī)方法有機(jī)口取樣測(cè)定混凝土的坍落度,并制模做抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn),是否滿足設(shè)計(jì)要求;成墻28 d后,墻體鉆孔取芯做混凝土抗壓、抗拉、彈模試驗(yàn)和滲透試驗(yàn),檢查墻體的均勻性是否存在缺陷等。

低彈?；炷辆|(zhì)性和密實(shí)性以及槽段和槽段之間的結(jié)合情況采用超聲波 (RS-ST01C非金屬聲波儀)進(jìn)行檢測(cè),采用雙孔一發(fā)一收和單孔的一發(fā)雙收檢測(cè)相結(jié)合的辦法,其中單孔測(cè)試作為雙孔的單發(fā)單收的參考,共對(duì)5,6,17號(hào)槽段共3個(gè)孔進(jìn)行了檢測(cè) (詳見表2)。檢測(cè)結(jié)果表明,所有孔段混凝土波速正常,均質(zhì)性、密實(shí)性好。

表2 3個(gè)對(duì)孔的聲速范圍及其統(tǒng)計(jì)值匯總表

5 結(jié) 語(yǔ)

低彈模混凝土防滲墻應(yīng)用于西岙水庫(kù)維修加固工程中,從實(shí)際效果來(lái)看,有效解決了大壩壩體、壩基滲漏問題。實(shí)踐表明:這種技術(shù)具有施工速度快,施工質(zhì)量可靠,防滲墻防滲性能好,彈性模量低,極限變形大,與周圍土體變形協(xié)調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn),在小型水庫(kù)維修加固工程中值得推廣。隨著低彈膜混凝土防滲墻技術(shù)的迅速發(fā)展,施工設(shè)備的不斷創(chuàng)新和完善,其用途將日益廣泛。