陳宇明

（湘鄉(xiāng)市水利局 湘潭市 411400）

l工程概況

湘鄉(xiāng)市合東水庫位于湘江水系漣水支流巖江上游，壩址距S209省道和壺天鎮(zhèn)3km，水庫集雨面積14.75km2，正常蓄水位186.20m，正常庫容2202萬m3，校核洪水位 187.69m，總庫容 2501萬 m3，灌溉壺天、棋梓兩鎮(zhèn)2.8萬畝農(nóng)田，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的中型水利工程。該水庫建于1976年，為粘土心墻壩，最大壩高39m，壩頂高程190.90m，壩頂寬6m，壩頂軸長146m。壩基持力巖層為石英砂巖夾頁巖，巖石風(fēng)化破碎，具弱透水性；壩體填筑土為含礫粘土，碎石含量高，未按要求進(jìn)行分區(qū)填筑，碾壓不密實(shí)。水庫因施工質(zhì)量差、運(yùn)行久，大壩壩體、壩基及左右壩肩滲漏嚴(yán)重，2003年經(jīng)水利部大壩安全管理中心鑒定為三類壩病險(xiǎn)水庫。針對大壩地質(zhì)條件和壩體滲漏特征，設(shè)計(jì)壩體采用垂直塑性混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理；壩基及壩肩采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理，兩者形成封閉、連續(xù)的防滲板墻。塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)要求：防滲墻軸線位于壩軸線上，范圍0+000～00+146樁號，全長146m，墻體設(shè)計(jì)厚度為0.6m，深入強(qiáng)風(fēng)化基巖1m，墻頂標(biāo)高為189.90m，最大成墻深度47m。單元槽段長6m，防滲墻總面積4265m2。

2 混凝土防滲墻、施工方法簡介及選用

混凝土防滲墻就是利用鉆孔或挖槽機(jī)械,在松散的透水地基或壩（堰）體中以泥漿固壁挖掘槽形孔或連鎖樁柱孔，在槽孔內(nèi)澆筑混凝土或其它防滲材料，筑成具有防滲功能的地下連續(xù)墻。

2.1 防滲墻的種類

（1）普通混凝土防滲墻：以水泥、粉煤灰為膠凝材料拌制的在水下澆筑的大流動性混凝土筑成。

（2）粘土混凝土防滲墻：除水泥、粉煤灰外，由摻加了占膠凝材料總量20%左右的粘土的大流動性混凝土筑成。

（3）塑性混凝土防滲墻：水泥用量較低，由摻和較多的膨潤土、粘土等材料的大流動性混凝土筑成，它具有低強(qiáng)度、低彈模和大應(yīng)變等特性。

（4）固化灰漿防滲墻：在已建成的槽孔內(nèi)，以固壁泥漿為基本漿材，在其中加入水泥、水玻璃、粉煤灰等固化材料以及砂和外加劑，經(jīng)攪拌均勻后固化而形成的一種低強(qiáng)度、低彈模和大極限應(yīng)變的柔性墻體。

（5）自凝灰漿防滲墻：以水泥、膨潤土、等材料拌制的漿液，在建造槽孔時(shí)起固壁作用，槽孔建造完成后，該種漿液可自行凝結(jié)成一種低強(qiáng)度、低彈模和大極限應(yīng)變的柔性墻體。

合東水庫設(shè)計(jì)采用塑性混凝土防滲墻，強(qiáng)度等級為C10，墻厚60cm，墻深伸入基巖1m?；炷吝x用抗壓強(qiáng)度小于5MPa，抗?jié)B標(biāo)號W6的塑性混凝土。塑性混凝土防滲墻物理力學(xué)控制指標(biāo)：滲透系數(shù)K≤（1～9.0）×10-8cm/s， 抗壓強(qiáng)度 R28.d＞2.5MPa，彈性模量（800～1000）MPa，允許滲透比降 J≥80；施工物理特性指標(biāo)要求：混凝土入孔時(shí)的坍落度為（18～22）cm，混凝土初凝時(shí)間不能小于6h，終凝時(shí)間不能大于24h。

2.2 混凝土防滲墻成槽的施工方法

（1）鉆劈法：用沖擊鉆機(jī)鉆鑿主孔和劈打副孔形成槽孔的一種防滲墻成槽施工方法。

（2）鉆抓法：用沖擊鉆機(jī)先鉆主孔,然后用抓斗挖掘其間副孔,形成槽孔的一種防滲墻成槽施工方法。

（3）抓取法：只用抓斗挖掘地層,形成槽孔的一種防滲墻成槽施工方法。此法要求有較寬闊的施工場地。

（4）銑削法：用專用的銑槽機(jī)銑削地層形成槽孔的一種防滲墻成槽施工方法。

鉆抓法及抓取法施工相對速度較快，但入巖嵌固較難；銑削法在國外早有應(yīng)用，而國內(nèi)才僅僅開始使用，須采用專用的液壓雙輪銑槽機(jī)，費(fèi)用高，難以采用；鉆劈法相對速度較慢，但適合于入巖嵌固。

合東水庫由于壩頂較窄，不適于抓斗機(jī)施工，且設(shè)計(jì)要求深入基巖1m，所以造槽采用鉆劈法。

3 塑性混凝土配合比確定

本工程設(shè)計(jì)上要求塑性混凝土配合比由現(xiàn)場試驗(yàn)確定，配合比試驗(yàn)是在試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下得出的，而施工現(xiàn)場天氣、氣溫等條件不一樣，直接影響到塑性混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)。塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土的差異較大，不但要對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還要著重考慮混凝土的彈性模量以及抗拉強(qiáng)度是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，塑性混凝土的配合比設(shè)計(jì)需要在對其各個(gè)配合比參數(shù)的影響因素進(jìn)行試驗(yàn)研究后方能設(shè)計(jì)出滿足要求的配合比。

因本工程規(guī)模不是很大，而且不具備較好的試驗(yàn)條件，故采用了工程類比法設(shè)計(jì)塑性混凝土的配合比，參考類似工程的配合比初選了3個(gè)配合比，并做了進(jìn)一步的試驗(yàn)研究加以確定。施工期間根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)對初選參考配合比以水泥量、粘土用量、砂率和水膠比進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，最終確定的配合比見附表。

附表 材料配合比表 kg/m3

4 鉆劈法建造塑性混凝土防滲墻

合東水庫大壩除險(xiǎn)加固壩體采用鉆劈法建造塑性混凝土防滲墻施工方法，并在防滲墻中安置預(yù)埋管,然后進(jìn)行壩基帷幕灌漿，在防滲墻和壩基之間進(jìn)行接觸灌漿相互搭接，形成一道完整的防滲帷幕，達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。

本工程鉆劈法建造塑性混凝土防滲墻主要施工工藝如下：

測量放樣—→開挖施工平臺—→修筑導(dǎo)墻—→成槽鉆進(jìn)—→清孔—→驗(yàn)孔—→預(yù)埋灌漿鋼管—→設(shè)置混凝土導(dǎo)管—→泥漿下混凝土澆筑。工藝流程詳見圖1。

圖1 工藝流程圖

4.1 開挖施工平臺

防滲墻施工平臺要求堅(jiān)固、平整，適合重型設(shè)備和車輛行走（如吊車、鏟車），寬度要能滿足施工需要，本壩原壩頂寬6.0m，不能滿足施工需要，于是降壩（1.0～1.5）m，寬增加到9.0m，現(xiàn)基本能滿足施工需要。

4.2 修筑導(dǎo)墻

造槽施工前必須先修筑導(dǎo)墻，導(dǎo)墻是為防滲墻施工建造的臨時(shí)構(gòu)筑物，其功能是為鉆具導(dǎo)向、保護(hù)槽口、設(shè)備承重。本工程考慮到壩體上部5.0m是十分松散的石渣土，容易跨塌，導(dǎo)墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。導(dǎo)墻厚0.5m,埋深1.0m，導(dǎo)槽中心軸線和防滲墻軸線重合，內(nèi)側(cè)間距64cm，比防滲墻寬4cm（防滲墻厚60cm）。

4.3 軌道鋪設(shè)

在導(dǎo)墻兩側(cè)鋪上枕木，枕木上架軌道，便于鉆槽機(jī)移動。軌道平行于防滲墻軸線，軌道間距根據(jù)鉆機(jī)底座輪距確定，本次施工每6.0m為一槽段，并在枕木上釘有鐵釘以標(biāo)記出主孔、副孔位置。

4.4 造槽施工

對于壩體土質(zhì)好，槽孔較淺的槽一次性單孔鉆至槽底；對于壩體質(zhì)量差，土質(zhì)松散，較深的槽，分（5.0～10）m為一階層鉆劈。全長共分23個(gè)槽段，槽孔分兩期進(jìn)行施工，即用沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)槽段主孔至終孔，主孔完成后，槽段副孔用沖擊鉆機(jī)鉆鑿副孔中心，每鉆進(jìn)（3～5）m即對小墻進(jìn)行劈打。主孔、副孔長度均為0.60m，每個(gè)槽段由5個(gè)主孔及5個(gè)副孔組成（詳見成槽鉆孔示意圖2），單個(gè)槽孔長度為1.2m。在成槽過程中，為了使槽孔垂直，鉆頭沖擊力不要過猛，鋼絲繩帶力沖擊。泥漿護(hù)壁，沖鉆過程中如漏漿，則須另制泥漿補(bǔ)充；如垮槽，則停止沖鉆，馬上回填粘土，邊回填邊沖鉆，壓擠密實(shí)。

圖2 成槽鉆孔示意圖

4.5 泥漿護(hù)壁

泥漿在造孔成槽過程中起到固壁、懸浮、攜渣、冷卻鉆具和潤滑的作用，成墻后還可增加墻體的抗?jié)B性能。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，槽內(nèi)護(hù)壁采用的是膨潤土泥漿護(hù)壁，利用供漿管輸送至槽孔內(nèi)使用，槽孔孔口泥漿面在成槽過程中保持在導(dǎo)墻頂面以下（30～50）cm范圍內(nèi)。制漿設(shè)備系統(tǒng)為：泥漿池容量為30m3，泥漿拌和機(jī)1臺，容量為0.4m3。泥漿配合比為每立方米泥漿：水為1000kg，膨潤土為 100kg，Na2CO3為3kg。采用泥漿比重秤、粘度計(jì)、馬氏漏斗進(jìn)行泥漿三項(xiàng)指標(biāo)的檢測。根據(jù)不同地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整泥漿配合比，泥漿比重為（1.1～1.2）g/cm3。

4.6 基巖面確定

根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)剖面圖、鄰孔基巖深度、鉆進(jìn)速度分析、撈渣情況分析等方面綜合確定。

4.7 清 孔

就是清除孔內(nèi)殘?jiān)⒊猎?。槽孔質(zhì)量檢查合格后即進(jìn)行清孔，用帶閥們的抽沙筒撈取槽孔內(nèi)沉渣，清孔1h后，槽內(nèi)沉渣不大于10cm為合格。

4.8 下預(yù)埋管和設(shè)置導(dǎo)管

（1）預(yù)埋管布置：預(yù)埋管Φ110鋼管，間距2.0 m，每槽布預(yù)埋管3根（1.0m位置、3.0m位置、5.0m位置）。

（2）兩端兩根預(yù)埋管的固定：管底切割成鋸齒狀，防止在基巖面上滑動，中間每10m套一個(gè)固定支架，控制往兩端偏移，管口用“井”字架焊在軌道上固定。

（3）中間預(yù)埋管偏斜控制：中間預(yù)埋管由于兩側(cè)還要下導(dǎo)管，所以中間不能用架子固定，為防止偏移，按以下方法控制：混凝土灌注時(shí)先灌注地勢低的一端，防止管底滑動；槽底澆筑水平后，兩側(cè)導(dǎo)管輪流平衡澆筑。

（4）調(diào)設(shè)置導(dǎo)管：導(dǎo)管內(nèi)徑400mm，每槽段布置2根導(dǎo)管，導(dǎo)管間距3.0m，距槽端1.5m，距槽底（15～25）cm 以內(nèi)。

4.9 泥漿下混凝土澆筑

泥漿下混凝土澆筑采用直升導(dǎo)管法，開澆前先注入少量水泥沙漿，隨即注入足量的混凝土埋住導(dǎo)管底部，然后邊澆筑邊提取導(dǎo)管。澆筑過程中按以下幾點(diǎn)控制：

（1）測繩測量，導(dǎo)管埋入混凝土中規(guī)范要求不少于 1.0m，不大于 6.0m，本工程控制在（2.5～4.0）m。

（2）混凝土面上升速度不小于2m/h。

（3）混凝土面均勻上升，各處高差控制在50cm左右，通過吊鉛球跟蹤測量，調(diào)節(jié)兩根導(dǎo)管注入量來控制。

4.10 槽段連接

槽段連接可采用接頭管法和鉆鑿接頭孔法，接頭管法適于抓斗成槽施工，鉆鑿接頭孔法適合于沖擊鉆成槽施工。本工程采用鉆鑿法進(jìn)行接頭連接，即一期槽段澆筑完畢12h后，視混凝土強(qiáng)度進(jìn)行二期槽段造孔時(shí)，將一期槽段混凝土套抓35cm，以保證接頭質(zhì)量。鉆完孔后，需用專用的機(jī)具將其兩端一期槽（或圓樁）混凝土上所附泥皮及地層殘留物全部清除。

5 防滲墻施工特殊情況處理

5.1 漏漿、塌孔處理

（1）漏漿：造孔過程中有少量漏漿現(xiàn)象，采用加大泥漿比重，投堵漏劑等措施處理；出現(xiàn)大量漏漿現(xiàn)象，馬上采用回填粘土鉆進(jìn)處理，槽孔采用投鋸末、水泥或高水速凝材料等進(jìn)行堵漏處理，并改沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)為沖擊鉆擠實(shí)鉆進(jìn)，確?？妆诓郾诎踩??；蛟谠炜浊?，對架空地段進(jìn)行預(yù)注漿處理。根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)，危險(xiǎn)性管涌土，會加劇地層滲漏通道的滲漏，鉆進(jìn)時(shí)，要加強(qiáng)泥漿損失測估，改變鉆進(jìn)工藝，準(zhǔn)備好足夠的堵漏材料及時(shí)處理好滲漏，尤其是槽孔的副孔鉆劈時(shí)，要小心提防。合東水庫主壩施工沒有發(fā)生過漏漿情況。

（2）塌孔：由于覆蓋層級配不均，結(jié)構(gòu)松散，造孔中可能出現(xiàn)塌孔。發(fā)現(xiàn)有塌孔跡象，首先提起施工機(jī)具，根據(jù)塌孔程度采取回填粘土、柔性材料或低標(biāo)號混凝土等處理。如孔口塌孔，采取布置插筋、拉筋和架設(shè)鋼木梁等措施，保證槽口的穩(wěn)定。如槽內(nèi)塌孔嚴(yán)重，必要時(shí)可澆筑固化灰漿后重新造孔。本工程的5#、7#、9#槽均有不同程度的跨塌，采用了回填粘土方法處理。

5.2 孔斜的處理

造成防滲墻發(fā)生孔斜的原因有很多，其中地層原因是最主要的。當(dāng)槽孔施工發(fā)生孔斜時(shí)，將使墻體的有效厚度減少以及影響墻體的連續(xù)性，因此，孔斜的控制尤為重要，當(dāng)槽孔施工發(fā)生孔斜時(shí)，應(yīng)采取以下措施處理：

（1）改變鉆頭規(guī)格、形狀。沖擊鉆機(jī)施工中要勤測量，及時(shí)掌握孔形情況，如發(fā)現(xiàn)偏斜，可在鉆頭上加焊一圈鋼筋，擴(kuò)大鉆頭直徑，擴(kuò)孔改變孔斜；或在孔斜的相反方向加焊耐磨塊進(jìn)行修孔。

（2）回填石料修孔。沖擊鉆機(jī)造孔中如果發(fā)生孔斜，可用（10～25）cm石料回填至偏斜段頂部。重新進(jìn)行該段造孔，并加大造孔過程中的測斜密度，嚴(yán)加控制進(jìn)行修孔。

（3）定位、定向聚能爆破處理探頭石。造孔過程中遇到探頭石易發(fā)生孔斜，可采用定位、定向聚能爆破炸掉探頭石后繼續(xù)鉆進(jìn)。

5.3 混凝土澆筑堵管的處理

防滲墻的澆筑應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行，有效地控制混凝土的攪拌質(zhì)量及按規(guī)定掌握導(dǎo)管的埋深，是避免發(fā)生堵管的關(guān)鍵措施。一旦發(fā)生堵管，可利用吊車上下反復(fù)提升導(dǎo)管進(jìn)行抖動，疏通導(dǎo)管，如果無效，可在導(dǎo)管埋深允許的高度下提升導(dǎo)管，利用混凝土的壓力差，降低混凝土的流出阻力，達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的。當(dāng)各種方法無效時(shí)，可考慮重新下設(shè)另一套導(dǎo)管，新下設(shè)的導(dǎo)管底部應(yīng)完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒將導(dǎo)管內(nèi)的泥漿抽吸干凈，方可繼續(xù)進(jìn)行混凝土的澆筑。

5.4 墻體質(zhì)量事故的處理

如混凝土防滲墻在澆筑過程中發(fā)生中斷或發(fā)生事故而影響質(zhì)量時(shí)，可根據(jù)事故的具體情況采取以下措施進(jìn)行補(bǔ)救：

（1）鑿除已澆筑的混凝土，重新清孔換漿進(jìn)行澆筑。

（2）在防滲墻上游側(cè)補(bǔ)貼一段新墻，并保證與舊墻和兩端槽孔混凝土連接完整，達(dá)到防滲標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在發(fā)生事故的部位上游側(cè)進(jìn)行鉆孔灌漿，形成一段帷幕對事故部位進(jìn)行補(bǔ)救，達(dá)到防滲標(biāo)準(zhǔn)。

（4）在發(fā)生事故的部位上游側(cè)進(jìn)行高噴灌漿，形成一段高噴防滲墻對事故部位進(jìn)行補(bǔ)救保護(hù)，達(dá)到防滲標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié) 語

湘鄉(xiāng)市合東水庫大壩滲漏問題，通過采用鉆劈法建造塑性混凝土防滲墻和壩基帷幕灌漿后，經(jīng)過了幾年的考驗(yàn)，防滲效果顯著，壩下游滲漏現(xiàn)象得到了徹底地解決，下游水塘多處泡泉點(diǎn)和壩腳集中滲水點(diǎn)基本消失。實(shí)踐證明，塑性混凝土防滲墻技術(shù)在合東水庫中的應(yīng)用是成功的，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期防滲效果，各項(xiàng)質(zhì)量檢測指標(biāo)均能符合設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求。說明鉆劈法建造塑性混凝土防滲墻技術(shù)在大、中型水庫壩體防滲處理上是一項(xiàng)可行的、有效的新工藝，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 王清友，孫萬功，熊歡.塑性混凝土防滲墻[M].北京：中國水利水電出版社，2008.