單仁章

(江西省九江市柴桑區(qū)水利局，江西 九江 332100)

1 工程概況

某中型水庫(kù)主要包括堤壩、溢洪道、泄洪洞，主要用于防洪、灌溉和民用取水，總庫(kù)容4625萬(wàn)m3.大壩為混凝土重力壩，長(zhǎng)812m，壩頂高程160m，最大壩高45m，頂部寬7m.該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，以二元結(jié)構(gòu)為主，上部主要是黏土和粉質(zhì)黏土，下部主要是透水砂層、砂卵石層，二元結(jié)構(gòu)占了總堤線長(zhǎng)的82.4%。另外，還有以黏性土組成的單一結(jié)構(gòu)，以及黏土和砂礫相間的多元結(jié)構(gòu)。

距離該水庫(kù)下游20km處，有另外一座水庫(kù)，建于20世紀(jì)70年代，受當(dāng)時(shí)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)限制，存在著不少問題。其中，最為嚴(yán)重、發(fā)生頻率最高的就是堤基滲漏，在過去幾十年，因?yàn)闈B漏出現(xiàn)過幾次險(xiǎn)災(zāi)?；跉v史經(jīng)驗(yàn)，在建這座新水庫(kù)時(shí)，對(duì)滲漏、堤基不穩(wěn)等情況做了大量調(diào)查和研究，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，最終決定選擇塑性混凝土防滲墻技術(shù)，進(jìn)行防滲加固防范處理。

2 塑性混凝土防滲墻技術(shù)

2.1 防滲技術(shù)對(duì)比

當(dāng)前應(yīng)用于水利工程的防滲加固技術(shù)很多，如置換法、擠壓法、深攪法、高噴法、垂直鋪膜等，每種方法又能再細(xì)分為若干種。各項(xiàng)技術(shù)的適用環(huán)境不同，各有利弊。比如深層攪拌技術(shù)，通過攪拌機(jī)械，把水泥漿和原來的土體混在一起，形成水泥土連續(xù)墻，施工快、成本低，但僅適用于粉細(xì)砂以下的細(xì)顆粒地層。高壓噴射灌漿技術(shù)是借助高壓，把水泥漿沖切入土體，最終形成新的防滲固結(jié)體。該方法施工速度快，適用范圍相對(duì)較廣，但成墻質(zhì)量不易控制，且成本昂貴。射水成墻技術(shù)指的是利用射水機(jī)造防滲墻，先用成槽器造孔，再灌注混凝土，最終形成防滲墻，但多用于深度在20m以內(nèi)的細(xì)顆粒地層，隨著深度加深，該方法的安全隱患明顯增加。總之，綜合地層適應(yīng)性、深度、質(zhì)量控制等因素考慮，該項(xiàng)目最終選擇了薄型抓斗塑性混凝土防滲墻技術(shù)。

2.2 薄型抓斗塑性混凝土防滲墻

其原理是根據(jù)設(shè)計(jì)的深度，使用薄型抓斗機(jī)械對(duì)土體進(jìn)行抓孔作業(yè)，形成基槽，繼而澆筑塑性混凝土，形成墻段，每個(gè)墻段之間用套管接頭法予以連接，直至形成一道連續(xù)防滲墻。與以上提及的幾種技術(shù)相比，該方法的優(yōu)勢(shì)很明顯，地層適應(yīng)性更強(qiáng)，在砂層、礫石層、基巖中都可使用，處理深度超過35m。而且，此技術(shù)應(yīng)用年頭已久，工藝較為成熟，有著明確的工序安排，質(zhì)量控制方便。塑性混凝土是一種減少水泥含量、增加膨潤(rùn)土、粘土等材料比重的混凝土，具有低強(qiáng)度、低彈膜、大應(yīng)變等特點(diǎn)，其彈性模量較小，接近土體變形模量，能緩解墻體受力變形程度，又有著很高的防滲性，而且能降低成本投入。

塑性混凝土防滲墻技術(shù)的原材料有水泥、粘土、砂石骨料、膨潤(rùn)土、外加劑等，水泥多選擇礦渣大壩水泥或礦渣硅酸鹽水泥，最好是出廠不到3個(gè)月的新產(chǎn)品。為方便拌合，膨潤(rùn)土一般會(huì)以漿液的形式摻加。骨料可分粗細(xì)兩大類，粗骨料多指石子，盡量選擇天然碎石，細(xì)骨料主要指砂，注意其形狀和淤泥含量。外加劑主要有減水劑、膨脹劑等，均要根據(jù)工程要求進(jìn)行精確計(jì)算，保證配合比的合理性。

3 塑性混凝土防滲墻的施工流程

3.1 抓孔成槽

這一環(huán)節(jié)主要使用抓斗式挖掘機(jī)，在一定深度開挖成槽，由主機(jī)和抓斗兩大部分組成，主機(jī)指的是起吊設(shè)備，抓斗負(fù)責(zé)切削土層，被挖土體會(huì)隨著抓斗一起運(yùn)出。如此循環(huán)往復(fù)，直至造孔作業(yè)完成。本工程使用的是從德國(guó)進(jìn)口的利勃海爾HSB43HD型鋼絲繩式抓斗主機(jī)，重80t，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為400kW，單繩起拔力200kN，挖掘深度可達(dá)100m。抓斗選用的是BSD-300薄型鋼絲繩抓斗，斗容量為0.28m3，重7500kg。

造孔質(zhì)量對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的防滲效果有著極大影響，先沿著防滲墻軸線方向設(shè)置施工導(dǎo)墻，以保證孔形的完整，防止孔口坍塌等情況。事先劃分好槽孔，抓斗成槽要按此開展，為提升防滲能力，盡量增大每個(gè)槽段的長(zhǎng)度。同一槽孔作業(yè)，需注意抓孔順序，主孔在前，副孔在后。主機(jī)的起重臂長(zhǎng)度約為18m，注意傾斜角的掌控，本工程的傾斜角為70°，盡量既不影響孔壁，也能使主機(jī)保持穩(wěn)定。防滲墻的厚度為30cm，一方面考慮了接頭管法等技術(shù)要求，另一方面考慮了施工成本。挖空過程中難免會(huì)出現(xiàn)孔斜現(xiàn)象，需注意控制孔斜率，并及時(shí)分析原因采取解決措施，比如抓斗保持平直均勻，經(jīng)常測(cè)量孔斜情況。另外，很容易造成孔底淤積，淤積的危害很大，對(duì)防滲性有著直接影響，澆筑混凝土之前必須完全清理掉，具體可選擇泵吸排渣、抓斗直接清渣等方法。

3.2 泥漿固壁

造孔時(shí)，如果孔壁坍塌，必然會(huì)耽誤后續(xù)施工，為防止此類情況出現(xiàn)，需進(jìn)行泥漿固壁處理，以提高孔壁的穩(wěn)定性。其原理為，泥漿壓力比地下水壓力高，從而滲入到土體中，形成一層不透水泥皮，隨著厚度增加，防滲性能自然提升。另外，泥漿的抗剪強(qiáng)度較好，滲入土體孔壁，相當(dāng)于起到支撐孔壁的作用。影響泥漿固壁的因素有泥漿的靜水壓力、滲透性、泥皮性能等，所以造孔之前需做精確計(jì)算，確保各項(xiàng)參數(shù)合理。泥漿的制備很關(guān)鍵，必須具備良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，能形成高防滲效果的泥皮，并且具有合適的比重，不能過大或過小。制漿材料主要包括膨潤(rùn)土、水、泥漿處理劑等，最后還要注意凈化回收，以免造成污染。

3.3 配合比例

選擇塑性混凝土，因?yàn)榕c普通的水泥混凝土相比，它是一種柔性墻體材料，彈性模量與土體的變形模量相近，可明顯降低墻體內(nèi)的應(yīng)力，從而減少裂縫的出現(xiàn)。其配合比很關(guān)鍵，既要提高強(qiáng)度和剛度，又要降低變形模量，所以可選擇使用高標(biāo)號(hào)水泥。遵循一定的設(shè)計(jì)原則，合理選擇水泥用量，正確計(jì)算水膠比，可適當(dāng)?shù)赝瑫r(shí)摻加黏土和膨潤(rùn)土。

本工程在設(shè)計(jì)配合比時(shí)，對(duì)三組方案做了比較，見表1。結(jié)合其坍落度、擴(kuò)散性、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)等因素綜合考慮，最終選擇方案②。

表1 塑性混凝土配合比方案比較表

3.4 墻段連接

采用接頭管法進(jìn)行各槽段的連接，在一期槽孔澆筑前，需于槽孔兩端下設(shè)鋼管，直到混凝土初凝固化，再以適宜的速度把鋼管拔出來，形成混凝土接頭孔。該方法有很多優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)約混凝土的澆筑量，操作簡(jiǎn)單方便，作業(yè)難度較小，二期槽孔的表面泥皮容易清理。不過，提拔導(dǎo)管時(shí)面臨的阻力很大，而且初凝時(shí)間若掌控不好，很可能會(huì)引起堵管、混凝土坍落等問題。

3.5 澆筑施工

選擇高質(zhì)量的攪拌機(jī)，除了作業(yè)的機(jī)械，還要有1-2臺(tái)備用。原材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)檢，然后合理堆放，既要保證材料安全，又要方便使用?？茖W(xué)合理地布置澆筑導(dǎo)管，選用的是內(nèi)徑為200mm、厚度為5mm的無(wú)縫鋼管，確保導(dǎo)管牢固連接，頂端設(shè)置漏斗，漏斗容量要保證卸料時(shí)混凝土不會(huì)溢出。開始澆筑時(shí)，在導(dǎo)管內(nèi)放一球體作為管塞，其直徑略小于導(dǎo)管，還要能被泥漿浮起，以便于把最初進(jìn)入導(dǎo)管的混凝土和泥漿隔離開。然后，按照標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)澆筑，過程中及時(shí)測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，如有不合理之處，及時(shí)糾正。

3.6 質(zhì)量控制

整個(gè)施工過程中有諸多注意事項(xiàng)，需加強(qiáng)質(zhì)量控制。比如槽孔深度、塑性混凝土原材料質(zhì)量、配合比、稱量系統(tǒng)的控制。再有就是墻體質(zhì)量檢測(cè)，方法有墻體開挖、鉆孔取芯、超聲波法等，本工程采用墻體開挖結(jié)合鉆孔注水的檢查方法。

4 結(jié) 語(yǔ)

該項(xiàng)目建成于2005年，當(dāng)年投入使用，十幾年來未出現(xiàn)過滲漏事故，說明設(shè)計(jì)和施工都很成功。水利建設(shè)是利民之舉，隨著發(fā)電、航運(yùn)、防洪各方面需求的提高，水利工程數(shù)量有所增長(zhǎng)，且技術(shù)性越來越高。堤壩建設(shè)最常見的隱患就是滲水、地基不穩(wěn)，其影響非常嚴(yán)重，必須及時(shí)處理。這就要求加強(qiáng)此方面的研究，根據(jù)各地實(shí)際情況，采取較為適宜的防滲加固技術(shù)。

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