車向群

(遼寧省本溪市水庫移民管理局，遼寧 本溪 117100)

混凝土防滲墻技術(shù)從20世紀(jì)50年代末期被引入我國后，在水庫大壩、防洪堤等防滲工程中發(fā)揮較好加固修復(fù)作用。但在實(shí)際工程應(yīng)用中仍存在一些問題，如：槽孔間接縫處理難度大、施工工效偏低、投資經(jīng)濟(jì)性差等問題。水利防滲工程中防滲墻施工技術(shù)方法較多，各有適應(yīng)性和缺陷，對于水庫大壩較深和較薄防滲墻施工，單一施工技術(shù)很難在防滲墻深度、厚度及地質(zhì)適應(yīng)性等方面均滿足工程需求，如：高噴灌漿技術(shù)，其利用高壓射流切攪被灌土體，使?jié){液與土粒摻合凝結(jié)形成防滲體，無需采用設(shè)備進(jìn)行地基開挖，具有可灌性好、防滲質(zhì)量可控性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用效果較好。但由于高噴灌漿噴射工藝限制，其在薄防滲墻(墻體厚度小于400mm)施工中，雖然其地質(zhì)適應(yīng)性和施工深度均較優(yōu)，但由于填筑量偏小，相應(yīng)施工綜合單價較高，經(jīng)濟(jì)性較差[1- 2]。而振動沉模技術(shù)，在薄(超薄)防滲墻施工中，具有無接縫、施工工效高、質(zhì)量和成本控制優(yōu)等特點(diǎn)。但該技術(shù)受沉模成墻系統(tǒng)設(shè)備性能制約，其成墻深度在20m左右，厚度在8～15cm為宜，最厚不超過20cm，很難達(dá)到壩基基巖相對不透水層。對于壩高超過20m的中小型土石壩防滲工程，如果采用單一高噴灌漿，則綜合造價較高，經(jīng)濟(jì)性偏低；如果采用單一振動沉模技術(shù)，則防滲墻深度很難貫穿整個壩體[3]。為了確保防滲工程具有較高技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性，在薄(超薄)防滲墻施工時，探索聯(lián)合高噴灌漿和振動沉模兩種防滲技術(shù)施工組合防滲結(jié)構(gòu)，融合兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，在確保防滲效果的基礎(chǔ)上，降低投資，提高工程經(jīng)濟(jì)效益。

1 聯(lián)合防滲施工技術(shù)

對于薄(超薄)防滲墻施工，振動沉模雙模板交叉施工可實(shí)現(xiàn)薄(超薄)防滲墻無接縫成墻，且施工工效相對高噴灌漿要提高1倍以上，而對于超出振動沉模施工深度(20m)部分采用高噴灌漿進(jìn)行聯(lián)合防滲，其整體施工工效較單一高噴灌漿要提高50%以上。兩種施工技術(shù)相聯(lián)合，不僅可以發(fā)揮振動沉模施工工效高、高噴灌漿深度大，可深達(dá)基巖不透水層以下等優(yōu)點(diǎn)，同時其綜合造價較單一高噴灌漿方案要節(jié)省30%左右，經(jīng)濟(jì)效益較高。

1.1 振動沉模施工技術(shù)

振動沉模施工主要利用高頻大功率偏心力振動錘，帶動矩形空腹模板，通過高頻振動產(chǎn)生垂直激振力將模板沉入到設(shè)計(jì)深度地層，形成一定深度和厚度槽體。邊振動提升邊注入砂漿，冷凝后形成單個連續(xù)完整的防滲墻體[4]?？涨荒０宄似鸬借彶圩饔猛?，還具有護(hù)壁、振搗和接縫處理等功能。采用AB雙模板交叉循環(huán)漸進(jìn)施工，可一次連續(xù)注漿冷凝形成無縫連接防滲墻，其施工工藝為：A模板就位→B模板就位，A模板下沉→B模板下沉，A模板提升灌注漿液→A模板再下沉，B模板提升灌注漿液→B模板再下沉，A模板提升灌注漿液→…，通過重復(fù)A模板和B模板的下沉和灌注漿液循環(huán)輪流施工，最終形成一道豎直連續(xù)密實(shí)防滲墻，其施工工藝流程如圖1所示。

圖1 振動沉模施工工藝流程

1.2 高噴灌漿施工技術(shù)

高壓噴射灌漿是水利防滲工程應(yīng)用成熟的一種施工技術(shù)，通過鉆機(jī)鉆孔后將帶有噴嘴的注漿管插至設(shè)計(jì)深度地層預(yù)定位置，利用高壓設(shè)備將能量較大的水氣混合漿液以脈動狀噴射沖擊切割土體和強(qiáng)烈擾動將土體和漿液攪拌混合，按一定漿土比進(jìn)行重新排列后凝固后形成凝結(jié)體，從而達(dá)到提高大壩壩基抗?jié)B性能和承載力[5]。高噴灌漿施工工藝為：灌漿試驗(yàn)→放樣及鉆機(jī)就位→鉆孔及下注漿管→灌漿噴射→回灌封孔等[6]，具體施工流程如圖2所示。

圖2 高噴灌漿施工流程

2 大壩加固聯(lián)合防滲施工應(yīng)用

2.1 工程概況

工程屬于小(Ⅰ)型已建水庫，壩址控制流域面積29.16km2，總庫容433萬m3，興利庫容360萬m3。工程于1972年開始修建，1975年竣工投運(yùn)。水庫以灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)防洪、城鎮(zhèn)供水和引水發(fā)電等功能。大壩為均質(zhì)土壩，壩基高程148.00m，壩頂高程176.50m，最大壩高28.50m，正常蓄水位172.90m，設(shè)計(jì)洪水位173.70m，校核洪水位174.35m。

2.2 大壩病險現(xiàn)狀

建成初次蓄水時，水庫即存在局部滲漏問題，隨降低蓄水水位至168.50m，低水位帶病運(yùn)行。雖歷經(jīng)1985年和1996年兩次培厚加固處理，但僅對嚴(yán)重病險進(jìn)行局部處理，未進(jìn)行全面安全復(fù)核和分析。2010年以后巡視人員在壩體下游壩坡中下部發(fā)現(xiàn)大面積濕坡，壩體局部存在管涌、射流等滲漏問題。2013年，水庫列入《全國重點(diǎn)小型病險水庫除險加固項(xiàng)目》，經(jīng)現(xiàn)場踏勘和鉆芯取樣試驗(yàn)，大壩壩體和壩基存在嚴(yán)重滲漏，同時左岸壩肩還存在繞壩滲漏問題。壩基和壩體滲透系數(shù)為7.22×10-5～4.68×10-4cm/s，屬中等透水性。施工時壩基清理不徹底、裂隙基巖未進(jìn)行灌漿充填處理、壩肩山坡接合槽挖填深度不夠、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差等是導(dǎo)致大壩壩體和壩基滲漏的主要原因。經(jīng)安全鑒定，大壩為“三類壩”，滲漏點(diǎn)多、面廣、總滲漏量大且逐年加劇，存在嚴(yán)重安全隱患直接危及到水庫功能的正常穩(wěn)定發(fā)揮，急需進(jìn)行全面除險加固處理。

2.3 大壩防滲加固方案

壩基接觸帶為強(qiáng)風(fēng)化晶洞鉀長花崗巖，深3m左右，小斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育且?guī)r體完整性較差。鑒于壩體土質(zhì)密實(shí)度不均一、填筑土滲透性差異較大、壩體滲漏和壩基(肩)繞壩滲漏等問題，大壩需要進(jìn)行整體防滲加固處理。根據(jù)大壩最大壩高僅有28.50m，防滲板墻厚度較薄僅15cm，填筑量較小等特點(diǎn)。同時，考慮到上游面采用土工膜防滲其與兩岸結(jié)合可靠性較難保證、高壓旋噴樁施工難度大，成墻造價高、劈裂灌漿對壩體結(jié)構(gòu)擾動較大等問題。結(jié)合壩址區(qū)水文地質(zhì)勘察結(jié)果，決定壩體中上部(20m)采用振動沉模板墻，厚15cm；壩基與壩肩間采用高壓噴射防滲墻，厚5～30cm；板墻與防滲墻間采用1m深高噴灌漿進(jìn)行搭接，以形成連續(xù)完整大壩垂直防滲幕墻，如圖3所示。

圖3 振動沉模與高噴灌漿組合防滲結(jié)構(gòu)

(1)壩基高噴防滲墻施工

壩身157.50m以下9.5m均采用高壓旋噴灌漿，鉆孔孔距1.5m，防滲墻厚度5～30cm，嵌入基巖深度不小于3m，達(dá)基巖不透水層。高壓噴射管達(dá)到設(shè)計(jì)地層深度后，通過送空氣和水將水泥漿(漿液水灰比為1.5∶1～0.6∶1，水泥強(qiáng)度為42.5級普通硅酸鹽水泥)以高壓射流形式靜噴5min，待灌漿孔口回漿比重>1.3g/cm3后開始提升噴射管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射。旋噴轉(zhuǎn)速10r/min，提升速度控制在15cm/min左右。施工樁距控制在1.5m，雙排均布。高噴灌漿全程中，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，出現(xiàn)灌漿壓力突降或驟增、回漿比重低等異常情況時，應(yīng)及時停止灌漿，待查明原因后方可繼續(xù)施工[7]。

(2)壩體振動沉模防滲板墻施工

防滲板墻布置在壩體中上部，兩岸深入壩肩10m，深入壩體20m。采用頻率為1050次/min，激振力為230kN的高頻液壓振動錘施工。放樣測量誤差控制在2cm以內(nèi)，并沿防滲板墻軸線開挖樁機(jī)導(dǎo)向槽，槽尺寸為0.4m(寬)×0.6m(深)，導(dǎo)向槽中心線與防滲墻中心線偏差控制在3cm以內(nèi)。采用42.5R級普通硅酸鹽水泥，水料比控制在0.5以內(nèi)，漿液密度1.9～2.0g/cm3。模板提升速度宜控制在1～2m/min，并嚴(yán)格控制模板提升速度與注漿量間的匹配性，同時嚴(yán)格控制槽板間開叉和槽板間接縫問題，確保振動沉模防滲板墻具有良好施工質(zhì)量。

3 聯(lián)合防滲加固修復(fù)效果分析

(1)壩基防滲加固修復(fù)效果

大壩壩體下部及壩基采用高噴灌漿深入基巖不透水層，共計(jì)完成鉆孔512孔，鉆孔總進(jìn)尺6701m。工程竣工后，現(xiàn)場開完5處進(jìn)行觀測，高壓旋噴防滲墻成墻明顯，巖芯連續(xù)密實(shí)均勻，樁間搭接良好，泥結(jié)厚度19～28cm?？孜黄?、孔深深度和嵌入基巖深度均滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)高噴灌漿鉆孔布置，選擇5個鉆孔采用降水頭注水試驗(yàn)和室內(nèi)抗壓檢測，抽檢結(jié)果見表1。

表1 高噴灌漿鉆孔抽檢結(jié)果

抽檢結(jié)果表明，防滲墻滲透系數(shù)最大為5.7×10-7，滿足設(shè)計(jì)≤1×10-6指標(biāo)要求；芯樣抗壓強(qiáng)度在3.68MPa以上，大于設(shè)計(jì)2.5MPa指標(biāo)要求。通過高噴灌漿在大壩下部及壩基形成一道連續(xù)、完整和密實(shí)的防滲墻帷幕，阻斷了大壩壩基繞壩滲漏通道，防滲質(zhì)量好[8]。

(2)壩體防滲加固修復(fù)效果

大壩高噴防滲墻施工結(jié)束后即進(jìn)入振動沉模超薄防滲板墻施工，總歷時52d，總完成板墻面積3128.50m2，充分發(fā)揮了振動沉模超薄防滲板墻施工工效快、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)勢。同時，采用高壓噴射與振動沉模相結(jié)合的組合防滲結(jié)構(gòu)，有效解決了大壩防滲墻與基巖的結(jié)合問題。由于振動沉模防滲板墻厚僅有15cm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取探坑開挖與墻體取樣室內(nèi)檢測來共同分析振動沉模防滲板墻施工質(zhì)量。探坑開挖和墻體取樣直觀觀測，在壩體上半部形成一道連續(xù)完整的防滲板墻帷幕，周圍土體被振動擠壓范圍為模板厚度的2～3倍。防滲墻板一方面通過灌漿充填壩體中的裂隙、空洞和滲漏通道，另一方面通過擠壓周圍土體，利用土體后期回彈作用可以加強(qiáng)土與防滲板墻間的結(jié)合度。通過防滲墻體取樣7d室內(nèi)檢測，其試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 振動沉模墻體取樣室內(nèi)檢測結(jié)果

墻體取樣試驗(yàn)表明，振動沉模防滲板墻抗壓強(qiáng)度大于4.95MPa，滲透系數(shù)小于8.1×10-7，均超過設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。防滲板墻整體連續(xù)完整且密實(shí)度高，有效阻斷了大壩上半部分壩體的滲漏通道，且振動沉模施工對周圍土體進(jìn)行壓縮，大壩滲透穩(wěn)定和變形穩(wěn)定得到有效提高。

4 結(jié)論

中小型水庫大壩薄(超薄)防滲墻施工中，采用高噴灌漿與振動沉模聯(lián)合形成組合防滲結(jié)構(gòu)，既有效阻斷了壩基和壩體滲漏通道，同時也解決了防滲墻和基巖的結(jié)合問題。

(1)高噴灌漿地質(zhì)適應(yīng)性，可灌性好，但綜合造價較高；振動沉模施工工效高，造價便宜，但其深度局限性較大，只能達(dá)20m，25m為極限。將高噴灌漿與振動沉模聯(lián)合，壩體中上部采用振動沉模，下部及壩基采用高噴灌漿，形成組合防滲結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)兩種防滲技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)，確保施工具有技術(shù)可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

(2)大壩上半部20m采用振動沉模，下部及壩基9.5m采用高噴灌漿，并嵌入基巖3m以上深達(dá)不透水層。水頭注水試驗(yàn)和室內(nèi)抗壓檢測結(jié)果表明：高噴灌漿和振動沉模聯(lián)合施工形成的組合防滲結(jié)構(gòu)，抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，施工質(zhì)量較好。

(3)防滲板墻投入運(yùn)行后，大壩防滲性能得到全面提升，壩體滲漏點(diǎn)消失，壩肩繞壩滲漏量明顯降低，確保了水庫灌溉、城鎮(zhèn)供水和引水發(fā)電等功能正常穩(wěn)定發(fā)揮。