□劉丹

混凝土防滲墻具有滲透穩(wěn)定可靠性高、滲漏量控制效果明顯、成墻深度大等優(yōu)點，在深厚覆蓋層壩基中被廣泛應(yīng)用。某中型水庫地基為深厚覆蓋層地基，漂石含量高、壩址處存在孤石、地形條件復(fù)雜，為不對稱U形河谷，地基處理難度大。因此，防滲墻墻體厚度的確定、槽孔建造的關(guān)鍵、施工質(zhì)量的控制措施，均為工程的技術(shù)難點。通過計算、對比確定墻體厚度，分析槽孔建造關(guān)鍵因素，提出適合工程實施的地基處理方案，論述質(zhì)量保證措施，為以后相似地質(zhì)條件防滲墻工程建設(shè)提供借鑒與參考。

1.工程基本情況

某中型水庫工程等別為Ⅲ等，大壩建筑物級別為3級，大壩為土質(zhì)心墻分區(qū)壩，壩頂長533.0m，最大壩高46.0m。壩基覆蓋層主要為砂卵石、漂石，是壩基滲漏的主要通道，勘察揭露最大埋深達83m，漂石含量17.7%，設(shè)計采用混凝土防滲墻加防滲帷幕方案，水庫最大墻深達到83m，是目前為止河北省第一深墻，在如此復(fù)雜地基上修建防滲墻，其墻體厚度的確定、槽孔建造施工工藝的選取以及施工質(zhì)量的控制措施等問題均是施工防滲墻的技術(shù)難點。大壩及防滲墻三維示意圖見圖1。

圖1 大壩及防滲墻三維示意圖

2.防滲墻墻體設(shè)計

混凝土防滲墻應(yīng)具有所需要的強度，足夠的抗?jié)B性和耐久性，混凝土防滲墻常用厚度為0.6m~1.2m。防滲墻厚度過大，會造成大量浪費；偏小則不能滿足防滲、強度等功能要求，甚至?xí)＜按髩伟踩?，因此防滲墻的厚度應(yīng)合理確定。防滲墻厚度確定的影響因素有墻體材料、抗?jié)B及耐久性要求、防滲墻結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變的影響、地質(zhì)條件的影響、施工條件的影響、環(huán)境水質(zhì)，并結(jié)合已建工程經(jīng)驗綜合確定。

工程砂卵石覆蓋層最大深度達83m，并且覆蓋層中漂石含量較多，粒徑600mm以上大塊漂石占到17.7%，砂卵石巖性為石英砂巖，硬度較高，更加大了施工難度。若防滲墻厚度過小，施工時遇到大塊漂石，鉆頭重量小，處理功效慢，甚至導(dǎo)致塌孔；防滲墻底部基巖透水率為10~100Lu，局部還存在斷層，根據(jù)壩基滲流計算，對防滲墻底部基巖進行帷幕灌漿，需要在防滲墻墻體內(nèi)預(yù)埋帷幕灌漿管，若防滲墻厚度過小會造成施工不便，不易保證成墻質(zhì)量；防滲墻屬于地下工程，不便于后期修補，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響工程效益的發(fā)揮；經(jīng)查閱文獻，對20世紀(jì)90年代以后國內(nèi)已建墻深超過60m的混凝土防滲墻進行統(tǒng)計，初選防滲墻厚度1m。

根據(jù)《水工設(shè)計手冊》，考慮防滲墻的抗?jié)B性及耐久性，防滲墻厚度計算公式如下：

經(jīng)計算，綜合考慮已建工程，確定防滲墻設(shè)計厚度取1.0m。經(jīng)三維有限元滲流計算以及三維有限元應(yīng)力變形分析計算，壩體及壩基防滲體系的設(shè)計具有良好的防滲作用，混凝土防滲墻中的流速分布較為均勻，最大為4.11×10-7m/s，最大滲透比降為41.1，防滲墻位移及應(yīng)力分布合理。

3.槽孔建造關(guān)鍵因素

3.1 施工工藝的選取

槽孔建造的設(shè)備以及槽孔建造方法，需要結(jié)合地層情況、墻體的結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)備的適用條件等進行選擇，結(jié)合工程實際情況也可選用多種設(shè)備組合施工，常用的成槽方法有銑削法、鉆抓法和鉆劈法等。鉆劈法槽段分為I、II期槽，各期槽段均可由3個主孔和兩個副孔形成，先鉆鑿主孔后鉆鑿副孔。鉆鑿主孔采用沖擊鉆機造孔，然后鉆劈副孔形成槽段。對于墻底嵌入基巖部分，采用沖擊鉆機配重錘沖砸破碎；鉆抓法采用沖擊鉆破除抓斗成槽機抓斗兩側(cè)卵石，形成圓形孔洞，使成槽機抓斗均能放入孔洞中，順利將兩孔洞中間墻體挖除。鑒于本工程防滲墻最大深度約為80m，抓斗需采用鋼繩抓斗，孔間距一般不大于抓斗最大開度的2/3，通常可采用兩鉆一抓或三鉆兩抓；雙輪銑槽機是一個帶有液壓和電氣控制系統(tǒng)的鋼制框架，底部安裝有3個液壓馬達，兩邊馬達分別帶動兩個裝有銑齒的滾筒，銑槽時兩個滾筒低速轉(zhuǎn)動，方向相反，銑齒將巖體破碎，中間馬達驅(qū)動泥漿泵，通過銑輪中間的吸砂口將石渣與泥漿一起排出地面，如此反復(fù)最終成槽。

鉆劈法結(jié)構(gòu)簡單，便于操作、維修，成墻效果較好，但效率較低；鉆抓法較鉆劈法效率可提高1~3倍，應(yīng)用較為廣泛，但不適用于粒徑大且密實度較高地層；雙輪銑作業(yè)效率高，成槽質(zhì)量好，施工成本高，硬度大的卵石層功效不明顯，尚需沖擊鉆配合。結(jié)合本工程地質(zhì)條件，考慮砂卵石硬度高，含大量漂石，墻體深度大于80m深，混凝土防滲墻主要采用沖擊鉆機“鉆劈法”成槽。造孔過程中，當(dāng)遇到大孤石時，在孔內(nèi)下設(shè)導(dǎo)向鋼管，在導(dǎo)向管內(nèi)下鉆孔。鉆孔完畢，將藥卷放置在小口徑PVC管內(nèi)形成爆破筒，用細(xì)鉛絲吊放爆破筒到孔內(nèi)爆破，將槽孔范圍內(nèi)的孤石破碎成粒徑小于30cm～40cm的碎塊后再進行鉆孔施工，孔內(nèi)鉆孔爆破采用非聚能圓筒形爆破筒進行。

3.2 泥漿性能的要求

泥漿的性能對成槽時的孔壁穩(wěn)定起著重要作用，泥漿應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性、較強的抑制性、較大的懸浮以及攜帶巖屑的能力、較小的失水量以及適當(dāng)?shù)南鄬γ芏鹊任锢砹W(xué)性能，并且能在槽壁上形成一層薄而致密的泥皮，這樣才能在槽孔建造時對槽壁起到很好的支撐作用以及穩(wěn)定地層的作用，減少塌孔等問題的出現(xiàn)。結(jié)合本工程實際，綜合考慮本工程的施工難度，為槽孔施工爭取寶貴的時間，保證槽孔建造過程中槽壁的穩(wěn)定，需要對泥漿性能提出較高的要求。首先拌制泥漿的土料要選擇鉆井級膨潤土，泥漿黏度計、動塑比、濾矢量等嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制。泥漿的配合比，應(yīng)根據(jù)地層特性、成槽方法、泥漿用途，通過試驗選定。為保證槽段之間連接，二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，應(yīng)清除接頭槽壁上的泥皮。

3.3 槽孔孔斜率的控制

槽孔建造的終孔質(zhì)量檢查包括孔深、槽孔中心偏差、孔斜率、槽寬和孔形。槽孔的孔斜率是槽孔建造質(zhì)量的控制性因素，要保證墻體達到設(shè)計厚度、槽段內(nèi)連接可靠?？紤]本工程防滲墻深度較大，單純的控制孔斜率會導(dǎo)致絕對偏差值較大，所以對孔斜率和孔斜的絕對偏差值都做出了嚴(yán)格要求，成槽施工時孔斜率＜4‰，偏差絕對值不應(yīng)大于設(shè)計墻厚的1/3?？紤]壩基覆蓋層中漂石含量較高，可能存在大孤石，對遇孤石地層及基巖陡坡等特殊情況，應(yīng)控制在6‰以內(nèi)。對于槽孔孔斜率的檢查，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，條件允許情況下，以超聲波檢測為主，局部輔以重錘法檢測，嚴(yán)格控制槽孔質(zhì)量。

4.防滲墻質(zhì)量保障措施

4.1 機械保障措施

根據(jù)本工程的特點進行防滲墻成墻設(shè)備選型，成墻的機械滿足墻深、墻厚、孔斜等相應(yīng)的技術(shù)要求。嚴(yán)禁使用本身不對稱，各個方向配重不一的鉆頭，或由于焊接造成鉆頭偏心，導(dǎo)致孔斜；泥漿制漿設(shè)備采用高速制漿機，配置相應(yīng)的過濾裝置；為保證混凝土具有良好的和易性，采用混凝土拌和車水平運輸混凝土，其數(shù)量大于計劃澆筑強度的1.2倍；澆筑導(dǎo)管要有足夠的剛度和強度，管間連接和密封必須可靠；接頭管能承受最大的混凝土壓力和起拔力，管壁表面應(yīng)平滑，管間連接方式可靠。選用有足夠起拔能力的專用拔管機。

4.2 材料保障措施

所有材料都進行驗收抽檢，不合格的材料不準(zhǔn)用在工程上；拌和混凝土的水泥、砂石骨料、水、外加劑等符合有關(guān)規(guī)定的要求；澆筑用混凝土必須是合格的混凝土，杜絕干硬離析不合格的混凝土進入槽孔，其物理性能指標(biāo)必須滿足規(guī)定的要求。

4.3 工藝保障措施

采用全斷面開挖后立模澆筑的方法建造鋼筋混凝土導(dǎo)墻，保證導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)尺寸準(zhǔn)確。鉆頭直徑滿足墻厚的要求。槽壁應(yīng)平整垂直，不應(yīng)有梅花孔、小墻等。造孔成槽過程中，以超聲波檢測為主，局部輔以重錘法檢測，保證清孔質(zhì)量。

5.結(jié)語

通過對深厚覆蓋層壩基防滲技術(shù)難點進行分析，論證選擇適宜的地基處理方案，并提出防滲墻質(zhì)量保證措施。選取1m厚混凝土防滲墻，采用鉆劈法施工工藝，同時控制孔深、槽孔中心偏差、孔斜率、槽寬和孔形等多項指標(biāo)，通過有限元數(shù)值模擬分析，獲得較為理想的設(shè)計效果，為相似地質(zhì)條件的防滲墻工程建設(shè)提供借鑒與參考。