向登垚

(四川省通江縣水利局,四川 通江 636700)

1 工程概況

方田壩水庫擴(kuò)建工程位于巴中市通江縣小通江右岸一級(jí)支流馮家溝下游河段,地處民勝鎮(zhèn)方山村境內(nèi),大壩地理坐標(biāo)東經(jīng)107 °11′28.48″,北緯31 °56′46.96″,水庫大壩距通江縣城約8.0 km。壩址以上控制集水面積6.73 km2,多年平均徑流量417萬m3,該水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水,兼顧縣城抗旱應(yīng)急備用水源等綜合利用的小(1)型水利工程。

方田壩水庫始建于二十世紀(jì)七十年代初,原為小(2)型水庫,壩型為粘土心墻壩,最大壩高約15 m,壩頂高程556.60m,總庫容25萬m3,原壩體填筑料約20萬m3。2014年方田壩水庫被列為擴(kuò)建工程,在壩型選擇論證過程中,對(duì)混凝土重力壩、心墻壩(粘土心墻壩、瀝青混凝土心墻壩、風(fēng)化泥巖心墻壩、鋼筋混凝土心墻壩、混凝土心墻堆石壩)、面板壩(瀝青混凝土面板壩、土工膜面板堆石壩、混凝土面板堆石壩)等壩型進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較,最終壩型選定為混凝土心墻(增強(qiáng)體)堆石壩。

1.1 大壩體型設(shè)計(jì)

方田壩水庫擴(kuò)建工程由樞紐工程、應(yīng)急充水工程、渠道工程和供水工程等組成[1-2]。大壩采用混凝土心墻(增強(qiáng)體)堆石壩,正常蓄水位577.5 m,相應(yīng)庫容214萬m3,總庫容250萬m3,壩頂高程581.00m,壩頂寬度6.0m,最大壩高41.50m,壩頂長365.00m,最大壩底寬194.90m。

上游邊坡1∶2.25,高程556.00m(死水位)至壩頂采用0.12 m厚的C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。壩頂采用20 cm厚的C25混凝土路面,壩頂上游側(cè)設(shè)“L”型C20混凝土防浪墻,墻高1.2 m,寬0.3 m。大壩下游邊坡自上而下為1∶2.0、1∶2.25、1∶2.25,下游壩坡面采用現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土城門型框格植草護(hù)坡,坡腳設(shè)置堆石排水棱體。在高程561.00m和551.00m處分別設(shè)置5.00m寬的馬道;下游壩腳高程538.00m以下設(shè)置1∶1.5排水棱體,采用預(yù)制混凝土塊護(hù)面。

1.2 防滲體設(shè)計(jì)

混凝土防滲墻(即增強(qiáng)體)布置于過渡層中,防滲軸線與壩軸線平行并偏向上游0.5 m,防滲墻墻厚0.8 m,墻頂高程580.70m,墻底伸入弱風(fēng)化基巖1.0m。壩軸線位置設(shè)置6.0m寬過渡層,采用開挖新鮮砂巖堆石料填筑。

1.3 壩基處理

對(duì)原壩體地表松散土體及局部耕作土清除1.0～1.5 m后作為上下游壩殼的壩基,在預(yù)留過渡料和混凝土心墻部位按要求做好相應(yīng)處理。

壩基防滲采取混凝土防滲墻與基礎(chǔ)帷幕灌漿結(jié)合方案。為保證混凝土防滲墻與其下基巖及兩岸基巖形成完整的防滲體系,對(duì)大壩兩岸及混凝土防滲墻下基巖進(jìn)行單排帷幕灌漿,間距1.5 m,帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為10 Lu,孔深要求深入基巖相對(duì)隔水層(q≤10 Lu)以下5.0m?；炷练罎B墻段內(nèi),通過墻內(nèi)預(yù)埋設(shè)的灌漿鋼管對(duì)墻下基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

方田壩水庫大壩施工總體上是按照“先筑壩,再做墻,后灌漿”的施工流程進(jìn)行的[3]。一般增強(qiáng)體土石壩的施工流程是:清基→壩體填筑(至做墻高程)→導(dǎo)墻布置及澆筑→造孔準(zhǔn)備(槽孔設(shè)備安裝、調(diào)試,制漿)→造孔→預(yù)埋灌漿管(接頭管、觀測設(shè)備)→混凝土心墻澆筑→壩基帷幕灌漿→鉆心取樣檢查→上部心墻澆筑→壩體填筑至壩頂。本文只討論增強(qiáng)體心墻的施工建造。

2.1 導(dǎo)墻布置及澆筑

導(dǎo)墻應(yīng)布置在墻體施工平臺(tái)上,如圖1和圖2所示。導(dǎo)墻軸線與心墻軸線一致,導(dǎo)墻間凈空寬度與心墻厚度一致。

圖1 防滲心墻施工導(dǎo)墻剖面

圖2 導(dǎo)墻形成

2.2 槽段造孔準(zhǔn)備

2.2.1 槽段劃分

根據(jù)工程特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際編制施工組織設(shè)計(jì),完善輔助設(shè)施如制漿站、電、供水系統(tǒng)、排污系統(tǒng)等。由工程量和施工工期確定機(jī)械數(shù)量,以便確定進(jìn)場鉆機(jī)數(shù)量,保證合理工期。方田壩水庫工程根據(jù)項(xiàng)目地層、墻體深度等,槽段劃分采用三主二副的形式,防滲墻一二期槽段長度均為6.8 m,主孔0.8 m,副孔2.2 m。

2.2.2 造孔設(shè)備安裝調(diào)試

導(dǎo)墻按照設(shè)計(jì)澆筑結(jié)束后,安裝槽孔機(jī)械導(dǎo)軌,槽孔機(jī)械進(jìn)場進(jìn)行調(diào)試。

2.3 造孔

槽孔鉆進(jìn)采用泥漿固壁、沖擊鉆造孔、抽筒出渣。槽孔機(jī)械型號(hào)和鉆頭型號(hào)根據(jù)心墻厚度、地層情況(即已填筑壩體)選擇。對(duì)非粘性土用CZ20-6A沖擊鉆機(jī),粘性土用反循環(huán)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī),也可用沖擊鉆。根據(jù)不同的土層和鉆機(jī),可選用不同的鉆頭,一般對(duì)砂卵石土層和劈打主副孔間的小隔墻,可選用十字鉆頭;粘土層中可選擇空心型鉆頭和回轉(zhuǎn)式鉆頭,回轉(zhuǎn)式鉆頭具有一次性削取、回轉(zhuǎn)斷面小切削能力強(qiáng)、阻力小等優(yōu)點(diǎn)。正確選擇和制備固壁的泥漿,可以提高鉆孔效率,防止塌孔。土料要求粘粒含量大于50 %～60 %、塑性指數(shù)大于25 %、土中不含草根、樹根等雜質(zhì)。方田壩水庫固壁泥漿采用MMH正電膠、優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)鈣基膨潤土、助劑等復(fù)合泥漿護(hù)壁。

槽孔建造設(shè)備和方法,可根據(jù)地層情況、墻體結(jié)構(gòu)形式及設(shè)備性能進(jìn)行選擇,必要時(shí)可選用多種設(shè)備組合施工?？刹捎玫某刹鄯椒ㄓ秀@劈法、鉆抓法、抓取法、銑削法等[4]。方田壩水庫大壩填筑料(過渡料)為新鮮砂巖,母巖的飽和抗壓強(qiáng)度不小于30 MPa,最大粒徑不超過100.0 mm,選擇“鉆抓法”施工,即主孔采用CZ-6A沖擊鉆機(jī)、平底鉆頭造孔,副孔采用抓斗抓取或沖擊鉆機(jī)施工,如圖3所示。當(dāng)遇到孤石或鉆打漂卵石地層時(shí)改用十字鉆頭施工,小墻采用十字鉆頭或平底鉆頭施工。造孔驗(yàn)收后即進(jìn)行清孔換漿,將底孔淤積清除,沉積厚度不超過10 cm,并按要求更換新鮮泥漿。為保證清孔質(zhì)量,降低澆筑前孔底沉渣厚度,本工程采用氣舉反循環(huán)法清孔。氣舉反循環(huán)法的排渣原理是將壓縮空氣通過供氣管道送至一定深度的排渣管內(nèi),與排渣管內(nèi)的泥漿混合,從而使排渣管內(nèi)泥漿密度和壓力小于排渣管外的密度和壓力,在此壓力差的作用下,排渣管外泥漿攜帶沉渣進(jìn)入排渣管,并沿排渣管上升,最后排出孔外。主要設(shè)備是空壓機(jī)、排渣管、風(fēng)管和泥漿凈化機(jī)。

圖3 槽孔建造現(xiàn)場

2.4 預(yù)埋灌漿管

根據(jù)縱向增強(qiáng)體先壩體填筑、成槽澆筑心墻、壩基帷幕灌漿等施工特點(diǎn),在澆筑心墻時(shí),為保證心墻澆筑質(zhì)量,帷幕灌漿不采用在心墻鉆孔,而是預(yù)埋灌漿管,心墻澆筑結(jié)束后,通過灌漿管進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕灌漿,達(dá)到基礎(chǔ)和心墻整體防滲的效果。所以灌漿管的間距、垂直度和深度等指標(biāo)控制,是保證帷幕灌漿順利進(jìn)行和質(zhì)量的關(guān)鍵。方田壩水庫灌漿管按照設(shè)計(jì)間距(間距1.5 m)、排數(shù)(單排),采用鋼筋定位架固定;管體采用φ110(DN108、壁厚2.3 mm)鋼管;預(yù)埋管定位架采用φ22 mm鋼筋制作;預(yù)埋管與鋼筋架通過綁扎或焊接連接為一整體桁架。

為避免二次運(yùn)輸而造成鋼桁架變形,鋼桁架在就近加工平臺(tái)上加工。先測出每個(gè)灌漿孔的實(shí)際深度,在最底層的桁架制作時(shí),確定每孔灌漿管在同一高程的長度,采用桁架固定,要求桁架寬與心墻厚一致,長與槽段一致,桁架間距以保持整體桁架不變形的剛性確定,一般為6～9 m;灌漿管位于心墻軸線位置。其余灌漿管的長度根據(jù)起吊設(shè)備和施工現(xiàn)場確定后采用桁架固定,以此類推至平臺(tái)。

預(yù)埋管鋼桁架下設(shè),采用吊車分節(jié)起吊,孔口連接,整體下設(shè),并在現(xiàn)場工長和技術(shù)員的指揮下進(jìn)行。首先以保持鋼桁架垂直、平穩(wěn)選好吊點(diǎn),將最底節(jié)預(yù)埋管鋼桁架吊入槽內(nèi),用二根加強(qiáng)型鋼橫向穿過預(yù)埋管鋼桁擱置并架立在導(dǎo)墻上,其頂部外露導(dǎo)墻頂1.5 m左右;再起吊第二節(jié)預(yù)埋管鋼桁架,經(jīng)對(duì)中調(diào)正垂直后進(jìn)行對(duì)接,因上下部預(yù)埋管螺紋方向相反,故采用管鉗轉(zhuǎn)動(dòng)中間套筒即可將上下部位預(yù)埋管連接。為保證鋼桁架整體剛性,在灌漿管連接部位加設(shè)槽鋼、鋼管等。該方法能夠最大限度地保證預(yù)埋灌漿管的連接強(qiáng)度,并能加快預(yù)埋灌漿管槽孔孔口連接速度。

預(yù)埋管桁架對(duì)接完畢后,利用吊車進(jìn)行整體下設(shè),下設(shè)時(shí)要做到桁架對(duì)應(yīng)好槽中位置勻速下降。遇到受阻時(shí)不得強(qiáng)行下放,以免桁架變形,造成管體錯(cuò)位,影響下設(shè)精度。對(duì)下設(shè)完成的預(yù)埋灌漿管的孔口采取臨時(shí)封堵保護(hù)措施,防止雜物進(jìn)入管內(nèi)。

2.5 預(yù)埋接頭管

在條件許可時(shí),盡量減少墻段連接縫。墻段連接可采用接頭管(板)法、鉆鑿法、雙反弧柱狀法等。采用接頭管(板)法時(shí)應(yīng)遵循:(1)接頭管(板)應(yīng)能承受最大的混凝土壓力和起拔力,管(板)表面應(yīng)平整光滑,其接間連接方式應(yīng)簡便、可靠、易操作;(2)應(yīng)根據(jù)預(yù)計(jì)的最大拔管(板)阻力,選用有足夠起拔力的吊車或液壓拔管機(jī)起拔接頭管;(3)開始拔管的時(shí)間,通過試驗(yàn)確定[4]。

方田壩水庫擴(kuò)建工程采用“接頭管法”,其施工程序:一槽段槽孔清孔換漿驗(yàn)收合格結(jié)束后,在槽孔端頭下設(shè)接頭管(接頭管直徑不小于心墻厚度),混凝土澆筑時(shí),根據(jù)槽內(nèi)混凝土初凝時(shí)逐漸起拔接頭管,在一槽段槽孔端頭形成半圓形接頭孔;二槽段槽孔澆筑混凝土結(jié)束后,與一槽段槽孔的端頭形成圓形接頭,再澆筑圓形孔內(nèi)混凝土。這樣施工的優(yōu)點(diǎn)一是圓形孔有利于鋼刷刷毛,不留死角;二是保證了兩個(gè)槽段有效連接,達(dá)到防滲效果。

為保證預(yù)埋接頭管連接靈活和拔起順利,連接時(shí)應(yīng)保證接頭管接頭的卡塊、卡蓋齊全,鎖塊活動(dòng)自如等。并在接頭管外表面涂抹脫模劑。

接頭管起吊下沉采用吊車。先起吊最底端節(jié)接頭管,讓接頭管對(duì)準(zhǔn)端孔中心,垂直勻速下放,一直下到接頭管銷孔位置,用鋼管對(duì)孔插入接頭管,繼續(xù)將底管放下,使鋼管擔(dān)在拔管機(jī)抱緊圈上,松開公接頭保護(hù)帽固定螺釘,吊起保護(hù)帽放在存放處,用清水沖洗接頭配合面并涂抹潤滑油;然后吊起第二節(jié)接頭管,卸下母接頭保護(hù)帽,用清水將接頭內(nèi)圈結(jié)合面沖洗干凈,對(duì)準(zhǔn)公接頭插入,動(dòng)作要緩慢,接頭之間決不能發(fā)生碰撞,否則會(huì)造成接頭連接困難。吊起接頭管,抽出鋼管,下到第二節(jié)接頭管銷孔處,插入鋼管,下放使其擔(dān)在導(dǎo)墻上,再按上述方法進(jìn)行第三節(jié)接頭管的安裝。依次安裝直到整體接頭管完成[5-7]。

準(zhǔn)確掌握起拔時(shí)間是拔管法施工的關(guān)鍵,一般應(yīng)事前進(jìn)行試驗(yàn),確定混凝土的初凝和終凝時(shí)間等參數(shù)。因?yàn)槠鸢螘r(shí)間小于初凝時(shí)間,混凝土尚未達(dá)到一定的強(qiáng)度,就會(huì)出現(xiàn)接頭孔縮孔甚至垮塌;起拔時(shí)間大于終凝時(shí)間,接頭管與混凝土的粘結(jié)力增大,增加了起拔難度,甚至接頭管被鑄死拔不出來[5]。

3 增強(qiáng)體心墻澆筑

一般防滲墻混凝土澆筑采用導(dǎo)管法。

3.1 施工要求

(1)導(dǎo)管法澆筑混凝土是將拌制好的混凝土通過導(dǎo)管輸送至心墻槽段底部,借助混凝土的自重使其自然流動(dòng)擴(kuò)散。因此,必須根據(jù)澆筑部位的外形要求,掌握混凝土漿液擴(kuò)散半徑,以布置導(dǎo)管的位置和數(shù)量。根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn),一根導(dǎo)管的擴(kuò)散半徑一般約3～3.5 m,澆筑塊體面積約4.5～6.0m2。(2)混凝土不振搗,靠自重?cái)D壓密實(shí),使用的標(biāo)號(hào)應(yīng)較設(shè)計(jì)的標(biāo)號(hào)提高20 %左右,澆筑墻頂應(yīng)高出設(shè)計(jì)值10 cm,待澆筑結(jié)束后,將高出的部分清除掉,以保證澆筑質(zhì)量。(3)在混凝土澆筑過程中,要保證進(jìn)料,以確保澆筑的連續(xù)性。如無法避免間斷時(shí)間,以不超過混凝土初凝時(shí)間為限。所以為確保心墻防滲質(zhì)量,在選擇水泥時(shí)選用初凝時(shí)間較長為好,至少不宜小于2 h。(4)為保證混凝土在導(dǎo)管內(nèi)順溜暢通,混凝土應(yīng)具有良好的和易性,骨料最大粒徑不宜超過導(dǎo)管直徑的1/5。

3.2 施工要點(diǎn)

直升導(dǎo)管法的施工要點(diǎn)是將導(dǎo)管下至距底孔10～20 cm,導(dǎo)管內(nèi)放一比導(dǎo)管直徑小10 mm左右的浮球活塞,以便開始澆筑時(shí)把混凝土與泥漿隔開。澆筑時(shí),先倒入坍落度為18～21 cm的水泥砂漿,再倒入混凝土,混凝土倒入量應(yīng)稍大于導(dǎo)管容積,以便一下把活塞壓至管底,滿管后,把導(dǎo)管提起一定高度(具體高度視活塞尺寸而定),使活塞溜出管口外,混凝土隨即流出,再把導(dǎo)管放到離孔底10～12 cm處,使導(dǎo)管底部插入已澆筑的混凝土中,隨即開始連續(xù)澆筑混凝土,隨著混凝土面的不斷上升,導(dǎo)管相應(yīng)提高,并逐節(jié)拆卸導(dǎo)管,直至將混凝土澆筑到設(shè)計(jì)高程為止。

導(dǎo)管的直徑可根據(jù)混凝土的級(jí)配和澆筑強(qiáng)度大小選定,一般為150～300 mm,混凝土入管強(qiáng)度為6.5～26.0m3/h?，F(xiàn)場加工的導(dǎo)管一般壁厚為2.5～4.0 mm,管身要求內(nèi)壁光滑,起伏差應(yīng)小于±2 mm,以利活塞通過,還要求接縫的焊接質(zhì)量良好,在混凝土沖力作用下不應(yīng)開裂。非現(xiàn)場加工的導(dǎo)管在運(yùn)輸、搬運(yùn)過程中應(yīng)保證管身不變形,否則校正后方可使用。

3.3 混凝土配合比的選擇

在拌制混凝土?xí)r,在保證混凝土強(qiáng)度的條件下,應(yīng)配以必要的摻合料,常用的摻合料有粘土等材料,一般當(dāng)水灰比為定值時(shí),混凝土強(qiáng)度隨粘土摻量的增加而降低。根據(jù)試驗(yàn),當(dāng)水灰比在0.65～0.70之間時(shí),摻10 %～20 %的粘土,混凝土抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B標(biāo)號(hào)均滿足設(shè)計(jì)要求。

混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定?；炷林械恼惩翐胶狭?可直接采用不加堿的固壁泥漿(造孔泥漿一般都加占干土重1 %的純堿或0.4 %的燒堿)。

3.4 混凝土的澆筑

導(dǎo)管的布置應(yīng)滿足混凝土從導(dǎo)管流出后的擴(kuò)散半徑要求,混凝土的擴(kuò)散半徑除與混凝土的和易性和塌落度有關(guān)外,還與槽孔內(nèi)混凝土的上升速度直接有關(guān),一般上升速度快的導(dǎo)管,在混凝土入管澆筑時(shí)可取大值。當(dāng)混凝土的和易性良好,塌落度穩(wěn)定時(shí),混凝土面上升速度為1～5 m/h時(shí),可選用擴(kuò)散半徑1.5～3.5 m,據(jù)此布置導(dǎo)管間距。

4 大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿

這是增強(qiáng)體土石壩“先筑壩,再做墻,后灌漿”施工流程的最后一環(huán),既是“收官”又很關(guān)鍵。大壩整個(gè)增強(qiáng)體心墻澆筑結(jié)束并達(dá)到養(yǎng)護(hù)期后,才進(jìn)行壩基帷幕灌漿,使基礎(chǔ)和墻體形成整體防滲體系。這一步,應(yīng)按照設(shè)計(jì)[1]和相關(guān)規(guī)程規(guī)范[4-5,8]實(shí)施。

5 結(jié)語

(1)針對(duì)工程特點(diǎn),做好技術(shù)交底工作,制定增強(qiáng)體心墻現(xiàn)場施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,從材料購置至現(xiàn)場布置均應(yīng)實(shí)行嚴(yán)格的工序管理,保證施工現(xiàn)場的組織有序高效。

(2)參建各方應(yīng)及時(shí)召開各方會(huì)議,明確任務(wù)分工和責(zé)任落實(shí),建立完善質(zhì)量保證體系和質(zhì)量檢查體系,突出難點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),樹立起現(xiàn)場施工人員的責(zé)任意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)。

(3)組織施工作業(yè)人員學(xué)習(xí)有關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)范,明確操作流程和工序,當(dāng)班事當(dāng)班做完,既保證質(zhì)量又保證施工作業(yè)安全。

(4)方田壩水庫作為四川省首座完成的縱向增強(qiáng)體土石壩,自運(yùn)行以來,壩體沉降、位移、應(yīng)力及滲漏量觀測指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求,施工質(zhì)量優(yōu)良,為同類壩型推廣應(yīng)用提供了良好的工程實(shí)踐和成功范例。