液压抓斗成槽混凝土防渗墙施工技术在水库大坝除险加固工程中的分析应用

2010-11-06宋翼

重庆建筑 2010年2期

宋翼

（湖南兴禹水利水电建设有限公司湖南兴禹 415000）

1 工程概况

湖南某水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水利工程,水库总库容2230万立方米，设计灌溉面积1．48万亩,由主坝、副坝、溢洪道、输水隧洞等建筑物组成。水库除险加固主要项目为：主坝、副坝坝体、坝基防渗处理，坝顶、上、下游坝坡加固整治，重建主坝防浪墙，加高副坝，上、下游坝坡加固整治，增设排水沟；溢洪道加固等。

该水库于60年代末建成，主坝坝顶高程为173.7m，坝顶宽7m，坝顶长117m，最大坝高约30m。由于当时施工条件的限制，坝体填土较松散，且经过近40年的运行，坝体及坝基渗漏严重，故主坝加固采用了液压抓斗成槽混凝土防渗墙及帷幕灌浆综合防渗技术，本文着重介绍液压抓斗成槽混凝土防渗墙施工技术。

2 液压抓斗成槽混凝土防渗墙施工技术

结合工程实际情况，防渗墙采用液压抓斗机抓孔成槽的施工方案，分Ⅰ、Ⅱ序槽段进行施工，混凝土防渗墙接头采用冲凿方式。

2.1 主要施工机械设备

主要施工机械设备：QUY5OC液压抓斗机1台，导管提升机1台，泥浆处理净化器HB-200一台，双层泥浆搅拌筒1台，3PN泥浆泵2台套，2台350型自落式拌和机组拌合站一套，混凝土泵机1台。

2.2 液压抓斗成槽混凝土防渗墙施工工艺

2.2.1 施工流程

液压抓斗成槽混凝土防渗墙施工，首先把防渗墙划分成若干施工槽段，每段长为6m。施工顺序为：间跳槽段，即先进行Ⅰ序槽段冲孔成槽后才进行Ⅱ序槽段施工。抓孔成槽方法：采用QUY50C液压抓斗机完成主孔成槽。

主要施工工序为：测量定位→导墙建造→抓孔成槽→清底→灌注混凝土等，详细施工流程见图1。

图1 混凝土防渗墙施工流程图

2.2.2 槽段划分及导墙制作

槽段划分：每6m为一槽，转角位槽段根据施工平台现场确定。

导墙是施工的重要组成部分,根据现场地质情况，结合以往施工经验，导墙按“T”型式施工，导墙为C20钢筋混凝土结构，墙高（深）为2m，2幅导墙间距为塑性混凝土墙的厚度。

导墙制作流程：测量定位→土方开挖→钢筋制安→立模→混凝土浇筑→拆模、内支撑。

土方开挖采用机械或人工一次按导墙尺寸挖掘成型；导墙拆模后，为防止变形，在导墙间加设横向木支撑，支撑间距为1～2m。

2.2.3 槽孔开挖

一期槽孔采用“三抓成槽”的施工方法，即先抓取两侧单元，再抓取中间单元。

二期槽孔采用“两钻一抓”的施工方法，即使用CZ一22型冲击钻机对Ⅰ序槽的端孔进行施工，然后使用QUY50C型液压抓斗挖掘副孔。在导墙上标识槽段孔位，将抓斗正对孔位后进行垂直抓孔。端孔、副孔完工即完成该槽段成槽，经验收合格后，即进行下一道工序的施工。成槽施工顺序见图2。

图2 成槽示意图

2.2.4 接头施工工艺

液压抓斗成槽混凝土防渗墙接头应保持一定的整体性、抗渗性。由于本工程防渗墙墙体深度较深（最深30多米），为确保防渗墙的质量，本工程采用冲凿接头法的圆弧接头施工工艺，具体施工方法为：

在Ⅰ序槽浇混凝土后端孔位置采用冲击钻钻凿混凝土至Ⅱ序槽槽底高程。Ⅱ序槽段接头孔须在I序槽混凝土初凝后，方可进行施工。为确保Ⅰ、Ⅱ序槽的套接厚度能满足设计要求，端孔及接头孔施工必须严格控制其垂直度，钻进过程每进尺2m必须检测孔斜率一次，且接头孔对位必须与端孔重合，以确保接头任一深度套接墙厚不少于40cm。Ⅱ序槽浇混凝土前用钢丝刷接头锤将接头洗刷干净，确保接头处混凝土连接密实，无夹泥。

2.2.5 泥浆制备

本工程根据地质情况及所选用的抓孔机性能，采用膨润土成品料制造泥浆，其性能指标符合SY5060-85的规定。泥浆的性能指标和配合比通过现场试验确定,泥浆性能指标符合表1的规定。泥浆配合比采用膨润土︰CMC︰水︰Na2CO3=70︰1︰1000︰0.5。

表l新制膨润土泥浆性能指标表

施工过程主要控制密度、漏斗粘度、含砂量,清孔换浆指标通过现场试验确定。

2.2.6 清槽

在成槽过程中，为了把沉积在槽底的沉渣清出，需要对槽底进行清渣以提高地下防渗墙的承载力和抗渗能力，提高成槽质量。在清孔过程中，不断向槽内泵送优质泥浆，以保持液面稳定，防止塌孔。由于本工程的槽孔较深，清槽采用气举排渣的清槽方法。

清槽时要做到内泥浆必须高于地下水位1.0m以上，并且不低于导墙顶面0.3m；清槽应不断置换泥浆。清槽后，槽底以上0.2～1.0m处的泥浆比重应达到相关技术指标要求。施工时设专人进行检测控制，检测仪器采用比重计、含砂率筒及粘度计；清槽后及灌注混凝土前，会同监理及有关单位检查槽底沉渣厚度。

2.2.7 防渗墙混凝土的生产、运输

本工程防渗墙采用塑性混凝土，其配合比适用于地下防渗墙自流成形的施工柔性材料，它具有弹性模量低、抗拉强度较高、防水抗渗性能好等特点，可适应较大变形。由于加入透水性低的粘土和膨润土，使混凝土具有大的流动、粘聚性（坍落度18～22cm，扩散度34～40cm）。

（1）混凝土搅拌站型式的选择：由于本工程塑性混凝土防渗墙工程量较大，且工程所在地附近无生产塑性混凝土厂家，因此在塑性混凝土防渗墙工程施工现场附近设置自拌混凝土拌合站；根据工程特点选用两台350L型自落式混凝土搅拌机。

（2）混凝土生产：各类原材料严格按照规范及设计要求选择，材料计量采用台称称量，人工配合装载机送料；混凝土搅拌机将装在搅拌筒内的物料拌合均匀，现场塑性混凝土搅拌进行试拌，试拌时将膨润土送入搅拌筒后加水拌和1.5min后加入水泥与砂料再拌和2～3min,使混凝土拌和均匀。

（3）混凝土运输：为保证混凝土质量，防止离析等现象的出现，采用泵送混凝土，工作能力为60m3／h；混凝土沿输送管送至浇筑段的导管集料斗内，混凝土自落入仓内，保持槽内混凝土面在导管出口以上，确保混凝土与泥浆分离。

2.2.8 水下混凝土灌注

当清槽满足设计、规范要求后及时灌注水下混凝土,混凝土灌注采用导管法，水下混凝土使用现场自拌混凝土。水下混凝土浇筑采用直升导管法施工，根据槽段的尺寸，整个槽段设置二套导管，管径200mm，采用法兰连接，导管间距3m，导管距槽段两端均为1.5m；混凝土在拌和站集中拌制，混凝土性能指标为：混凝土塌落度18～22cm，扩散度34～40cm，28d混凝土抗压强度为R28=2～4MPa，初始弹性模量E28≤l000MPa，渗透系数K≤1.0X10-7cm／s。

为了保证混凝土浇筑质量、防止墙体夹泥渗漏，浇筑时必须使混凝土面均匀上升，并保证上升速度不小于2m／h，导管埋深在1～6m之内。浇筑混凝土时，严格控制导管的埋深，派专人对混凝土的上升面进行测量，并及时做好记录，且每个单元（槽段）必须现场留置一组混凝土试块。混凝土导管的安拆，由35t汽车吊配合进行，混凝土浇筑高程高于设计高程0.5m。

水下混凝土拌制及灌注根据设计和规范要求满足以下条件，确保工程质量：

（1）根据设计塑性混凝土配合比进行塑性混凝土配制，搅拌。

（2）一个槽段内同时使用两根导管时，其间距≤3m，导管距槽段接头端不宜大于1.5m，槽内混凝土面整体基本均匀上升，上升速度不小于2m／h，并在混凝土初凝前灌注完毕。

（3）混凝土浇灌过程要专人测量其上升高度，严禁导管提离混凝土面，并做好灌注记录。

（4）混凝土灌注过程必须严格控制最终灌注标高。

3 施工过程中特殊情况的处理措施

3.1 槽孔坍塌的预防

导墙要牢固，可做成连续超静定结构的钢筋混凝土导墙，以便有局部坍塌时还可依靠其整体的作用进行处理；槽孔长度划分根据地质情况而定；防止废水流入槽内，造成槽壁失稳掉落；储备足够的泥浆和堵塞材料，一旦发生大量漏浆时，及时进行处理，避免槽内浆面极速降落；施工过程中遇到容易坍塌的地层时，向该部位增加适量粘土或加大泥浆粘稠度，尽快成槽。

3.2 槽孔坍塌的处理

尽快补充大比重泥浆，以稳定孔壁；回填适量的渣土，平衡孔壁土压力；投放适量水泥，封堵渗漏通道；待孔壁稳定后，尽快成槽，浇筑混凝土成墙。

3.3 漏浆的预防和处理

漏浆的预防：对槽孔两侧一定深度内土体进行振冲加密，制备性能良好、粘度较大和泥皮致密的固壁泥浆。

漏浆的处理：大量漏浆时马上停止槽孔钻掘，停止泥浆循环，迅速向槽孔内加注合格泥浆，保持浆面高度；向孔底投放加大泥浆粘度或使泥浆凝结的材料。

3.4 孔斜的预防和处理

机械底座置于稳固、平整的平台或轨道上，对正孔位，在整个槽孔钻进过程中不产生变形和沉陷；利用导板抓斗的测斜纠偏系统进行导向或纠偏。槽孔一旦孔斜过大，则回填后重新钻孔，回填材料可为砂卵石、碎石或低标号混凝土；对由于钻中孤石造成孔斜，可采用重锤法处理，其次采用小钻孔爆破或定向聚能爆破的方法处理，将孤石爆破后再造孔。

4 防渗墙施工质量检测与控制

本水库大坝地质条件较复杂，采用液压抓斗成槽防渗墙及帷幕灌浆交叉施工，经过近2个月的施工，共完成防渗墙长128m，成墙面积2433m2，浇筑塑性混凝土1463m3。施工过程检测控制主要有造孔成槽检测、泥浆质量检测等项目，主要检查新造泥浆、槽孔泥浆等指标，控制泥浆比重、含砂率及粘度是否符合要求。塑性混凝土的扩散度较大，但在浇筑过程需控制混凝土的浇筑速度均匀上升以及混凝土的质量是否符合设计及规范要求。

本水库大坝防渗墙成墙后，由监理人员根据施工资料指定检查位置进行钻孔取芯试验和开挖墙体两侧揭露墙体直观检测，检查位置一般选取监理人员认为可能有潜在质量缺陷的部位。经检测，墙体单轴抗压强度和抗渗标准均达到设计要求值。