混凝土防滲墻在六都寨水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

申秀英

（隆回縣六都寨灌區(qū)管理局 邵陽市422200）

1 工程概況

六都寨水庫位于資水支流辰水中上游，行政區(qū)劃隸屬隆回縣六都寨鎮(zhèn)，大壩為粘土心（斜）墻土石壩，壩頂寬8.0m，壩軸線長480.0m，壩頂高程360.5m，最大壩高72.5m，是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的大（ⅠⅠ）型水利工程。集雨面積 338km2，總庫容1.3112億m3；

六都寨水庫從1958年開始勘察規(guī)劃，1975年動(dòng)工，1978年大壩填筑工程全面鋪開，大壩基本采用民工填筑方式，填筑的粘土、風(fēng)化土石料，全部是肩挑、手推車運(yùn)料，粘土心、斜墻用東方紅75型推土機(jī)平整碾壓，粘土墻邊用人工木錘夯壓，機(jī)械化程度低，填筑質(zhì)量難以保證。水庫自1991年5月關(guān)閘蓄水以來，大壩外坡出現(xiàn)多處集中滲水，1995年6月30日發(fā)現(xiàn)在壩外坡331m高程處有集中滲透點(diǎn)21處，13處濕潤帶，壩后滲漏量與庫水位關(guān)系密切，并有逐年增大趨勢，最大滲漏量達(dá)87.6L/s，壩坡散浸嚴(yán)重，面積達(dá)1080m2，量水堰最大出水流量達(dá)51.57 L/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)滲流量；大壩左側(cè)老山體316.0m高程處有一特大涌水點(diǎn),1997年6月14日9時(shí)至15日7時(shí)，1999年5月25日9時(shí)至26日7時(shí)，分別出現(xiàn)管涌，最大涌水流量為1.7L/s，水色渾濁，伴有泥沙，長此下去，會(huì)淘空壩體引起壩體滑坡。

2 混凝土防滲墻施工

六都寨水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)有高噴灌漿、混凝土防滲墻、純水泥充填灌漿等方案。經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇垂直混凝土防滲墻進(jìn)行壩體防滲加固，混凝土防滲墻軸線位于壩軸線上游1.0m。大壩原主河床部位基礎(chǔ)巖石為弱風(fēng)化，透水率小于5Lu，滿足規(guī)范防滲要求，不需要進(jìn)行帷幕灌漿處理；兩側(cè)基礎(chǔ)巖石多為強(qiáng)風(fēng)化，透水率大于5Lu，不滿足規(guī)范防滲要求，需要進(jìn)行帷幕灌漿處理。

大壩防滲墻范圍為：大壩樁號(hào)K0-165～K0+286，其中心線位于壩軸線上游1.0m。K0+016～K0+226段混凝土防滲墻厚80cm，嵌入基巖50cm，其兩側(cè)混凝土防滲墻厚度為60cm，嵌入基巖1.0m。因每年的4～9月為主汛期，不利于混凝土防滲墻的施工，而且大壩防滲墻工程量較大，為確保水庫大壩安全渡汛，六都寨水庫大壩混凝土防滲墻施工分兩期進(jìn)行，即安排在兩個(gè)枯水期施工，以降低混凝土防滲墻施工強(qiáng)度。其中K0+091～K0+226為一期工程，K0-165～K0+091、K0+226～K0+286為二期工程，施工期為當(dāng)年10月至次年3月。

為確保地下防滲墻在土壩除險(xiǎn)加固工程中的質(zhì)量，要注重以施工過程控制為主，在施工過程中充分考慮壩體的密實(shí)度和自身的穩(wěn)定，從防滲墻造孔、孔形及清孔、混凝土澆筑過程等方面進(jìn)行質(zhì)量控制。

六都寨水庫防滲墻成槽采用液壓抓斗和沖擊鉆施工，槽孔上部30m采用液壓抓斗成槽，30m以下采用沖擊鉆成槽，采用鉆劈法成槽方案施工。

為保證成槽施工的質(zhì)量，各槽孔開孔中心線位置在防滲墻軸線上、下游方向的誤差不大于3cm，槽孔壁面應(yīng)平整垂直，防止偏全斜，孔斜率不得大于0.4%；含孤石、漂石地層及基巖面傾斜較大等特殊情況時(shí)，孔斜率控制在0.6%，整個(gè)槽孔孔壁應(yīng)平整無梅花孔、探頭石和波浪形小墻等。一、二期槽套接孔套接厚度不小于墻厚的95%；防滲墻中心線上、下游方向偏差不大于3cm。

各段墻底應(yīng)嵌入基巖（0.5～1.0）m；相鄰兩主孔終孔深度小于1.0m，其中間副孔深度與較深的主孔之差不大于相鄰兩主孔孔深之差的1/3；相鄰主孔終孔深度之差大于1.0m，其中間副孔深度應(yīng)視巖料進(jìn)行基巖鑒定確定，但其終孔深度與較深主孔深之差不得大于1.0m，且副孔孔底高程不得高于兩主孔高程的中間位置；槽孔澆筑混凝土?xí)r，須將導(dǎo)管布置在較深的主孔或副孔內(nèi)。以保證防滲墻與基巖嵌接良好。墻段之間連接形式主要采用雙反弧施工法或接頭管法。

清孔是保證防滲墻體的整體性和混凝土澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵。槽孔終孔驗(yàn)收合格后進(jìn)行清孔換漿。清孔采用泵吸反循環(huán)法，在清孔內(nèi)廢渣的同時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿。清孔換漿結(jié)束1h后。孔內(nèi)沉淀物不超過10cm；二序槽孔清孔換漿結(jié)束前，應(yīng)用鋼絲鉆頭刷洗槽段接頭混凝土孔壁的泥皮，接頭刷洗在套接孔采用圓形鋼絲刷子鉆頭刷洗，雙反弧孔采用液壓可張式上反弧刷子刷洗，直至刷子鉆頭不帶泥、孔底淤積不再增加。清孔換漿后4h內(nèi)，澆筑混凝土，若延長時(shí)間，應(yīng)測量淤積厚度，如超標(biāo)，開澆前應(yīng)重新清孔。清孔換漿結(jié)束后，應(yīng)達(dá)到以下要求：孔底淤積厚度≤10mm，泥漿密度＜1.1g/cm3。馬氏漏斗粘度＜5%。

混凝土澆筑過程是保證防滲墻質(zhì)量的最后一關(guān)，也是最重要的一關(guān)。澆筑導(dǎo)管內(nèi)徑采用180mm，混凝土導(dǎo)管為絲扣連接。澆筑時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)定期進(jìn)行密閉承壓試驗(yàn)。安裝導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管底部出口與孔底板距離不得大于25 cm，當(dāng)孔底高差大于25cm時(shí)，導(dǎo)管中心應(yīng)放在該導(dǎo)管控制范圍內(nèi)的最低處。

混凝土入倉方式采用混凝土輸送泵入槽口儲(chǔ)料罐分料口入槽孔。開澆混凝土前，先在導(dǎo)管內(nèi)設(shè)隔離球，在導(dǎo)管內(nèi)注入適量的水泥砂漿，并準(zhǔn)備好足夠數(shù)量的混凝土，以使導(dǎo)管底口的木球塞被擠壓到導(dǎo)管底部,將管內(nèi)泥漿擠出管外，然后將導(dǎo)管稍微上提，使木球塞浮出，并埋住導(dǎo)管底端，保證后續(xù)澆筑的混凝土不致與泥漿摻混，導(dǎo)管開始澆筑時(shí)，先下入導(dǎo)注塞，將導(dǎo)注塞槽孔混凝土澆筑嚴(yán)格遵循先深后淺的順序，從最深的導(dǎo)管開始，由深到淺依次開澆，直至全槽混凝土面基本澆平以后，再全槽均衡上升?；炷帘仨氝B續(xù)澆筑，槽孔內(nèi)混凝土面上升速度不應(yīng)小于2m/h，也不宜過快，并連續(xù)上升至施工平臺(tái)高程頂面；導(dǎo)管埋入混凝土的深度應(yīng)保持在（2.0～4.0）m之間，以免泥漿進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)；槽孔內(nèi)混凝土面應(yīng)均勻上升，其高差應(yīng)控制在0.5m以內(nèi)，第30min測量一次混凝土面，每2h測定一次導(dǎo)管內(nèi)混凝土面，在開澆和結(jié)尾時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加測量次數(shù)；如混凝土面高差過大，易發(fā)生混凝土包裹泥漿形成質(zhì)量缺陷，凡是深槽段，泥漿上浮，比重不斷增加，更易發(fā)生混凝土包裹泥漿的現(xiàn)象。施工中要及時(shí)繪制混凝土澆筑圖，如發(fā)現(xiàn)實(shí)際澆筑方量與計(jì)算方量相差較大時(shí)，要及時(shí)分析原因，是否因塌孔、壩內(nèi)空洞等原因造成，避免混凝土的澆筑造成壩體破壞。在實(shí)施中要控制混凝土澆筑強(qiáng)度，澆筑速度過快，混凝土對(duì)壩體劈裂作用可能破壞壩體，過慢會(huì)使混凝土表面泥漿沉淀較厚，同時(shí)表層混凝土初凝，影響混凝土質(zhì)量。防滲墻混凝土終凝頂部應(yīng)高于設(shè)計(jì)墻頂高程50cm，頂部50cm高的墻體混凝土應(yīng)予清除。澆筑過程中作好混凝土面上升的記錄，防止堵塞、埋管、導(dǎo)管漏漿和泥漿摻混等事故的發(fā)生。在混凝土澆筑時(shí)，按要求在出機(jī)口和槽口入口處隨機(jī)取樣，檢驗(yàn)混凝土的物理力學(xué)性能指標(biāo)，不合格混凝土嚴(yán)禁入槽。

一、二期槽孔間混凝土墻段連接方式采用雙反弧樁注法。在Ⅰ期槽或Ⅱ期樁達(dá)到一定強(qiáng)度后，在雙反弧孔位中心先用反循環(huán)鉆機(jī)配階梯鉆頭鉆進(jìn)導(dǎo)孔至終孔深度，再用鋼性雙反弧鉆頭修孔、掃小墻，最后用液壓可張式雙反弧鉆具清洗Ⅰ期槽端孔或Ⅱ期樁柱面泥皮和殘留物后澆筑混凝土，以雙反弧斷面連接成墻。

3 施工中遇到的主要技術(shù)難題及處理方法

槽段孔壁的失穩(wěn)問題：在施工前期的鉆孔過程中，多次發(fā)生孔壁不穩(wěn)和塌孔現(xiàn)象，處理工作量大，處理時(shí)間長，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。如在工程初期對(duì)部分槽段的成槽統(tǒng)計(jì)中，塌孔處理時(shí)間占整個(gè)成槽時(shí)間的33%，占各類成槽事故的62.8%；槽孔穩(wěn)定與地層情況、槽段長度、泥漿性能等諸多因素有關(guān)，泥漿的粘度、密度和失水量是其控制重點(diǎn)。粘度的增加可在孔壁形成泥皮，密度的增加可保證槽壁的穩(wěn)定性，失水量的減少可降低泥漿中的水滲透入土體，減少對(duì)孔壁穩(wěn)定性的破壞。經(jīng)過多次試驗(yàn)，最后選用了澧縣生產(chǎn)的造漿率較高的膨潤土，并添加了外加劑（聚丙烯胺）來增加泥漿粘度。槽段越長，可以減少槽段的接頭數(shù)，增加防滲墻的防水性和整體性，槽段過長又會(huì)降低孔壁的穩(wěn)定性，縮短槽長可以增加槽壁的抗剪強(qiáng)度，有利于孔壁的穩(wěn)定，而且單槽成槽時(shí)間不能太長。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和計(jì)算，最終確定各槽段的劃分長度一般在（6.0～6.4）m。通過上述措施的控制，收到了良好的效果。

塌孔發(fā)生在成槽快要結(jié)束的時(shí)候，如果塌孔后不影響鉆機(jī)的正常施工，可以用水泥摻拌粘土槽內(nèi)靜止一段時(shí)間后再施工，這樣可以使槽內(nèi)的泥漿粘度和泥漿密度增加，增加槽壁的穩(wěn)定性。若槽孔坍塌后，導(dǎo)墻底部懸空，則下部應(yīng)采用粘土回填到導(dǎo)墻下部（2～3）m后，把槽內(nèi)上部泥清除，用混凝土將上部塌空部分回填密實(shí)，待混凝土有一定強(qiáng)度后再重新開孔成槽。塌孔后，如果鉆機(jī)平臺(tái)或棄渣平臺(tái)已塌空，導(dǎo)墻已發(fā)生斷裂，使得鉆機(jī)無法繼續(xù)施工，可把該槽段兩側(cè)地基加固后，采用合適的工字鋼將鉆機(jī)平臺(tái)或棄渣平臺(tái)架空，重新形成一個(gè)導(dǎo)向槽支架，從而減少槽壁上部的均布荷載。在施工32號(hào)槽時(shí)，由于導(dǎo)墻發(fā)生斷裂，當(dāng)時(shí)槽段已成槽且冬季天氣特別寒冷，在槽內(nèi)回填粘土和澆筑混凝土已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，最后用了兩根12m長的工型鋼將鉆機(jī)平臺(tái)和棄渣平臺(tái)架空，再繼續(xù)施工，最后順利地完成了該槽段。

巖層“卡鉆”問題：在施工上部時(shí)由于粘土質(zhì)量好，粘性高經(jīng)常出現(xiàn)糊住鉆頭造成卡鉆；在施工至下部巖層時(shí)，也多次出現(xiàn)鉆頭被卡在基巖面上無法提起的事故。經(jīng)過分析，施工中出現(xiàn)的卡鉆大多有以下三種情況：一是施工時(shí)槽孔上部掉石頭，出現(xiàn)塌孔，將鉆頭埋??；二是施工中鉆頭被卡在下部巖石中；三是由于上部心墻粘土質(zhì)量較好，糊住鉆頭造成卡鉆。針對(duì)以上三種情況采取的相應(yīng)措施是：施工中使用合格的漿液，防止槽孔坍塌；在下部基巖鉆過時(shí)重復(fù)利用舊鉆頭鉆孔，新補(bǔ)焊的鉆頭不能直接用于下部的基巖鉆進(jìn)，以免出現(xiàn)新鉆進(jìn)的基巖孔徑大于上部孔徑，形成卡鉆的條件；心墻上部30m部位采用洛陽鏟錯(cuò)孔干打法，嚴(yán)格控制干打法成槽深度，及時(shí)摻加固壁泥漿，并迅速組織沖擊鉆繼續(xù)進(jìn)行施工，確保成槽安全，一旦遇到雨、雪天氣堅(jiān)決不能采用干打法，以免由于雨水浸泡造成塌孔來達(dá)到預(yù)防卡鉆的目的。

通常由于下部基巖較硬，經(jīng)常補(bǔ)焊鉆頭，由于補(bǔ)焊的鉆頭直徑比原來鉆進(jìn)基巖的鉆頭直徑大，結(jié)果被卡在基巖面上。鉆頭無法被提起來，在施工15號(hào)槽段時(shí)在40m左右深度時(shí)被卡住。要將鉆頭處理上來，須將鉆頭周圍的巖石砸碎，但巖石較硬且孔又深，普通的工具效果不大。通過分析研究，加工了一個(gè)大的擴(kuò)孔器，內(nèi)徑剛好能套住鉆頭。布置一個(gè)長1.5m、直徑80cm、重0.5t的鋼桶，同時(shí)再在擴(kuò)孔器上補(bǔ)焊了2t的Φ32mm螺紋鋼進(jìn)行加固。加工后的擴(kuò)孔器，重量2.5t，外徑83cm，內(nèi)徑81cm，長度3.0m。

卡鉆處理時(shí)，將加工好的擴(kuò)孔器沿著鉆頭鋼絲繩下到孔底，將鉆頭套住，由于擴(kuò)孔器內(nèi)徑比鉆頭稍大一點(diǎn)，擴(kuò)孔器可以上下活動(dòng)，然后根據(jù)沖擊鉆進(jìn)原理，將鉆頭周圍的巖石扎碎，使鉆頭能夠活動(dòng)，從而成功處理孔內(nèi)卡鉆的問題。