某水庫除險(xiǎn)加固工程及防滲墻施工技術(shù)

陸諺

（貴州省從江縣水利局，貴州 從江 557400）

1 工程簡介

該水庫是一座以灌溉、防洪為主,結(jié)合供水、發(fā)電綜合利用的大（二）型水利工程,壩址以上流域面積378km2,總庫容2174億m3,由攔河黏土心墻砂殼壩、溢洪道、放空洞、輸水洞及電站等建筑物組成。工程始建于1990年6月,1991年8月大壩堵口,1993年攔洪蓄水,1995年底大壩主體工程基本建成;2001年7月進(jìn)行保壩工程施工,大壩加高4.5m,并同時(shí)對大壩加寬,2004年9月保壩工程完工;2006年大壩安全鑒定為三類壩,需對工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固。水庫大壩為黏土心墻砂殼壩,壩頂高程為174.5m,最大壩高57.5m,壩頂寬7.0m,長300m。大壩采用黏土心墻防滲,心墻齒槽深入基巖,頂部與漿砌塊石防滲墻連接,上下游為砂礫石壩殼,心墻頂寬6.5m,底部最大寬度20m,上下游坡度均為8∶1,心墻與基巖接觸面最小寬度為7.3m。根據(jù)省水利廳組織編寫的水庫大壩安全鑒定報(bào)告書,水庫大壩存在的主要問題為。

1.1 大壩心墻存在滲流問題。心墻截水槽原設(shè)計(jì)底寬10m,實(shí)際局部壩段僅7.3m,經(jīng)對心墻內(nèi)埋設(shè)的測壓管觀測成果分析,心墻土的壓實(shí)度和滲透系數(shù)均不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求,表明心墻防滲效果較差

1.2 大壩心墻土大部分屬于分散性土,分散性土的比例達(dá)67%,在長期滲流條件下易被分解、沖蝕,對壩體抗?jié)B穩(wěn)定極為不利。針對上述問題,需對水庫大壩防滲墻進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理,以截?cái)鄩位蛪误w的滲漏通道,通過壩頂垂直防滲和壩前垂直防滲結(jié)合,以及對坡面綜合防滲等處理方案的綜合比較,大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)采用壩頂設(shè)置混凝土防滲墻的處理方案。

2 施工過程出現(xiàn)的問題

防滲墻工程除險(xiǎn)加固施工計(jì)劃槽段34個(gè),每個(gè)槽段長7～9m,阻水面積13520m2,于2003年11月開始造孔。12月在D33槽段澆筑混凝土?xí)r,D11、D13槽段出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,泥漿面下降約4m。12月7日,D1槽段澆筑混凝土的同時(shí)對D11槽段灌注濃水泥漿和填鋸末等措施處理,D21、D25槽段出現(xiàn)漏漿,泥漿面下降約4m,并發(fā)現(xiàn)D11槽孔內(nèi)孔壁上有沿壩軸線方向的垂直裂縫,孔壁光滑未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

為了阻斷可能產(chǎn)生沿壩軸線方向的泥漿通道,對已造孔的D11槽段進(jìn)行黏土回填,并采取改善泥漿質(zhì)量、水泥漿摻鋸末等一系列改進(jìn)措施。12月18～23日施工期間,在D9(槽段已縮短為 5m)、D32、D13(縮短為 5m)澆筑混凝土?xí)r,相繼發(fā)生槽段間泥漿串通,導(dǎo)向槽出現(xiàn)7～30cm的下沉,導(dǎo)向槽與施工平臺接觸部位混凝土產(chǎn)生2～5cm的裂縫。直到12月24日3∶00時(shí),D8至D21槽段范圍內(nèi)的下游側(cè)導(dǎo)向槽出現(xiàn)不均勻沉降及位移,施工平臺坍塌40～100cm。防滲墻工程只能暫停施工。防滲墻工程施工過程中如此嚴(yán)重坍塌沉降在省內(nèi)尚屬首例。

3 坍塌沉降成因分析

盡管防滲墻除險(xiǎn)加固施工過程中曾采取黏土、鋸末回填,灌注濃水泥漿、摻膨潤土、優(yōu)化泥漿性能、控制造孔速度和混凝土澆筑速度,以及增大槽段的間距和減小槽段的長度等改進(jìn)措施,但均未取得明顯效果。因此,需分析施工平臺坍塌沉降成因,有針對性地提出有效的應(yīng)對處理措施。主要從大壩現(xiàn)場施工及歷史施工情況分析了防滲墻施工坍塌沉降的原因。原水庫大壩壩體填筑分兩期工程:第一期工程黏土心墻平均干容重1.63t/m3,雖然與設(shè)計(jì)(1.65t/m3)要求相近,但合格率僅33%,壩殼合格率小于50%。壩體填筑質(zhì)量不夠理想,施工期間存在許多問題,如黏土含水量不均勻、夯壓不實(shí)、大部分甚至沒有碾壓或者夯壓速度過快、鋪層厚度未加控制、高坡倒料造成離析現(xiàn)象等。壩殼砂礫料大部分為高坡堆積,未經(jīng)碾壓,反濾層材料也未嚴(yán)格篩分,混有草根、樹根等雜物。心墻有時(shí)因停工日久,沒有遮蓋保護(hù),經(jīng)常陽光曝曬、雨水澆淋。以上諸多原因造成心墻多次發(fā)生大小縱向裂縫,最大縫寬10cm,深度2～3m,先采用灌黃泥漿補(bǔ)救無效,后改為裂縫處挖槽回填處理。在心墻上游側(cè)砂礫料帷幕灌漿時(shí),心墻也曾出現(xiàn)多次冒漿現(xiàn)象。

第二期工程即保壩工程大壩加高4.5m,整個(gè)心墻大致可分為4層:①Ⅰ層為路面:上部0.2m為砂礫,粒徑5～20mm,下部為碎石類黏土,塊徑一般 10～20cm,層厚 0.7～0.8m,稍密;②Ⅱ?qū)訛閴误w心墻填土,根據(jù)土質(zhì)可劃分為2個(gè)亞層:Ⅱ1層為紅褐色～棕紅色含碎石粉質(zhì)黏土,稍濕,可塑～硬塑,碎石粒徑2～5mm,含較多全風(fēng)化母巖,層厚6.0～7.0m;Ⅱ2層為灰～灰黃色含碎石粉質(zhì)黏土,稍濕,可塑～硬塑,含少量風(fēng)化碎石,粒徑3～30mm,大的可達(dá) 80mm,層厚大于 28.0m;③Ⅲ層為混凝土蓋板,層厚0.5～1.5m,局部可達(dá)6.0m,下伏基巖;④Ⅳ層為流紋巖基巖,強(qiáng)風(fēng)化巖厚約3.2m,弱風(fēng)化巖厚約3.3m。2006年大壩安全鑒定時(shí),對心墻0+077,0+157,0+197m3處開挖探槽發(fā)現(xiàn),心墻上中下游多處縱向裂縫,寬0.5～5mm,深達(dá)3m左右,縫垂直、左右延伸。通過上述原壩體心墻填筑情況的分析,認(rèn)為此次防滲墻除險(xiǎn)加固施工漏漿系原壩體心墻為粉質(zhì)黏土、分散性強(qiáng),心墻的多處縱向裂縫導(dǎo)致施工槽段串通漏漿;同時(shí)因粉質(zhì)性黏土固型能力差,容易造成擴(kuò)孔、坍孔,導(dǎo)致防滲墻施工平臺坍塌沉降。

4 處理方案分析

為保證大壩安全施工和防滲墻施工質(zhì)量,根據(jù)上述成因分析,及時(shí)對防滲墻施工平臺坍塌沉降及槽段潛在的坍塌隱患進(jìn)行有效控制和處理并完成了防滲墻施工平臺(槽段)的沉降坍塌處理,比較順利地完成了防滲墻工程的整體施工任務(wù)。

4.1 處理方案

4.1.1 對坍塌槽段移開鉆機(jī)設(shè)備,拆除導(dǎo)軌、方木、挖除壩頂軟弱土料并外運(yùn)。

4.1.2 在開挖過程中抽排泥漿,下降泥漿位,暫停相鄰槽段施工。

4.1.3 開挖完成后,用黏土干拌水泥進(jìn)行回填并碾壓密實(shí),回填至相應(yīng)高程,重新澆筑導(dǎo)墻及施工平臺。

具體處理工藝:

①如果開挖坑壁傾斜度小時(shí),坑壁挖成臺階型,以利填筑；②如果坑壁坡度大或垂直,坑底鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),用鋼絲繩套掛在平臺頂上架設(shè)的槽鋼或錨筋上；③若原槽板塌陷較少 (小于20cm時(shí)),采用槽鋼輔助支撐鋼軌；④若原槽板塌陷嚴(yán)重,則用鋼筋混凝土加高加固,同時(shí)架設(shè)槽鋼輔助支撐鋼軌；⑤開挖回填澆筑應(yīng)銜接緊密,爭取快挖快填,避免坑壁坍塌

4.1.4 導(dǎo)向槽澆筑完成后,繼續(xù)填筑碾壓毛料,隨后做好過漿面、漿溝等附屬設(shè)施。處理方案見圖1。

4.2 施工方法改進(jìn)措施

4.2.1 沖擊鉆造孔全部改用十字鉆造孔,以便擠密孔壁黏土,減少槽孔坍塌。

4.2.2 為確保槽段穩(wěn)定,大壩中段一期槽段由原來的9孔改為5孔,二期槽段根據(jù)施工情況適當(dāng)調(diào)整長度。

4.2.3 針對前期施工出現(xiàn)澆筑混凝土?xí)r發(fā)生坍塌的情況,在坍塌的80m槽段中選擇一槽段,放慢鉆孔和澆筑混凝土速度,先完成中間一個(gè)槽段,以隔斷縱向裂縫,阻斷串漿通道。成功后按此方法逐段分隔,直至完成防滲墻工程。

4.2.4 在大壩的上下游及壩頂建立位移、沉陷觀測點(diǎn),定期觀測掌握情況,以適時(shí)調(diào)整施工處理方法。

5 結(jié)束語

水庫除險(xiǎn)加固工程防滲墻施工過程中,施工平臺發(fā)生了嚴(yán)重塌陷沉降,通過現(xiàn)場觀測和歷史施工資料分析,在查明原因的基礎(chǔ)上,根據(jù)各槽段不同的塌陷情況,有針對性地采取了相應(yīng)的處理方案和施工方法,達(dá)到預(yù)期的效果。

[1]陶麗琴.切實(shí)搞好病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固.中國水利報(bào).2004-06-08.