塑性混凝土防滲墻在黃材水庫除險加固工程中的應(yīng)用和探討

文勇坤

（長沙市黃材水庫灌區(qū)管理局，湖南 長沙 410600）

1950年，混凝土防滲墻技術(shù)第一次應(yīng)用于意大利瑪麗亞大壩，采用沖擊式鉆進(jìn)法在大壩砂卵石地基中建造了深40 m的防滲墻，隨后各國相繼引進(jìn)推廣。我國于1958年首先在山東省嶗山水庫工程中建成混凝土防滲墻后，相繼在密云白河主壩、毛家村壩等工程使用。目前全國大（中）型病險水庫險險加固工程已多處采用塑性混凝土防滲墻，成墻質(zhì)量可靠，防滲效果明顯。

1 工程概況

1.1 水庫概況

黃材水庫興建于1958年，1965年樞紐工程竣工，由主壩、竹山坳副壩、井坡里副壩、溢洪道、輸水隧洞及電站等組成。水庫樞紐為大（II）型綜合水利樞紐工程，壩址控制集雨面積240.8 km2，水庫總庫容1.45億m3，其中主壩為黏土心墻土壩、最大壩高57.5 m、壩頂高程169.5 m。

1.2 主壩加固大事記

水庫建成后，經(jīng)歷了多次大規(guī)模除險加固，1987—1990年防洪保安加固施工，對主壩壩體采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲處理，完工后主壩滲漏得到解決。經(jīng)3年的運(yùn)行，在壩體中部136～142 m高程位置又出現(xiàn)了嚴(yán)重滲漏，經(jīng)分析系劈裂灌漿擊穿所致。

2009—2010年對主壩壩體進(jìn)行了沖抓回填，兩排孔施工，施工時水庫水位較高，施工期降雨大，水庫水位上漲，沖抓機(jī)具造孔時，當(dāng)孔深達(dá)一定深度即有滲水涌出，加上鉆具沖擊震動的影響，垮孔現(xiàn)場嚴(yán)重，最終導(dǎo)致鉆孔進(jìn)尺不夠，未與老心墻頂部（146 m）形成搭接，施工完成后滲漏情況沒有好轉(zhuǎn)。

2019—2020年對主壩壩體采用了塑性混凝土防滲墻防滲，通過詳細(xì)設(shè)計(jì)、規(guī)范施工、有效管理等措施，主壩壩體滲漏問題得以徹底解決，并通過了竣工驗(yàn)收。運(yùn)行過程中，防滲墻前后滲透壓力、滲漏量的觀測數(shù)據(jù)顯示，主壩防滲效果好，運(yùn)行狀況良好。

2 主壩病險情況

主壩壩體心墻高程146～157 m之間為含礫黏土料，其含礫量大，造成心墻脫節(jié)，雖經(jīng)劈裂灌漿和沖抓回填處理，但防滲效果不明顯。2019年除險加固前，主壩下游坡排水棱體以上132.00～143.50 m高程散浸問題嚴(yán)重，壩體滲漏未徹底解決。發(fā)電尾水淹沒壩腳下游，不僅不利于大壩滲流觀測，同時引起壩體浸潤線抬高，不利于主壩滲流安全。左壩端基礎(chǔ)滲漏較嚴(yán)重，沿壩體與山體交界面存在集中滲漏點(diǎn)，且普遍存在散浸。

3 主壩防滲方案

根據(jù)主壩存在的問題，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，主壩壩體防滲加固對如下三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選：

方案Ⅰ：采用塑性混凝土防滲墻防滲。方案Ⅱ：采用高壓旋噴灌漿防滲墻防滲。方案Ⅲ：采用沖抓套井回填黏土防滲墻防滲。

2009—2010年除險加固中主壩防滲采用沖抓套井回填黏土防滲墻，工程實(shí)施后的運(yùn)行情況表明：防滲效果與原設(shè)計(jì)指標(biāo)存在較大差異，主要是防滲土料質(zhì)量與填筑質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且沖抓設(shè)備造孔深度有限，孔深超過15 m時孔斜率難以滿足規(guī)范要求，造成底部墻體不連續(xù)，導(dǎo)致處理后防滲效果不理想。鑒于此，沖抓套井回填黏土防滲墻的方案不予考慮，故只對方案Ⅰ和方案Ⅱ進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，具體比選情況見表1。

表1 水庫主壩壩體防滲方案比較表

4 塑性混凝土防滲墻施工

4.1 施工工藝流程（圖1）

圖1 塑性混凝土防滲墻施工工藝流程圖

4.2 施工質(zhì)量控制

1）在施工前，進(jìn)行先導(dǎo)孔施工以確保不出現(xiàn)因地勘資料不詳細(xì)、不準(zhǔn)確，造成塑性混凝土防滲墻施工無法滿足設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致防滲效果差的問題。每20 m布置1個先導(dǎo)孔，布置18個，孔深需進(jìn)入基巖透水率5 Lu以下5 m，繪制防滲墻施工底線剖面圖和帷幕灌漿的施工底線剖面圖。

2）成槽后應(yīng)立即清孔，淺孔采用抽通法、深孔采用泵吸法。清孔時應(yīng)向孔內(nèi)補(bǔ)漿，清孔1 h后，膨潤土泥漿的漏斗黏度為32～50 s、密度不大于1.15 g/cm3、含砂量不大于4%，孔底沉渣厚度不大于10 cm，從而保證槽底的防滲搭接。

3）壩基防滲施工中，先進(jìn)行壩體塑性混凝土防滲墻施工，后進(jìn)行壩基帷幕灌漿，從而可保證基巖面處防滲搭接。施工中過程中，應(yīng)下設(shè)DN100 mm帷幕灌漿預(yù)埋管，防止塑性混凝土防滲墻和帷幕灌漿防滲體脫節(jié)。為保證混凝土防滲墻澆筑后預(yù)埋管的垂直度，應(yīng)注意以下幾個方面：一是按要求制作鋼筋籠，每6 m設(shè)置一道水平固定支架；二是在鋼筋籠堆放和吊運(yùn)下放過程中，要防止鋼筋籠產(chǎn)生扭曲變形；三是采用錨固、壓重、減少導(dǎo)管在混凝土中埋入深度和降低塑性混凝土澆筑速度等方式，防止鋼筋籠上浮；四是采用兩套以上導(dǎo)管同時澆筑，始終保持混凝土面基本水平，降低澆筑速度，保證預(yù)埋管四周壓力平衡，防止擠壓移位。

4）黃材水庫主壩塑性防滲墻采用6 m一個槽段，兩序施工，槽段搭接是保證塑性防滲墻施工質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。為保證槽段搭接質(zhì)量，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是選擇適宜的拔管時間，拔管過早將造成槽端混凝土垮落，拔管過晚將造成卡管，應(yīng)在初凝時拔管；二是需控制拔管速度，拔管過快將造成槽端混凝土破壞，影響搭接，拔管過慢將錯過最佳拔管時間，造成拔不動的情況出現(xiàn)；三是應(yīng)在接頭管拔出的同時向孔內(nèi)填充泥漿，防止塌孔；四是在塑性混凝土澆筑前，應(yīng)采用圓形鋼絲刷子對接頭部位進(jìn)行刷洗，去除附著的泥皮。

4.3 特殊情況處理

在主壩塑性混凝土防滲墻某槽段成槽過程中，突然出現(xiàn)漏漿，從外坡可見泥漿滲出，短時間泥漿大量流失，且下游側(cè)導(dǎo)槽處土沿軸線方向出現(xiàn)長達(dá)30多米裂縫（見圖2）。針對此情況，各參建方立即進(jìn)行會商，分析原因?yàn)閴误w高程146～157 m之間為為含礫黏土料，其含礫量大，造成心墻脫節(jié)，成槽到此高程范圍時泥漿大量流失，并出現(xiàn)一定程度的垮槽現(xiàn)象。通過討論，采取加大泥漿比重繼續(xù)補(bǔ)漿，同時立即回填黏土，回填靜置10天后把此6 m的槽段改為3 m一段再重新成槽施工，第二次成槽時未出現(xiàn)漏漿、垮槽現(xiàn)象。

圖2 漏漿垮槽段

因漏漿、垮槽時補(bǔ)充了大量比重大的泥漿，填充含礫黏土的孔隙，加之一定時間的靜置使泥漿凝固，保證了高程146～157 m的范圍不再漏漿，從而使成槽施工得以順利進(jìn)行。

4.4 工程量、工期及造價

主壩塑性混凝土防滲墻土方槽挖（墻厚0.8 m）合同工程量為12 158.15 m2，實(shí)際完成工程量為12 683.18 m2；塑性混凝土合同工程量為9 726.52 m3，實(shí)際完成工程量為10 856.79 m3，通過先導(dǎo)孔查明基巖面比設(shè)計(jì)稍深及槽挖擴(kuò)孔系數(shù)影響，導(dǎo)致實(shí)際工程量比設(shè)計(jì)工程量稍大。工期為2019年10月18日至2020年2月25日，主壩加固完成投資1 731.32萬元，比預(yù)算的1 690萬元稍大，但在可控范圍內(nèi)。實(shí)際投資及工期控制合理，達(dá)到選定方案預(yù)期。

5 施工質(zhì)量檢測

5.1 配合比及技術(shù)參數(shù)

塑性混凝土就是在普通混凝土基礎(chǔ)上減少水泥用量，增加粘土和膨潤土用量的混凝土，由水泥、水、粘土（膨潤土）、砂石骨料和外加劑等配制而成，配合比試驗(yàn)確定水泥146 kg/m3，碎石824 kg/m3，砂762 kg/m3，膨潤土146 kg/m3，水285 kg/m3。黃材水庫主壩塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)容重不小于2.1t/m3、28天抗壓強(qiáng)度（3～5）MPa、彈性模量（300～2 000）MPa、水利梯度為60、抗?jié)B等級為W6、滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s。

表2 塑性混凝土配合比試配表

表3 塑性防滲墻混凝土試塊檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表4 鉆芯法檢測塑性防滲墻統(tǒng)計(jì)表

5.2 塑性混凝土試配、試塊及實(shí)體檢測

從以上檢測數(shù)據(jù)可知，塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗?jié)B等級、滲透系數(shù)等達(dá)到設(shè)計(jì)要求。說明只要規(guī)范施工，控制好工序，施工質(zhì)量就能得到保障。芯樣見圖3。

圖3 塑性混凝土芯樣

6 結(jié)論

黃材水庫自建庫以來，主壩經(jīng)歷了3次壩體防滲加固，分別是劈裂灌漿、沖抓回填、塑性混凝土防滲墻。劈裂灌漿和沖抓回填難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，2019—2020年經(jīng)塑性混凝土防滲墻處理后，主壩外坡132.00～143.50 m高程處未見散浸；正常蓄水位時，壩腳量水堰流量為4～5 L/s，比設(shè)計(jì)計(jì)算流量30 L/s明顯偏小。實(shí)踐證明，黃材水庫主壩采用塑性混凝土防滲墻方案是行之有效的方法，只要設(shè)計(jì)合理，把握好原材料質(zhì)量，把控好成槽清孔、帷幕灌漿預(yù)埋管垂直度，做好槽段搭接和塑性混凝土防滲體和帷幕防滲體的搭接，同時做好項(xiàng)目管理，控制投資，把握進(jìn)度，就能按質(zhì)按量完成施工任務(wù)。目前，全國大中型水庫除險加固正在如火如荼地進(jìn)行，主壩塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)有效解決了黃材水庫壩體滲漏的問題，相關(guān)施工要點(diǎn)、質(zhì)量控制、特殊情況處理等可以為類似工程提供借鑒。