混凝土防滲墻在暖泉溝水庫除險加固工程中的應(yīng)用

劉 召

（山西省水利建筑工程局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006）

1 工程概況

暖泉溝水庫位于寧武縣南24 km 余莊鄉(xiāng)暖泉溝村南汾河支流洪河上。壩址以上控制流域面積50.3 km2，總庫容478.54 萬m3，大壩為碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高15.5 m，是一座以防洪、供水為主，兼顧養(yǎng)殖的小（1）型水庫。

由于該水庫運(yùn)行過程中在滲透水流的作用下，壩體出現(xiàn)滲漏并有局部破壞，壩體下游有13 處滲水點，局部有土體顆粒被帶出現(xiàn)象。為防止?jié)B透變形，采用混凝土防滲墻工程措施，在壩體和壩基內(nèi)部形成垂直防滲體，截斷土層中的滲透水流，降低滲透坡降，徹底消除大壩不穩(wěn)定隱患，以提高水庫安全運(yùn)行能力。

2 混凝土防滲墻施工整體要求

混凝土防滲墻中心線平行于壩軸線且位于壩軸線上游側(cè)1.4 m 處，總長225.7 m，終孔最大深度25.12 m，平均深度18.25 m，防滲面積4147.1 m2。混凝土防滲墻墻體結(jié)構(gòu)形式為槽孔形，墻體厚80 cm，墻底高程深入相應(yīng)部位壩基基巖弱風(fēng)化層以下1.0 m，墻頂高程1 771.91 m（壩頂高程以下1.89 m 處）。

混凝土防滲墻施工大體可分為槽段成型和混凝土澆筑兩大類。槽段成型選用CZ-22 型沖擊鉆，沖擊時利用鉆頭可以將孔內(nèi)部分土直接擠向孔壁一側(cè)，增加了孔壁的密實性和穩(wěn)定性，逐步達(dá)到設(shè)計墻底高程?；炷翝仓窃诓鄱蝺?nèi)安裝若干組導(dǎo)管，按規(guī)定的澆筑速度，自槽底至槽頂連續(xù)澆筑一次成型。

3 混凝土防滲墻施工工序

混凝土防滲墻施工工序依次為：修建施工平臺、制備泥漿、做導(dǎo)向槽、造孔、清孔、混凝土澆筑等。

1）修建施工平臺。修建的施工平臺主要包括導(dǎo)向槽、鉆機(jī)平臺、倒渣平臺等，它們需要承受鉆機(jī)造孔、混凝土攪拌車行走、清孔換漿等在施工中產(chǎn)生的荷載，所以需具備一定的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

2）制備泥漿。結(jié)合本工程地層的特點，在造孔過程中采用黏土泥漿固壁，泥漿在防滲墻施工中的作用主要是保持孔壁穩(wěn)定不塌孔、避免造孔形成的鉆渣沉淀影響造孔進(jìn)度和冷卻潤滑鉆具等作用。拌制泥漿所用黏土和水的各項指標(biāo)均應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

依據(jù)施工強(qiáng)度安排，并結(jié)合壩頂施工作業(yè)面場地的整體規(guī)劃，本工程采用了每4 個槽段為一個泥漿攪拌系統(tǒng)。黏土采用人工上料，泥漿攪拌機(jī)攪拌，攪拌好的泥漿輸送到儲漿池，為防止泥漿沉淀而影響其性能指標(biāo)，儲漿池配備一臺空壓機(jī)進(jìn)行二次復(fù)攪。儲漿池的儲漿量應(yīng)滿足槽段內(nèi)最大漏失量，以及清孔換漿的需求。造孔使用的泥漿從儲漿池直接泵送入槽孔內(nèi)，液面始終保持在導(dǎo)墻頂高程以下30 cm 左右。另外為了減少施工成本，造孔、清孔換漿、以及混凝土澆注時槽段中溢出的泥漿流入回漿池，經(jīng)重新調(diào)配并滿足要求后重復(fù)利用。

3）做導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽具有導(dǎo)向、泥漿儲存、槽孔混凝土標(biāo)高定位和支撐外部機(jī)械荷載等作用，它對于混凝土防滲墻主體結(jié)構(gòu)來講是一種臨時建筑物，一般情況下完工后予以拆除。因?qū)τ射摻罨炷连F(xiàn)澆而成，臨建費占比較高，所以在施工總體安排時應(yīng)通盤考慮，讓其與防滲墻有效結(jié)合，做到不拆除也不影響工程的整體外觀和安全運(yùn)行的目的。

導(dǎo)向槽由一組背對背對稱的導(dǎo)墻組成，導(dǎo)墻斷面形式為L 型斷面，導(dǎo)向槽中心線與防滲墻中心線重合，導(dǎo)墻墊層為10 cm 厚C15 混凝土，墻身為C20 混凝土，高度1.5 m，厚度及外露面頂寬40 cm，內(nèi)側(cè)間距90 cm，基礎(chǔ)為放大擴(kuò)寬腳，導(dǎo)墻頂高程高出施工平臺30 cm 以利于排渣。導(dǎo)向槽內(nèi)外側(cè)用黏土自下而上分層填筑并對稱夯實，防止導(dǎo)墻傾覆或位移。

4）造孔。根據(jù)本工程地層情況以及墻體結(jié)構(gòu)形式，選用鉆劈法成槽的方法。

（1）鉆機(jī)平臺。鉆機(jī)平臺位于防滲墻軸線上游側(cè)，呈一字型并一次性鋪設(shè)及安裝完成，由下至上依次為30 cm 厚碎石墊層、枕木、導(dǎo)軌、沖擊鉆機(jī)等。

（2）倒渣平臺。倒渣平臺位于防滲墻軸線下游側(cè)，因需承受造孔泥漿溢出和清孔倒渣的沖刷，除必備的強(qiáng)度以外，還需具有抗沖抗磨功能。倒渣平臺一般采用20 cm 厚C20 混凝土基礎(chǔ)，也可采用30 cm 厚漿砌石基礎(chǔ)。

（3）先導(dǎo)孔施工。為了更好地摸清本工程的地層情況，根據(jù)設(shè)計要求，主體工程施工前，在防滲墻軸線上每2～3 個槽段，孔距20 m 左右，布置一個先導(dǎo)孔對原地層進(jìn)行復(fù)勘。先導(dǎo)孔采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔徑89 mm，自孔口至孔底全孔采取巖芯，并對采取的芯樣進(jìn)行驗收，確定防滲墻巖面埋藏深度以及造孔深度。

（4）槽孔定位。在鉆機(jī)平臺的導(dǎo)軌上用紅漆標(biāo)注每個槽段的位置并進(jìn)行編號，同時在每個槽段內(nèi)標(biāo)注主副孔的位置，尤其在兩期槽段的接頭處做著重標(biāo)記，施工中可以做到對每個槽孔進(jìn)行精確沖擊鉆進(jìn)，以保證槽段的連續(xù)性。

①槽段劃分：本工程共劃分29 個槽段，其中包含14 個一期槽和15 個二期槽，每個槽段長8.8 m，施工中先鉆一期槽，再鉆二期槽。

②主副孔劃分：每個槽段分為9 個孔，其中包含5個主孔和4 個副孔，主孔間距2 m，副孔間距1.2 m，孔徑0.8 m，相鄰的兩個槽段接頭處增加一個接頭孔，施工中先鉆主孔，再鉆副孔，每個孔的孔深均應(yīng)深入基巖面以下1 m。

（5）槽孔沖擊鉆進(jìn)。槽孔沖擊機(jī)械選用CZ-22 型沖擊成槽鉆機(jī)，沖擊過程中在泥漿護(hù)壁的作用下可以對原有地層進(jìn)行擠密加固處理，從而獲得較快的鉆進(jìn)效率和槽孔成型效果。造孔采用兩鉆一劈法，施工中先鉆主孔，再鉆副孔，最后劈打小墻，每個孔均應(yīng)對巖樣和入巖深度再次進(jìn)行聯(lián)合驗收，與先導(dǎo)孔相互補(bǔ)充和驗證，以確保防滲墻坐落在持力層上。

槽孔在沖擊過程中應(yīng)保證槽壁平整垂直，每沖擊5 m 采用重垂法測量孔斜，孔斜率不得大于0.4%，鉆頭在沖擊過程中也在不斷的磨損，每鉆完一孔，都需對鉆頭直徑進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)有磨損處要及時補(bǔ)焊，以保證槽寬至少達(dá)到0.8 m，相鄰兩期槽段接頭孔孔位偏差在任一深度的偏差值，不得大于設(shè)計墻厚的1/3。整個槽段成型后從槽頂?shù)讲鄣祝瑥淖蟮接彝颠M(jìn)行掃孔，確保澆筑槽段整體聯(lián)通并暢通無阻。兩期槽段的接頭處各搭接一個接頭孔，這樣可以使相鄰槽段的接觸面積增大，保證了槽段之間的聯(lián)接質(zhì)量和防滲效果。

接頭孔的沖擊時間應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度增長值、鉆孔深度以及外界施工環(huán)境溫度等因素確定，如果間隔時間較短，會造成已澆筑未凝固的混凝土墻體沖擊破壞，如果間隔時間延遲，混凝土強(qiáng)度值逐步增長，會造成沖擊難度增大。根據(jù)施工經(jīng)驗，接頭孔沖擊時間一般控制在一期槽混凝土澆筑完后12～24 h 為宜。

5）清孔。造孔驗收合格后，進(jìn)行清孔作業(yè)。清孔作業(yè)采用抽筒換漿法，利用抽筒從槽底至導(dǎo)墻頂反復(fù)下放、提升、傾倒的倒渣循環(huán)作業(yè)，同時向槽內(nèi)注入清水，液面始終與導(dǎo)墻頂高程保持齊平，在槽內(nèi)形成對孔壁的壓力，保證在清孔過程不塌孔。

槽內(nèi)泥漿的粘稠度直接關(guān)系到混凝土澆筑質(zhì)量，所以清孔換漿結(jié)束1 h 后，槽內(nèi)泥漿相對處于穩(wěn)定狀態(tài)，用專用泥漿三件套檢測設(shè)備，在距槽底0.5～1.0 m 的位置對槽內(nèi)泥漿的性能進(jìn)行全面檢測，需達(dá)到密度不大于1.30 g/cm3，粘度不大于30 s，含沙量不大于10%，且槽底淤積厚度不大于10 cm 的標(biāo)準(zhǔn)，方可進(jìn)行下一道工序施工，否則應(yīng)重新清孔換漿直到驗收合格為準(zhǔn)。

另外，為保證防滲墻的整體防滲效果，兩期槽段接觸面的刷洗質(zhì)量也至關(guān)重要，接觸面的刷洗采用鉆機(jī)帶動具有一定重量的圓形鋼絲刷，通過調(diào)整鋼絲繩位置使鋼絲刷對接觸面槽壁進(jìn)行施壓，從槽底至槽頂進(jìn)行往返刷洗，從而達(dá)到對接觸面刷洗的目的。接觸面涮洗的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是刷齒上不帶有包裹的泥屑，槽底淤積不在增加且達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

6）混凝土澆筑。清孔換漿驗收合格，孔內(nèi)泥漿的性能處于最佳狀態(tài)，應(yīng)盡早開始澆筑混凝土，且時間間隔不長于4 h，否則應(yīng)對清孔換漿工序重新組織驗收。

（1）墻體拌合物及工作性能。墻體拌合物為C20W8混凝土，所用水泥、水、骨料、外加劑等原材料，以及拌合物的和易性、強(qiáng)度、耐久性等技術(shù)指標(biāo)須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中和易性指標(biāo)對澆筑的難易程度、成型后墻體密實性起到至關(guān)重要的作用，要求拌合物工作性能滿足：入孔坍落度18～22 cm，擴(kuò)散度34～40 cm，坍落度保持15 cm 以上的時間應(yīng)不小于1 h；初凝時間不小于6 h，終凝時間不宜大于24 h；混凝土的密度不宜小于2 100 kg/m3等要求。

（2）混凝土澆筑。混凝土澆筑大體分為導(dǎo)管布置和澆筑提升兩類，防滲墻底高程為設(shè)計墻底高程且滿足入巖1 m 的要求，墻頂高程比設(shè)計高程高出30 cm左右。

①導(dǎo)管布置及安裝?；炷翝仓捎脤?dǎo)管直升法進(jìn)行，導(dǎo)管需滿足強(qiáng)度、剛度和密封緊密的要求，澆筑槽段內(nèi)安裝3 套內(nèi)徑25 cm 的導(dǎo)管，把邊的兩套導(dǎo)管距槽端的距離宜為1.0～1.5 m、每套導(dǎo)管之間的距離不得大于3.5 m。下管前按照槽段深度、混凝土生產(chǎn)能力、澆筑提升速度、導(dǎo)管拆卸次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行配管并依次編號，下管時嚴(yán)格按照編號順序下入導(dǎo)管，導(dǎo)管之間采用密封卡扣件快速連接，每套導(dǎo)管的底端布置在槽底以上15～25 cm或其控制范圍的最低處，頂端高出導(dǎo)墻頂面一定范圍方便澆筑混凝土即可。導(dǎo)管上端安置接料漏斗，安裝好的導(dǎo)管固定在槽孔口的井架上，由沖擊鉆機(jī)卷揚(yáng)機(jī)配合提升。

②澆筑提升?；炷翝仓懊刻讓?dǎo)管接料口先置入可浮起的隔離橡膠空心球塞，澆筑時先注入水泥砂漿潤滑管路再澆筑混凝土，并將球塞從管底擠出后漂浮于槽段頂部，說明管路暢通無卡阻現(xiàn)象。澆筑中3 套導(dǎo)管同時開始，導(dǎo)管底端埋入混凝土的深度不得小于1 m，不宜大于6 m；混凝土面上升速度不應(yīng)小于2 m/h，一般控制在2～3 m/h，槽段內(nèi)各處混凝土面應(yīng)均勻上升，如有高差，需控制在0.5 m 以內(nèi)。澆筑過程中每30 min 測量一次槽段內(nèi)和導(dǎo)管內(nèi)混凝土面深度，便于指導(dǎo)導(dǎo)管拆卸、校對澆筑方量和檢驗澆筑質(zhì)量等。

整個澆筑過程中導(dǎo)墻頂部用活動蓋板蓋牢，一是方便施工人員操作和檢驗，防止安全事故發(fā)生；二是防止混凝土從導(dǎo)管外散落入槽段內(nèi)，影響澆筑質(zhì)量。

4 質(zhì)量檢查

混凝土防滲墻墻體質(zhì)量檢查在相應(yīng)部位成墻28d后進(jìn)行，按規(guī)范要求在槽段接縫處等具有代表性的位置，選取2 個檢查孔進(jìn)行鉆孔取芯和注水試驗。

1）鉆孔取芯。選用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行全孔取芯鉆進(jìn)，孔徑89 mm。芯樣獲得率99.3%，表面平整光滑，無明顯裂隙存在，每孔任取3 組進(jìn)行抗壓抗?jié)B試驗，強(qiáng)度最小值23 MPa，抗?jié)B1 MPa，可以評價和評定混凝土防滲墻均質(zhì)性、抗?jié)B性、密實性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計要求。

2）注水試驗。檢查孔進(jìn)行全孔注水試驗，滲透系數(shù)檢測結(jié)果最小值為1.68×10-8cm/s，滿足設(shè)計不大于1×10-7cm/s 的要求。檢查孔各項指標(biāo)檢查完成后進(jìn)行封孔，封孔按帷幕灌漿的要求進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

解決水利工程滲透變形有諸多措施，但對于可灌性差的土層和砂礫石層等軟基而言，混凝土防滲墻是解決該類地層滲漏破壞的最可靠方法。施工過程中必須加強(qiáng)對孔深、孔位偏差、孔斜率、槽孔入巖深度、兩期槽接頭的套接厚度等終孔質(zhì)量檢查；必須加強(qiáng)對接頭孔刷洗、孔內(nèi)泥漿性能、孔底淤積厚度等清孔質(zhì)量檢查；必須加強(qiáng)對導(dǎo)管布置、導(dǎo)管埋深、混凝土面上升速度、混凝土面高差等混凝土澆筑質(zhì)量檢查，嚴(yán)格的按照有關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，方能保證混凝土防滲墻的成墻效果和防滲性能，才能滿足設(shè)計和安全運(yùn)行管理的需要，更能發(fā)揮水庫工程的綜合效益。