基于接縫灌漿技術(shù)的水利工程防滲墻槽段防滲方法研究

郭建濤，王玉霞

（青州水建工程建設(shè)有限公司，山東 濰坊 262500）

防滲墻是水利工程中最常見(jiàn)的連續(xù)墻，其常常放置在基底透水性較強(qiáng)的石壩中，避免石壩受滲透作用影響出現(xiàn)坍塌事故。早在20 世紀(jì)中期，國(guó)外相關(guān)研究人員就開(kāi)始使用防滲墻防滲，隨著工程施工技術(shù)的進(jìn)步，其也被應(yīng)用在我國(guó)大多數(shù)水利工程中。防滲墻具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，在各種各樣的環(huán)境中均適用，且其造價(jià)較低，整體覆蓋面較廣，也成為了我國(guó)主要的防滲結(jié)構(gòu)。但研究表明，近幾年我國(guó)很多的水利工程防滲墻結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)了相關(guān)缺陷，大部分缺陷由槽段塌落度過(guò)低引起，常常導(dǎo)致防滲墻失穩(wěn)，對(duì)水利工程大壩造成擾動(dòng)，影響其正常功能，因此，需要設(shè)計(jì)一種全新的水利工程防滲墻槽段防滲技術(shù)。常見(jiàn)的防滲墻包括槽孔型、樁柱型、混合型等，但無(wú)論什么類(lèi)型的防滲墻均由導(dǎo)墻、防滲槽段等結(jié)構(gòu)組成。防滲槽段主要使用塑性混凝土形成，各個(gè)槽孔的偏差必須滿足標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍。除此之外，防滲槽段主要使用鉆挖法成槽，易受槽壁不處于垂直的影響，產(chǎn)生梅花孔等施工質(zhì)量問(wèn)題，降低防滲墻穩(wěn)定性，因此在成槽過(guò)程中必須始終保證槽壁處于垂直狀態(tài)。常規(guī)的水利工程防滲墻槽段防滲技術(shù)往往使用鉆鑿法處理防滲墻槽段接頭，經(jīng)常受鉆鑿偏移影響，導(dǎo)致塌落度過(guò)低，不滿足水利工程可靠性需求，因此，文章利用接縫灌漿技術(shù)澆筑了防滲墻槽段，設(shè)計(jì)了一種新的水利工程防滲墻槽段防滲技術(shù)。

1 水利工程接縫灌漿防滲墻槽段防滲技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 布設(shè)防滲墻槽段灌漿預(yù)埋管

為了提高防滲墻槽段的防滲效果，需要適當(dāng)提高槽段灌漿深度，因此文章設(shè)計(jì)的防滲方法安裝了槽段桁架，有效地布設(shè)了防滲墻槽段灌漿預(yù)埋管。首先需要計(jì)算防滲墻槽段混凝土的穩(wěn)定平衡條件，如下（1）所示。

公式（1）中，γs代表混凝土容重，H代表防滲澆筑深度，γ代表水容重，h代表槽段距離地下水面深度，代表土容重，a代表地下水距離地面深度，γe代表飽和容重，代表滲漏壓力系數(shù)，結(jié)合上述平衡條件可以設(shè)置灌漿預(yù)埋管的塑性強(qiáng)度τ，計(jì)算式如下（2）所示。

圖1 槽段桁架安裝示意圖

由圖1 可知，上述桁架可以消除垂直度對(duì)防滲槽段槽壁的影響，且可以實(shí)時(shí)調(diào)整防滲墻槽段的位置使其始終處于最佳狀態(tài)，結(jié)合上述槽段桁架即灌漿孔的位置，可以布設(shè)有效的防滲墻槽段灌漿預(yù)埋管，如下圖2 所示。

圖2 防滲墻槽段灌漿預(yù)埋管

由圖2 可知，上述防滲墻槽段灌漿預(yù)埋管可以均勻進(jìn)行灌漿，最大程度上提高防滲墻槽段的連接強(qiáng)度，避免多余的砂漿混凝土等流入灌漿管內(nèi)部，影響實(shí)際的防滲效果。

1.2 基于接縫灌漿技術(shù)澆筑防滲墻槽段縫隙

為了保證防滲墻槽段塌落度滿足防滲標(biāo)準(zhǔn)，必須有效填充防滲墻槽段縫隙，接縫灌漿技術(shù)可以利用柱狀分塊法進(jìn)行有效澆筑，消除防滲墻槽段的各種橫豎接縫，因此文章使用接縫灌漿技術(shù)澆筑了防滲墻槽段縫隙，示意圖如下圖3 所示。

圖3 防滲墻槽段接縫灌漿澆筑示意圖

由圖3 可知，經(jīng)過(guò)上述接縫灌漿澆筑后形成的槽段接頭密實(shí)無(wú)縫隙，滿足水利工程實(shí)際防滲標(biāo)準(zhǔn)。

整體接縫灌漿澆筑可以分為三個(gè)施工階段，其中一期槽段和二期槽段普遍使用上述布設(shè)的灌漿預(yù)埋管灌漿，三期槽段則使用了循環(huán)鉆管法進(jìn)行灌漿，即始終保證內(nèi)部灌漿壁光滑，密封灌漿管或使用封堵結(jié)構(gòu)封堵，避免滲漏的混凝土倒置。除此之外，在接縫處每隔一定的距離均設(shè)置了環(huán)形封堵口，使用橡皮套進(jìn)行箍筋，保證出漿孔位置與防滲墻槽段連接處緊密連接，提高漿液的密封效果。當(dāng)澆筑面積超過(guò)七成時(shí)可以利用灌漿壓力使用接縫灌漿技術(shù)進(jìn)行孔內(nèi)循環(huán)灌注，最大程度上提高防滲墻的抗壓強(qiáng)度，避免槽段接頭裂縫。為了避免槽段孔斜率對(duì)最終施工結(jié)果造成的影響，在開(kāi)始施工期需要將一期、二期槽段榫形連接，避免灌漿偏斜方向出現(xiàn)較大差異，提高混凝土的整體塌落度。

2 實(shí)例分析

2.1 概況及準(zhǔn)備

X 水利工程屬于大中型綜合工程，其具有防洪、灌溉、發(fā)電等功能，該水利工程流域面積共5 821 km2，庫(kù)容為5.85×104m3。X 水利工程主壩為混凝土重力壩，高程為665.12 m，壩高為115.64 m，除此之外，該工程的混凝土重力壩共分為15 個(gè)壩段，存在拱冠梁，厚度為11.95 m。壩體共含有14 條橫向壩縫。該水利工程內(nèi)部氣溫變化不均衡，年最高氣溫為36.8 ℃，最低氣溫為零下11.3 ℃，不僅如此，該水利工程內(nèi)部風(fēng)速較高，年最高風(fēng)速達(dá)到了23 m/s，存在極端降水天氣，考慮下游閘門(mén)回水作用的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了回水研究，其水位為575 時(shí)回水?dāng)?shù)值分別為1 580、1 640、1 700、1 770、1 830、1 900、1 970、2 040、2 110、2 180，證明其可以有效解決回水問(wèn)題。

X 水利工程使用混凝土面板進(jìn)行擋水泄流，基礎(chǔ)防滲墻使用塑性混凝土澆筑，其高程為554.56 m，厚度為0.84 m，為了提高該防滲墻的防滲效果，在部分水流湍急的區(qū)域使用高壓旋噴法灌漿，X 工程的防滲墻布設(shè)示意圖如下圖4 所示。

圖4 X 水利工程防滲墻

由圖4 可知，X 水利工程的防滲墻為混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置了合理的導(dǎo)向墻基礎(chǔ)開(kāi)挖線，受該工程特殊地質(zhì)條件影響，其基礎(chǔ)開(kāi)挖線距壩體軸線為108 m。整個(gè)壩體不均勻系數(shù)為39.5，滲透系數(shù)為2.8×10-2。

X 水利工程防滲墻槽段由松散透水壩及泥漿固壁造孔而成，存在回彈表面，整個(gè)防滲墻槽段與地下連續(xù)墻相接，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該水利工程的防滲墻厚度不均，由60～100 cm，存在一定的水平荷載力。為了提高墻體的應(yīng)力穩(wěn)定性，該水利工程將防滲墻嵌入了不透水層中，與相關(guān)的防滲結(jié)構(gòu)相連。

在實(shí)例分析過(guò)程中，需要選取部分實(shí)驗(yàn)槽段進(jìn)行施工，布置防滲導(dǎo)孔，進(jìn)行鉆進(jìn)，確定基巖面，此時(shí)可以選取實(shí)例分析槽段施工點(diǎn)位：點(diǎn)位1 的樁號(hào)為0+132.6， 副孔為0+113.5； 點(diǎn)位2 的樁號(hào)為0+134.4， 副孔為0+135.3； 點(diǎn)位3 的樁號(hào)為0+136.2， 副孔為0+137.1； 點(diǎn)位4 的樁號(hào)為0+137.1， 副孔為0+138.0； 點(diǎn)位5的樁號(hào)為0+579.1， 副孔為0+557.5； 點(diǎn)位6 的樁號(hào)為0+138.4， 副孔為0+121.5； 點(diǎn)位7 的樁號(hào)為0+112.4， 副孔為0+123.5； 點(diǎn)位8 的樁號(hào)為0+558.6， 副孔為0+515.4； 點(diǎn)位9 的樁號(hào)為0+114.6，副孔為0+107.5；點(diǎn)位10 的樁號(hào)為0+21.5，副孔為0+24.6。

為了提高實(shí)例分析的有效性，文章選取GB/T248-2009 混凝土塌落度測(cè)試儀進(jìn)行塌落度測(cè)試，該塌落度測(cè)試儀的塌落度筒上口為100 mm，下口為200 mm，高度為300 mm，塌落度砼口寬度為1.5 mm，搗棒為160 mm，已知該水利工程防滲墻槽段的標(biāo)準(zhǔn)塌落度為20～24 cm，依照該指標(biāo)可以進(jìn)行后續(xù)的防滲效果分析。

2.2 防滲效果與討論

在上述實(shí)例分析準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，使用文章設(shè)計(jì)的水利工程防滲墻槽段防滲方法對(duì)設(shè)置的點(diǎn)位進(jìn)行防滲施工，施工后形成的部分防滲效果圖如下圖5 所示。

圖5 防滲效果圖

由圖5 可知，經(jīng)過(guò)施工后，上述區(qū)域的泥漿面能有效固結(jié)，即產(chǎn)生的滲透壓力可以通過(guò)泥皮與孔壁相互作用，最大程度上避免槽壁泥漿塌落，保證了防滲槽段的穩(wěn)定性，接下來(lái)使用GB/T248-2009 混凝土塌落度測(cè)試儀測(cè)試了不同防滲施工點(diǎn)位的塌落度，防滲效果如下表1 所示。

表1 塌落度對(duì)比表

由表1 可知，使用文章設(shè)計(jì)的水利工程防滲墻槽段防滲方法防滲施工后，各個(gè)施工點(diǎn)位的塌落度均滿足標(biāo)準(zhǔn)塌落度需求，證明此水利工程防滲墻槽段防滲方法的防滲效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著施工技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的水利工程數(shù)量越來(lái)越多，為了解決不斷發(fā)生的滲漏問(wèn)題，大部分水利工程布設(shè)了防滲墻。防滲墻槽段受混凝土應(yīng)力影響，其接頭效果不佳，經(jīng)常出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，而常規(guī)的防滲墻槽段防滲方法使用鉆鑿法處理防滲墻槽段接頭，導(dǎo)致混凝土塌落度偏低，易出現(xiàn)塌方事故，不符合目前的水利工程施工需求，因此文章基于接縫灌漿技術(shù)設(shè)計(jì)了一種全新的水利工程防滲墻槽段防滲方法。實(shí)例分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)防滲方法的防滲效果較好，塌落度合格，有一定的應(yīng)用價(jià)值，為提高水利工程穩(wěn)定性作出了一定的貢獻(xiàn)。