漢江豐山咀段防護堤塑性混凝土防滲墻試驗研究

沈維鐸 蘇紅萍 陳崇德

(1.湖北禹龍水利水電工程有限公司，湖北 荊門 448000；2.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

碾盤山水電站工程屬國家172項水利工程建設(shè)項目，位于湖北省鐘祥市境內(nèi)的漢江中游干流。壩址控制流域面積140340km2，壩址處多年平均流量1560m3/s，年平均徑流量491億m3。碾盤山水電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電、航運為主，兼顧灌溉、供水。碾盤山水電站水庫長約58km，為河道型水庫，正常蓄水位50.72m，兩岸由漢江堤防和自然高地擋水。碾盤山水電站運行后，抬高了庫區(qū)水位，需要將漢江干堤外的部分民垸及主要支流部分低地的堤防進行防護，達到減少淹沒范圍和提高防洪標準的目的。

豐山咀防護堤位于庫區(qū)左岸，除漢江干堤大集堤、潞市堤外，總長11.835km，其中，上段長5.808km(樁號6+027～11+835)。地貌單元屬漢江一級階地，為沖積平原，地面高程在42.20～53.14m之間。地下水主要以地表孔隙潛水為主，孔隙潛水水位與漢江水位基本一致，埋深1.4～5.2m。由于堤基砂壤土、粉細砂和砂礫石具有中等—強透水性，因而堤基抗?jié)B性差，存在滲漏或滲透穩(wěn)定問題。為確保工程安全，防止堤內(nèi)產(chǎn)生浸沒危害及滲透破壞，經(jīng)比選，堤基采用40cm厚塑性混凝土防滲墻防滲。

1 豐山咀段防護堤塑性混凝土防滲墻的試驗研究

1.1 試驗內(nèi)容

a.防滲墻施工的各種參數(shù)，包括成槽設(shè)備及方法、槽長、泥漿類型及配比、造孔工效、澆注速度等。

b.墻體混凝土材料、澆筑工藝、清孔、墻段連接方法等。

c.混凝土施工配合比及鋼結(jié)構(gòu)導墻適用性。

d.根據(jù)試驗工藝完善各項控制措施。

1.2 設(shè)計技術(shù)指標及要求

a.堤基采用40cm厚塑性混凝土防滲墻防滲，防滲墻底深入不透水巖層0.5m。

b.墻體材料性能指標見表1。

表1 墻體材料性能指標

c.孔底淤積厚度不大于10cm。

1.3 試驗施工方案

1.3.1 試驗施工安排

a.試驗部位及進度計劃。試驗部位位于豐山咀上段防護堤(樁號11+555～11+576.2)，防滲墻槽段編號為：試驗1、試驗2、試驗3。采用2個班組施工，計劃5天完成試驗。

b.槽段劃分。Ⅰ期、Ⅱ期槽長均為7.6m，槽孔劃分見圖1。

圖1 槽孔劃分示意圖(單位：m)

c.試驗流程。施工前，對標高、垂直度、寬度、間距、軸線等認真復核，清除槽段內(nèi)雜物，接通泥漿管并試送泥漿，對各種準備工作進行詳細記錄等。試驗流程見圖2。

圖2 生產(chǎn)性試驗施工流程

1.3.2 主要施工方法

a.成槽方法?？紤]防滲墻成槽機及澆筑等輔助設(shè)備及運輸?shù)?，防滲墻施工平臺寬16m。成槽鉆孔的棄渣直接用自卸車運至指定渣場。造孔前下設(shè)鋼結(jié)構(gòu)導墻，為“┑┏”形結(jié)構(gòu)[1]，鋼板厚20mm，頂寬0.5m，高度0.6m，導墻長10m?；炷练罎B墻墻體厚度40cm，導向槽設(shè)計凈寬50cm，以便于下放成槽鉆具。導墻設(shè)計為鋼導墻，平行于防滲墻軸線對稱布置，允許安裝偏差為±1.5cm；導墻頂面高程允許安裝偏差±2.0cm。導墻四角設(shè)掛環(huán)，用以固定鋼絲繩以便導墻的安裝、拆卸。施工中，鋼結(jié)構(gòu)導墻可在Ⅰ期槽段、Ⅱ期槽段重復利用。導墻見圖3。

圖3 導墻示意圖(單位：cm)

結(jié)合地層、施工強度、設(shè)備能力等綜合考慮，防滲墻成槽擬采用“純抓法”成槽工藝(見圖4)。采用金泰SG46液壓抓斗抓取，底部基巖以及抓斗難以成槽的槽孔采用CZ-6型沖擊鉆機鉆鑿，Ⅰ期槽孔的端孔混凝土拔管后形成Ⅱ期槽孔的端孔，待相鄰的一期槽孔施工完后再回頭施工二期槽孔。槽孔終孔檢查合格后，報請現(xiàn)場監(jiān)理工程師進行孔位、孔深及孔形全面檢查驗收，合格后進行清孔換漿。防滲墻施工分兩期進行，先施工Ⅰ期槽孔，后施工Ⅱ期槽孔，墻段連接采用接頭管法。

圖4 純抓法施工工藝

b.固壁泥漿。根據(jù)工程地質(zhì)條件，試驗槽段采用膨潤土護壁，分散劑采用工業(yè)碳酸鈉(Na2CO3)，配制泥漿用水從漢江抽取。擬定的三組配合比見表2，新制膨潤土泥漿經(jīng)過24h膨化后利用供漿管輸送至槽孔內(nèi)使用[2]。泥漿性能指標見表3。

表2 膨潤土泥漿配比

表3 泥漿性能指標

c.清孔換漿。槽孔終孔后即開始清孔換漿[3]，清孔換漿結(jié)束1h后要求：

孔底淤積厚度不應(yīng)大于10cm；

膨潤土泥漿密度、泥漿黏度、含砂率等符合表3的要求。

d.槽孔混凝土澆筑。由試驗室進行配合比試驗，確定混凝土防滲墻的配合比。

采用HZS50型拌和站，由混凝土罐車運送至槽孔口。

混凝土澆筑采用泥漿下直升導管法，導管內(nèi)徑250mm，試驗槽孔設(shè)置導管2～3套，導管間距不大于4.0m，每個試驗孔計劃3～5h澆筑完成，澆筑過程中保持導管埋入混凝土深度2.0～6.0m，以免泥漿進入。

混凝土澆筑過程控制：槽孔內(nèi)混凝土面水平均勻上升，確保高差不大于0.5m；在開始澆筑及臨近澆筑結(jié)束時增加測量頻次；混凝土澆筑時，在機口處隨機取樣，檢驗混凝土的物理力學性能指標[4]。

e.槽段連接。Ⅰ期槽清孔達到設(shè)計要求后，在槽段兩端各設(shè)一套接頭管，接頭管分節(jié)，中間以銷軸連接。接頭管露出孔口并固定在吊車吊鉤上，管底部穩(wěn)定立于孔底。偏斜率控制在0.2%以內(nèi)[5]。

采用吊車作為接頭管起拔的主要設(shè)備。

混凝土初凝后開始起拔接頭管形成接頭孔。

1.4 施工質(zhì)量控制主要措施

1.4.1 施工主要技術(shù)措施

a.編制漏漿、塌孔處理辦法與安全、文明施工及環(huán)境保護措施。

b.制定孔斜控制與處理、接縫質(zhì)量控制、塌孔預防、混凝土質(zhì)量控制、導管堵管預防、槽孔終孔質(zhì)量檢查、澆筑混凝土前清孔質(zhì)量檢查、防滲墻墻體質(zhì)量檢查等制度。

c.試驗數(shù)據(jù)整理及編寫。在塑性混凝土防滲墻施工過程中嚴格記錄并驗證槽孔深度、成槽垂直度、槽壁穩(wěn)定性、槽底沉渣等數(shù)據(jù)并填寫報驗資料，以及校對地質(zhì)資料、施工機械性能和施工工藝是否符合要求；試驗完成后將施工記錄成果整理并編寫塑性混凝土生產(chǎn)性試驗報告上報監(jiān)理機構(gòu)[6]，得到監(jiān)理工程師的許可后，開始施工。

1.4.2 施工質(zhì)量控制主要措施

a.接縫質(zhì)量控制。泥漿的性能指標符合設(shè)計要求，Ⅰ期槽孔端孔孔斜率不大于0.2%。清孔換漿后，下設(shè)的接頭管，其垂直度符合設(shè)計要求，防止混凝土澆筑過程中接頭管被擠歪[7]。

b.預防塌孔。選用優(yōu)質(zhì)的鈣基膨潤土等材料造漿護壁；對泥漿各項工作性能指標嚴格檢查，達不到工藝要求的，立即換漿；施工期間，在現(xiàn)場備好各種堵漏材料；強化檢查巡查，發(fā)現(xiàn)漏漿，及早采取堵漏措施等[8]。

c.混凝土質(zhì)量控制?；炷猎牧?、配合比、運輸、坍落度、擴散度、初凝時間、終凝時間等，嚴格執(zhí)行監(jiān)理機構(gòu)批準的施工方案[9]。

d.導管。導管下設(shè)前，仔細檢查導管質(zhì)量和導管的連接情況；澆筑中混凝土埋管深度嚴格按設(shè)計要求控制；拆卸下的導管及時沖洗干凈，使導管始終處于良好工作狀態(tài)[10]。

1.5 防滲墻質(zhì)量檢查

1.5.1 槽孔終孔質(zhì)量檢查

a.槽孔的位置。在槽孔兩端設(shè)置測量標樁，進而確定槽孔中心線并始終用該中心線校核、檢驗所成墻體中心線的誤差。

b.槽孔的位置和厚度。每一槽段終孔時抓斗寬度均不得小于墻體設(shè)計厚度，在槽孔內(nèi)任一部位，均可順利下放斗體[11]。

c.槽孔偏斜測量。孔斜率符合設(shè)計要求。Ⅰ、Ⅱ期槽套接孔的中心線在任一深度的偏差值需滿足搭接墻厚度要求。

d.孔深測量?？咨铗炇赵诂F(xiàn)場監(jiān)理的監(jiān)督下使用專用孔深測繩進行測量。

1.5.2 澆筑混凝土前清孔質(zhì)量檢查

a.孔內(nèi)泥漿性能指標。取漿器從孔底以上0.5～1.5m處取泥漿試驗。

b.孔內(nèi)淤積厚度?？變?nèi)淤積厚度采用測針和測餅進行測量。

c.接頭孔刷洗質(zhì)量。Ⅱ期槽清孔結(jié)束標準：毛刷上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加。

d.清孔驗收合格后4h內(nèi)澆筑混凝土，否則，重新檢測，如不合格則重新進行清孔。

1.5.3 防滲墻墻體質(zhì)量檢查

a.機口取樣。混凝土澆筑過程中，在機口隨機取樣；每個槽孔澆筑混凝土后，按規(guī)定要求取樣，及時對混凝土質(zhì)量進行綜合評價。

b.鉆孔取芯和鉆孔注水。防滲墻成墻28天后進行鉆孔檢查，做注水試驗。

c.開挖部分墻體檢查。防滲墻成墻28天后，開挖部分墻體，對墻體外觀質(zhì)量、墻體材料均勻性、墻段之間搭接等是否滿足設(shè)計要求進行檢查。

1.6 試驗成果

a.試驗段實際完成情況。抓斗型號SG46，完成工程量見表4、橫斷面見圖5。

圖5 豐山咀上段防護堤橫斷面

表4 試驗段實際完成的工程量

b.主要試驗成果見表5。

表5 豐山咀上段防護堤塑性混凝土防滲墻試驗成果

c.鋼結(jié)構(gòu)導墻適用性。鋼板導墻具有可重復利用、結(jié)構(gòu)輕巧、制作簡單、使用靈活、成本低等特點，適合于地層相對密實、孔深40m以內(nèi)的薄壁防滲墻施工應(yīng)用。

d.試驗結(jié)論。抓斗成槽工法、槽段劃分、槽孔質(zhì)量、固壁泥漿材料及其配合比、混凝土原材料及配合比、清孔方法、孔內(nèi)泥漿性能指標、混凝土澆筑、槽段連接等控制參數(shù)符合工程實際，對于造孔工效、成槽質(zhì)量、防滲效果等有明顯的提高作用，鋼結(jié)構(gòu)導墻適用性較好，各項技術(shù)措施可行，在后續(xù)防滲墻施工中可以采用。

2 試驗成果應(yīng)用

2.1 質(zhì)量控制標準

綜合上述分析，主要及一般項目的質(zhì)量控制標準、檢查與數(shù)量見表6。

表6 混凝土防滲墻施工質(zhì)量控制標準

2.2 成果應(yīng)用

應(yīng)用試驗成果，自2021年9月20日開始防滲墻施工，至2022年3月5日完工，完成防滲墻面積23.6萬m2。完工28天后，鉆取14個檢查孔并注入清水試驗，滲透系數(shù)在5.57×10-7～8.85×10-7cm/s之間；采用數(shù)顯萬能試驗機(WES-100B型)檢測所送的塑性混凝土試塊，其平均抗壓強度為2.2MPa。防滲效果及抗壓強度均達到設(shè)計要求。

3 結(jié) 語

豐山咀段防護堤塑性混凝土防滲墻應(yīng)用試驗成果進行堤防防滲，較好地解決了防護堤滲漏嚴重以及堤防穩(wěn)定等問題，效益明顯。在施工中，依據(jù)工程地質(zhì)、工期、投資、單元槽段長度、造孔設(shè)備數(shù)量及Ⅰ期、Ⅱ期逐段造孔的施工特點以及“防滲墻活動鋼板導墻施工工法”等，研究并制作了長度適宜、數(shù)量相當?shù)幕顒愉摪鍖?，在Ⅰ期、Ⅱ期槽段重復利用，既?jié)省了投資，也提高了工效。實踐證明：塑性混凝土防滲較好地解決了豐山咀段防護堤堤基滲漏嚴重的問題，為塑性混凝土防滲墻技術(shù)的發(fā)展進步提供了成功應(yīng)用的實例，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益，該項技術(shù)具有極大的推廣應(yīng)用前景。