“上墙下幕”在户主水库除险加固中的应用

2011-02-17杨兴奋滕州市水利建筑安装公司山东滕州277500

中国科技信息 2011年15期

关键词：槽孔压水导墙

杨兴奋滕州市水利建筑安装公司，山东滕州 277500

“上墙下幕”在户主水库除险加固中的应用

杨兴奋滕州市水利建筑安装公司，山东滕州 277500

户主水库坝体、坝基大量渗漏，严重影响大坝安全。在该水库除险加固时采用了上部塑性混凝土防渗墙结合下部基岩帷幕灌浆对渗漏进行综合处理的“上墙下幕”处理方案。文章对该方案在户主水库除险加固中的应用进行了介绍。

户主水库；渗漏；基岩帷幕灌浆；混凝土防渗墙

1 工程概况

户主水库位于滕州市东郭镇境内，城河支流乡河上游，距滕州城区17公里。总库容 2026万立方米，兴利库容1110万立方米，控制流域面积44km2，是一座集防洪、灌溉、养殖、发电、工业供水等综合利用为一体的中型水库。该水库坝型为壤土心墙坝，始建于上世纪60年代，由于受当时技术条件限制，坝体碾压采用人工石碾，碾压质量较差。经击实试验检查，壤土心墙干密度范围值为1.52～1.58g/cm3，平均值为1.55g/cm3；砂壳为砂质粗砂，结构松散，密实度差，抗滑稳定安全系数不满足规范要求。由于坝体密实度差、填筑材料质量差异大，造成坝体、坝基大量渗漏，下游坝坡出现大面积浸润现象，坝后长期积水，局部形成淤泥或沼泽地。鉴于户主水库存在的病险状况及其对滕州市国民经济发展起到的重要作用，山东省发改委以[2008]383号文批准对户主水库进行除险加固。

2 技术处理方案

鉴于水库渗漏严重的现状，选择堵漏有效、截渗可靠、耐久性好的防渗漏处理方案，成为水库除险加固工程成败的关键。设计单位提出了“上墙下幕”综合处理方案。即上部坝体采用混凝土防渗墙，材料采用C5塑性混凝土，以充分适应坝体变形；坝基基岩采用帷幕灌浆处理。防渗墙底部深入基岩1m，与灌浆顶高程搭接1. 0m，该段墙体采用C10混凝土。该方案解决了坝体与基岩接触段帷幕灌浆注浆封口难、灌浆效果差的问题，又使防渗墙墙体底部支撑体的承载力得到大大提高。该方案保证了混凝土防渗墙与基岩帷幕灌浆有效地连成一体，起到了良好的防渗漏效果。

3 施工工艺

3.1 基岩帷幕灌浆

帷幕灌浆施工工艺主要包括：钻孔、冲洗、压水、灌浆和灌浆质量检查等。

3.1.1 钻孔

（1）坝体采用Φ108～127钻头开孔钻进，泥浆护壁；入岩后无论岩石风化程度如何，都必须换用Φ73～89金刚石钻头进行钻进，以便封堵严密，确保灌浆质量。

（2）孔位与设计孔位的偏差值不得大于10cm；孔深按设计要求进行施工。

（3）各机台要严格、认真填写施工记录，做到时间连续、工作内容、进尺、地层及描述真实。

（4）终孔深度必须超过设计深度0.2～0. 3m以下，以防止洗孔时沉渣影响灌浆段长度。

（5）先导孔保留相应的岩土样，以指导其后序列的灌浆施工。

3.1.2 封堵

户主水库采用孔段胀塞法进行封堵，封堵胶塞膨胀压力大于灌浆压力0.05MPa以上，对于破碎带及全风化岩石要进行相应技术处理后，再进行封堵压水、灌浆，以确保工程质量。

3.1.3 裂隙冲洗和压水试验

（1）先导孔应自上而下分段进行单点压水试验，压力根据规范要求为0.3MPa，压水时间按规范要求，稳定流量后结束。

（2）其他序孔在灌浆前全孔进行一次裂隙冲洗，灌浆前在孔底段进行一次简易压水。

（3）洗孔时，要以回水清无砂为止。

3.1.4 灌浆

（1）采用自下而上分段灌浆或综合灌浆法，射浆管距孔底不大于50cm。如岩石灌浆段的长度不大于10m，可一次灌浆；大于10m时，应自下而上分段灌注。灌浆塞应阻塞在该灌浆段段顶以上0.5m处，防止漏灌。各灌浆段灌浆结束后可不待凝，但在灌前涌水、灌后返浆或遇其他地质条件复杂情况，则需待凝1～2h。

（2）灌浆浆液应由稀至浓逐级变换，帷幕灌浆浆液水灰比根据实际地层情况，采用5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）等六个比级。浆液变换原则如下：

1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

2）当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达3min而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。

3）当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

4）灌浆过程中灌浆压力或注入率突然改变较大时，应查明原因，采取相应的措施处理。

3.1.5 灌浆结束和封孔

（1）采用自下而上分段灌浆法时，在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，可结束灌浆。

（2）封孔时，基岩部分采用0.5：1的浓浆进行灌注封孔，要根据钻孔体积的120%调配浆液；心墙封孔采用黏土球封孔，填充时，每2m一层，分层捣实至坝顶。

3.2 混凝土防渗墙

防渗墙施工工艺主要包括：施工准备、造孔、混凝土浇筑及槽段连接、质量检查等。

3.2.1 施工准备

3.2.1.1槽段划分

户主水库防渗墙轴线长度共为937. 60m。根据本工程的地质条件及施工设备的特点，在划分槽孔时考虑到提高抓斗工效，将槽孔长度确定为7.0m。

3.2.1.2导墙及施工平台

导墙是防渗墙施工之前修建的临时构筑物，它对防渗墙施工是必不可少的，其作用主要有：

（1）导墙的中心线就是防渗墙的中心线，由导墙可以确定和检查防渗墙的平面位置。导墙顶面高程也是墙深、基岩面位置以及混凝土浇筑高程的基准。

（2）导墙和施工平台共同保护孔口的土体，防止废水和雨水在孔口附近漫流，在造孔过程中防止坍塌及污染槽内泥浆的情况发生。

（3）防渗墙的施工设备通常都很重，需要在施工平台上作业，对导墙及施工平台地面造成了很大的附加土压力。导墙起到挡土墙的作用以保持槽口附近土体的稳定，施工平台将上部荷载分散到大面积的地基土上。

3.2.1.3泥浆系统

泥浆系统是防渗墙施工的关键设施，由前浆站、供浆管路和泥浆回收净化设施等组成。户主水库大坝防渗处理工程的泥浆配前采用干掺法，即把黏土粉碎过筛后，存放于黏土料场，使用时直接加入泥浆搅拌机，掺入外加剂搅拌即可。

3.2.1.4混凝土系统

混凝土搅拌和运输系统应满足DL/ T5199-204《墙规》的要求，即浇筑时槽孔内混凝土面上升速度不得小于2m/h，混凝土的拌和运输能力应不小于最大计划浇筑强度的1.5倍，在浇筑过程中因故中断的时间不得超过40min。户主水库大坝防渗处理工程，使用自动化搅拌站，采用机械供料，自动称量，搅拌，人工放料系统，混凝土搅拌机为1台JS1000的强制式搅拌机，混凝土运输采用排量为30m3/h的混凝土输送泵。

3.2.2 造孔、混凝土浇筑及连接

3.2.2.1造孔

土层采用抓取法开槽施工，基岩部分用冲击钻进行成孔；抓挖施工过程中，采用泥浆进行护壁。

3.2.2.2槽孔清孔换浆

（1）槽孔的清孔换浆采用泵吸反循环法，在清除孔内废渣的同时及时向孔内补充新鲜泥浆。

（2）对于二期槽，在清孔换浆结束前或清孔过程中用钢丝刷子钻头刷洗两侧槽段接头处混凝土壁上泥皮，至刷子钻头不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。

（3）泥浆净化处理，经沉淀后处理后的泥浆可以供钻孔时重复使用，混凝土浇筑时将未被污染的泥浆抽送至其他槽孔或泥浆池重复利用。沉渣由反铲清挖、自卸汽车运至指定的弃渣场。

3.2.3 水下混凝土浇筑

（1）砼施工物理特性指标、砼配合比根据设计要求经试验确定。

（2）砼浇注采用水下直升导管法，采用Φ250mm钢制导管，丝扣连接。导管安装采用人工配合钻机安装，安装的间距、深度执行防渗墙施工规范。

（3）水下砼浇筑采用球塞式隔水栓，导管距孔底的距离大于球塞的直径。

（4）砼输送泵送砼至储料罐，再进溜槽分流进入各个导管。在浇筑砼中，控制各导管均匀下料，使槽内砼面高差小于0.5m，根据砼上升的速度和导管埋深及时抽拔导管，槽孔内砼面上升速度控制在3～7m/h之间。

（5）根据设计要求，砼防渗墙施工结束后，按设计要求处理导墙。

3.2.4 槽段连接

墙段连接采用钻凿法和接头管法。结合以往施工经验和现场吊车起吊能力，本工程对于孔深小于15m内的槽孔采用接头管法；大于15m槽深的槽孔采用钻凿法处理。

3.2.5 质量检查

（1）在防渗墙浇筑混凝土时，由试验人员在槽孔入口处进行槽口随机取样，留作试件进行室内物理力学性能试验。

（2）在防渗墙浇筑28天后，按监理工程师指示进行墙体质量检查。

4 除险加固后坝基及坝体渗漏分析

（1）基岩帷幕灌浆结束后按《DL/ T5148-2001》规范要求，采用单点法进行检查孔压水试验。采用坝前兴利水位到河床（库底）的水头差的1.5倍压力作为检查孔压水的最大压力。在压水试验过程中，严格按照《DL/T5148-2001》规范中单点法的要求进行的，压水试验成果准确。根据统计数据表明，63个检查孔压水试验的透水率为0.3～8.5Lu，全部达到设计要求。通过对各单元检查孔透水率的分析可知，基岩帷幕灌浆工程截渗效果明显，满足了设计要求，达到了预期的目的。

（2）防渗墙施工完成后，经探地雷达检测分析认为防渗墙墙体质量较好，混凝土均匀、密实，墙体连续性好。墙体底界不明显，与下部介质结合较好，物体差异性较小。芯样检测表明混凝土强度及渗透系数满足设计要求。

（3）工程实施后，无论从检查孔压水、大坝渗流稳定计算等防渗指标还是从实际防渗观测结果都可以看出，主坝渗流稳定性增强，渗流量大幅减小，该方案对坝基渗流控制、减轻集中渗漏是合理有效的，解决了水库渗漏严重的现状。