混凝土防渗墙在某水库大坝中的应用

张荣贵

摘要：超薄混凝土防渗墙在以上基础上还有着施工周期短、见效快、造价低等明显优势，并同样能够适应各种复杂的工程地质与水文地质条件下的正常施工，可以从根本上解决坝体或坝基的渗漏问题，具有推广应用的价值。关键词：防渗墙；施工；技术1 工程概况本文中提及的水库是一座大(I)型注入式水库，坝体为均质土坝，坝长15km,坝顶宽6m，最大坝高18m，总库容1．8×10 8m3。该水库由于存在坝体浸润线逸出点偏高、裂缝、浅层滑坡及坝基软弱阳地址液化等与水的渗流作用密切相关的病险情，被列为重点病险水库，致使多年来一直未能蓄水至设计水位，水库应有的效益不能亢分发挥，累计造成的经济损失十分巨大，直接影响了当地经济的持续发展。为尽早解除该水库病险情，充分发挥水库灌溉效益，必须对该水库进行除险加固处理。坝体混凝上防渗墙工程是水库除险加固处理的重要措施之一。考虑到除险加固工程时间的紧迫性和经济的合理性，此次防渗加固处理设计采用了超薄混凝土防渗墙方案。设汁墙厚250-300mm，墙体深入坝基上层或截穿砂层并深入其下土层2m。最大深度为24.5m，防渗墙总长1800m，截水面积26000m2，防渗墙体采用c5塑性混凝土，抗渗标号W6，胶凝材料为525,高抗硫酸盐水泥。由于防渗墙设计墙体厚度最大仅为300mm，加之工期紧迫等因素，这都是常规混凝土防渗墙施工工艺所无法实现的。为了满足工程需要，在引进目前国际上最为先进的成槽设备液压抓斗的基础上，改制了规格与设计墙体厚度一致的斗体，从而可以采用液压抓斗这种先进的成槽设备进行超薄混凝土防渗墙施工，施上效率大幅度提高，有效缩短了施工周期，降低了工程造价，提早发挥了工程效益。2 施工方法水库混凝土防渗墙工程设计防渗墙轴线与坝轴线基本一致，防渗墙施工在坝体顶部进行。其施工特点是：坝顶最大宽度仅为6m，液压抓斗进行成槽作业时，坝面交通即刻中断，其它各种配套施工设备(吊车、混凝土运输车、钻机车等)只能自一个方向(跟随抓斗之后并跨越已挖槽段)进入现场作业，相互问干扰很大。因此，结合现场条件、施工工艺和工期要求合理安排施工方法非常重要。2．1 施工准备根据坝体土质在浸润线以上呈坚硬硬塑态，以及碾压干密度达到16．96～18kN ／m3(局部干密度为14.6～15.6kN m3 )的具体情况，结合液压抓斗成槽速度较快的特点，未专门建造施工导向槽，而是充分利用液压抓斗自身良好的三级导向系统，在人工开挖出的宽0.3～0．4m、深度为0.5m的导槽内直接进行挖槽施工。从实施的效果来看是完全可行的，除局部地段槽口坍塌较为严重外，绝大部分槽口只有轻微坍塌，完全能够保证施工的正常进行，不但节省了时间，而且减少了不必要的开支。2.2 槽段划分槽段长度的划分要考虑混凝土浇筑强度和尽量减少墙段接头的原则。根据地层条件和施工方法,将一、二期槽段长度分别划分为10m和8m，这样既有利于抓斗优势的发挥，又能充分利用3套浇筑导管的效用,总体减少了墙段接缝，提高了施工效率。2．3 施工机具成槽机具为HC-60型液压抓斗，配备改制的250mm和300mm两种规格的薄型斗体。该设备因具有独特的三级导向系统和斗体可360°任意旋转的良好性能，使得其具备了更大的灵活性和可操作性，为施工带来了很大方便；另外，在较坚硬的地层中配备XY 2型回转钻机进行钻孔，配合液压抓斗成槽。2．4 成槽工艺(1)直挖成槽：根据坝体补充勘探资料，在工程伊始将成槽方案初步确定为液压抓斗直挖成槽，先施工一期槽段，再施工二期槽段形成连续墙体。在每一槽段中先抓单数孔(主孔)，后抓偶数孔(副孔)。每孔长度与抓斗张开宽度(2.5m)基本相同。此种方法在坝体的正常地段是完全可行的，平均工效可达到200m 2d。但施工中期发现，在防渗墙施工的大部分地段内曾进行过高压旋喷灌浆处理，液压抓斗直挖成槽较为困难，工效大幅降低为90m2 /d左右，远远不能满足施工进度要求，必须采取有效措施加以解决。(2)“多钻一抓”成槽：液压抓斗成槽工效明显降低的原因．初步分析是由于施工段经高压旋喷灌浆处理或坝体相对致密、坚硬，以及薄型斗体重量较轻所造成的。首先采取的措施就是“两钻一抓”的方法。钻孔采用XY一2型回转钻机、泥浆固壁、全断面钻进的工艺，钻孔直径与墙体厚度一致(250～300mrn)，钻孔中心距2.5m，但实施后效果并不明显。随后，逐步将钻孔中心距加密直至0.5～O.6m，工效才提高到了250m2／d左右，确保了工程按期完工。从施工情况来看，4台回转式钻机配合一台液压抓斗是较为合理的。“多钻一抓”的成槽工艺是首次应用于超薄混凝土防渗墙施工，实践证明能够较好地解决坚硬、复杂地层施工效率低的实际问题。不失为一种高效优质的施工方法，为今后类似问题的处理提供了良好借鉴。2．5 墙段连接与接头刷洗相邻槽段的连接处是混凝土防渗墙工程的一个薄弱环节，结合本工程地层特点、施工方法和场地条件等实际情况，确定采用套打一钻的接头工艺，这主要需控制好一期槽段端孔和接头孔的孔斜率，以避免墙段连接出现偏差。孔斜率一般控制在50%以内。为减少施工过程中各道工序之间的相互干扰，保证作业的正常、连续进行，接头刷洗没有采用常规的重锤刷洗法，而是结合液压抓斗成槽的特性，自制了特种钢丝刷，将其安装在抓斗的斗齿上，利用斗体的自重和抓斗提升、下放的灵活性刷洗接头孔混凝土壁上的泥皮，取得了事半功倍的良好效果。2．6 混凝土浇筑泥浆下混凝土浇筑采用常规的直升导管法。施工初期，混凝土输送采用自卸翻斗车运输至槽段处对口进入导管漏斗。此法由于受场地条件影响太大，施工非常困难，之后改用在坝后适当部位安置混凝土泵，直接将混凝土输送至导管漏斗内进行浇筑的方法，既避免了场地条件的限制和工序间的影响，保证了混凝土浇筑的连续性，又减少了混凝土在运输过程中的离析现象，提高了混凝土的浇筑质量。3 施工质量检查3．1 成槽检验本工程共完成181个单元槽段，经施工过程的严格控制和工序检验，槽孔深度和宽度、偏斜率、孔底淤积厚度、泥浆比重、接头刷洗等各项技术指标均满足规范和设计要求，单元工程合格率100% ，优良率75% 。3．2 混凝土浇筑过程检验混凝上拌和严格按配合比配料，坍落度控制在18～22cm之间，混凝上运输至目的经混凝土泵二次搅拌后直接输送到浇筑导管内，保证了混凝土的和易性和均一性；导管间距控制均符合规范要求；导管底口埋人混凝土深度一般为2～5m，混凝土浇筑顺畅，上升速度均>2m／h，一般为4～5m／h；混凝土终浇高程符合设计要求。3．3 混凝土性能检验混凝土取样采取出仓口、人槽口随机取样。按要求抗压强度取样41组，渗透系数取样15组。检测结果表明：所有混凝土试块抗压强度均>5MPa，最小值为5.3MPa，平均抗压强度为6.25MPa；抗渗标号均>W6，合格率100% 。抗压强度和抗渗系数均满足设计要求。4 超薄混凝±防渗墙施工技术的主要特点4．1 施工效率高，工程造价低水库大坝混凝土防渗墙工程于2001年9月初正式开工，由于采用了超薄墙设计和液压抓斗直挖成槽和“多钻一抓”的先进施工技术，仅历时4个月时间即全面完成了常规工艺需一年以上时间才能完成的、截水面积达26000m2的混凝土防渗墙施工任务，大大缩短了施工周期，平均工效达到250 -300m2 ／d，并创下了单日完成混凝土防渗墙面积690m2的最高记录。与常规混凝土防渗墙篱工工艺相比，施工效率提高4～5倍，而工程造价降低了6O %以上，并且墙体抗渗性能良好，真正实现了“优质、高效、低耗”的工程目标。4．2 工程效果明显，经济效益显著水库大坝混凝土防渗墙工程采用了先进的超薄混凝土防渗墙施工技术，加之配套了混凝土输送泵进行泥浆下混凝土浇筑工艺。使得整体混凝土防渗墙施工工艺更加科学、先进、合理、施工过程连续、流畅，各项技术指标全部达到设计要求，确保了工程质量。该项工程在2002年7月单位工程验收和2003年5月通过一年多蓄水考验后的竣工验收后，均被评为优良工程。大坝混凝土防渗墙工程完成以后，工程效果立刻显现：坝体背水面潮湿现象消失，坝后大面积沼泽洼地逐渐干枯，说明混凝土防渗墙已经有效堵截了坝体渗透水流，降低了坝体浸润线，这对防止土体滑坡、保证大坝安全稳定具有重要作用。另一方面,水库当年首次蓄水至1.75×108 m3，并逐步达到设计库容，水库应用效益开始充分发挥，确保了水库“当年治理，当年受益”的目标真正得以实现。4．3 施工技术先进，推广意义深远水库坝体混凝土防渗墙是云南第一例趟薄混凝土防渗墙工程，其采用的施工方法具有技术先进、经济合理和优质高效的特点，有着广阔的推广应用前景。边远、贫困且水资源极为缺乏的地区，在众多已建的水库当中，有相当一部分由于水库修建时期的施工技术水平落后(有的甚至是“三边”工程)，加上年久失修，大多都存在着不同程度的病险情(主要是渗漏稳定问题)，这对水库的安全運行和当地经济发展造成了严重影响，及时进行防渗加固处理显得非常必要。但由于受到施工技术条件的限制，加之边远地区经济水平落后，使得大多数水库的渗漏稳定问题至今不能得到有效根治，应有的经济效益不能充分发挥，有些甚至造成严重危害。因此，在目前条件下，如何以最经济、最有效的方法尽早解决水库渗漏稳定问题已经成为当务之急。超薄混凝土防渗墙施工技术在水库大坝混凝土防渗墙工程中的成功应用，为今后病险库的治理及其它水利工程的坝基处理提供了良好的技术、经济保证，必将会有广阔的市场前景，无疑会带来更加显著的社会效益和经济效益。5 结束语混凝土防渗墙是对第四纪砂砾卵石层及土石坝进行垂直防渗处理的一门新技术，其具有耐久性强、防渗性能可靠的显著特点。采用液压抓斗进行超薄混凝土防渗墙成槽施工的高效性，结合工程具体情况，将“多钻一抓”技术应用于超薄防渗墙施工中，能解决工程中的实际问题，工程效果和经济效益十分显著。