直抓法在粗颗粒地层的应用

赵曾

摘要：防渗墙作为一项防渗技术在水库大坝中早已应用，根据成墙方式的不同，可大致分为开槽置换法、深层搅拌法、高压喷射法和振动挤密法4种。开槽置换法是在堤身（基）内开槽弃土并置换成塑性混凝土或其他防渗材料，从而形成一道连续防渗墙。当堤坝基础最大颗粒粒径小于2/5槽口宽度，并为砂卵石地层或一般的软弱地层时，经验表明，应选择直抓成槽法来建造防渗墙或地下连续墙。或者称为纯抓成槽法，即不需钻、冲配合。该工法在新疆生产建设兵团农十师阿克达拉水库除险加固工程中得到成功应用。

关键词：直抓法粗颗粒地层

1.工程概况

阿克达拉水库位于新疆阿勒泰地区、新疆生产建设兵团农十师183团东南约13km处，以引蓄额尔齐斯河汛期洪水为主，水库设计总库容4000万m3，相应蓄水位574.00m。控制灌溉面积38万亩，坝线长6.2km，最大坝高5.5m，坝顶高程576.50m，坝体为碾压式碎（砾）石土坝，工程规模为三等中型引水注入式平原水库，水工建筑物级别为：主要建筑物3级，次要建筑物4级，临时建筑物5级。地理坐标为东经87°04′～88°15′，北纬47°04′～47°10′，G216国道距水库北侧约9km处东西向穿过，工程区交通较为便利。

阿克达拉水库位于准噶尔凹陷北部隆起带，其北侧为额尔齐斯断裂挤压带，额尔齐斯断裂挤压带东北侧为蒙古弧形构造，东部为欧亚“山”字型构造东翼反射弧。阿克达拉水库位于准噶尔地台北部边缘，所在区域地质构造活动较弱，第四纪以来相对稳定，且缓慢下降接受沉积，地层缓倾，多为单斜地层及平缓开阔的褶曲，地层单一，构造简单，新构造运动不强烈，区域构造稳定性好。阿克达拉水库所在区域地震动峰值加速度0.05g，对应的地震基本烈度为Ⅵ度，地震动反应谱特征周期为0.45s。

阿克达拉水库坝体土为含细粒土砂、含细粒土砾、级配不良砾组成，坝体级配不良砂砾，干密度2.04～2.06g/cm3，密实度中等；坝体含细粒土砾，干密度1.96～2.04g/cm3，密实度中等；坝体土含细粒土砂，干密度1.95～2.02g/cm3，密实度中等。

坝体土渗透系数1.18×10-3cm/s～9.4×10-3cm/s，具中等透水性。

阿克达拉水库坝基土为细粒土砂、含细粒土砾、级配不良砾和泥岩组成，细粒土砂、含细粒土砾和级配不良砾的厚度8.00m～14.20m，具中等透水性；第三系泥岩、砂岩埋深较浅，透水能力较小，为弱透水性。

2.坝基防渗墙设计及主要技术指标

根据地质报告提供的坝基地层分布情况、渗流稳定计算和水库运行中坝后坡脚的渗水表现，O+000～6+200坝段坝基需进行防渗处理，3+150～4+100段岸坡需要进行防渗处理。

设计采用塑性混凝土防渗墙方案，防渗墙厚度为0.30m。防渗墙顶高程：0+000～3+150段为572.02m；3+150～6+200段为574.20m。防渗墙底高程深入基岩0.5m。

塑性混凝土防渗墙体混凝土强度采用90天龄期为C10，抗渗指标达到W4，混凝土配合比采用二级配。

3.防渗墙施工

根据设计方案，施工单位结合以往工程经验，决定本次防渗墙施工采用直抓法进行。投入施工设备为：液压抓斗机3台，混凝土自动拌合站一套及施工所需的配套设备及设施。

3.1施工工艺及流程

抓斗法地下连续墙的施工过程是：先构筑导墙，抓斗沿导墙壁挖土，在挖槽的同时用泥浆护壁，成槽结束后清孔，最后进行水下混凝土浇筑。下图为抓斗法工艺流程图。

本次工程施工值得注意的有以下两方面：

1、混凝土护坡的阻滑墙作为防渗墙施工的导墙的一部分，为保护阻滑墙及抓斗成槽轴线的准确性，槽口必须放置导向架。导向架的制作材料必须有足够的刚度和韧性，导向架的放置必须牢固。

2、塑性混凝土防渗墙Ⅰ期槽与Ⅱ期槽之间的连接采用“抓凿法”工艺。在Ⅰ期槽浇筑结束16～20小时左右，即用抓斗直接垂直抓除30cm的槽段至Ⅰ期槽槽底。使用该工艺要求槽内混凝土能被抓斗抓动，且要保证槽壁垂直稳定。因故未能抓取的槽段则采用冲击钻套打完成。

3.2现场生产性试验

为了验证防渗墙施工的有关技术参数的合理性，工程开工前，按照监理工程师的要求，在防渗墙中心线上，进行现场生产性试验，试验槽段分为两个Ⅰ期槽和一个Ⅱ期槽，Ⅰ期槽长为6.2m，Ⅱ期槽长为6.2m。

试验内容包括：泥浆配合比试验；砼配合比试验；造孔设备的实际工效试验；浇筑工艺试验；接头工艺试验等。

现场生产性试验完成后，在监理工程师的主持下，施工单位进行了开挖检验，通过开挖检验，直抓法得到了设计、建设和质检方的认可，并同意进入正式施工。

下图为试验墙开挖效果。

3.3防渗墙施工

3.3.1测量放样

根据施工图，现场对阻滑墙（导墙）进行放样，并做好测量记录。

3.3.2阻滑墙（导墙）浇筑

依据设计文件，进行阻滑墙（导墙）的开挖和浇筑，并做好质量记录。

3.3.3泥浆的制备和输送

防渗墙挖槽过程中，泥浆的作用是护壁、携渣、冷却机具和切土润滑，其中护壁为最重要的功能，泥浆的正确制备、使用是保证挖槽成败的关键。

本次施工选用的土料为当地的一个粘土料场的粘土，粘粒含量大于40%。配制泥浆时，根据地质条件确定泥浆的粘度18～25s，比重1.1～1.25 g/cm3。

泥浆的输送采用大功率的污水泵进行。

3.3.4槽段开挖

开挖槽段是地下连续墙施工中的重要环节，约占工期的一半，挖槽精度又决定了墙体制作精度，所以是决定施工进度和质量的关键工序。地下连续墙通常是分段施工的，每一个段称为一个槽段，一个槽段是一次混凝土浇筑单位。

本次施工，槽段长度为6.2m，深度依据设计文件为深入泥岩0.5m。

槽段接頭采用“抓凿法”。

3.3.5水下混凝土浇筑

a.清槽

槽段开挖到设计高程后，要测定槽底残留的土渣厚度。沉渣过多时，要进行清槽。清槽的质量要求：清槽结束后1小时，测定槽底沉淀物淤积厚度不大于20cm，槽底20cm处的泥浆相对重度不大于1.2g/cm3为合格。

b.水下混凝土浇筑

地下连续墙混凝土是用导管在泥浆中浇筑的。导管的数量与槽段的长度有关，本次施工槽段长度为6.2m，采用2根导管进行浇筑，导管间距3.0m。

在混凝土浇筑过程做到了以下技术要点：

1）导管下口插入混凝土的深度控制在2～4m。

2）混凝土进行了连续浇筑，且混凝土拌制好之后1小时内浇完。

3）在浇筑过程中，经常量测混凝土浇筑量和混凝土面上升高度，保证两个导管的混凝土面均匀上升。

3.3.6常见事故处理

施工过程发生了漏浆、槽壁塌方事故。

a.漏浆

槽孔漏浆的主要原因是坝基为砾石层，施工过程尽量加大泥浆比重和粘度；同时设由专人随时观察、测定，一旦发生漏浆 及时处理；施工现场储备一定数量的堵漏材料。

一旦发生漏浆，及时提高槽内泥浆粘度，或在泥浆内加入粗（细）砂、粘土球、水泥等堵漏材料。如漏浆特别严重，在槽孔内投入整袋水泥，还可以填入片石、碎（卵）石、粘土等进行堵漏。

b.槽壁塌方

施工过程中，常见孔口塌方与孔底塌方等槽壁塌方现象。引起槽壁塌方的原因主要有：成槽深度内地层比较松散、地下水位较高和施工机械效率较低或钻头碰撞槽壁。处理方法有：

1）适当加大泥浆重度；

2）施工时，注意控制进尺速度，不要过快，并尽量避免抓斗对孔壁的碰撞；

3）地下水位较高段，对该段进行回填碾压至高于地下水位1.0m后，进行槽段开挖，且开挖过程中必须保持槽内液面至少高于地下水位500mm以上。

4.防渗墙施工成果

通过历时近一年的施工，阿克达拉水库防渗墙施工累积完成1007个槽段，完成防渗面积68400m2。工程目前已通过竣工验收。

结束语：

通过直抓法在阿克达拉水库防渗墙施工中的顺利应用，本人收获到了以下几点：

1.为使抓斗准确入槽，槽口必须放置导向架且导向架的制作材料必须有足够的刚度和韧性，导向架的放置必须牢固。

2.砾石地层中槽孔漏浆较为严重，施工过程尽量加大泥浆比重和粘度；同时设由专人随时观察、测定，一旦发生漏浆 及时处理；施工现场储备一定数量的堵漏材料。

3. 在水下混凝土浇筑过程中，须经常量测混凝土浇筑量和混凝土面上升高度，以保证混凝土面均匀上升。

参考文献：

1.抓斗法/吴德绪等编著.—北京：中国水利水电出版社，2006

2.《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SL174-96）